Гипоксический тип гипоксии (экзогенная гипоксия) развивается в результате снижения рО2 во вдыхаемом воздухе. Наиболее типичным ее проявлением являются горная и высотная болезни. Гипоксическая гипоксия может возникнуть во всех случаях, когда осуществляется дыхание газовыми смесями с недостаточным парциальным давлением кислорода. Необходимо помнить, что гипоксическая гипоксия может возникнуть при дыхании в замкнутом пространстве (отсеки подводной лодки, хранилища, бункера, ангары), а также при неисправности дыхательной аппаратуры.

При гипоксической гипоксии рО2 снижается как в альвеолярном воздухе, так и в артериальной крови, тканях. Уменьшается общий венозно-воздушный градиент.

Выделяют 4 степени тяжести гипоксии в зависимости от рО2 артериальной крови:
1 степень рО2 - 60-45 мм рт. ст. Появляются первые видимые признаки наруше-
ния функций сердечно-сосудистой и дыхательной систем в виде тахикардии, тахипноэ, нарушение координации движений, развитие мышечной слабости.

2 степень рО2 - 50-40 мм рт.
ст. Прекоматозное состояние, нарушение психики и
эмоциональной сферы в виде немотивированной эйфории (по причине гипоксии коры головного мозга), дальнейшее нарушение координации движений, потеря чувствительности, выраженные признаки сердечной и дыхательной недостаточности.

3 степень рО2 - 40-20 мм рт. ст. Характеризуется потерей сознания. У пострадав-
шего церебральная кома, ригидность мышц, может произойти остановка сердца.

4 степень рО2 - меньше 20 мм рт. ст. Характеризуется развитием терминального состояния со всеми признаками данного процесса и гибелью пострадавшего.
Из приведенных данных видно, что летальным считается рОг, соответствующее нескольким десяткам мм рт. ст., то есть когда содержание кислорода во вдыхаемом воздухе уменьшается на 60% и более.

Одной из распространенных форм гипоксической гипоксии является высотная болезнь - остро развивающееся состояние, в котором выделяют 2 формы:
♦ коллаптоидную (характеризуется прогрессирующим падением артериального давления);
♦ обморочную (сопровождается потерей сознания в течение 10-15 секунд).

Горная болезнь развивается при пребывании в условиях высокогорья или при длительном нахождении в барокамере в условиях гипобарии.
Помимо парциального давления кислорода в механизмах развития горной болезни существенное значение имеют влажность воздуха, инсоляция, сильные ветры, низкая минерализация питьевой воды.

Поэтому течение горной болезни отличается на одних и тех же высотах, но в разной местности.
Выделяют следующие формы горной болезни:
♦ высокогорный отек легких;
♦ высокогорный отек головного мозга;
♦ геморрагический синдром;
♦ нарушение свертывающей системы крови с преимущественной гиперкоагуляцией.

По длительности течения выделяют:
♦ молниеносная (обморочная форма горной болезни) - развивается в течение нескольких секунд;
♦ острая (коллаптоидная форма горной болезни) - в течение нескольких минут;
♦ хроническая (при пребывании в условиях высокогорья в течение многих часов и суток).

Основной этиологический фактор горной болезни - это снижение парциального давления кислорода в альвеолярной газовой смеси, обусловленное низким парциальным давлением кислорода во вдыхаемой газовой смеси.
От горной болезни страдают 30% неадаптированных к высотной гипоксемии людей после быстрого подъема на высоту, большую, чем 3000 м над уровнем моря. У 75% непри-споболенных субъектов симптомы острой горной болезни выявляют после быстрого подъема на высоту, превышающую 4500 м над уровнем моря. Головная боль как первый признак начала развития горной болезни связана со спазмом сосудов головного мозга в ответ на падение напряжения углекислого газа в артериальной крови в результате компенсаторной гипервентиляции, обусловливающей гипокапнию, но не устраняющей артериальной гипоксемии. Когда напряжение кислорода в артериальной крови не больше, чем 60 мм рт. ст., то значительный гипоэргоз церебральных нейронов, несмотря противодействие системы ауторе-гуляции локальной скорости мозгового кровотока, обусловливает расширение артериол и раскрытие прекапилярных сфинктеров в системе микроциркуляции мозга. В результате увеличивается кровоснабжение головного мозга, что повышает внутричерепное давление и проявляет себя головной болью.

Компенсаторная гипервентиляция у страдающих горной болезнью на высотах в диапазоне 3000-4500 м над уровнем моря вызывает респираторный алкалоз и бикарбонатурию как компенсаторную реакцию на снижение содержания протонов и рост бикарбонатного аниона во внеклеточной жидкости и клетках.
Бикарбо-натурия усиливает натрийурез и, снижая содержание в организме натрия, уменьшает объем внеклеточной жидкости и даже обусловливает гиповолемию. При подъеме на высоты, на которых компенсаторные реакции в ответ на гипоксиче-скую гипоксию не в состоянии предотвратить связанного с ней гипоэргоза клеток, гипервентиляция через повышение потребления кислорода организмом обостряет системный гипоэргоз. Усиление системного гипорэргоза на уровне всего организма повышает интенсивность анаэробного гликолиза, что вызывает метаболический лактатный ацидоз типа А.

Патологически низкое парциальное давление кислорода во вдыхаемой газовой смеси служит стимулом для «альвеоло-капиллярного рефлекса» с еще не выявленным центральным звеном. В эфферентном звене, на уровне эффектора, рефлекс сужает легочные венулы и артериолы, что обусловливает легочную первичную как венозную, так и артериальную гипертензию. Легочная артериальная гипертензия может приводить к острой правожелудочковой недостаточности в результате патогенно высокой постнагрузки правого желудочка.

УДК 612.273.2:616-008.64-092 (075.8) ББК 52.5 я 73 Л47

Рецензент: д-р мед. наук, проф. М.К. Недзведзь

Утверждено Научно-методическим советом университета в качестве учебно-методического пособия 27.03.02, протокол № 5

Леонова Е.В.

Л 47 Гипоксия. Патофизиологические аспекты: Учеб.-метод, пособие /Е.В. Леонова, Ф.И. Висмонт - Мн.: БГМУ, 2002. -14с.

ISBN 985-462-115-4

В кратком виде излагаются вопросы, касающиеся патофизиологии гипоксических состояний. Дается общая характеристика гипоксии как типового патологического процесса; обсуждаются проблемы этиологии и патогенеза различных видок гипоксии, компенсаторно-приспособительные реакции и нарушения функций, механизмы гипоксического некробиоза, адаптация к гипоксии и дизадаптация.

Предназначено для студентов всех факультетов.

ISBN 985-462-115-4

УДК 612.273.2:616-008.64-092 (075.8) ББК 52.5 я 73

© Белорусский государственный медицинский университет, 2002

МОТИВАЦИОННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕМЫ

Общее время занятий: 2 академических часа -для студентов стоматоло­гического факультета, 3 - для студентов лечебного, медико-профилактического и педиатрического факультетов

Учебно-методическое пособие разработано с целью оптимизации учебно­го процесса и предлагается для подготовки студентов к практическому занятию по данной теме. Она рассматривается в разделе «Типовые патологические про­цессы». Приведенные в пособии сведения отражают ее связь с другими темами предмета («Патофизиология системы внешнего дыхания», «Патофизиология сердечно-сосудистой системы», «Патофизиология системы крови», «Патофи­зиология обмена веществ», «Нарушения кислотно-основного состояния»).

Гипоксия является ключевым звеном патогенеза разнообразных заболе­ваний и патологических состояний. Явления гипоксии имеют место при любом патологическом процессе. Она играет важную роль в развитии повреждений при многих болезнях и сопровождает острую гибель организма, независимо от причин ее вызывающих. Однако в учебной литературе раздел «Гипоксия» изла­гается очень широко, с излишними подробностями, что затрудняет его воспри­ятие в особенности иностранными учащимися, которые в силу языкового барь­ера испытывают трудности при конспектировании лекций. Вышесказанное и явилось поводом для написания настоящего пособия. В нем даются определе­ние и общая характеристика гипоксии как типового патологического процесса, в краткой форме обсуждаются вопросы этиологии и патогенеза различных ее видов, компенсаторно-приспособительные реакции, нарушения функций и об­мена веществ, механизмы гипоксического некробиоза; дается представление об адаптации к гипоксии и дизадаптации.

цель занятия - изучить этиологию, патогенез различных видов гипок­сии, компенсаторно-приспособительные реакции, нарушения функций и обме­на веществ, механизмы гипоксического некробиоза, адаптации к гипоксии и дизадаптации.

задачи занятия - студент должен: 1. Знать:

определение понятия гипоксии, ее виды;

патогенетическую характеристику различных видов гипоксии;

компенсаторно-приспособительные реакции при гипоксии, их виды, механизмы;

нарушения основных жизненных функций и обмена веществ при ги­ поксических состояниях;

механизмы повреждения и гибели клеток при гипоксии (механизмы гипоксического некробиоза);

Основные проявления дизбаризма (декомпрессии); - механизмы адаптации к гипоксии и дизадаптации.

Обосновывать заключение о наличии гипоксического состояния и ха­рактере гипоксии на основании анамнеза, клинической картины, газового со­става крови и показателей кислотно-основного состояния.

3. Ознакомиться с клиническими проявлениями гипоксических состоя­ ний.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО СМЕЖНЫМ ДИСЦИПЛИНАМ

Кислородный гомеостаз, его сущность.

Система обеспечения организма кислородом, ее компоненты.

Структурно-функциональная характеристика дыхательного центра.

Кислородтранспортная система крови.

Газообмен в легких.

Кислотно-основное состояние организма, механизмы его регуляции.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ ЗАНЯТИЯ

Определение гипоксии как типового патологического процесса.

Классификация гипоксии по: а) этиологии и патогенезу; б) распро­ страненности процесса; в) скорости развития и длительности; г) степени тяже­ сти.

Патогенетическая характеристика различных видов гипоксии.

Компенсаторно-приспособительные реакции при гипоксиях, их виды, механизмы возникновения.

Нарушения функций и обмена веществ при гипоксиях.

Механизмы гипоксического некробиоза.

Дизбаризм, его основные проявления.

Адаптация к гипоксии и дизадаптация, механизмы развития.

ГИПОКСИЯ

определение понятия. Виды гипоксии

Гипоксия (кислородное голодание) - типовой патологический процесс, возникающий в результате недостаточности биологического окисления и обу­словленной ею энергетической необеспеченности жизненных процессов.

В зависимости от причин и механизма развития гипоксии могут быть: - экзогенные (при изменениях содержания во вдыхаемом воздухе кисло­рода и/или общего барометрического давления, сказывающихся на системе обеспечения кислородом) - подразделяются на гипоксическую (гипо- и-нор-мобарическую) и гипероксическую (гипер- и-нормобарическую) формы гипок­сии;

дыхательная (респираторная);

циркуляторная (ишемическая и застойная);

- гемическая (анемическая и вследствие, инактивации гемоглобина);

- тканевая (при нарушении способности тканей поглощать кислород или при разобщении процессов биологического окисления и фосфорилирова- ния);

субстратная (при дефиците субстратов);

перегрузочная («гипоксия нагрузки»);

- смешанная. Различают также гипоксии:

по течению - молниеносную (длится несколько десятков секунд), ост­ рую (десятки минут), подострую (часы, десятки часов), хроническую (недели, месяцы, годы);

по распространенности - общую и регионарную;

по степени тяжести - - легкую, умеренную, тяжелую, критическую (смертельную).

Проявления и исход всех форм гипоксии зависят от природы этиологиче­ского фактора, индивидуальной реактивности организма, степени тяжести, ско­рости развития, от продолжительности процесса.

ПАТОФИЗИОЛОГИЯ ГИПОКСИИ

Гипоксия - типовой патологический процесс, характеризующийся снижением напряжения кислорода в тканях ниже 20 мм рт.ст. Патофизиологической основой гипоксии является абсолютная или относительная недостаточность биологического окисления.

Классификация гипоксий

1. Гипоксическая гипоксия

2. Циркуляторная гипоксия

3. Гемическая гипоксия

4. Тканевая гипоксия

5. Смешанная гипоксия

Гипоксическая гипоксия

Выделяют 3 формы 1. Экзогенная (гипобарическая) гипоксия Она связана со снижением парциального давления кислорода в атмосфере (горная, высотная болезнь, при космических…

Циркуляторная гипоксия

Различают 3 формы: 1. Ишемическая форма гипоксии - возникает при снижении объемного кровотока.… 2. Застойная форма гипоксии - возникает при венозном застое, замедлении кровотока. Она может быть местной (при…

Гемическая гипоксия

Гемическая гипоксия возникает при количественных и качественных изменениях гемоглобина в крови. При кровопотерях, анемиях содержание гемоглобина в… Качественные изменения гемоглобина связаны с его инактивацией. При отравлении… Гемическая гипоксия может развиваться при нарушении диссоциации оксигемоглобина.

Тканевая гипоксия

Тканевая гипоксия возникает в результате нарушения митохондриального и микросомального окисления. Недостаточное снабжение клетки кислородом ведет к… Митохондриальное окисление связано с транспортом электронов в дыхательной…

Смещанная форма гипоксии

ПОКАЗАТЕЛИ ТИП ГИПОКСИИ ДЫХАТЕЛЬНАЯ ЦИРКУЛЯТОРНАЯ АНЕМИЧЕСКАЯ ГИСТОТОКСИЧЕСКАЯ … ПАТОФИЗИОЛОГИЯ КИСЛОТНО-ОСНОВНОГО РАВНОВЕСИЯ

Классификация нарушений КОС

компенсированные

АЦИДОЗЫ субкомпенсированные АЛКАЛОЗЫ

некомпенсированные

негазовые

По происхождению ацидозы и алкалозы бывают газовые (дыхательные) и негазовые (метаболические). Ацидозы и алкалозы могут быть компенсированными, субкомпенсированными и некомпенсированными.

Компенсированные формы связаны с сохранением жизнедеятельности клетки, в то время как некомпенсированные формы вызывают нарушения функции клетки. Показателем компенсации является величина рН артериальной крови. В норме рН=7,4 ± 0,05. Если величина рН снижается до 7,24 или увеличивается до 7,56 (колебания составляют ± 0,16), то можно говорить о развитии субкомпенсированных форм. В том случае, если это величина превышает ± 0,16, то это указывает на развитие некомпенсированных форм ацидоза или алкалоза.

Наряду с газовыми и негазовыми формами ацидозов и алкалозов встречаются смешанные формы. Например, газовый ацидоз и негазовый алкалоз, негазовый ацидоз и газовый алкалоз.

Патофизиологические показатели КОС

О состоянии кислотно-основного равновесия и его нарушениях судят по определенным показателям. Их определяют в артериальной крови и моче. 1. рНа = 7,35± 0,05 2. Напряжение СО2 в артериальной крови = 40 мм рт.ст.

Патофизиологические механизмы развития ацидозов и алкалозов

1. Стадия защитно-компенсаторных реакций

2. Стадия патологических изменений

Стадия защитно-компенсаторных реакций

Эта стадия включает следующие механизмы: 1. Метаболические механизмы компенсации

Буферные механизмы компенсации

1. Гидрокарбонатный буфер: Н2 СО3 / NаНСО3 = 1/20 Эта буферная система находится в плазме крови, участвует в компенсации… 2. Фосфатный буфер: NаН2 РО4 /Nа2НРО4 = 1/4.

Экскреторные механизмы компенсации

К этим механизмам относятся внутренние органы: легкие, почки, желудочно-кишечный тракт, печень. Легкие. Легкие выводят летучие кислые соединения в виде СО2. В норме за сутки…

Стадия патологических изменений

На этой стадии нарушения кислотно-основного равновесия проявляются в виде ацидозов и алкалозов. Разберем компенсированные формы расстройств КОР и характер изменения основных показателей.

Газовый (дыхательный) ацидоз

Лечение: устранение причины, вызвавшей газовый ацидоз, восстановление газообмена, применение бронходилататоров.

Негазовый (метаболический) ацидоз

Развитие негазового ацидоза связано с избыточным образованием в организме нелетучих кислот и накоплением Н+ -ионов. Причины: гипоксия, сахарный… Компенсация метаболического ацидоза: активируются процессы детоксикации кислых… Лечение: устранение причины, вызвавшей ацидоз, трансфузия щелочных растворов.

Газовый (дыхательный) алкалоз

Это нарушение КОР характеризуется избыточным выведением СО2 из организма. Причины: высотная и горная болезнь, анемия, избыточная искусственная… Лечение: устранение причины, вызвавшей алкалоз. Вдыхание карбогена (5% СО2 +…

Негазовый (метаболический) алкалоз

Метаболический алкалоз характеризуется абсолютным или относительным накоплением в организме щелочных валентностей. Это может наблюдаться при… При метаболическом алкалозе включаются компенсаторные механизмы ионообмена:… Лечение: устранение причины, вызвавшей алкалоз. Инфузия слабых кислых растворов, восстановление буферной емкости…

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Экзогенная гипоксия возникает при снижении парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе. Эта ситуация может возникать при стратосферных полетах в негерметизированной кабине и при отсутствии (или повреждении) кислородного питания; при прорыве рудничного газа в штрек шахты и вытеснении им воздуха; при нарушении подачи кислорода в скафандр водолаза; при попадании неадаптированного человека в высокогорье и в некоторых других сходных ситуациях.

