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.

Во внутренней среде человека и высших животных в естественных условиях содержится кислород, углекислый газ, азот и ничтожно малое количество инертных газов. Физиологически значимыми являются О 2 и СО 2 , находящиеся в организме в растворенном и биохимически связанном состоянии. Именно эти два газа и определяют газовый гомеостаз организма. Содержание О 2 и СО 2 является важнейшими регулируемыми параметрами газового состава внутренней среды.

Постоянство газового состава само по себе не имело бы для организма никакого смысла, если бы оно не обеспечивало изменяющиеся потребности клеток в доставке О 2 и удалении СО 2 . Организму требуется не постоянный газовый состав крови, ликвора, интерстициальной жидкости, а обеспечение нормального тканевого дыхания во всех клетках и органах. Это положение справедливо для любого гомеостатического механизма и гомеостаза организма в целом.

О 2 поступает в организм из воздуха, СО 2 образуется в клетках в организме в результате биологического окисления (основная масса - в цикле Кребса) и выделяется через легкие в атмосферу. Это встречное перемещение газов проходит через различные среды организма. Содержание их в клетках определяется, прежде всего, интенсивностью окислительных процессов. Уровень активности различных органов и тканей в процессе приспособительной деятельности непрерывно меняется. Соответственно происходят локальные изменения концентрации О 2 и СО 2 в клетках. При особенно напряженной деятельности, когда фактическая доставка О 2 к клеткам отстает от кислородного запроса, может возникать кислородная задолженность.

16.1.1. Механизмы регуляции газового состава

16.1.1.1. Локальный механизм

Основан на гомеостатических свойствах гемоглобина. Они осуществляются, во-первых, благодаря наличию аллостерических взаимодействий О 2 с белковыми субъединицами молекулы гемоглобина, во-вторых, благодаря наличию в мышцах миоглобина (Рис. 33).

S-образная кривая насыщения гемоглобина кислородом обеспечивает быстрое нарастание диссоциации (распада) комплекса НbO 2 при падении давления О 2 от сердца к тканям. Повышение температуры и ацидоз ускоряет распад комплекса НbО 2 , т.е. О 2 уходит в ткани. Снижение температуры (гипотермия) делает этот комплекс более стабильным и О 2 труднее уходит в ткани (одна из возможных причин гипоксии при гипотермии).

Сердечная мышца и скелетная мускулатура обладают еще одним "местным" гомеостатическим механизмом. В момент сокращения мышц кровь выталкивается из сосудов, вследствни чего О 2 не успевает диффундировать из сосудов в миофибриллы. Этот неблагоприятный фактор в значительной мере компенсируется содержащимся в миофибриллах миоглобином, запасающим О 2 непосредственно в тканях. Сродство миоглобина к О 2 больше чем у гемоглобина. Так, например, миоглобин насыщается О 2 на 95% даже из капиллярной крови, в то время как для гемоглобина при этих величинах рО 2 уже развивается выраженная диссоциация. Наряду с этим, при дальнейшем снижении рО 2 миоглобин очень быстро отдаст почти весь запасенный О 2 . Таким образом, миоглобин выполняет функцию демпфера резких перепадов кислородного снабжения работающих мышц.

Однако локальные механизмы газового гомеостаза лишены способности к сколько-нибудь длительной самостоятельной деятельности и могут осуществлять свои функции лишь на основе общих механизмов гомеостаза. Именно кровь служит той универсальной средой, из которой клетки черпают О 2 и куда отдают конечный продукт окислительного метаболизма - СО 2 .

Соответственно, организм располагает разнообразными и мощными системами гомеостатической регуляции, обеспечивающими сохранение физиологических пределов колебаний газовых показателей крови в норме и возвращение этих показателей в физиологические границы после их временного отклонения под влиянием патологических воздействий.

16.1.1.2. Общий механизм регуляции газового состава крови

Структурные основы.

1. В конечном итоге узловым механизмом является внешнее дыхание, регулируемое дыхательным центром.
2. Другой ключевой структурный момент - роль мембран в газовом гомеостазе. На уровне альвеолярных мембран происходят начальные и завершающие процессы газообмена организма с внешней средой, позволяющие функционировать всем остальным звеньям газового гомеостаза.

В состоянии покоя в организм поступает около 200 мл О 2 в минуту н выделяется примерно такое же количество СО 2 . В условиях напряженной деятельности (например, при компенсации кровопотери) количество поступающего О 2 и выделяющегося СО 2 может увеличиваться в 10-15 раз, т.е. система внешнего дыхания рсполагает огромным потенциальным резервом, являющимся решающим компонентом ее гомеостатической функции.