Выделяют две нозологические формы экзогенной гипоксии: высотную болезнь и горную болезнь.

Высотная болезнь получила свое название в связи с тем, что люди столкнулись с ней, прежде всего, при освоении стратосферы, хотя, как уже указывалось выше, такое же состояние возникает и в земных, а, точнее, - в подземных условиях, когда парциальное давление кислорода снижается в результате прорыва рудничного газа и вытеснении им воздуха, которым дышат работающие в шахте люди. То же самое может происходить и при подводных работах, если нарушается подача кислорода в водолазный скафандр. Во всех этих случаях pO 2 во вдыхаемом воздухе резко снижается и возникает экзогенная гипоксия, отличающаяся стремительным развитием (острая или даже молниеносная гипоксия, приводящая к летальному исходу в течение нескольких минут).

От кислородного голодания страдает прежде всего центральная нервная система. В первые секунды развития гипоксии, вследствие нарушения наиболее чувствительного к различным воздействиям на ЦНС процесса внутреннего торможения, у человека возникает эйфория, проявляющаяся резким возбуждением, ощущением немотивированной радости и потерей критического отношения к своим действиям. Именно последним объясняются известные факты выполнения пилотами субстратосферных самолетов абсолютно нелогичных действий при наступлении состояния высотной болезни: ввод самолета в штопор, продолжение набора высоты вместо снижения и т.д. Кратковременная эйфория сменяется быстро наступающим глубоким торможением, человек теряет сознание, что в экстремальных условиях (в которых обычно и возникает высотная болезнь) приводит его к быстрой гибели. Борьба с высотной болезнью заключается в немедленной ликвидации ситуации, приведшей к снижению парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе (экстренное вдыхание кислорода, срочная посадка летательного аппарата, вывод на поверхность шахтеров и т.д.). После этого целесообразно провести дополнительную кислородную терапию.

Горная болезнь развивается у подавляющего большинства малотренированных и особенно - у астенизированных людей, постоянно живущих на равнине и поднимающихся в горы.

Первое упоминание о горной болезни мы находим в исторических хрониках, связанных с завоеванием испанцами южноамериканского континента. После захвата Перу испанские конкистадоры вынуждены были перенести столицу новой провинции из высокогорной Джауи в расположенную на равнине Лиму, поскольку испанское население Джауи не давало потомства и вымирало. И лишь через несколько десятилетий, в течение которых европейцы периодически поднимались в горы с последующим возвращением на равнину, произошла адаптация, и в Джауе в семье выходцев из Европы родился ребенок. В это же время Акоста (1590) дал и первое описание горной болезни. Путешествуя в Перуанских Андах, он отмечал у себя и своих спутников на высоте 4500 м развитие болезненного состояния и посчитал его причиной разреженность воздуха вследствие общего снижения атмосферного давления. И только спустя почти 200 лет, в 1786 г., Соссюр, испытавший горную болезнь при подъеме на Монблан, объяснил ее возникновение недостатком кислорода.

Точное определение высотного порога появления первых признаков горной болезни представляется довольно затруднительным, что обусловлено следующими четырьмя факторами.

Во-первых, для развития горной болезни существенное значение имеют различные климатические особенности высокогорья: ветер, солнечная радиация, высокий перепад дневных и ночных температур, низкая абсолютная влажность воздуха, наличие снега и т. д. Различное сочетание этих факторов в тех или иных географических районах приводит к тому, что один и тот же симптомокомплекс возникает у большинства людей на высоте 3000 м на Кавказе и в Альпах, на 4000 м - в Андах и на 7000 м - в Гималаях.

Во-вторых, у разных людей существует чрезвычайно высокая вариабельность индивидуальной чувствительности к высотному недостатку кислорода, которая зависит от пола, возраста, конституционального типа, степени тренированности, прошлого «высотного опыта», физического и психического состояния.

В-третьих, несомненное значение имеет и выполнение тяжелой физической работы, которая способствует появлению признаков горной болезни на меньших высотах.

В-четвертых, на развитие горной болезни существенно влияет скорость набора высоты: чем быстрее происходит подъем, тем ниже высотный порог.

Однако, несмотря на указанные трудности в определении высотного порога, можно считать, что высота свыше 4500 м - это тот уровень, при котором горная болезнь развивается у подавляющего большинства людей, хотя у отдельных индивидуумов первые признаки этого заболевания могут наблюдаться уже на высоте 1600-2000 м.

Как уже говорилось, этиологическим фактором горной болезни является снижение парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе и отсюда - уменьшение насыщения артериальной крови O 2 .

Перенос кровью кислорода - один из фундаментальных процессов жизнедеятельности организма. Кислород транспортируется кровью в гемоглобинсвязанной форме, и поэтому величина насыщения Hb кислородом представляет собой весьма важный фактор обеспечения последним тканей. Степень оксигенации гемоглобина находится в прямой зависимости от pO 2 вдыхаемого воздуха, которое снижается по мере увеличения высоты над уровнем моря. Числа, характеризующие эту зависимость, полученные при экспериментальной имитации в барокамере подъемов на разные высоты, представлены в таблице.*****tab17

Необходимо, однако, учитывать, что между величиной парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе и насыщением гемоглобина кислородом нет прямой зависимости. Это следует из S-образной кривой диссоциации оксигемоглобина, в связи с чем падение парциального давления кислорода со 100-105 до 80-85 мм рт.ст. незначительно влияет на величину насыщения гемоглобина кислородом.*****35 Поэтому на высоте 1000-1200 м кислородное обеспечение тканей в условиях покоя практически не меняется. Однако, начиная с высоты 2000 м, происходит прогрессивное снижение насыщения гемоглобина кислородом, и опять-таки, в силу S-образного характера кривой диссоциации оксигемоглобина, снижение парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе в 2-2,5 раза (высота 4000-5000 м) приводит к уменьшению насыщения крови кислородом лишь на 15-20%, что в определенной степени компенсируется приспособительными реакциями дыхательной и сердечно-сосудистой систем. Высота же в 6000 м является критическим порогом, поскольку снижение в этом случае количества оксигемоглобина до 64% не может быть полностью компенсировано адаптационными процессами, развивающимися в организме.

Патогенетические механизмы горной болезни не исчерпываются только уменьшением насыщения крови кислородом. Одним из важнейших факторов ее патогенеза является снижение pCO2 в артериальной крови по мере увеличения высоты (смотри данные таблицы).

В основе этого явления лежит гипервентиляция легких - одна из основных и самых ранних адаптационных реакций организма при подъеме на высоту.

Гипервентиляция, сопровождающаяся увеличением минутного объема дыхания за счет увеличения частоты и глубины дыхательных движений, представляет собой рефлекторную реакцию дыхательного центра на раздражение аортальных и каротидных хеморецепторов пониженным содержанием кислорода в артериальной крови. Эта рефлекторная стимуляция дыхания, являясь компенсаторной реакцией организма на гипоксию, приводит к усиленному выделению легкими углекислого газа и возникновению дыхательного алкалоза.

Снижение парциального давления углекислого газа в равнинных условиях должно было бы привести к уменьшению легочной вентиляции, так как углекислота является одним из стимуляторов деятельности дыхательного центра. Однако при гипоксии, вызванной снижением pO 2 в альвеолярном воздухе, резко повышается чувствительность дыхательного центра к CO 2 , и поэтому при подъеме в горы гипервентиляция сохраняется даже при значительном снижении содержания углекислого газа в крови.

Кроме того, при подъеме на высоту обнаруживается снижение артерио-венозной разницы крови по кислороду, причем не только за счет снижения pO 2 в артериальной, но и в связи с повышением парциального давления кислорода в венозной крови.

Этот феномен базируется на двух механизмах. Первый заключается в том, что снижение парциального давления углекислого газа в артериальной крови ухудшает отдачу кислорода тканям. Второй же обусловлен наблюдающимся при подъеме на высоту своеобразным гистотоксическим эффектом, проявляющимся в снижении способности тканей утилизировать кислород, что приводит к развитию тканевой гипоксии.

Итак, ведущими патогенетическими механизмами горной болезни являются понижение парциального давления кислорода и углекислого газа в артериальной крови, вызванные этим нарушения кислотно-основного состояния и развитие гистотоксического эффекта с изменением способности тканей утилизировать кислород.

Горная болезнь может протекать в острой, подострой и хронической формах.

Острая форма горной болезни наблюдается при быстром перемещении неакклиматизированных людей на большую высоту, то есть при подъеме в горы с помощью специальных подъемников, автомобильного транспорта или авиации. Уровень высоты для проявления острой формы горной болезни бывает различным и определяется прежде всего индивидуальной устойчивостью к гипоксии. У одних признаки заболевания могут проявляться уже на высоте 1500 м, у большинства же симптомы становятся выраженными, начиная с высоты 3000 м. На высоте 4000 м 40-50% людей временно полностью утрачивают работоспособность, а у остальных она значительно снижается.

Острая форма горной болезни обычно начинается не сразу после быстрого подъема в горы, а спустя несколько часов (например, через 6-12 часов на высоте 4000 м). Она выражается в различной психической и неврологической симптоматике, головной боли, одышке при физических усилиях, побледнении кожных покровов с цианозом губ, ногтевого ложа, снижении работоспособности, расстройствах сна, тошноте, рвоте, потере аппетита. Характерным диагностическим тестом на горную болезнь является изменение почерка,*****36 свидетельствующее о нарушении тонкой двигательной дифференцировки мышечной деятельности.

Постоянным симптомом острой горной болезни является головная боль, имеющая прежде всего сосудистый генез. Расширение мозговых сосудов и растяжение их стенок вследствие повышенного кровенаполнения, будучи компенсаторной реакцией на гипоксию, вызывает улучшение кровоснабжения головного мозга. Это приводит, с одной стороны, к увеличению объема мозга и его механическому сдавлению в тесной черепной коробке, а, с другой, - к повышению проницаемости стенок сосудов и возрастанию давления спинномозговой жидкости. Именно поэтому механическое сдавление височных артерий, снижая приток крови к мозгу, приводит в некоторых случаях к уменьшению или снятию головной боли.

Другим четким симптомом острой горной болезни является резкое тахипноэ при малейшем физическом напряжении, которое часто сопровождается нарушением ритма дыхания. В тяжелых случаях отмечается появление периодического дыхания, свидетельствующего о выраженном снижении возбудимости дыхательного центра. Наиболее интенсивно эти нарушения проявляются во сне, в связи с чем после ночного сна, сопровождаемого нарушениями ритма дыхания, степень насыщения гемоглобина кислородом уменьшается. Поэтому симптоматика острой горной болезни в большей степени бывает выражена в утренние часы, чем в вечерние.

Ночное усиление гипоксии приводит к нарушениям сна и появлению тяжелых сновидений.

Переключение на дыхание чистым кислородом во время острой горной болезни быстро нормализует дыхание. Такой же эффект дает прибавление 2-3% углекислого газа к вдыхаемому воздуху. Это также предупреждает развитие периодического дыхания во время ночного сна.

Гипоксия и гипокапния приводят также к нарушениям аппетита, тошноте, рвоте, поскольку развивающийся при горной болезни дыхательный алкалоз возбуждает рвотный центр. Добавление углекислоты в дыхательную смесь может значительно ослабить эти проявления.

Вся симптоматика острой горной болезни наиболее выражена в течение первых двух дней подъема в горы и в последующие 2-4 суток постепенно ослабевает, что связано с включением в процесс ряда мощных приспособительных и компенсаторных механизмов. Эти механизмы в большинстве своем являются общими для самых различных форм гипоксии и потому будут рассмотрены в конце раздела, посвященного кислородному голоданию.

При функциональной недостаточности механизмов адаптации горная болезнь может перейти в подострую или хроническую формы, а также привести к развитию осложнений, требующих немедленного спуска больного до уровня моря. Кроме того, подострая и хроническая формы горной болезни могут развиваться самостоятельно при более медленном подъеме на горные высоты или при длительном пребывании на них. Клиническая картина этого процесса была описана Монге (1932) и названа им болезнью больших высот, которая впоследствии в научной литературе получила название болезни Монге.

Выделяют два типа этого заболевания: эритремический (эритремия больших высот), симптомы которого напоминают болезнь Вакеза (истинная красная полицетемия), и эмфизематозный, при котором на первый план выступают нарушения системы дыхания.

Эритремия больших высот может проявляться как в более мягком, подостром, так и в тяжело протекающем хроническом варианте.

Первая, чаще встречающаяся, подострая форма характеризуется более устойчивыми и сильнее выраженными (по сравнению с острой горной болезнью) симптомами. Частое и раннее проявление - общая усталость, не зависящая от количества выполненной работы, физическая слабость. Существенно изменяется высшая нервная деятельность, что проявляется нарушением мыслительных процессов и развитием депрессии. При общей вялости и наклонности к дремоте наблюдаются выраженные расстройства ночного сна вплоть до полной неспособности спать. Патогенетические механизмы этих симптомов связаны с длительной гипоксией и свойственным для этой формы горной болезни нарушением ритма дыхания, что усугубляет кислородное голодание тканей.

Отмечаются также изменения со стороны системы пищеварения в виде потери аппетита, тошноты, рвоты. В механизмах этих реакций, помимо гипоксии, гипокапнии и алкалоза, существенную роль играют расстройства высшей нервной деятельности, что проявляется в развитии непереносимости к отдельным видам пищи и даже в полном отказе от нее.

Отличительной особенностью данной формы заболевания является выраженная гиперемия слизистых оболочек, а также носа и ушных раковин. Причина этого заключается в значительном повышении в крови концентрации гемоглобина и количества эритроцитов. Концентрация гемоглобина увеличивается до 17 г% и более, а количество эритроцитов может превышать 7 000 000 в 1 мм 3 , что сопровождается выраженным увеличением показателя гематокрита и сгущением крови. Симптомы болезни могут либо пройти самопроизвольно, что означает наступление адаптации, либо продолжать нарастать с переходом процесса в хроническую форму.

Хроническая форма эритремии больших высот представляет собой тяжелое заболевание, часто требующее срочного перевода больного на более низкие высоты. Симптомы этой формы аналогичны описанным выше, но гораздо более выражены. Цианоз может быть столь сильным, что лицо приобретает синеватую окраску. Сосуды конечностей переполнены кровью, наблюдаются булавовидные утолщения ногтевых фаланг. Эти проявления обусловлены значительным снижением насыщения артериальной крови кислородом вследствие альвеолярной гиповентиляции, развивающейся при нарушениях ритма дыхания, общим увеличением количества циркулирующей крови и высочайшей полицетемией (количество эритроцитов в 1 мм 3 крови может достигать 12 000 000). Нарастают симптомы нарушения деятельности центральной нервной системы; в процессе развития болезни может иметь место полное изменение личности. В тяжелых случаях наступает коматозное состояние, одной из причин которого является газовый ацидоз, развивающийся вследствие гиповентиляции, связанной с нарушением ритма дыхания.

Для эмфизематозного типа горной болезни характерно преобладание легочных симптомов, развивающихся, как правило, на фоне длительно протекающих бронхитов. К главным проявлениям заболевания относится одышка, имеющая место в покое и переходящая в тяжелые нарушения ритма дыхания при любом физическом напряжении. Грудная клетка больного расширена и приобретает бочкообразную форму. Обычными являются рецедивирующие пневмонии с кровохарканьем. Развивается клиническая картина правожелудочковой сердечной недостаточности.

Вся эта симптоматика выявляется на фоне резкого изменения высшей нервной деятельности (вплоть до полного изменения личности индивидуума).

При морфологическом исследовании отмечаются гиперплазия красного костного мозга, структурные изменения бронхов и легких, характерные для эмфиземы, гипертрофия и последующая дилатация правого желудочка сердца, гиперплазия артериол.

Как острая, так и хроническая формы горной болезни могут дать ряд серьезных осложнений, представляющих угрозу для жизни больного. Среди них прежде всего следует назвать высотный отек легких (ВОЛ), который развивается преимущественно у недостаточно акклиматизированных к высоте людей, сразу же выполняющих физическую работу после быстрого (за 1-2 суток) подъема на высоту более 3000 м (нередко это бывает у недостаточно тренированных к высоте альпинистов). Высотный отек легких может развиться и у аборигенов высокогорья, когда они возвращаются в привычные для них условия после длительного пребывания в местности, расположенной на уровне моря.