16.1.1.3. Регуляция минутного объема дыхания

Важнейшим регулируемым процессом, от которого зависит постоянство состава альвеолярного воздуха, является минутный объем дыхания (МОД), определяемый экскурсией грудной клетки и диафрагмы.

МОД=частота дыхательных движений х (дыхательный объем - объем мертвого пространства трахеи и крупных бронхов). Приблизительно в норме МОД=16 х (500 мл - 140 мл) = 6 л.

Характер и интенсивность дыхательных движений зависит от деятельности основного управляющего звена системы регуляции внешнего дыхания - дыхательного центра. В нормальных условиях СО 2 и О 2 являются безусловно доминирующими критериями в системе регуляции дыхания. Различного рода "негазовые" влияния (температура, боль, эмоции) могут осуществляться при условии сохранения регулирующего влияния СО 2 и О 2 (Рис. 34).

16.1.1.4. Регуляция по СO 2

Важнейшим регулятором внешнего дыхания, носителем специфического возбуждающего эффекта на дыхательный центр является СО 2 . Таким образом, регуляция по СО 2 связана с его непосредственным влиянием на дыхательный центр.

Кроме непосредственного влияния на центр продолговатого мозга (1), бесспорно возбуждение дыхательного центра под влиянием импульсов с периферических рецепторов сино-каротидной (2а) и кардио-аортальмой зон (2б), возбуждаемых СО 2 .

16.1.1.5. Регуляция по О 2

Происходит преимущественно рефлекторное возбуждение дыхательного центра со стороны хеморецепторов сино-каротидной зоны при снижении рО 2 крови. Исключительно высокая чувствительность рецепторов этих структур к О 2 объясняется высокой скоростью окислительных процессов. Ткань клубочка потребляет 1 мл О 2 /мин на грамм сухой ткани, что в несколько раз больше подобной величины для ткани головного мозга.

16.2. Патология дыхания

Любые нарушения рО 2 и рСО 2 крови приводят к изменениям активности дыхательного центра, регуляции механизма обеспечение газового гомеостаза.

16.2.1. Нарушения газового гомеостаза

Изменения содержания рO 2 , рСО 2 вызваны: 16.2.1.1. За счет нарушения аппарата внешнего дыхания (обеспечение насыщения кропи кислородом и удаления СO 2). Примерами могут быть: накопление экссудата в легких, болезни дыхательных мышц, "аденоидная маска" у детей, дифтеритический и ложный крупы. 16.2.1.2. За счет нарушения аппарата внутреннего дыхания (транспорт и использовании O 2 , СO 2). Причины и патогенез этих патологических состояний достаточно хорошо изложены в учебнике по патофизиологии А.Д.Адо и соавторов, И.H.Зайко и соавторов, поэтому более подробно остановимся на следствиях нарушения как аппарата внешнего, так и внутреннего дыхания - кислородном голодании, т.е. гипоксии. 16.2.1.3. Итак, кислородное голодание тканей (гипоксия) - состояние, возникающее при нарушении доставки или потребления O 2 . Крайнее выражение гипоксии - аноксия (отсутствие О 2 в крови и тканях).

16.2.1.4. Классификация гипоксий

Чтобы сознательно решить для себя эту проблему, следует помнить, что основным условием неравновесия как признака жизни, является энергообеспечение. Вдыхаемый нами кислород нужен для окислительных процессов, главный из которых - образование АТФ в дыхательной цепи. Роль кислорода в ней - снимать электроны с последнего из цепи цитохромов, т.е. быть акцептором. В сопряженном с этим процессом акте фосфорилирования и возникает АТФ в митохондриях аэробов.

В настоящее время выделяется 5 патогенетических типов гипоксий. Их легко запомнить, проследив путь движения кислорода из атмосферы до дыхательной цепи (Рис. 35).

• 1-й блок поступления кислорода - результат уменьшения его во вдыхаемом воздухе. Этот вид гипоксии активно изучал на себе выдающийся отечественный патофизиолог Н.Н.Сиротинин, поднимаясь в барокамере на высоту около 8500 м. У него возникали синюшность, потоотделение, подергивание конечностей, потеря сознания. Им установлено, что потеря сознания является наиболее надежным критерием для установления высотной болезни.
• 2-й блок - возникает при заболеваниях внешнего аппарата дыхания (заболевания легких и дыхательного центра), поэтому носит название дыхательной гипоксии.
• 3-й блок - возникает при заболеваниях сердечно-сосудистой системы, что ухудшает транспорт кислорода и носит название сердечно-сосудистой (циркуляторной) гипоксии.
• 4-й блок - возникает при любых повреждениях транспортной системы кислорода крови - эритроцитов - и носит название кровяной (гемической) гипоксии. Все четыре вида блоков ведут к гипоксемии (снижению рО 2 в крови).
• 5-й блок - возникает при повреждениях дыхательной цепи, например, мышьяком, цианидами без явления гипоксемии.
• 6-й блок - смешанная гипоксия (например, при гиповолемическом шоке).

16.2.1.5. Острая и хроническая гипоксии

Все виды гипоксии, в свою очередь, делятся на острые и хронические. Острые возникают чрезвычайно быстро (например, при 3-м блоке - обильная кровопотеря, при 4-м - отравление СО, при 5-м - отравление цианидами).

Полное отсутствие кислорода - аноксия - возникает при состоянии удушья, так называемой асфиксии. В педиатрии известна асфиксия новорожденных. Причиной является угнетение дыхательного центра или аспирация околоплодных вод. В стоматологии асфиксия возможна при травмах н заболеваниях челюстно-лицевой области и может носить характер аспирационной (затек в дыхательное дерево крови, слизи, рвотных масс), обтурационная (закупорка бронха, трахеи инородными телами, осколками костей, зубов), дислокационной (смещение поврежденных тканей).

Следствием асфиксии является гибель наиболее чувствительных тканей. Из всех функциональных систем к действию гипоксии наиболее чувствительна кора больших полушарий головного мозга. Причины высокой чувствительности: кора образована в основном телами нейронов, богатых тельцами Ниссля - рибосомами, на которых с исключительной интенсивностью идет биосинтез белка (вспомните процессы долговременной памяти, аксональный транспорт). Так как этот процесс является исключительно энергоемким, он нуждается в значительных количествах АТФ, и не удивительно, что потребление кислорода и чувствительность к его нехватке у коры больших полушарий чрезвычайно высока.

Второй особенностью коры является в основном аэробный путь образования АТФ. Гликолиз - бескислородный путь образования АТФ - в коре выражен крайне слабо и не в состоянии компенсировать недостаток АТФ в условиях гипоксии.

16.2.1.6. Полное и неполное выключение коры головного мозга при острой гипоксии

При гипоксии возможна неполная локальная гибель корковых нейронов, либо полное выключение коры больших полушарий. Полное возникает в клинических условиях при остановке сердца более чем на 5 минут. Например, во время хирургических манипуляций, проведении реанимационных мероприятий при состоянии клинической смерти. При этом личность необратимо утрачивает способность увязывать поведение с законами общества, т.е. теряется социальная детерминированность (потеря способности адаптации к окружающим условиям, непроизвольное мочеиспускание и дефекация, потеря речи и т.д.). Через некоторое время такие больные погибают. Таким образом, полное выключение коры больших полушарий сопровождается необратимой потерей условных рефлексов у животных и общественных, коммуникативных функций у человека.

При частичном выключении коры больших полушарий, например, в результате локальной гипоксии при тромбозе сосудов или кровоизлиянии в мозг, теряется функция коркового анализатора в месте аноксии, но, в отличие от полного выключения, в данном случае возможно восстановление утерянной функции за счет периферической части анализатора.

16.2.1.7. Хроническая гипоксии

Хроническая гипоксия возникает при длительном нахождении под влиянием пониженного атмосферного давления и, соответственно, недостатка потребления кислорода, при нарушении дыхательной и сердечно-сосудистой деятельности. Симптоматика хронической гипоксии обусловлена низкой скоростью протекания биохимических и физиологических процессов вследствие нарушения образования макроэрга АТФ. Дефицит АТФ лежит в основе развития симптомов хронической гипоксии. В стоматологии примером может быть развитие пародонтоза при микроангиопатии.

16.2.1.8. Клеточные механизмы патологического действия гипоксии

На основании рассмотренного материала мы можем сделать 1-й вывод: гипоксия любой этиологии сопровождается дефицитом АТФ. Патогенетическим звеном является отсутствие кислорода, который снимает электроны с дыхательной цепи.