Развитию ВОЛ предшествует быстрая утомляемость, нарастающая слабость и одышка в покое, которая возрастает при малейшем напряжении. Одышка усиливается в горизонтальном положении (ортопноэ), что вынуждает больного сидеть. Затем появляется шумное глубокое дыхание и кашель с пенистой розовой мокротой. Одышка и кашель обычно сочетаются с резкой тахикардией - до 120-150 уд/мин, что является компенсаторной реакцией на нарастающую кислородную недостаточность.

Определяющее значение в патогенезе ВОЛ имеет гипоксия, которая вызывает сужение легочных сосудов с развитием гипертензии малого круга кровообращения. Механизмы этой реакции носят как рефлекторный (ответ на раздражение хеморецепторов синокаротидной и аортальной рефлексогенных зон), так и местный характер. Поскольку тонус сосудов малого круга кровообращения регулируется pO 2 в альвеолярном воздухе, снижение парциального давления кислорода при подъеме на высоту приводит к легочной гипертензии.

Значительную роль в развитии легочной гипертензии играет и вызываемое гипоксией увеличение концентрации катехоламинов в крови, что вызывает сужение сосудов и перераспределение крови с увеличением ее количества в малом круге кровообращения и левых отделах сердца.

Повышение кровяного давления в системе малого круга кровообращения при одновременном увеличении проницаемости стенок сосудов, обусловленном их кислородным голоданием, является главным патогенетическим фактором ВОЛ.

Основное средство лечения ВОЛ - немедленный спуск больного вниз и кислородная терапия, что при своевременном применении быстро приводит к нормализации давления в легочных артериях, исчезновению экссудата из легких и выздоровлению.

При подъеме на высоту 4000 м и более может развиться и другое чрезвычайно серьезное осложнение горной болезни - отек мозга. Его возникновению предшествует сильная головная боль, рвота, расстройство координации движений, галлюцинации, неадекватное поведение. В дальнейшем наступает потеря сознания и нарушение деятельности жизненно важных регуляторных центров.

Как и ВОЛ, отек мозга связан с гипоксией. Компенсаторное увеличение мозгового кровотока, повышение внутрисосудистого давления при резком увеличении проницаемости сосудистых стенок за счет метаболических расстройств при кислородном голодании являются теми основными факторами, которые приводят к развитию этого грозного осложнения. При первых признаках отека мозга необходимы немедленный спуск, кислородная терапия и применение препаратов, способствующих выведению жидкости из организма.

К возможным осложнениям горной болезни относятся кровоизлияния (особенно часто - в сетчатку глаза) и тромбоз сосудов, обусловленные полицетемией и уменьшением объема плазмы крови, а также изменениями стенок сосудов при гипоксии. Описаны случаи возникновения тромбоэмболий сосудов мозга и инфаркта легких при восхождениях альпинистов на высоту 6000-8000 м без использования кислородных приборов.

Одним из нередких осложнений горной болезни может быть и правожелудочковая недостаточность сердца, вызванная высокой гипертензией в сосудах легких. Это осложнение развивается чаще всего после длительного пребывания в условиях высокогорья и связано с повышением сопротивления легочных сосудов на прекапиллярном уровне за счет утолщения мышечного слоя в мелких легочных артериях и мускуляризации легочных артериол.

Установлено, что различные патологические процессы (ожоговая болезнь, сердечно-сосудистые заболевания, сахарный диабет), возникающие в условиях высокогорья у недостаточно адаптированных к нему людей, протекают гораздо более тяжело, нежели аналогичные патологические процессы у аборигенов или же у лиц, которые имеют полноценную адаптацию к высоте. Однако при экстренном спуске таких больных в условия низкогорья или на равнину нередко происходит резкое ухудшение течения заболевания, приводящее к летальному исходу. Другими словами, адаптация требуется не только при подъеме на высоту, но и при спуске с нее.

Столь подробное изложение патогенетических механизмов и возможных осложнений горной болезни связано с практической значимостью этой проблемы. 1,5% населения земного шара проживает в высокогорье, а глобальные социальные и экономические процессы, а также практическая реализация некоторых результатов научно-технической революции приводят к миграции значительных контингентов людей с равнины в горы и обратно.

Транскрипт

1 МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ «ГОМЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра патологической физиологии ГИПОКСИЯ. ПАТОФИЗИОЛОГИЯ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ Учебно-методическое пособие для студентов 3 курса всех факультетов медицинских вузов Гомель ГомГМУ 2015

2 УДК (072) ББК я73 Г 50 Авторы: Т. С. Угольник, И. А. Атаманенко, Я. А. Кутенко, И. В. Манаенкова Рецензенты: доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой патологической физиологии Белорусского государственного медицинского университета Ф. И. Висмонт; доктор медицинских наук, профессор, заведующая кафедрой патологической физиологии имени Д. А. Маслакова Гродненского государственного медицинского университета Н. Е. Максимович Гипоксия. Патофизиология внешнего дыхания: учеб.-метод. пособие Г 50 для студентов 3 курса всех факультетов медицинских вузов / Т. С. Угольник [и др.]. Гомель: ГомГМУ, с. ISBN В учебно-методическом пособии содержатся сведения об этиологии, патогенезе, классификации, диагностике и принципах терапии гипоксии и формах нарушения внешнего дыхания в соответствии с типовой учебной программой по специальностям «Лечебное дело» и «Медико-диагностическое дело». Предназначено для студентов 3 курса всех факультетов медицинских вузов. Утверждено и рекомендовано к изданию научно-методическим советом учреждения образования «Гомельский государственный медицинский университет» 17 марта 2015 г., протокол 1. УДК (072) ББК я73 ISBN Учреждение образования «Гомельский государственный медицинский университет»,

3 ОГЛАВЛЕНИЕ Список условных обозначений... 4 Тема 1. ГИПОКСИЯ... 6 Понятие и принципы классификации гипоксий... 7 Этиология и патогенез экзогенных типов гипоксий... 9 Этиология и патогенез эндогенных типов гипоксий Резистентность органов и тканей к гипоксии Проявления дисфункции органов и тканей при гипоксии Экстренные и долговременные реакции адаптации и компенсации при гипоксии Роль в патологии и лечебное действие гипероксии Основы диагностики гипоксических состояний Принципы устранения и профилактики гипоксии Задания для самостоятельной работы Ситуационные задачи Тестовые задания Литература Тема 2. ВНЕШНЕЕ ДЫХАНИЕ Патофизиология внешнего дыхания Нарушение альвеолярной вентиляции Нарушение легочного кровотока Нарушение вентиляционно-перфузионных соотношений Нарушение альвеолокапиллярной диффузии Нарушение регуляции дыхания Дыхательная недостаточность Диагностика типовых форм нарушений внешнего дыхания Принципы профилактики и терапии патологии внешнего дыхания Задания для самостоятельной работы Ситуационные задачи Тестовые задания Литература Приложение

4 СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ DL CO P a O 2 P v O 2 S a O 2 S v O 2 АД АВО 2 АДФ АКМ АМФ АТФ ВД ВДП ВЖК ВНД ДЗЛА ДН ДО ДФГ ДЦ Евд ЖЕЛ ИВЛ ИТ ИФН КЕК КОС ЛДГ МВЛ МОД МОС МОК Нв НДП ОДН ОЕЛ ООЛ ОФВ 1 ОЦК ПОЛ диффузионная способность легких по угарному газу парциальное напряжение кислорода в артериальной крови парциальное напряжение кислорода в венозной крови сатурация гемоглобина кислородом в артериальной крови сатурация гемоглобина кислородом в венозной крови артериальное давление артериовенозная разница по кислороду аденозиндифасфат альвеолокапиллярная мембрана аденозинмонофасфат аденозинтрифосфат внешнее дыхание верхние дыхательные пути высшие жирные кислоты высшая нервная деятельность давление заклинивания легочной артерии дыхательная недостаточность дыхательный объем дифосфоглицерат дыхательный центр емкость вдоха жизненная емкость легких искусственная вентиляция легких индекс Тиффно интерферон кислородная емкость крови кислотно-основное состояние лактатдегидрогеназа максимальная вентиляция легких минутный объем дыхания мгновенная объемная скорость выдоха минутный объем кровообращения гемоглобин нижние дыхательные пути острая дыхательная недостаточность общая емкость легких остаточный объем легких объем форсированного выдоха за первую секунду объем циркулирующей крови перекисное окисление липидов 4

5 ПОС пиковая объемная скорость выдоха РДСН респираторный дистресс-синдором новорожденных РДСВ респираторный дистресс-синдором взрослых РОвд резервный объем вдоха РОвыд резервный объем выдоха СД сахарный диабет СОС средняя объемная скорость форсированного выдоха за период измерения от 25 до 75 % ФЖЕЛ ССС сердечно-сосудистая система ХДН хроническая дыхательная недостаточность ФЖЕЛ форсированная жизненная емкость ФОЕ функциональный объем легких ЧД частота дыхания 5

6 ТЕМА 1. ГИПОКСИЯ Гипоксия занимает важное место в курсе патологической физиологии, так как она сопровождает почти все болезни человека. Деление гипоксии на гипоксическую, дыхательную, циркуляторную, гемическую и другие типы отражает широкий диапазон патологии, при которой она развивается. Многие виды профессиональной деятельности связаны с возникновением кислородного голодания. Изучение этиологии патогенеза гипоксии, защитно-приспособительных механизмов и патологических изменений при гипоксии важно для обоснования патогенетической терапии и профилактики гипоксических состояний. Цель занятия: изучить этиологию, патогенез различных видов гипоксии, компенсаторно-приспособительные реакции, нарушения функций и обмена веществ. Задачи занятия. Студент должен: 1. Узнать: определение понятия «гипоксия», ее виды; патогенетическую характеристику различных видов гипоксии; компенсаторно-приспособительные реакции при гипоксии, их виды, механизмы; нарушения основных жизненных функций и обмена веществ при гипоксических состояниях; механизмы адаптации к гипоксии. 2. Научиться: давать обоснованное заключение о наличии гипоксического состояния и характере гипоксии на основании анамнеза, клинической картины, газового состава крови и показателей КОС. 3. Приобрести навыки: решения ситуационных задач, включающих изменения показателей ВД и газового состава крови при различных видах гипоксии. 4. Ознакомиться: с клиническими проявлениями расстройств деятельности системы ВД; с принципами диагностики, профилактики и терапии нарушений газообменной функции легких. Требования к исходному уровню знаний. Для полного усвоения темы студенту необходимо повторить: 1. Курс биологической химии: биохимические основы биологического окисления; сопряжение окисления и фосфорилирования. 2. Курс нормальной физиологии: газообменная функция эритроцитов. Контрольные вопросы из смежных дисциплин 1. Кислородный гомеостаз, его сущность. 6

7 2. Система обеспечения организма кислородом, ее компоненты. 3.Структурно-функциональная характеристика дыхательного центра. 4. Кислородтранспортная система крови. 5. Газообмен в легких. 6. Кислотно-основное состояние организма, механизмы его регуляции. Контрольные вопросы по теме занятия 1. Определение понятия «гипоксия». Принципы классификации гипоксических состояний. 2. Этиология, патогенез, основные проявления различных видов гипоксий. 3. Лабораторные показатели газового состава артериальной и венозной крови при отдельных типах гипоксий. 4. Экстренные и долговременные реакции адаптации и компенсации при гипоксии. 5. Патофизиологические процессы, развивающиеся при острой и хронической гипоксии на клеточном и органном уровне. Исходы острой и хронической гипоксии. 6. Гипероксия: определение понятия и ее роль в патологии. Лечебное действие гипероксии. 7. Основные принципы диагностики, профилактики и коррекции гипоксических состояний. ПОНЯТИЕ И ПРИНЦИПЫ КЛАССИФИКАЦИИ ГИПОКСИЙ Гипоксия типовой патологический процесс, развивающийся в результате абсолютной и/или относительной недостаточности биологического окисления, приводящий к нарушению энергетического обеспечения функций и пластических процессов в организме. Такая трактовка термина «гипоксия» означает абсолютную или относительную недостаточность реального энергообеспечения по сравнению с уровнем функциональной активности и интенсивности пластических процессов в органе, ткани, организме. Это состояние приводит к нарушению жизнедеятельности организма в целом, расстройствам функций органов и тканей. Морфологические изменения в них имеют различный масштаб и степень, вплоть до гибели клеток и деструкции неклеточных структур. От гипоксии следует отличать гипоксемию уменьшение по сравнению с должным уровнем напряжения и содержания кислорода в крови. Классификация гипоксий Гипоксические состояния классифицируют с учетом различных критериев: этиологии, выраженности расстройств, скорости развития и длительности гипоксии. 7

8 1. По этиологии: Экзогенная гипоксия: гипоксическая: гипо- и нормобарическая; гипероксическая: гипер- и нормобарическая. Эндогенная гипоксия: дыхательная (респираторная); циркуляторная (сердечно-сосудистая); гемическая (кровяная); тканевая; субстратная; перегрузочная; смешанная. 2. По скорости развития: молниеносная гипоксия развивается в пределах первой минуты после действия причины гипоксии, нередко летальна (например, при разгерметизации летательных аппаратов на высоте более м или в результате быстрой потери большого количества крови при ранениях крупных артериальных сосудов или разрыве аневризмы) острая гипоксия развивается, как правило, в пределах первого часа после воздействия причины гипоксии (например, в результате острой кровопотери или острой дыхательной недостаточности); подострая гипоксия формируется в пределах первых суток; примерами могут быть гипоксические состояния, развивающиеся в результате попадания в организм метгемоглобинообразователей (нитратов, окислов азота, бензола), венозной кровопотери, медленно нарастающей дыхательной или сердечной недостаточности; хроническая гипоксия развивается и/или длится более чем несколько суток (недели, месяцы, годы), например, при хронической анемии, сердечной или дыхательной недостаточности. 3. По критерию выраженности расстройств жизнедеятельности организма различают следующие виды гипоксии: легкую; средней тяжести (умеренную); тяжелую; критическую (опасную для жизни, летальную). В качестве основных признаков той или иной выраженности (тяжести) гипоксии используют следующие: степень нарушения нервно-психической деятельности; выраженность расстройств функций ССС и дыхательной систем; величину отклонений показателей газового состава и КОС крови, а также некоторых других показателей. 8

9 ЭТИОЛОГИЯ И ПАТОГЕНЕЗ ЭКЗОГЕННЫХ ТИПОВ ГИПОКСИЙ Экзогенная гипоксия возникает при понижении ро 2 во вдыхаемом воздухе и имеет две формы: гипобарическую и нормобарическую. 1. Гипоксическая гипобарическая гипоксия возникает при подъеме на высоту более 3 3,5 тысяч метров, где человек подвергается действию пониженного парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе (ведущий этиологический фактор). В этих условиях возможно развитие горной (высотной) или декомпрессионной болезни. Горная (высотная) болезнь наблюдается при подъеме в горы, где организм подвергается воздействию не только пониженного содержания кислорода в воздухе и пониженного барометрического давления, но также физической нагрузке, охлаждению, повышенной инсоляции и других факторов высокогорья. Декомпрессионная болезнь наблюдается при резком снижении барометрического давления (например, в результате разгерметизации летательных аппаратов на высоте более тыс. м). При этом формируется опасное для жизни состояние, отличающееся от горной болезни острым или даже молниеносным течением. 2. Гипоксическая нормобарическая гипоксия может возникнуть при ограничении поступления в организм кислорода с воздухом при нормальном барометрическом давлении. Такие условия складываются при: нахождении людей в плохо вентилируемом помещении (шахте, колодце, лифте); нарушении регенерации воздуха и подачи кислородной смеси для дыхания в летательных и глубинных аппаратах, автономных костюмах (космонавтов, летчиков, водолазов, спасателей, пожарников); несоблюдении методики ИВЛ. Уменьшение содержания кислорода во вдыхаемом воздухе ведет к недостаточному насыщению Hb кислородом, что проявляется артериальной гипоксемией. Патогенез: артериальная гипоксемия, в ответ на гипоксемию развивается реакция компенсации, приводящая к гипокапнии и газовому алкалозу и нарушению регуляции дыхания, газовый алкалоз сменяется ацидозом, также имеют место артериальная гипотензия и гипоперфузия органов и тканей. При наличии во вдыхаемом воздухе высокого содержания углекислого газа артериальная гипоксемия может сочетаться с гиперкапнией и ацидозом. Умеренная гиперкапния способствует увеличению кровообращения в сосудах мозга и сердца. Однако значительное увеличение рco 2 в крови приводит к ацидозу, дисбалансу ионов в клетках и биологических жидкостях, снижению сродства Hb к кислороду. 9

10 Гипероксическая гипоксия 1. Гипербарическая. Возникает в условиях избытка кислорода (осложнение при гипербарической оксигенации). Избыточный кислород не потребляется в энергетических и пластических целях; угнетает процессы биологического окисления; подавляет тканевое дыхание является источником свободных радикалов, стимулирующих ПОЛ, вызывает накопление токсических продуктов, а также вызывает повреждение легочного эпителия, спадение альвеол, снижение потребления кислорода, и в итоге нарушается обмен веществ, возникают судороги, коматозное состояние (осложнения при гипербарической оксигенации). 2. Нормобарическая. Развивается как осложнение при кислородной терапии, когда длительно используются высокие концентрации кислорода, особенно у пожилых людей, у которых с возрастом падает активность антиоксидантной системы. При гипероксической гипоксии в результате увеличения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе увеличивается его воздушно венозный градиент, но снижается скорость транспорта кислорода артериальной кровью и скорость потребления кислорода тканями, накапливаются недоокисленные продукты, возникает ацидоз. ЭТИОЛОГИЯ И ПАТОГЕНЕЗ ЭНДОГЕННЫХ ТИПОВ ГИПОКСИЙ Эндогенная гипоксия возникает при различных заболеваниях и патологических состояниях. Дыхательная (респираторная) гипоксия Возникает вследствие дыхательной недостаточности, которая может быть обусловлена альвеолярной гиповентиляцией, сниженной перфузией кровью легких, нарушением диффузии кислорода через аэрогематический барьер, диссоциацией вентиляционно-перфузионного соотношения. Вне зависимости от происхождения дыхательной гипоксии, инициальным патогенетическим звеном является артериальная гипоксемия, обычно сочетающаяся с гиперкапнией и ацидозом. Циркуляторная (гемодинамическая) гипоксия Возникает вследствие недостаточности кровоснабжения при гиповолемии, сердечной недостаточности, снижении тонуса стенок сосудов, расстройств микроциркуляции, нарушений диффузии кислорода из капиллярной крови к клеткам. Локальная циркуляторная гипоксия. Причины: местные расстройства кровообращения (венозная гиперемия, ишемия, стаз), регионарные нарушения диффузии кислорода из крови к клеткам и их митохондриям. 10

11 Системная циркуляторная гипоксия. Причины: гиповолемия, сердечная недостаточность, генерализованные формы снижения тонуса сосудов. Гемическая гипоксия Возникает вследствие снижения эффективной кислородной емкости крови и нарушении транспорта кислорода. Hb оптимальный переносчик кислорода. Транспортная способность Hb определяется количеством кислорода, связанного с ним, и количеством кислорода, отданного тканям. При насыщении Hb кислородом в среднем на 96 % кислородная емкость артериальной крови (V a O 2) достигает примерно 20 % (объемных). В венозной крови этот показатель приближается к 14 % (объемным). Артерио-венозная разница по кислороду составляет 6 %. Патогенез: уменьшение содержания Hb в единице объема крови, нарушения транспортных свойств Hb (анемия) снижения КЕК. Гемический тип гипоксии характеризуется снижением способности Hb эритроцитов связывать кислород (в капиллярах легких), транспортировать и отдавать оптимальное количество его в тканях. При этом реальная кислородная емкость крови может снижаться до 5 10 % (объемных). 1г Hb связывает 1,34 мл О 2 (число Хюфнера). Исходя из числа Хюфнера, можно, зная содержание Hb, вычислить КЕК (формула 1): [СO 2 ] = 1,34 [Нb] SO 2, (1) где СO 2 содержание кислорода в артериальной крови; концентрация гемоглобина в крови; SO 2 насыщение гемоглобина кислородом; 1,34 число Хюфнера. Причинами уменьшения содержания кислорода в артериальной крови могут быть: а) уменьшение концентрации Hb, способного связывать кислород (уменьшение КЕК). Это может быть обусловлено либо анемией (уменьшается общее содержание Hb), либо инактивацией Hb; б) уменьшение насыщения гемоглобина кислородом. Закономерно возникает при уменьшении напряжения кислорода в артериальной крови ниже 60 мм рт. ст. Транспортные свойства Hb нарушаются при наследственных и приобретенных гемоглобинопатиях. Причинами приобретенных гемоглобинопатий является повышенное содержание в крови метгемоглобинообразователей, окиси углерода, карбиламингемоглобина, нитроксигемоглобина. Метгемоглобинообразователи группа веществ, обусловливающих переход иона железа из закисной формы (Fe 2+) в окисную (Fe 3+). Последняя форма обычно находится в связи с OН. Образование метгемоглобина (MetHb) обратимый процесс. MetHb не способен переносить кислород. В связи с этим КЕК снижается. 11

12 Окись углерода обладает высоким сродством к Hb. При взаимодействии окиси углерода с Hb образуется карбоксигемоглобин (HbCO), теряющий способность транспортировать кислород к тканям. Соединения Hb (например, карбиламингемоглобин, нитроксигемоглобин), образующиеся под влиянием сильных окислителей, также снижают транспортную способность Hb и вызывают развитие гемической гипоксии. Образование и диссоциация HbO 2 во многом зависят от физикохимических свойств плазмы крови. Изменения рн, осмотического давления, содержания 2,3-дифосфоглицерата, реологических свойств снижает транспортные свойства Hb и способность HbO 2 отдавать кислород тканям. Кривая диссоциации оксигемоглобина отражает зависимость между напряжением кислорода в артериальной крови и насыщением Hb кислородом (рисунок 1). Сдвиг влево Сдвиг вправо Рисунок 1 Кривая диссоциации оксигемоглобина Сдвиг кривой влево происходит при: снижении температуры; алкалозе; гипокапнии; уменьшении в эритроцитах содержания 2,3-дифосфоглицерата; отравлениях оксидом углерода (II); появлении наследственно обусловленных патологических форм Hb, которые не отдают кислород тканям. При сдвиге кривой влево Hb легче присоединяет кислород в капиллярах легких, но хуже отдает его тканям. Причиной сдвига кривой диссоциации оксигемоглобина вправо могут быть: повышение температуры; ацидоз; гиперкапния; увеличение содержания в эритроцитах 2,3-дифосфоглицерата. Влияние ацидоза и гиперкапнии на диссоциацию оксигемоглобина известно как эффект Бора. При сдвиге кривой вправо Hb хуже присоединяет кислород в капиллярах легких, но лучше отдает его тканям. С этим связано защитно-компенсаторное значение эффекта Бора при кислородном голодании. Тканевая гипоксия Тканевая гипоксия: первичная, вторичная. Первичная тканевая гипоксия характеризуется первичным поражением аппарата клеточного ды- 12

13 хания (например, при отравлении цианидами). При циркуляторной гипоксии, вследствие гипоксического некробиоза нарушается нормальная работа митохондрий и возникает вторичная тканевая гипоксия. Причины: факторы, снижающие эффективность утилизации кислорода клетками тканей и/или сопряжения окисления и фосфорилирования. Патогенез тканевой гипоксии включает несколько ключевых звеньев: 1. Снижение эффективности усвоения кислорода клетками. Наиболее часто это результат: подавления активности ферментов биологического окисления; значительного изменения физико-химических параметров в тканях; торможения синтеза ферментов биологического окисления и повреждения мембран клеток. Подавление активности ферментов биологического окисления при: специфическом ингибировании ферментов биологического окисления; неспецифическом подавлении активности ферментов ионами металлов (Ag 2+, Hg 2+, Cu 2+); конкурентном ингибировании ферментов биологического окисления. Изменения физико-химических параметров в тканях (температуры, электролитного состава, рн, фазового состояния мембранных компонентов) в более или менее выраженной мере снижают эффективность биологического окисления. Торможение синтеза ферментов биологического окисления может наблюдаться при общем или частичном (особенно белковом) голодании; при большинстве гипо- и дисвитаминозов; нарушении обмена минеральных веществ, необходимых для синтеза ферментов. Повреждение мембран. В наибольшей мере это относится к мембранам митохондрий. Важно, что выраженная гипоксия любого типа сама по себе активирует многие механизмы, приводящие к повреждению мембран и ферментов клеток с развитием тканевой гипоксии. 2. Снижение степени сопряжения окисления и фосфорилирования макроэргических соединений в дыхательной цепи. В этих условиях увеличиваются расход кислорода тканями и интенсивность функционирования компонентов дыхательной цепи. Большая часть энергии транспорта электронов трансформируется в тепло и не используется для ресинтеза макроэргов. Эффективность биологического окисления снижается. Клетки не получают энергетического обеспечения. В связи с этим нарушаются их функции и нарушается жизнедеятельность организма в целом. Выраженной способностью разобщать процессы окисления и фосфорилирования обладают многие эндогенные агенты (например, избыток Ca 2+, H +, ВЖК, йодсодержащие гормоны щитовидной железы), а также экзогенные вещества (2,4-динитрофенол, пентахлорфенол). Субстратный тип гипоксии Причины: дефицит в клетках субстратов биологического окисления (в основном глюкозы). 13

14 Патогенез: прогрессирующее торможение биологического окисления. В связи с этим в клетках быстро снижается уровень АТФ и креатинфосфата, величина мембранного потенциала. Изменяются и другие электрофизиологические показатели, нарушаются различные пути метаболизма и пластические процессы. Перегрузочный тип гипоксии Причины: значительное и/или длительное увеличение функций тканей, органов или их систем. При этом интенсификация доставки к ним кислорода и субстратов метаболизма, обмена веществ, реакций сопряжения окисления и фосфорилирования не способны устранить дефицита макроэргических соединений, развившегося в результате гиперфункции клетки. Наиболее часто это наблюдается в ситуациях, вызывающих повышенное и/или продолжительное функционирование скелетных мышц и/или миокарда. Патогенез: чрезмерная по уровню и/или длительности нагрузка на мышцу (скелетную или сердца) обусловливает относительную (по сравнению с требуемым при данном уровне функции) недостаточность кровоснабжения мышцы; дефицит кислорода в миоцитах, что вызывает недостаточность процессов биологического окисления в них. Смешанный тип гипоксии Причины: факторы, нарушающие два и более механизмов доставки и использования кислорода и субстратов метаболизма в процессе биологического окисления. Например, острая массивная кровопотеря приводит как к снижению КЕК и к расстройству кровообращения: развивается гемический и гемодинамический типы гипоксии. Последовательное влияние факторов, ведущих к повреждению различных механизмов транспорта кислорода и субстратов метаболизма, а также процессов биологического окисления. Например, острая массивная потеря крови приводит к гемической гипоксии. Снижение притока крови к сердцу обусловливает уменьшение выброса крови, расстройства гемодинамики, в том числе коронарного и мозгового кровотока. Ишемия ткани мозга может вызвать расстройство функции дыхательного центра и респираторный тип гипоксии. Взаимное потенцирование нарушений гемодинамики и внешнего дыхания приводит к значительному дефициту в тканях кислорода и субстратов метаболизма, к грубым повреждениям мембран клеток, а также ферментов биологического окисления и, как следствие, к гипоксии тканевого типа. Патогенез: включает звенья механизмов развития разных типов гипоксии. Смешанная гипоксия часто характеризуется взаимопотенцированием отдельных ее типов с развитием тяжёлых экстремальных и даже терминальных состояний. Изменения газового состава и рн крови при смешанной гипоксии определяются доминирующими расстройствами механизмов транспорта и утилизации кислорода, субстратов обмена веществ, а также процессов 14

15 биологического окисления в разных тканях. Характер изменений при этом может быть разным и весьма динамичным. Нарушения обмена веществ и изменения в клетке при гипоксии При недостатке кислорода происходит нарушение обмена веществ и накопление продуктов неполного окисления, многие из которых являются токсичными. Появление продуктов ПОЛ один из важнейших факторов гипоксического повреждения клетки. Накапливаются промежуточные продукты белкового обмена, увеличивается содержание аммиака, снижается количество глутамина, нарушается обмен фосфолипидов и фосфопротеидов, устанавливается отрицательный азотистый баланс. Синтетические процессы снижены. Нарушается активный транспорт ионов через биологические мембраны. Снижается количество внутриклеточного калия. Кальций накапливается в цитоплазме одно из основных звеньев гипоксического повреждения клетки. Структурные нарушения в клетке при гипоксии возникают в результате биохимических изменений. Сдвиг рн в кислую сторону и другие нарушения обмена повреждают мембраны лизосом, откуда выходят активные протеолитические ферменты. Их разрушительное действие на клетку, в частности митохондрии, усиливается на фоне дефицита макроэргов, которые делают клеточные структуры более уязвимыми. Ультраструктурные нарушения выражаются в гиперхроматозе и распаде ядра, набухании и деградации митохондрий. Расстройство обмена веществ является одним из наиболее ранних проявлений гипоксии. В условиях острой и подострой гипоксии закономерно развивается ряд метаболических расстройств: уровень АТФ и креатинфосфата при гипоксии любого типа прогрессирующе снижаются вследствие подавления процессов биологического окисления (особенно аэробных) и сопряжения их с фосфорилированием; содержание АДФ, АМФ и креатина нарастают вследствие нарушения их фосфорилирования; концентрация неорганического фосфата в тканях увеличивается в результате повышенного гидролиза АТФ, АДФ, АМФ, креатинфосфата и подавления реакций окислительного фосфорилирования; процессы тканевого дыхания в клетках подавлены вследствие дефицита кислорода, недостатка субстратов обмена веществ, подавление активности ферментов тканевого дыхания; гликолиз на начальном этапе гипоксии активируется; содержание H + в клетках и биологических жидкостях прогрессирующе нарастает и развивается ацидоз вследствие торможения окисления субстратов, особенно лактата и пирувата и в меньшей мере жирных кислот и аминокислот. Биосинтез нуклеиновых кислот и белков подавлен вследствие дефицита энергии, необходимой для этих процессов. Параллельно с этим акти- 15

16 вируется протеолиз, обусловленный активацией в условиях ацидоза протеаз, а также неферментного гидролиза белков. Азотистый баланс становится отрицательным. Это сочетается с повышением уровня остаточного азота в плазме крови и аммиака в тканях (вследствие активации реакций протеолиза и торможения процессов протеосинтеза). Жировой обмен также существенно изменен и характеризуется: активацией липолиза (вследствие повышения активности липаз и ацидоза); торможением ресинтеза липидов (в результате дефицита макроэргических соединений); накоплением в результате вышеуказанных процессов избытка кетокислот (ацетоуксусной, β-оксимасляной кислот, ацетона) и жирных кислот в плазме крови, межклеточной жидкости, клетках. При этом ВЖК оказывают разобщающее влияние на процессы окисления и фосфорилирования, что усугубляет дефицит АТФ. Обмен электролитов и жидкости в тканях нарушен. Это проявляется: отклонениями трансмембранного соотношения ионов в клетках (в условиях гипоксии клетки теряют K +, в цитозоле накапливаются Na + и Ca 2+, в митохондриях Ca 2+); дисбалансом между отдельными ионами (например, в цитозоле уменьшается соотношение K + /Na +, K + /Ca 2+); увеличением в крови содержания Na +, Cl, отдельных микроэлементов. Изменения содержания разных ионов различны. Они зависит от степени гипоксии, преимущественного повреждения того или иного органа, изменений гормонального статуса и других факторов; накоплением избытка жидкости в клетках и набуханием клеток (вследствие увеличения осмотического давления в цитоплазме клеток в связи с накопление в них Na +, Ca 2+ и некоторых других ионов, а также повышения онкотического давления в клетках в результате распада полипептидов, липопротеинов и других белоксодержащих молекул, обладающих гидрофильными свойствами). В тканях и органах могут развиваться и другие нарушения метаболизма. Во многом они зависят от причины, типа, степени и длительности гипоксии, преимущественно пораженных при гипоксии органов и тканей и ряда других факторов. РЕЗИСТЕНТНОСТЬ ОРГАНОВ И ТКАНЕЙ К ГИПОКСИИ При гипоксии нарушения функций органов и тканей выражены в разной мере. Это определяется: различной резистентностью органов к гипоксии; скоростью ее развития; степенью и длительностью ее воздействия на организм. 16

17 Наибольшая устойчивость к гипоксии у костей, хрящей, сухожилий, связок. Даже в условиях тяжелой гипоксии в них не обнаруживаются значительные морфологические отклонения. В скелетной мускулатуре изменения структуры миофибрилл, а также их сократимости выявляются через мин, а в миокарде уже через мин. В почках и печени морфологические отклонения и расстройства функций обнаруживаются обычно через мин после начала гипоксии. Наименьшей резистентностью к гипоксии обладает ткань нервной системы. При этом различные ее структуры по-разному устойчивы к гипоксии одинаковой степени и длительности. Резистентность нервных клеток уменьшается в следующем порядке: периферические нервные узлы спинной мозг продолговатый мозг гиппокамп мозжечок кора больших полушарий. Прекращение оксигенации коры мозга вызывает значительные структурные и функциональные изменения в ней уже через 2 3 мин, в продолговатом мозге через 8 12 мин, а в ганглиях вегетативной нервной системы через мин. Последствия гипоксии для организма в целом определяются степенью повреждения нейронов коры больших полушарий и временем их развития. ПРОЯВЛЕНИЯ ДИСФУНКЦИИ ОРГАНОВ И ТКАНЕЙ ПРИ ГИПОКСИИ Проявления расстройств функций органов и тканей при острой гипоксии включают: Проявления в ВНД Выявляются через несколько секунд и проявляются: снижением способности адекватно оценивать происходящие события и окружающую обстановку; ощущениями дискомфорта, тяжести в голове, головной боли; дискоординацией движений; замедлением логического мышления и принятия решений (в том числе простых); расстройством сознания и его потерей в тяжелых случаях; нарушением бульбарных функций, что приводит к расстройствам функций сердца и дыхания, вплоть до их прекращения. Проявления в системе кровообращения: снижение сократительной функции миокарда, уменьшение ударного и сердечного выбросов; расстройство кровотока в сосудах сердца и развитие коронарной недостаточности, обусловливающей эпизоды стенокардии и даже инфаркт миокарда; развитие аритмий сердца, включая мерцание и фибрилляцию предсердий и желудочков; 17