Вначале при гипоксии происходит восстановление электронами всех цитохромов дыхательной цепи и перестает генерироваться АТФ. При этом происходит компенсаторное переключение углеводного обмена на анаэробное окисление. Недостаток АТФ снимает его ингибирующее влияние на фосфофруктокиназу - фермент начала гликолиза, усиливается липолиз и глюконеогенсз от пирувата, образующегося из аминокислот. Но это менее эффективный путь образования АТФ. Кроме того, в результате неполного окисления глюкозы по этому пути образуется молочная кислота - лактат. Накопление лактата приводит к внутриклеточному ацидозу.

Отсюда 2-й принципиальный вывод: гипоксия любой этиологии сопровождается ацидозом. Весь дальнейший ход событий, ведущий к гибели клетки, связан с 3-м фактором - повреждением биомембран. Рассмотрим это наиболее подробно на примере мембран митохондрий.

Тканевая гипоксия и повреждение биомембран (БМ)

Тканевая гипоксия - до некоторой степени нормальное состояние для интенсивно функционирующей ткани. Однако, если гипоксия продолжается десятки минут, то она вызывает повреждения клетки, обратимые только на ранних этапах. Природа точки "необратимости" - проблема общей патологии - лежит на уровне биомембран клетки.

Основные этапы повреждения клетки

1. Дефицит АТФ и накопление Са 2+ . Начальный период гипоксии прежде всего приводит к повреждению "энергетических машин" клетки - митохондрий (MX). Снижение доступа кислорода приводит к снижению образования АТФ в дыхательной цепи. Важным следствием дефицита АТФ является неспособность таких MX накапливать Са 2+ (откачивать из цитоплазмы)
2. Накопление Са 2+ и активация фосфолипаз. Для нашей проблемы важно то, что Ca 2+ активирует фосфолипазы, вызывающие гидролиз фосфолипидного слоя. Мембраны постоянно испытывают действие разностей потенциалов: от 70 мв на плазматической мембране до 200мв на MX. Такую разность потенциалов может выдержать только очень прочный изолятор. Фосфолипидный слой биомембран (БМ) и есть природный изолятор.
3. Активация фосфолипаз - дефекты в БМ - электрический пробой. Даже небольшие дефекты в таком изоляторе будут вызывать явление электрического пробоя (быстрое увеличение электрического тока через мембраны, приводящие к их механическому разрушению). Фосфолипазы, разрушая фосфолипиды, и вызывают такие дефекты. Важно, что БМ могут быть пробиты электрическим током под воздействием потенциала, генерируемого самой БМ или электротоком, приложенным извне.
4. Электрический пробой - нарушение барьерной функции биомембраны. БМ становятся проницаемыми для ионов. Для MX это - К + , которого много в цитоплазме. Для плазматической мембраны - это натрий в экстрацеллюлярном пространстве.

   Итог: ионы калия и натрия движутся внутрь MX или клетки, приводя к повышению осмотического давления. За ними "хлынут" потоки воды, что приведет к отеку MX и отеку клетки. Такие раздувшиеся MX не могут генерировать АТФ и клетки погибают.

Вывод. Гипоксия любой этиологии сопровождается триадой: дефицитом АТФ, ацидозом и повреждением биомембран. Отсюда терапия гипоксических состояний должна включить ингибиторы фосфолипаз, например, витамин Е.

16.2.1.9. Гомеостатические механизмы при гипоксии

Базируются на основе рассмотренных выше гомеостатических механизмов поддерживания газового состава крови. Вернемся к Рис. 35.

1. Реакция аппарата внешнего дыхания проявляется в виде одышки. Одышка - это изменение ритма и глубины дыхания при гипоксии. В зависимости от длительности вдоха и выдоха различают экспираторную и инспираторную одышку.

   Экспираторная - характеризуется удлинением фазы выдоха вследствие недостаточности эластической силы тканей легких. В норме активация выдоха происходит за счет этих сил. При возрастании сопротивления воздушному потоку за счет спазма бронхиол эластической силы легких недостаточно и подключаются межреберные мышцы, диафрагма.

   Инспираторная - характеризуется удлинением фазы вдоха. Примером может быть стенотическое дыхание вследствие сужения просвета трахеи и верхних дыхательных путей при отеке гортани, дифтерии, попадании инородных тел.

   Но позволительно задать вопрос: всякая ли одышка является компенсаторной? Вспомним, что одним из показателей эффективности дыхания является МОД. В формулу его определения входит понятие "объем мертвого пространства" (см. 16.1.1.3.). Если одышка будет частой и поверхностной (тахипноэ), то это приведет к снижению дыхательного объема при сохранении объема мертвого пространства и результатом поверхностного дыхания будет маятникообразное движение воздуха мертвого пространства. В таком случае, тахипноэ - это совсем не компенсация. Таковой можно считать только частое и глубокое дыхание.