18 гипертензивные реакции (за исключением отдельных разновидностей гипоксии циркуляторного типа), сменяющимися артериальной гипотензией, в том числе острой т. е. коллапсом); изменение объема и реологических свойств крови. При гемической гипоксии, вызванной острой кровопотерей, развиваются характерные стадийные их изменения. При других типах гипоксии вязкость и ОЦК могут повышаться в связи с выбросом эритроцитов из костного мозга и мобилизацией депонированной фракции крови. Возможны также расстройства микроциркуляции, проявляющиеся чрезмерным замедлением тока крови в капиллярах, турбулентным его характером, артериолярно-венулярным шунтированием, трансмуральными и экстраваскулярными нарушениями микроциркуляции. В тяжелых случаях эти расстройства завершаются сладжем и капилляротрофической недостаточностью. Проявления в системе внешнего дыхания: вначале увеличение объема альвеолярной вентиляции, а затем (при нарастании степени гипоксии и повреждения нервной системы) прогрессирующее ее снижение; уменьшение общей и регионарной перфузии легких. Это обусловлено падением сердечного выброса, а также регионарной вазоконстрикцией в условиях гипоксии; нарушение вентиляционно-перфузионного соотношения (вследствие местных расстройств перфузии и вентиляции в различных участках легких); снижение диффузии газов через аэрогематический барьер (в связи с развитием отека и набуханием клеток межальвеолярной перегородки). В итоге развивается ДН, усугубляющая степень гипоксии. Проявления нарушений функций почек расстройства диуреза (от полиурии до олиго- и анурии). Олигурия развивается, как правило, при гипоксии, вызванной острой кровопотерей. В этом случае она является адаптивной реакцией, препятствующей уменьшению ОЦК. Олигурия наблюдается и при гемической гипоксии, вызванной гемолизом эритроцитов. В этих условиях снижение диуреза обусловлено нарушением фильтрации в клубочках почек в связи с накоплением в их капиллярах детрита из разрушенных эритроцитов. Полиурия развивается при выраженной гипоксический альтерации почек (например, у пациентов с хронической циркуляторной, дыхательной или гемической постгеморрагической гипоксией); нарушения состава мочи. При этом относительная плотность меняется разнонаправлено (на различных этапах гипоксии наблюдается и повышенная плотность мочи гиперстенурия, и пониженная гипостенурия, и мало изменяющаяся в течение суток изостенурия). Выраженные повреждения почек при тяжелых формах гипоксии могут привести к развитию почечной недостаточности, уремии и комы. 18

19 Расстройства функций печени В условиях гипоксии нарушение печеночных функций развивается, как правило, при ее хроническом течении. При этом выявляются признаки как парциальной так и тотальной дисфункции печени. К наиболее частым относятся: расстройства обмена веществ (углеводного, липидного, белкового, витаминов); нарушения антитоксической функции печени; угнетение образования в ней различных веществ (например, факторов системы гемостаза, коферментов, мочевины, желчных пигментов и др.). Нарушения в системе пищеварения: расстройства аппетита (как правило, его снижение); нарушение моторики желудка и кишечника (обычно снижение перистальтики, тонуса и замедление эвакуации желудочного и/или кишечного содержимого); развитие эрозий и язв (особенно при длительной тяжелой гипоксии). Нарушение в системе иммунобиологического надзора При хронических и выраженных гипоксических состояниях происходит снижение эффективности в системе иммунитета, что проявляется: низкой активностью иммунокомпетентных клеток; недостаточной эффективностью факторов неспецифической защиты организма: комплемента, ИФН, мураминидазы, белков острой фазы, естественных киллеров и др. Указанные и некоторые другие изменения в системе иммунитета при выраженной длительной гипоксии могут привести к развитию различных иммунопатологических состояний: иммунодефицитов, патологической иммунной толерантности, аллергических реакций, состояний иммунной аутоагрессии. Незначительное изменение парциального давления СО 2 в крови влияет на мозговое кровообращение. При гиперкапнии (вследствие гиповентиляции) сосуды мозга расширяются, повышается внутричерепное давление, что сопровождается головной болью и головокружением. Уменьшение парциального давления СО 2 при гипервентиляции альвеол снижает мозговой кровоток, при этом возникает состояние сонливости, возможны обмороки. ЭКСТРЕННЫЕ И ДОЛГОВРЕМЕННЫЕ РЕАКЦИИ АДАПТАЦИИ И КОМПЕНСАЦИИ ПРИ ГИПОКСИИ Развитие гипоксии является стимулом для включения комплекса компенсаторных и приспособительных реакций, направленных на восстановление нормального снабжения тканей кислородом. В противодействии развитию гипоксии принимают участие системы органов кровообращения, 19

20 дыхания, система крови, происходит активация ряда биохимических процессов, способствующих ослаблению кислородного голодания клеток. Приспособительные реакции, как правило, предшествуют развитию выраженной гипоксии. Экстренные и долговременные механизмы адаптации при острой и хронической гипоксии представлены в таблицах 1, 2. Таблица 1 Механизмы адаптации организма к острой гипоксии Органы и системы Система ВД Сердце Сосудистая система Система крови Система биологического окисления Эффекты Увеличение объема альвеолярной вентиляции Повышение сердечного выброса Перераспределение кровотока его централизация Увеличение КЕК Повышение эффективности биологического окисления Механизм эффектов Увеличение: частоты и глубины дыханий; числа функционирующих альвеол. Увеличение: ударного выброса; числа сокращений. Региональное изменение диаметра сосудов (увеличение в мозге и сердце) выброс крови из депо; элиминация эритроцитов из костного мозга; повышение сродства Hb к кислороду в легких; увеличение диссоциации оксигемоглобина в тканях. активация тканевого дыхания; активация гликолиза; повышение сопряженности окисления и фосфорилирования. Таблица 2 Механизмы адаптации организма к хронической гипоксии Органы и системы Система биологического окисления Система ВД Сердце Эффекты Повышение эффективности биологического окисления Увеличение степени оксигенации крови в легких Повышение сердечного выброса Механизм эффектов увеличение числа митохондрий, их крист и ферментов в них; повышение сопряженности окисления и фосфорилирования. Гипертрофия легких с увеличением числа альвеол и капилляров в них гипертрофия миокарда; увеличение в нем числа капилляров и митохондрий в кардиомиоцитах; возрастание скорости взаимодействия актина и миозина; повышение эффективности систем регуляции сердца; 20

21 Окончание таблицы 2 Органы и системы Сосудистая система Система крови Органы и ткани Системы регуляции Эффекты Возрастание уровня перфузии тканей кровью Увеличение КЕК Повышение экономичности функционирования Возрастание эффективности и надежности механизмов регуляции Механизм эффектов увеличение количества функционирующих капилляров; развитие артериальной гиперемии в функционирующих органах и тканях. активация эритропоэза; увеличение элиминации эритроцитов из костного мозга; развитие эритроцитоза; повышение сродства Hb к кислороду в легких; ускорение диссоциации оксигемоглобина в тканях переход на оптимальный уровень функционирования; повышение эффективности метаболизма. повышение резистентности нейронов к гипоксии; снижение степени активации симпатико-адреналовой и гипоталамогипофизарно-надпочечниковой РОЛЬ В ПАТОЛОГИИ И ЛЕЧЕБНОЕ ДЕЙСТВИЕ ГИПЕРОКСИИ Гипероксия (греч. hyper над, сверх, oxygeniuin кислород) повышенное парциальное давление кислорода (ро 2) в тканях организма. Гипероксия возникает в условиях избытка кислорода как осложнение при кислородной терапии, когда длительно используются высокие концентрации кислорода, особенно у пожилых людей, у которых с возрастом падает активность антиоксидантной системы. Избыточный кислород не потребляется в энергетических и пластических целях, является источником радикалов, стимулирующих ПОЛ, угнетает биологическое окисление, вызывает повреждение легочного эпителия, спадение альвеол и тем самым снижает потребление кислорода тканями, накапливаются недоокисленные продукты, возникает ацидоз и в итоге нарушается обмен веществ, возникают отек мозга, судороги, коматозное состояние (осложнения при гипербарической оксигенации). В механизме повреждающего действия кислорода играют роль: понижение активности многих ферментов. Опасным до некоторой степени является применение кислородной терапии при снижении чувствительности ДЦ к повышению содержания СО 2 в крови, что имеет место у лиц пожилого и старческого возраста с наличием церебрального атеросклероза, при органических поражениях централь- 21

22 ной нервной системы. У таких больных регуляция дыхания происходит с участием каротидных хеморецепторов, чувствительных к гипоксемии. Устранение ее может привести к остановке дыхания. Оксигенотерапия ингаляция кислорода под нормальным (нормобарическая оксигенация) или повышенным давлением (гипербарическая оксигенация) является одним из эффективных методов лечения при некоторых тяжелых формах гипоксии. Нормобарическая оксигенотерапия показана в тех случаях, когда парциальное давление кислорода в артериальной крови ниже 60 мм рт. ст., а процент насыщения Hb менее 90 %. Не рекомендуется проводить оксигенотерапию при более высоком р а О 2, так как это лишь в незначительной степени повысит образование оксигемоглобина, но может привести к нежелательным последствиям. При гиповентиляции альвеол и при нарушении диффузии кислорода через альвеолярную мембрану такая кислородная терапия существенно или полностью устраняет гипоксемию. Гипербарическая оксигенация показана при лечении больных с острой постгеморрагической анемией и при тяжелых формах отравления окисью углерода и метгемоглобинообразователями, при декомпрессионной болезни, артериальной газовой эмболии, острой травме с развитием ишемии тканей и ряде других тяжелых состояний. Гипербарическая оксигенация устраняет как острые, так и отдаленные эффекты отравления окисью углерода. ОСНОВЫ ДИАГНОСТИКИ ГИПОКСИЧЕСКИХ СОСТОЯНИЙ Газовый состав артериальной крови отражает состояние обмена газов в легких. При нарушении его наблюдается понижение P a O 2 и насыщения S a O 2. Для определения состояния обмена газов на уровне тканей параллельно нужно исследовать смешаную венозную кровь. Чем больше выражена кислородная задолжность тканей (циркуляторная гипоксия), тем больше снижены показатели в венозной крови P v O 2 и S v O 2. Такие данные свидетельствуют о необходимости оптимизации транспорта кислорода. Последний может быть недостаточен из-за сниженной КЕК (анемия), малого сердечного выброса (гиповолемия, сердечная недостаточность) или нарушений микроциркуляции. Нередко наблюдается комбинация этих причин. Если же P v O 2 и особенно S v O 2 у больных в тяжелом состоянии нормальны или повышены, возникает наиболее неблагоприятная ситуация. Артериализация смешаной венозной крови наблюдается либо при наличии грубых нарушений микроциркуляции, характерных для гиповолемии, централизации кровотока при спазме артериол, либо при нарушении свойств Hb. Последнее наблюдается при тяжелой гипоксии на фоне снижения в эритроцитах концентрации 2,3-ДФГ. Это явление сопровождается затруднением диссоциации оксигемоглобина и нарушением отдачи кислорода тканям. Прогноз при этом всегда неблагоприятен. 22

23 Однако определять только PO 2 и SO 2 не всегда достаточно, чтобы судить о кислородном балансе организма. У больных с кровопотерей, травмой, после больших операций важно знать содержание общего кислорода (концентрация общего кислорода) в крови, представленного молекулярным кислородом во всех формах (т. е. связанного с Hb плюс диссоциированного в плазме), т. к. у них длительно сохраняющаяся анемия снижает КЕК. В определении кислородного баланса организма решающее значение придается соотношению между доставкой (транспортом) кислорода, потреблением кислорода в тканях и коэффициенту экстракции кислорода. Нормальные значения коэффициента экстракции кислорода %. Увеличение этого показателя свидетельствует о повышенной кислородной задолженности тканей, а уменьшение о пониженном потреблении кислорода из проходящей через ткани крови (нарушение отдачи кислорода тканям). Для оценки степени выраженности гипоксии традиционным является определение лактата, пирувата, их соотношения, активности ЛДГ в артериальной крови. Для оценки кислородного баланса у больных требуется сопоставление многих показателей, т.к. нет единого показателя гипоксии. Лабораторные показатели газового состава артериальной и венозной крови при различных видах гипоксий представлены в таблице 3. Таблица 3 Показатели кислородтранспортной функции крови при различных типах гипоксии (по П. Ф. Литвицкому с дополнениями) Показатель Форма гипоксии гипоксическая гемическая циркуляторная тканевая Кислородная емкость нормальная нормальная снижена крови или повышенная или повышенная нормальная Содержание кислорода снижено нормальное нормальное в артериальной крови или нормальное или повышенное нормальное Напряжение кислорода в артериальной крови снижено нормальное нормальное нормальное Кислородное насыщение артериальной крови снижено нормальное нормальное нормальное Содержание кислорода снижено снижено снижено в венозной крови или нормальное или нормальное повышено Напряжение кислорода в венозной крови снижено снижено снижено повышено Кислородное насыщение венозной крови снижено нормальное снижено повышено Артериовенозная нормальная нормальная разница содержания или или сниженная кислорода сниженная повышена снижена Артериовенозная разница ро 2 снижена повышена повышена снижена 23

24 ПРИНЦИПЫ УСТРАНЕНИЯ И ПРОФИЛАКТИКИ ГИПОКСИИ Профилактика и лечение гипоксии зависят от вызвавшей ее причины и должны быть направлены на ее устранение или ослабление. Устранение или снижение выраженности гипоксических состояний базируется на нескольких принципах (рисунок 2). Принципы и методы устранения/снижения тяжести гипоксии Этиотропный Экзогенный тип гипоксии: нормализация ро 2 во вдыхаемом воздухе; добавление во вдыхаемый воздух углекислого газа. Эндогенные типы гипоксии: устранение болезни или патологического процесса, причины гипоксии. Патогенетический Ликвидация или снижение степени ацидоза. Уменьшение дисбаланса ионов в клетках и биологических жидкостях. Предотвращение или снижение степени повреждения мембран и ферментов клетки. Оптимизация (снижение) уровня функции органов и их систем. Саногенетический Поддержание и стимуляция защитных и приспособительных механизмов Симптоматический Устранение неприятных, тягостных ощущений, усугубляющих состояние пациента Рисунок 2 Принципы и методы устранения/снижения тяжести гипоксии Выделяют следующие принципы лечения гипоксии: этиотропный, патогенетический, саногенетический и симптоматический. Этиотропная терапия Этиотропная терапия включает пути, мероприятия, способы и средства, направленные на ликвидацию или ослабление действия на организм причинных факторов и неблагоприятных условий. Особенности и эффективность этиотропного лечения зависят от типа, вида и стадии гипоксии. При экзогенной гипоксии необходимо как можно быстрее и эффективнее нормализовать барометрическое давление (путем ликвидации или ослабления вызвавших его нарушения причин) и ро 2 во вдыхаемом воздухе (путем добавления к нему необходимого количества О 2). При эндогенной гипоксии устраняют или ослабляют причины (т.е. причинные факторы и неблагоприятные условия), вызвавшие развитие соответствующих заболеваний или патологических процессов, сопровождающихся развитием гипоксии. Патогенетическая терапия Патогенетическая терапия направлена на устранение или существенное ослабление основного, ведущих и второстепенных звеньев патогенеза гипок- 24

25 сии. Активизация деятельности сердечно-сосудистого и дыхательного центров, системы ВД, системного, регионарного и микроциркуляторного кровообращения достигается добавлением к вдыхаемому воздуху СО 2 (до 3 9 %). Для более быстрого устранения гипоксии и более эффективного насыщения крови и тканей кислородом используют метод гипероксигенации всего организма или отдельных его частей (например, конечностей). Гипероксигенацию производят в условиях как нормобарии, так и гипербарии (больному дают кислород при нормальном или повышенном барометрическом давлении). При этом важно учитывать возможность появления токсического действия избытка О 2, проявляющегося преимущественно повреждением и перевозбуждением структур ЦНС, гиповентиляцией альвеол (из-за развития ателектаза и отека легких), развитием полиорганной недостаточности. При выявлении токсического действия О 2 устраняют гипероксигенацию путем перевода больного на дыхание воздухом с нормальным ро 2. Улучшение доставки субстратов и регуляторных веществ к органам. Восстановление количества эритроцитов, Hb, ОЦК. Улучшение реологических свойств крови. Активизация процесса диссоциации HbO 2 в крови капилляров и др. Улучшение функционирования систем удаления от тканей и органов недоокисленных продуктов метаболизма, осуществляемого посредством восстановления нарушенного кровообращения (улучшения венозного оттока от тканей, а значит и удаления от них продуктов метаболизма (особенно недоокисленных веществ и соединений)). Это достигается добавлением к вдыхаемому воздуху повышенных количеств СО 2 (до 3 9 %). Саногенетическая терапия Саногенетическая терапия направлена на повышение адаптации и устойчивости тканей к гипоксии и обеспечивается путем: снижения общего уровня жизнедеятельности и расхода энергии: активизация процессов внутреннего торможения; уменьшение процессов возбуждения нервной системы; ослабление избыточной активности эндокринной системы; стабилизации клеточных и субклеточных мембран и снижения степени их повреждения; ликвидации или ослабления дисбаланса ионов и воды в клеточнотканевых структурах организма; устранения имеющихся различных видов ферментопатий; специфического вмешательства в процессы биологического окисления в клетках посредством применения лекарственных средств. Ведущее положение среди лекарственных средств, нормализующих расстройства биологического окисления в клетках занимают следующие: Антигипоксанты (гутимин, олифен, амтизол), повышающие резистентность тканей к недостатку кислорода и действующие на клеточном и субклеточном уровнях. 25

26 Антиоксиданты (витамины С, Е, А; селен, селенит натрия; фитоадаптогены), действие которых направлено на снижение как избыточного количества свободных радикалов и перекисей (главным образом липидных). Так и повреждающего действия последних на различные, особенно мембранные, структуры клеток. Фитоадаптогены (корни и листья растений семейств аралиевых, толокнянковых). Данные препараты обладают способностью повышать неспецифическую адаптацию и резистентность различных клеточнотканевых структур и целостного организма. Симптоматическая терапия Симптоматическая терапия призвана ликвидировать или существенно ослабить не только неприятные, тягостные для человека субъективные ощущения, но и различные неблагоприятные симптомы, обусловленные как гипоксией, так и отрицательными последствиями этиотропного и патогенетического лечения. Для этого используют лекарственные и нелекарственные методы и средства, которые устраняют или снижают разнообразные второстепенные патологические изменения в организме, в том числе волнение, боль, отрицательные эмоции. Основные принципы профилактики гипоксии Профилактика гипоксии и ее отрицательных последствий не только возможна, но и целесообразна и достаточно эффективна. Для этого в течение длительного времени можно искусственно вызывать многократную, прерывистую, ступенчатую гипоксическую гипоксию как в нормобарических, так и в гипобарических условиях. Проводя тренировки гипоксической гипоксией, вызываемой вдыханием воздуха с постепенным снижением в нем парциального давления кислорода, можно повысить устойчивость организма к действию разнообразных (механических, термических, химических, токсических, биологических) повреждающих факторов, в том числе к операционным воздействиям, различным ядам, инфекционным (в том числе вирусам, бактериям, грибам) и другим патогенным факторам. В экспериментах на разных видах животных показано, что после многократных тренировок к недостатку кислорода во вдыхаемом воздухе, к физическим (мышечным), особенно нарастающим, нагрузкам, к артериальной гипотензии, вызываемой дробными кровопусканиями, повышается резистентность организма к различным видам патологии, в том числе к гипоксии экзогенного и эндогенного происхождения. В целях профилактики различных видов (в том числе и гипоксической) гипоксии можно использовать различные группы лекарственных препаратов: фитоадаптогены растений семейств аралиевых (элеутерококк, левзея, женьшень и другие), толокнянковых (родиола розовая), антигипоксанты (гутимин, олифен), актопротекторы (этилтиобензимидазола гибробромид), антиоксиданты (витамины А, Е, С, препараты селена). 26

27 ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ Ситуационные задачи Задача 1 Пациенту К. 50 лет, после выведения его из тяжелого состояния, вызванного внезапно начавшимся дома обильным кровотечением из пораженного опухолью желудка, была проведена гастрэктомия (удаление желудка) под наркозом с использованием ИВЛ. В ходе проведения противошоковой терапии и операции пациенту вводили различные плазмозаменители (в пределах 1,0 л) и перелили 2,5 л цельной донорской крови после двухдневного ее хранения. На 3-и сутки после операции, несмотря на восстановление до нормы концентрации Hb в крови, у пациента состояние продолжало оставаться тяжелым: слабость, головная боль, головокружение, кожа рук и ног холодная, гипотензия (АД 70/30 мм рт. ст.), тяжелые расстройства внешнего дыхания, почечная недостаточность и желтуха (желтушность кожи и склер). Пациент был переведен на ИВЛ. Вопросы 1. Какое состояние наблюдалось у пациента на 3-и сутки после операции? Ответ обоснуйте. 2. Каковы причины и механизмы развития гипоксии: а) в предоперационном периоде; б) в ходе операции; в) на 3-и сутки послеоперационного периода? Разбор задачи 1. Шок. На это состояние указывают симптомы, характерные для системного расстройства микроциркуляции: снижение температуры кожи (нарушение периферического кровообращения), слабость, головокружение и расстройства внешнего дыхания (нарушение церебрального кровообращения), почечная недостаточность (нарушение перфузии почек). Артериальная гипотензия является также одним из главных симптомов шока. 2. Искусственная гипервентиляция ведет к алкалозу и снижению диссоциации HbО 2. а) в предоперационном периоде могла быть гипоксия вследствие анемии мегалобластического типа (в связи с поражением желудка, что привело к дефициту внутреннего фактора Касла и нарушению эритропоэза), постгеморрагической анемии (если больной имел скрытое хроническое кровотечение). б) в ходе операции гипоксия могла усугубиться вследствие гипервентиляции при проведении ИВЛ (сдвиг кривой диссоциации HbО 2 влево, т.е. снижение диссоциации HbО 2 в условиях алкалоза). 27

28 в) в послеоперационном периоде гипоксия может нарастать вследствие использования долго хранящейся донорской крови (для справки: через 8 дней хранения крови содержание 2,3-ДФГ в эритроцитах снижается более чем в 10 раз, что нарушает дезоксигенацию Hb). Задача 2 Пациент К., 59 лет, был направлен в клинику для прохождения медицинского осмотра. В результате обследования были получены следующие данные: р атм О 2 (мм рт. ст.) 158; р A О 2 (мм рт. ст.) 88; р а О 2 (мм рт. ст.) 61; р а СО 2 (мм рт. ст.) 59; р v O 2 (мм рт. ст.) 16; S a O 2 (%) 88; S v O 2 (%) 25; МОД (л/мин) 2,85; МОК (л/мин) 8,5; рн 7,25; МК (мг%) 20,0; ТК (мэкв/сут) 60; Hb 140 г/л. Вопросы 1. Определите, какой тип гипоксии наблюдается у пациента. 2. На основании каких данных вы сделали вывод? Разбор задачи 1. Смешанный: респираторный и циркуляторный типы гипоксии. 2. О респираторном типе, обусловленным гиповентиляцией, свидетельствует снижение р a О 2, повышение р а СО 2 и низкий МОД. На циркуляторный тип указывает высокая артериовенозная разница по О 2: S a O 2 -S v O 2. Снижение рн обусловлено накоплением лактата и Н 2 СО 3 в крови. Функция почек, судя по их способности секретировать Н +, не нарушена. Об этом свидетельствует высокое значение ТК (титруемая кислотность). Задача 3 В терапевтическую клинику поступила пациентка К., 60 лет, с жалобами на общую слабость, головные боли постоянного типа, головокружение, пошатывание при ходьбе, незначительно выраженную одышку, плохой аппетит, чувство жжения на кончике языка. В анамнезе: в связи с некоторыми диспептическими расстройствами (боли в подложечной области, иногда диарея) был исследован желудочный сок и установлено выраженное снижение его кислотности. Объективно: состояние средней тяжести, выраженная бледность кожных покровов и слизистых оболочек, незначительная одышка в покое, АД в пределах возрастной нормы. Вопросы 1. Есть ли у пациентки признаки развития общей гипоксии организма? Если да, то назовите их. 2. Характерны ли указанные Вами признаки лишь для гипоксии? Если нет, то при каких других типовых патологических процессах развиваются аналогичные симптомы? 28

29 3. Какие дополнительные данные о состоянии пациентки Вам необходимы для подтверждения или опровержения версии, возникшей в связи с вопросом 2? 4. Есть ли основания для предположения о наличии у пациентки гипоксии циркуляторного типа? Если да, то назовите их. Какой объективный показатель мог бы подтвердить или опровергнуть версию о циркуляторной гипоксии? 5. Есть ли основания для предположения о развитии у пациентки гипоксии респираторного типа? Если да, то назовите их и укажите, что необходимо определить для подтверждения или опровержения версии о респираторном типе гипоксии. 6. Есть ли какие-либо основания для предположения о развитии у пациентки гипоксии гемического типа? Если да, то какие исследования могли бы это подтвердить? ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ Укажите все правильные ответы: 1. Укажите реакции экстренной адаптации к гипоксии: а) увеличение объема альвеолярной вентиляции; б) мобилизация депонированной крови; в) усиление анаэробного гликолиза; г) снижение диссоциации оксигемоглобина; д) перераспределение кровотока; е) увеличение количества митохондрий в клетке; ж) тахикардия; з) активация эритропоэза. 2. Какие изменения наблюдаются в организме при острой гипоксии в стадии компенсации: а) тахикардия; б) увеличение гематокрита; в) тахипноэ; г) спазм коронарных сосудов; д) гиперпноэ; е) расширение сосудов мышц; ж) уменьшение вентиляции альвеол; з) расширение сосудов мозга. 3. Укажите изменения в крови, характерные для начального этапа экзогенной гипобарической гипоксии: а) гиперкапния; б) гипокапния; 29

30 в) гипоксемия; г) газовый алкалоз; д) газовый ацидоз; е) метаболический ацидоз. 4. Укажите причины гипоксии дыхательного типа: а) снижение ро 2 в воздухе; б) отравление СО; в) эмфизема легких; г) отравление нитратами; д) хроническая кровопотеря; е) недостаточность митрального клапана; ж) гиповитаминоз В 12 ; з) возбудимости ДЦ. 5. Укажите причины гипоксии тканевого типа: а) гиповитаминоз В 1 ; б) гиповитаминоз РР; в) гиповитаминоз В 12 ; г) высотная болезнь; д) отравление цианидами; е) отравление угарным газом; ж) горная болезнь. 6. Укажите причины гипоксии смешанного типа: а) травматический шок; б) хроническая кровопотеря; в) острая массивная кровопотеря; г) легочная артериальная гипертензия; д) миокардит; е) отравление нитратами; ж) неосложненный инфаркт миокарда. 7. В патогенезе гипоксического повреждения клетки ведущую роль играют: а) торможение гликолиза; б) увеличение рн в клетке; в) мобилизация креатинфосфата; г) увеличение в клетке натрия; д) активация фосфолипазы А 2 ; е) высвобождение лизосомальных ферментов; ж) торможение ПОЛ; з) накопление Са 2+ в митохондриях. 30

31 8. Укажите стрелками соответствие причин гипоксии экзогенного и тканевого типов: экзогенного типа гиповитаминоз В 1 гиповитаминоз РР гиповитаминоз В 12 высотная болезнь отравление цианидами отравление угарным газом горная болезнь тканевого типа 9. Укажите стрелками причины смещения кривой диссоциации оксигемоглобина вправо и влево: влево метаболический ацидоз серповидноклеточная анемия метаболический алкалоз кипокапния снижение температуры тела увеличение в эритроцитах 2,3-ДФГ повышение температуры тела вправо 10. Укажите стрелками, в каких случаях сродство гемоглобина к кислороду уменьшается, а в каких увеличивается: уменьшается метаболический ацидоз серповидноклеточная анемия метаболический алкалоз уменьшение в эритроцитах 2,3-ДФГ снижение температуры тела повышение температуры тела гипокапния Ответы к тестовым заданиям увеличивается 1) а, б, в, д, ж; 2) а, б, в, д, з; 3) б, в, г; 4) в, з; 5) а, б, д; 6) а, в, г; 7) г, д, е, з; 8) экзогенного типа: высотная болезнь, горная болезнь; тканевого типа: гиповитаминоз В 1, гиповитаминоз РР, отравление цианидами.; 9) влево: метаболический алкалоз, гипокапния, снижение температуры тела; вправо: метаболический ацидоз, серповидноклеточная анемия, увеличение в эритроцитах 2,3-ДФГ, повышение температуры тела; 10) уменьшается: метаболический ацидоз, серповидноклеточная анемия, повышение температуры тела; увеличивается: метаболический алкалоз, уменьшение в эритроцитах 2,3-ДФГ, снижение температуры тела, гипокапния. 31

32 Основная ЛИТЕРАТУРА 1. Патофизиология: учебник: в 2 т. / под ред. В. В. Новицкого, Е. Д. Гольдберга, О. И. Уразовой. М.: ГЭОТАР-Медиа, Т с. 2. Патологическая физиология: учебник / Н. Н. Зайко [и др]; под ред. Н. Н. Зайко, Ю. В. Быця. М.: МЕДпресс-информ, с. 3. Литвицкий, П. Ф. Патофизиология: учебник: в 2 т. 5-е изд., перераб. и доп. М. : ГЭОТАР-Медиа, Т с. Дополнительная 1. Саркисов, Д. С. Общая патология человека: учебник / Д. С. Саркисов, М. А. Пальцев, И. К. Хитров. М.: Медицина, с. 2. Войнов, В. А. Атлас по патофизиологии: учебное пособие / В. А. Войнов. М.: МИА, с. 3. Угольник, Т. С. Тестовые задания по патологической физиологии. Общая патофизиология: учеб.-метод. пособие: в 3 ч. / Т. С. Угольник, И. В. Вуевская, Я. А. Чуйко. Гомель: ГоГМУ, Ч с. 4. Типовые патологические процессы: практикум / Ф. И. Висмонт [и др.]. 3-е изд. доп. и перераб. Минск: БГМУ, Т с. 5. Рябов, Г. А. Гипоксия критических состояний / Г. А. Рябов М.: Медицина, с. 6. Атаман, А. В. Патологическая физиология в вопросах и ответах: учеб. пособие / А. В. Атаман. К.: Вища шк., с. 32

33 ТЕМА 2. ВНЕШНЕЕ ДЫХАНИЕ В клинической практике специалисты часто сталкиваются с заболеваниями органов дыхания, особенно легких и дыхательных путей, которые очень чувствительны к действию неблагоприятных факторов окружающей среды. При этом любой патологический процесс, возникающий в органах дыхания, может привести к нарушению альвеолярной вентиляции, диффузии или перфузии и развитию недостаточности ВД. Широкая распространенность болезней дыхательной системы и их последствия обуславливают необходимость изучения причин и общих закономерностей развития типовых форм нарушения ВД и ДН. Цель занятия: изучить этиологию, патогенез, основные формы расстройств системы ВД, обусловленные нарушениями вентиляции, перфузии, вентиляционно-перфузионных отношений, диффузии газов через АКМ, механизмы развития ДН, ее стадии. Задачи занятия. Студент должен: 1. Узнать: определения понятий: «альвеолярная гиповентиляция», «альвеолярная гипервентиляция», «легочная гипертензия», «легочная гипотензия» «дыхательная недостаточность», «одышка»; основные формы нарушений системы ВД, их общую этиологию и патогенез; механизмы нарушений системы ВД при патологических процессах в верхних и нижних дыхательных путях; механизмы развития патологических форм дыхания; характеристику и стадии ДН; механизмы развития инспираторной и экспираторной одышек. 2. Научиться: анализировать параметры, характеризующие ВД и давать заключение о стоянии системы ВД, форме нарушений газообменной функции легких; давать патогенетическую оценку изменений параметров ВД, отображающих нарушения системы ВД; характеризовать ДН. 3. Приобрести навыки: решения ситуационных задач, включающих изменения показателей ВД и газового состава крови при различных видах нарушений системы ВД. 4. Ознакомиться: с клиническими проявлениями расстройств деятельности системы ВД; с принципами диагностики, профилактики и терапии нарушений газообменной функции легких. Требования к исходному уровню знаний. Для полного усвоения темы студенту необходимо повторить: из курса анатомии: строение воздухоносных путей и легких; 33