2. Вторым гомеостатическим механизмом является усиление транспорта кислорода, возможное за счет увеличения скорости кровотока, т.е. белее частых и сильных сокращений сердца. Ориентировочно нормальный минутный объем сердца (МОС) равен ударному объему, умноженному на частоту сердечных сокращений, т.е. МОС = 100 х 60 = 6 л. При тахикардии МОС = 100 х 100 = 10 л. Но в случае продолжающейся гипоксии, приводящей к дефициту энергии, долго ли сможет работать этот компенсаторный механизм? Нет, несмотря на довольно мощную систему гликолиза в миокарде.
3. Третьим гомеостатическим механизмом является усиление эритропоэза, что ведет к увеличению содержания Нb в крови и повышению транспорта кислорода. При острой гипоксии (кровопотеря) увеличение количества эритроцитов осуществляется за счет выброса их из депо. При хронической гипоксии (нахождение в горах, длительные заболевания сердечно-сосудистой системы) повышается концентрация эритропоэтина, усиливается кроветворная функция костного мозга. Поэтому альпинисты проходят период акклиматизации перед штурмом горных вершин. Н.Н.Сиротинин после стимуляции гемопоэза (сок лимона + 200г сахарного сиропа + аскорбинка) "поднялся" в барокамере до высоты 9750 м.

   Другой интересный пример разнообразия фенотипических приспособлений организма к неблагоприятным условиям внешней среды привел отечественный ученый Чижевский. Он заинтересовался, почему у горных баранов такие мощные (до 7 кг) рога, носить которые достаточно тяжело высоко в горах. Ранее предполагалось, что бараны амортизируют рогами удар о землю при прыжке через пропасть. Чижевским было обнаружено, что в рогах баранов размещены дополнительные резервуары для костного мозга.

4. Если все предыдущие гомеостатические механизмы были направлены на доставку кислорода, то последний, 4-й механизм - на уровне тканей, направлен прямо на устранение дефицита АТФ. Включение компенсаторных механизмов (ферментов липолиза, гликолиза, переаминирования, глюконеогенеза) в этом случае обусловлено воздействием более высокого уровня регуляции гемопоэза - эндокринной системой. Гипоксия - неспецифичсский стрессор, на который организм отвечает стимуляцией САС и стресс-реакцией системы гипоталамус - гипофиз - кора надпочечников, включающей дополнительные пути энергообеспечения: липолиз, глюконеогенез.

1

10.1. Классификация гипоксических состояний

Гипоксия - типовой патологический процесс, характеризующийся снижением содержания кислорода в крови (гипоксемией) и тканях, развитием комплекса вторичных неспецифических метаболических и функциональных расстройств, а также реакцией адаптации.

Первая классификация гипоксических состояний была предложена Баркрофтом (1925), а затем дополнена и усовершенствована И.Р. Петровым (1949). Классификация И.Р. Петрова используется и в наше время. Согласно этой классификации различают гипоксии экзогенного и эндогенного происхождения.

В основе гипоксии экзогенного происхождения лежит недостаток кислорода во вдыхаемом воздухе, в связи с чем выделяют нормобарическую и гипобарическую гипоксию. К гипоксиям эндогенного происхождения относятся следующие типы:

а) дыхательная (респираторная); б) сердечно-сосудистая (циркуляторная); в) гемическая (кровяная); г) тканевая (гистотоксическая); д) смешанная.

По течению различают:

Молниеносную (в течение нескольких секунд, например, при разгерметизации летательных аппаратов на большой высоте);

Острую (которая развивается через несколько минут или в пределах часа в результате острой кровопотери, острой сердечной или дыхательной недостаточности, при отравлении угарным газом, цианидами, при шоке, коллапсе);

Подострую (она формируется в течение нескольких часов при попадании в организм метгемоглобинообразователей, таких как нитраты, бензол, а в ряде случаев в результате медленно нарастающей дыхательной или сердечной недостаточности;

Хроническую гипоксию, которая возникает при дыхательной и сердечной недостаточности и других формах патологии, а также при хронической анемии, пребывании в шахтах, колодцах, при работе в водолазных и защитных костюмах.