34 из курса гистологии, цитологии и эмбриологии: сосудистая сеть легких, строение АКМ, структура стенки воздухоносных путей; из курса нормальной физиологии: понятие функциональная система регуляции дыхания, система ВД и ее функции, механизмы вдоха и выдоха, давления и градиенты давлений, создающие поток воздуха; функциональные зоны легких в положении стоя и лежа, структурно-функциональная характеристика ДЦ, объемные и потоковые параметры ВД. Контрольные вопросы по теме занятия 1. Этиология и патогенез расстройств ВД. 2. Альвеолярная гиповентиляция: типы и причины развития. 3. Обструктивный тип альвеолярной гиповентиляции: причины и механизмы развития. 4. Обструкция ВДП. Острая механическая асфиксия, причины и механизмы развития. 5. Обструкция НДП: патогенез бронхитического и эмфизематозного типов обструкции. 6. Рестриктивный тип альвеолярной гиповентиляции: причины и механизмы развития. 7. Альвеолярная гипервентиляция: причины, механизмы развития, последствия. 8. Нарушения легочного кровотока: виды, причины и последствия. 9. Нарушение вентиляционно-перфузионных отношений. 10. Нарушение альвеолокапиллярной диффузии: причины и последствия. 11. Нарушения регуляции дыхания: причины и механизмы развития. 12. Характеристика и механизмы развития патологических форм дыхания. 13. ДН: определение понятия, стадии, проявления. Одышка: виды, механизмы формирования. 14. Этиология и патогенез ОДН при РДСВ взрослых и РДСВ новорожденных. 15. Изменения вентиляционных показателей, газового состава крови и КОС при ДН и при гипервентиляции. 16. Диагностика типовых форм нарушения ВД. 17. Принципы профилактики и лечения патологий ВД. ПАТОФИЗИОЛОГИЯ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ Внешнее дыхание это совокупность процессов, совершающихся в легких и обеспечивающих нормальный газовый состав артериальной крови. Внешнее дыхание обеспечивается аппаратом ВД, который включает дыхательные пути, респираторный отдел легких, грудную клетку с костнохрящевым каркасом и нервно-мышечной системой и нервные центры регуляции дыхания. Аппарат ВД осуществляет процессы, поддерживающие нормальный газовый состав артериальной крови: вентиляцию легких; 34

35 кровоток в легких; диффузию газов через АКМ; регуляторные механизмы. В развитии патологии ВД ключевую роль играет нарушение процессов поддерживающих нормальный газовый состав артериальной крови, в связи, с чем выделяют пять типовых форм нарушения ВД. Типовые формы нарушения ВД 1. Нарушение вентиляции легких. 2. Нарушение легочного кровотока. 3. Нарушение вентиляционно-перфузионных соотношений. 4. Нарушение диффузии газов через АКМ. 5. Нарушение регуляции дыхания. НАРУШЕНИЕ АЛЬВЕОЛЯРНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ Минутный объем дыхания, в нормальных условиях составляющий 6 8 л/мин, при патологии может увеличиваться и уменьшаться, способствуя развитию альвеолярной гиповентиляции либо гипервентиляции, которые определяются соответствующими клиническими синдромами. Альвеолярная гиповентиляция типовая форма нарушения ВД, при которой реальный объем альвеолярной вентиляции за единицу времени ниже необходимой организму в данных условиях. Причины альвеолярной гиповентиляции легких: 1. Расстройства биомеханики дыхания: обструкция дыхательных путей; нарушение растяжимости легких. 2. Нарушение механизмов регуляции ВД. В зависимости от причины выделяют три типа альвеолярной гиповентиляции. Типы альвеолярной гиповентиляции: 1. Обструктивная. 2. Рестриктивная. 3. Вследствие нарушения регуляции дыхания. Обструктивная альвеолярная гиповентиляция (от лат. obstructio преграда) связана со снижением проходимости дыхательных путей. Препятствие движению воздуха может быть как в верхних, так и в нижних дыхательных путях (таблица 4). Патогенез обструктивного типа альвеолярной гиповентиляции заключается в повышении неэластического сопротивления воздушному потоку и снижении проходимости дыхательных путей. Это приводит к снижению объема вентиляции соответствующих областей легких, увеличению работы дыхательных мышц, увеличению потребления кислорода и энергии аппаратом ВД. 35

36 Таблица 4 Причины обструкции верхних и нижних дыхательных путей Причины обструкции ВДП НДП Инородные предметы в просвете ВДП Рвотные массы, вода, гной в просвете мелких бронхов и бронхиол Утолщение стенок ВДП (воспалительный отек гортани) ствие ее отека и гиперемии (воспаление, за- Утолщение слизистой оболочки НДП вследстойные явления в легких) Спазм мышц гортани (ларингоспазм) Спазм непроизвольной мускулатуры бронхиол, возникающий при действии различных аллергенов, некоторых раздражающих веществ, гистамина, холиномиметиков Сдавление стенок ВДП извне (опухоль, заглоточный Снижение эластичности легочной ткани абсцесс) Причины и механизм обструкции ВДП рассмотрены на примере острой механической асфиксии. Асфиксия (от греч. а отрицание, sphyxis пульс; синоним удушье) это угрожающее жизни патологическое состояние, обусловленное остро или подостро возникающей ДН, достигающей такой степени, что в кровь перестает поступать кислород, а из крови не выводится углекислый газ. Острая механическая асфиксия может возникать вследствие механического препятствия циркуляции воздуха по ДП: закупорка просвета ВДП (инородные тела, воспалительный отек, наличие жидкости в дыхательных путях); сдавление шеи, грудной клетки, живота. Механизм развития асфиксии. Явления, наблюдающиеся при асфиксии, связаны вначале с накоплением в организме СО 2. Действуя рефлекторно и непосредственно на ДЦ, СO 2 возбуждает его, доводя глубину и частоту дыхания до максимально возможных величин. Кроме того, дыхание рефлекторно стимулируется и снижением в крови напряжения кислорода. По мере увеличения содержания СO 2 в крови повышается и АД. Повышение АД можно объяснить рефлекторным влиянием хеморецепторов на сосудодвигательный центр, усиленным выбросом адреналина в кровь, увеличением МОК в результате повышения тонуса вен и увеличения притока крови при усилении дыхания. Дальнейшее увеличение концентрации СO 2 в крови определяет появление его наркотического действия, ph крови снижается до 6,8 6,5. Усиливается гипоксемия и, соответственно, гипоксия головного мозга. Это приводит, в свою очередь, к угнетению дыхания, снижению АД. В итоге наступает паралич дыхания и остановка сердца. Периоды (фазы) асфиксии 1-я фаза (фаза инспираторной одышки); характеризуется активированием деятельности ДЦ: усиливается и удлиняется вдох, развивается об- 36

37 щее возбуждение, повышается симпатический тонус (расширяются зрачки, возникает тахикардия, повышается АД), появляются судороги. Усиление дыхательных движений вызывается рефлекторно. При напряжении дыхательных мышц возбуждаются расположенные в них проприорецепторы. Импульсы от рецепторов поступают в ДЦ и активируют его. Понижение р а О 2 и повышение р а СО 2 дополнительно раздражают как инспираторный, так и экспираторный ДЦ. 2-я фаза (фаза экспираторной одышки) дыхание становится более редким и требует приложения усилий во время выдоха. Преобладает парасимпатический тонус, что проявляется брадикардией, сужением зрачков, снижением АД. При большем изменении газового состава артериальной крови наступает торможение ДЦ и центра регуляции кровообращения. Торможение экспираторного центра происходит позднее, так как при гипоксемии и гиперкапнии его возбуждение длится дольше. 3-я фаза (предтерминальная) дыхательные движения прекращаются вследствие торможениея ДЦ, АД падает, происходит потеря сознания. 4-я фаза (терминальная) характено гаспинг-дыхание. Смерть наступает от паралича бульбарного ДЦ. Сердце продолжает сокращаться после остановки дыхания 5 15 мин. В это время еще возможно оживление задохнувшегося. Механизмы обструкции НДП Обструкция НДП происходит вследствие спадения мелких бронхов, бронхиол и альвеолярных ходов. Спадение НДП происходит в момент, когда выдох еще не закончен поэтому, такое явление называют ранним экспираторным закрытием дыхательных путей (РЭЗДП). При этом дальнейший выдох становится невозможным. Таким образом, воздух оказывается пойманным, как в ловушке. Вследствие этого альвеолы остаются постоянно раздутыми, в них увеличивается количество остаточного воздуха. Выделяют два механизма РЭЗДП: 1. Бронхитический (при сужении вышерасположенной бронхиолы). 2. Эмфизематозный (при снижении эластичности легочной ткани). Чтобы понять механизм РЭЗДП при патологии, необходимо рассмотреть механизм нормального выдоха. В норме при достаточном просвете бронхиол и эластической тяге легких выдох происходит пассивно: внутриплевральное давление растет постепенно и уравновешивается внутриальвеолярным давлением. Давление внутри бронхиол подчиняется закону Бернулли: сумма давлений, направленных вдоль оси потока и радиально к стенке бронха, величина постоянная. Кроме того, необходимо подчеркнуть, что давление, действующее изнутри на стенку бронхиолы, примерно равно давлению, действующему извне точка равного давлений (ТРД). 37

38 РЭЗДП происходит в том месте, где плевральное давление в какой-то момент выдоха превышает внутрибронхиальное (рисунок 3). Нормальное дыхание РЭЗДП А Б Рисунок 3 Механизмы раннего экспираторного закрытия дыхательных путей (РЭЗДП): А схема давлений в дыхательных путях при нормальном дыхании; Б схема давлений при РЭЗДП. 1 нормальная долька с сохраненными альвеолярными перегородками; 2 раздутые альвеолы с атрофией альвеолярной ткани; 3 давление вдоль оси потока; 4 радиально направленное давление, стабилизирующее стенку дыхательных путей; 5 давление извне Бронхитический механизм обструкции НДП Сужение просвета НДП, согласно правилу Бернулли, приводит к повышению линейной скорости струи воздуха во время вдоха и увеличению давления, направленного вдоль оси бронхиолы. Давление потока, направленное радиально на стенки бронхиол, в результате, уменьшается и не может скомпенсировать давление извне. Стенки бронхиол спадаются, несмотря на то, что в них еще остался воздух. Эмфизематозный механизм обструкции Разрушение эластических волокон стромы приводит к снижению эластичности легочной ткани и выдох уже не может протекать пассивно, он осуществляется с помощью мышц выдоха, как следствие довольно значительно и быстрее чем в норме повышается давление, действующее на стенку бронхиолы извне. В результате бронхиолы закрываются, несмотря на оставшийся в альвеолах воздух. 38

39 Причиной разрушения эластических волокон может являться хронический воспалительный процесс. Развивающийся в результате воспаления окислительный стресс истощает ингибиторы протеаз. В результате нейтрофильные протеазы разрушают эластические волокна. Рестриктивный тип альвеолярной гиповентиляции (от лат. restrictio ограничение) характеризуется снижением (ограничением) степени расправления легких в результате действия внутрилегочных и внелегочных причин. Причины рестриктивного типа гиповентиляции легких подразделяют на две группы: внутри- и внелегочные (таблица 5). Таблица 5 Причины рестриктивного типа гиповентиляции Внутрилегочные причины Связаны со снижением растяжимости легких вследствие: фиброза; ателектазов; застоя крови в легких; интерстициального отека; дефицита сурфактанта; диффузных опухолей. Внелегочные причины Связаны с ограничением дыхательных экскурсий легких вследствие: перелома ребер; сдавления грудной клетки (кровью, экссудатом, транссудатом воздухом); снижения подвижности суставов грудной клетки; плеврита; фиброза плевры. Патогенез рестриктивной формы альвеолярной гиповентиляции Ограничение способности легких расправляться и увеличение эластического сопротивления приводят к увеличению работы дыхательных мышц, повышению потребления кислорода и увеличению расхода энергии работающими мышцами. В результате снижения растяжимости легких, развивается частое, но неглубокое дыхание, что приводит к увеличению физиологического мертвого пространства. Активная работа системы ВД не устраняет возникшие нарушения газового состава крови. Такая ситуация может привести к усталости мышц. Проявления гиповентиляции Сравнительная характеристика проявлений обструктивной и рестриктивной гиповентиляции приведена в таблице 6. Альвеолярная гипервентиляция это увеличение объема альвеолярной вентиляции за единицу времени в сравнении с необходимой организму в данных условиях. Причины альвеолярной гипервентиляции 1. Неадекватный режим ИВЛ (при даче наркоза). 2. Органические повреждения мозга (в результате кровоизлияния, ишемии, внутричерепных опухолях, сотрясении мозга). 3. Стресс-реакции, неврозы. 4. Гипертермические состояния (лихорадка, тепловой удар). 5. Экзогенная гипоксия. 39

40 Таблица 6 Проявления альвеолярной гиповентиляции Проявления Одышка Виды нарушений Гипоксемия Гиперкапния Изменения рн Кривая диссоциации оксигемоглобина Статические объемы и емкости Динамические объемы Примечание. N норма. Альвеолярная гиповентиляция обструктивная рестриктивная Экспираторная Инспираторная (затруднен выдох) (затруднен вдох) Есть, т. к. уменьшается оксигенация крови в легких. Есть, т. к. уменьшается выведение СО 2 из организма Газовый ацидоз ЖЕЛ N*/увеличена ООЛ увеличена ОЕЛ увеличена ООЛ/ОЕЛ увеличено ИТ снижен ОФВ 1 снижен ПОС снижен МОС снижен СОС снижен Смещается вправо ЖЕЛ снижена ООЛ N/ снижена ОЕЛ N/ снижена ООЛ/ОЕЛ N ИТ N/увеличен ОФВ 1 снижен ПОС N МОС N СОС N Механизмы альвеолярной гипервентиляции 1. Непосредственное повреждение ДЦ при органических поражениях головного мозга (травмах, опухолях, кровоизлияниях). 2. Избыток возбуждающих афферентных влияний на ДЦ при накопления больших количеств кислых метаболитов при уремии, СД) 3. Неадекватный режим ИВЛ, что, в редких случаях, возможно, при отсутствии должного контроля за газовым составом крови у пациентов со стороны медицинского персонала во время операции или в послеоперационном периоде. Данная гипервентиляция достаточно часто называется пассивной. Основные проявления гипервентиляции легких: 1. Увеличение МОД, в результате отмечается избыточное выделение из организма СО 2, это не соответствует продукции СО 2 в организме и поэтому происходит изменение газового состава крови: развивается гипокапния (снижение р а СО 2) и газовый (респираторный) алкалоз. Может отмечаться некоторое увеличение напряжения О 2 в крови, оттекающей от легких. 2. Газовый алкалоз смещает кривую диссоциации оксигемоглобина влево, что означает увеличение сродства Hb к кислороду и снижение диссоциации оксигемоглобина в тканях, что может привести к уменьшению потребления кислорода тканями. 3. Гипокальциемия (снижение содержания в крови ионизированного кальция связано с компенсацией развивающегося газового алкалоза). Проявления гипервентиляции легких обусловлены гипокальциемией и гипокапнией. Гипокапния снижает возбудимость ДЦ и в тяжелых случаях может привести к параличу дыхания; вызывает спазм мозговых сосудов, 40

41 снижающий поступление О 2 в ткани мозга (отмечаются головокружение, снижение внимания и памяти, тревожность, расстройство сна). Вследствие гипокальциемии развиваются парестезии, покалывание, онемение, похолодание лица, пальцев рук, ног. Отмечается повышенная нервно-мышечная возбудимость (судороги, может быть тетанус дыхательных мышц, ларингоспазм, судорожные подергивания мышц лица, рук, ног, тоническая судорога кисти «рука акушера»). Сердечно-сосудистые расстройства проявляются аритмиями из-за гипокальциемии и спазмом коронарных сосудов в результате гипокапнии. НАРУШЕНИЕ ЛЕГОЧНОГО КРОВОТОКА Патогенетической основой нарушения легочного кровотока является несоответствие тотального капиллярного кровотока в малом круге кровообращения объему альвеолярной вентиляции за определенный период времени. Первичное или вторичное поражение легочного кровотока вызывает: ДН вследствие вентиляционно-перфузионных расстройств, рестриктивные нарушения дыхания из-за ишемии альвеолярной ткани, выделения БАВ, повышения проницаемости сосудов, интерстициального отека, уменьшения образования сурфактанта, ателектаза. Виды нарушения легочного кровотока Различают два вида нарушения перфузии легких легочная гипотензия и легочная гипертензия. Легочная гипотензия стойкое снижение давления крови в сосудах малого круга кровообращения. Наиболее частые причины легочной гипотензии: пороки сердца (например, тетрада Фалло) сопровождающиеся шунтированием крови «справа налево», т. е. сбросом венозной крови в артериальную систему большого круга минуя капилляры легких; правожелудочковая недостаточность; гиповолемии различного генеза, например, при кровопотере; перераспределение крови при шоке; системная артериальная гипотензия вследствие коллапса. Вышеуказанные причины приводят к уменьшению поступления крови в легкие, что в свою очередь вызывает нарушение газообмена и дыхательного ритмогенеза (вторично) из-за хронических метаболических сдвигов. Легочная гипертензия это повышение давления в сосудах малого круга кровообращения. Формы легочной гипертензии: прекапиллярная; посткапиллярная; смешанная. 41

42 Прекапиллярная легочная гипертензия характеризуется увеличением давления в прекапиллярах и капиллярах и уменьшением притока крови к альвеолам. Причины и механизмы прекапиллярной легочной гипертензии: 1. Спазм артериол, обусловленный артериальной гипоксемией и гипоксией. Гипоксия может оказывать прямое влияние, изменяя функции калиевых каналов клеточных мембран, приводя к деполяризации миоцитов сосудистой стенки и их сокращению. Непрямой механизм действия гипоксии заключается в повышении продукции медиаторов, обладающих вазоконстрикторным действием, например, тромбоксана А 2, катехоламинов. Спазм артериол может иметь и рефлекторную природу (рефлекс Эйлера Лильестранда). Так, при хронической обструктивной эмфиземе легких, вследствие снижения po 2 в альвеолярном воздухе, в значительной части альвеол рефлекторно ограничивается кровоток, что приводит к повышению тонуса артерий малого круга в основной массе структур респираторной зоны, увеличению сопротивления и повышению давления в легочной артерии. Рефлекс Эйлера Лильестранда (физиологическое назначение) гипоксемия в альвеолярном воздухе сопровождается повышением тонуса артерий малого круга (местная вазоконстрикция), т. е. если в определенном участке легкого вентиляция альвеол уменьшается, соответственно должен уменьшиться кровоток, т. к. на плохо вентилируемом участке легкого не происходит должной оксигенации крови. 2. Дисфункция эндотелия легочных сосудов различного генеза. Например, при хронической гипоксемии или воспалении в поврежденном эндотелии снижается продукция эндогенных релаксирующих факторов (оксид азота, NO). 3. Ремоделирование легочных сосудов характеризующееся пролиферацией медии, миграцией и пролиферацией ГМК в интиме, фиброэластозом интимы и утолщением адвентиции. 4. Облитерация сосудов системы a. pulmonalis (эмболия и тромбоз), примером может служить ТЭЛА. Чаще всего местом образования тромбов являются глубокие вены нижних конечностей. Наибольшую опасность представляют флотирующие тромбы, имеющие единственную точку фиксации. После отрыва тромб с током крови проходит через правые отделы сердца и попадает в легочную артерию, приводя к закупорке ее ветвей. Обструкция легочных артерий и высвобождение вазоактивных соединений из тромбоцитов приводят к повышению легочного сосудистого сопротивления. 5. Сдавление сосудов системы a. pulmonalis опухолями средостения или вследствие повышения внутриальвеолярного давления при тяжелом приступе кашля. Повышение давления на выдохе при обструктивной патологии более продолжительное, т. к. выдох, как правило, затянут. Это способствует ограничению кровотока и повышению давления в легочной артерии. Хронический кашель может привести к стойкой гипертензии в малом круге кровообращения. 42

43 6. Повышение сердечного выброса вследствие гиперкапнии и ацидоза. 7. Значительное сокращение площади капиллярного русла при деструкции паренхимы легких (эмфизема) может приводить к повышению сосудистого сопротивление даже в состоянии покоя. В норме этого не происходит, т. к. при усилении скорости кровотока в легких пассивно расширяются легочные сосуды и раскрываются резервные легочные капилляры, это позволяет избежать значительного повышения сопротивления и давления в легочной артерии. Резкий подъем давления в легочном стволе вызывает раздражение барорецепторов и включение рефлекса Швачка Парина, характеризующегося падением системного АД, замедлением ритма сердечных сокращений. Это защитный рефлекс, направленный на уменьшение притока крови в малый круг и предотвращение отека легких. При резкой выраженности может привести к остановке сердца. Посткапиллярная легочная гипертензия развивается при нарушении оттока крови из системы легочных вен в левое предсердие с формированием застойных явлений в легких. Причины посткапиллярной легочной гипертензии: сдавление вен опухолями, увеличенными лимфоузлами; левожелудочковая недостаточность (при митральном стенозе, артериальной гипертензии, инфаркте миокарда). Смешанная легочная гипертензия сочетание прекапиллярной и посткапиллярной форм легочной гипертензии. Например, при митральном стенозе (посткапиллярная гипертензия) затрудняется отток крови в левое предсердие. Легочные вены и левое предсердие переполняются кровью. Вследствие этого происходит раздражение барорецепторов в устье легочных вен и рефлекторный спазм сосудов системы a. pulmonalis малого круга кровообращения (рефлекс Китаева) вариант прекапиллярной гипертензии. НАРУШЕНИЕ ВЕНТИЛЯЦИОННО-ПЕРФУЗИОННЫХ СООТНОШЕНИЙ В норме вентиляционно-перфузионныгй показатель (V/Q) равен 0,8 1,0 (т. е. кровоток осуществляется в тех участках легких, в которых имеется вентиляция, за счет этого происходит газообмен между альвеолярным воздухом и кровью), где V минутный объем альвеолярной ветиляции, а Q минутный объем капиллярного кровотока. Если в физиологических условиях в относительно небольшом участке легкого происходит снижение р а О 2 в альвеолярном воздухе, то в этом же участке рефлекторно возникает местная вазоконстрикция, которая приводит к адекватному ограничению кровотока (рефлекс Эйлера Лильестранда). В результате местный легочный кровоток приспосабливается 43

44 к интенсивности легочной вентиляции и нарушений вентиляционноперфузионных соотношений не происходит. Нарушение вентиляционно-перфузионных отношений является самостоятельной формой нарушения газообменной функции системы ВД. Несоответствия между вентиляцией и капиллярным кровотоком возникают на регионарном уровне (на уровне отдельных долей, сегментов, субсегментов, отдельных групп альвеол). При патологии возможны два варианта нарушения вентиляционноперфузионных соотношений: 1. Вентиляция слабо снабжаемых кровью участков легких приводит к увеличению вентиляционно-перфузионного показателя. Причиной является локальное снижение перфузии легких при обтурации, сдавлении, спазме легочной артерии, шунтировании крови минуя альвеолы. В результате увеличения функционального мертвого пространства и внутрилегочного шунтирования крови развивается гипоксемия. Напряжение CO 2 в крови остается в норме, поскольку диффузия углекислого газа не снижена. 2. Кровоснабжение плохо вентилируемых участков легких приводит к снижению вентиляционно-перфузионного показателя. Причиной является локальная гиповентиляция легких вследствие обтурации, нарушения растяжимости легких, нарушения регуляции дыхания В результате гиповентиляции и увеличения функционального мертвого пространства снижается оксигенация крови, оттекающей от плохо вентилируемых участков легких; в альвеолярном воздухе увеличивается pco 2, что приводит к гиперкапнии. НАРУШЕНИЕ АЛЬВЕОЛОКАПИЛЛЯРНОЙ ДИФФУЗИИ Диффузия газов через альвеолярно-капиллярную мембрану происходит согласно закону Фика. Скорость переноса газа через альвеолярнокапиллярную мембрану (V) прямо пропорциональна диффузионой способности мембраны (D M) а также разницей парциальных давлений газа по обе стороны мембраны (P 1 P 2) (формула 2): V = D M (P 1 P 2). (2) Диффузионая способность мембраны (D M) определяется площадью поверхности мембраны (A) и ее толщиной (d), молекулярной массой газа (MB) и его растворимостью в мембране (α). Для легких в целом используется термин диффузионная способность легких (DL), который отражает объем газа в мл, диффундирующего через АКМ при градиенте давления в 1 мм рт. ст. за 1 мин. В норме DL для кислорода равна 15 мл/мин/мм рт. ст., а для углекислого газа около 300 мл/мин/мм рт. ст. (т.о., диффузия СО 2 через АКМ происходит в 20 раз легче, чем кислорода). 44

45 Причины и механизмы снижения диффузии газов через АКМ: 1. Увеличение пути для диффузии газа и понижение проницаемости АКМ вследствие утолщения стенки альвеол, увеличения стенки капилляров, появления слоя жидкости на поверхности альвеол, увеличения количества соединительной ткани между ними. Примером могут служить диффузные поражения легких (пневмокониозы, пневмония). Пневмокониозы это хронические заболевания, возникающие при длительном вдыхании различных видов пыли силикоз, асбестоз, берилиоз. 2. Уменьшение площади АКМ (резекция доли легкого, ателектаз). 3. Уменьшение времени контакта крови с альвеолами, при этом газы не успевают диффундировать через АКМ, снижается количество оксигенированного Hb (анемия, горная болезнь). Причины, приводящие к снижению скорости диффузии газа через АКМ, проиллюстрированы на рисунке 4. расширение капилляров нормальные соотношения интерстициальный отек утолщение стенок альвеолы внутриальвеолярный отек утолщение стенок капилляра Рисунок 4 Причины, уменьшающие диффузию газов (по В. В. Новицкому, 2009) НАРУШЕНИЕ РЕГУЛЯЦИИ ДЫХАНИЯ Регуляция дыхания осуществляется ДЦ. ДЦ представлен различными группами нейронов, расположенных преимущественно в продолговатом мозге и мосту. Часть этих нейронов способна спонтанно ритмически возбуждаться. Но активность нейронов может меняться под действием афферентных сигналов с рецепторных полей, нейронов коры и других областей головного мозга. Это позволяет адаптировать дыхание к текущим потребностям организма. 45

46 Нарушение функции ДЦ может быть следствием прямого действия на ЦНС различных патологических факторов или рефлекторного влияния, осуществляемого через хемо-, барорецепторы. Под влиянием рефлекторных, гуморальных или других воздействий на ДЦ может изменяться ритм дыхания, его глубина и частота. Эти изменения могут быть проявлением как компенсаторных реакций организма, направленных на поддержание постоянства газового состава крови, так и проявлением нарушений нормальной регуляции дыхания, ведущих к развитию недостаточности дыхания. Причины и механизмы расстройств регуляции дыхания 1. Травмы и новообразования, сдавление головного мозга (кровоизлияния), острая выраженная гипоксия различного происхождения, интоксикации, деструктивные изменения в ткани мозга (рассеянный склероз) непосредственно повреждают ДЦ. 2. Незрелость хеморецепторов у недоношенных новорожденных, отравления наркотическими средствами или этанолом приводят к дефициту возбуждающих афферентных влияний на ДЦ. У недоношенных детей наблюдается низкая возбудимость хеморецепторов, воспринимающих содержание кислорода и/или углекислого газа в крови. Для активации ДЦ в этой ситуации воздействуют на кожные рецепторы (похлопывание по ножкам и ягодицам ребенка), таким образом, вызывая неспецифическую активацию ретикулярной формации. Отравление наркотическими средствами, например, при взаимодействии опиатов (морфина, героина) с рецепторами ЦНС угнетение дыхания обусловлено снижением чувствительности нейронов ДЦ к pco 2 в крови. Передозировка наркотических анальгетиков, барбитуратов может привести к снижению неспецифической тонической активности нейронов ретикулярной формации ствола мозга, избирательно заблокировать афферентные входы (вагусный канал) в ДЦ. 3. Чрезмерное раздражение ноци-, хемо и механорецепторов при травме органов дыхания, брюшной полости или ожогах приводит к избытку возбуждающих афферентных влияний на ДЦ. 4. Сильные болевые ощущения (при плевритах, травмах грудной клетки) сопровождающие акт дыхания, приводят к возникновению избытка тормозных афферентных влияний на ДЦ. 5. Повреждений на разных уровнях эффекторных путей (от ДЦ к диафрагме, дыхательным мышцам) приводят к нарушению регуляции работы дыхательных мышц. Проявление нарушения регуляции дыхания Нарушение регуляции проявляется нарушением частоты, глубины и ритма дыхательных движений (рисунок 5). Брадипноэ редкое дыхание, при котором количество дыхательных движений в минуту составляет менее 12. Апноэ временная остановка дыхания. 46

47 Рисунок 5 Проявление нарушения регуляции дыхания В основе возникновения брадипноэ и апноэ лежат сходные механизмы: раздражение барорецепторов дуги аорты при повышении АД и рефлекторное уменьшение частоты дыхания; при быстром подъеме АД может произойти остановка дыхания; выключение хеморецепторов, чувствительных к понижению р а О 2 при гипероксии; гипокапния при горной болезни или после пассивной гипервентиляции пациента под наркозом; понижение возбудимости ДЦ при длительной гипоксии, действии наркотических веществ, органических поражениях головного мозга. Стенотическое дыхание редкое и глубокое дыхание, возникает при стенозировании крупных дыхательных путей, вследствие этого нарушается переключение дыхательных фаз при возбуждении рецепторов растяжения в трахее, бронхах, бронхиолах, альвеолах, межреберных мышцах (запаздывает рефлекс Геринга Брейера). Тахипноэ частое и поверхностное дыхание (более 24 дыхательных движений в минуту), способствует развитию альвеолярной гиповентиляции в результате преимущественной вентиляции анатомически мертвого пространства. В происхождении тахипноэ имеет значение большая, чем в норме, стимуляция дыхательного центра. Например, при ателектазе усиливаются импульсы с легочных альвеол, находящихся в спавшемся состоянии, и возбуждается центр вдоха. Но во время вдоха непораженные альвеолы растягиваются в большей, чем обычно, степени, что вызывает сильный поток импульсов со стороны тормозящих вдох рецепторов, которые и обрывают вдох раньше времени. Гиперпноэ частое и глубокое дыхание, возникающее вследствие интенсивной рефлекторной или гуморальной стимуляции ДЦ ацидозе, снижении содержания кислорода во вдыхаемом воздухе. Крайняя степень возбуждения ДЦ проявляется в виде дыхания Куссмауля. 47

48 Гиперпноэ может носить компенсаторный характер и отмечается при повышении основного обмена (при физической нагрузке, тиреотоксикозе, лихорадке). Если гиперпноэ не связано с необходимостью повышения потребления кислорода и выведения СО 2 и вызвано рефлекторно, то гипервентиляция приводит к гипокапнии, газовому алкалозу. Патологические типы дыхания связанные с нарушением регуляции ритма дыхательных движений Периодические типы дыхания характеризуются коротким периодом глубокого дыхания, который сменяется периодом поверхностного дыхания или остановкой дыхания (рисунок 6). В основе развития периодических типов дыхания лежат расстройства системы автоматического регулирования дыхания. Рисунок 6 Типы периодического дыхания Дыхание Чейна Стокса паузы чередуются с дыхательными движениями, которые сначала нарастают по глубине, затем убывают (рисунок 7). Патогенез дыхания Чейна Стокса заключается в уменьшении чувствительности хеморецепторов продолговатого мозга. ДЦ «пробуждается» лишь под действием сильной стимуляции артериальных хеморецепторов нарастающей гипоксемией и гиперкапнией. Как только легочная вентиляция нормализует газовый состав крови, вновь наступает апноэ. Рисунок 7 Дыхание Чейна Стокса (по В. В. Новицкому, 2009) Дыхание Биота паузы чередуются с дыхательными движениями нормальной частоты и глубины (рисунок 8). Рисунок 8 Дыхание Биота (по В. В. Новицкому, 2009) Патогенез дыхания Биота обусловлен поражением пневмотаксической системы, которая становится источником собственного медленного ритма. В норме этот ритм подавляется тормозящим влиянием коры головного мозга. 48

Кровь является субстанцией кровообращения, поэтому оценка эффективности последнего начинается с оценки объема крови в организме. Количество крови у новорожденных детей около 0,5 л, у взрослых 4-6 л, но

Непрерывное профессиональное образование DOI: 10.15690/vsp.v15i1.1499 П.Ф. Литвицкий Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова, Москва, Российская Федерация Гипоксия Контактная

ТЕСТЫ по теме самостоятельной работы для студентов 4 курса лечебного и педиатрического факультетов по теме: «Расстройство регионарного кровообращения. Синдромы ишемического повреждения мозга и хронической

Профессор М.М. Абакумов Лекция 2 Адаптация и дизрегуляция. Понятие о стрессе В организме нет специального органа, который обеспечивает энергетический гомеостаз Механизмы образования энергии и её распределения

1 МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗВИТИЯ УТОМЛЕНИЯ ПРИ НАПРЯЖЕННОЙ МЫШЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ У СПОРТСМЕНОВ ВЫСОКОЙ КВАЛИФИКАЦИИ АРАЛОВА Н.И., МАШКИН В.И., МАШКИНА И.В. * ИК НАН Украины, * Университет им. Б. Гринченко г.

ФИЗИОЛОГИЯ ДЫХАНИЯ Избранные лекции по физиологии Елсукова Е.И. Факультет биологии, химии и географии СТАДИИ ГАЗОПЕРЕНОСА Транспорт в легкие (вентиляция) Диффузия из альвеол в кровь Транспорт газов кровью

Примерные вопросы для подготовки к экзамену дисциплина - ОСНОВЫ ПАТОЛОГИИ специальность 34.02.01 Сестринское дело Квалификация медицинская сестра/медицинский брат ОБЩАЯ НОЗОЛОГИЯ 1. Патология как интегративная

ТЕСТЫ по теме самостоятельной работы Понятие о недостаточности кровообращения; её формы, основные гемодинамические проявления и показатели. Укажите один правильный ответ 01. Укажите верное утверждение.