Различают:

а) местную (локальную) гипоксию, развивающуюся при ишемии, венозной гиперемии, престазе и стазе в зоне воспаления;

б) общую (системную) гипоксию, которая наблюдается при гиповолемии, сердечной недостаточности, шоке, коллапсе, ДВС-синдроме, анемиях.

Известно, что наиболее устойчивыми к гипоксии являются кости, хрящи и сухожилия, которые сохраняют нормальную структуру и жизнеспособность в течение многих часов при полном прекращении снабжения кислородом. Поперечно-полосатые мышцы выдерживают гипоксию в течение 2 часов; почки, печень - 20-30 минут. Наиболее чувствительна к гипоксии кора головного мозга.

10.2. Общая характеристика этиологических и патогенетических факторов гипоксий экзогенного и эндогенного происхождения

Экзогенный тип гипоксии развивается при уменьшении парциального давления кислорода в воздухе, поступающем в организм. При нормальном барометрическом давлении говорят о нормобарической экзогенной гипоксии (примером может служить нахождение в замкнутых помещениях малого объема). При снижении барометрического давления развивается гипобарическая экзогенная гипоксия (последнее наблюдается при подъеме на высоту, где РО2 воздуха снижено примерно до 100 мм рт. ст. Установлено, что при снижении РО2 до 50 мм рт. ст. возникают тяжелые расстройства, несовместимые с жизнью).

В ответ на изменение показателей газового состава крови (гипоксемию и гиперкапнию) возбуждаются хеморецепторы аорты, каротидных клубочков, центральные хеморецепторы, что вызывает стимуляцию бульбарного дыхательного центра, развитие тахи- и гиперпное, газового алкалоза, увеличение числа функционирующих альвеол.

Эндогенные гипоксические состояния являются в большинстве случаев результатом патологических процессов и болезней, приводящих к нарушению газообмена в легких, недостаточному транспорту кислорода к органам или к нарушению его утилизации тканями.

Дыхательная (респираторная) гипоксия

Респираторная гипоксия возникает вследствие недостаточности газообмена в легких, которая может быть обусловлена следующими причинами: альвеолярной гиповентиляцией, сниженной перфузией кровью легких, нарушением диффузии кислорода через аэрогематический барьер, и соответственно, нарушением вентиляционно-перфузионного соотношения. Патогенетическую основу дыхательной гипоксии составляют снижение содержания оксигемоглобина, повышение концентрации восстановленного гемоглобина, гиперкапния и газовый ацидоз.

Гиповентиляция легких является результатом действия ряда патогенетических факторов:

а) нарушения биомеханических свойств дыхательного аппарата при обструктивных и рестриктивных формах патологии;

б) расстройств нервной и гуморальной регуляции вентиляции легких;

в) снижения перфузии легких кровью и нарушения диффузии О2 через аэрогематический барьер;

г) избыточного внутри- и внелегочного шунтирования венозной крови.

Циркуляторная (сердечно-сосудистая, гемодинамическая) гипоксия развивается при локальных, региональных и системных нарушениях гемодинамики. В зависимости от механизмов развития циркуляторной гипоксии можно выделить ишемическую и застойную формы. В основе циркуляторной гипоксии может лежать абсолютная недостаточность кровообращения или относительная при резком возрастании потребности тканей в кислородном обеспечении (при стрессорных ситуациях).

Генерализованная циркуляторная гипоксия возникает при сердечной недостаточности, шоке, коллапсе, обезвоживании организма, ДВС-синд-роме и т.д., причем, если нарушения гемодинамики возникают в большом круге кровообращения, насыщение крови кислородом в легких может быть нормальным, а нарушается его доставка к тканям в связи с развитием венозной гиперемии и застойных явлений в большом круге кровообращения. При нарушениях гемодинамики в сосудах малого круга кровообращения страдает оксигенация артериальной крови. Локальная циркуляторная гипоксия возникает в зоне тромбоза, эмболии, ишемии, венозной гиперемии в тех или иных органах и тканях.

Особое место занимает гипоксия, связанная с нарушением транспорта кислорода в клетки при снижении проницаемости мембран для О2. Последнее наблюдается при интерстициальном отеке легких, внутриклеточной гипергидратации.

Для циркуляторной гипоксии характерны: снижение РаО2, увеличение утилизации О2 тканями вследствие замедления кровотока и активации системы цитохром, возрастание уровня ионов водорода и углекислого газа в тканях. Нарушение газового состава крови приводит к рефлекторной активации дыхательного центра, развитию гиперпноэ, увеличению скорости диссоциации оксигемоглобина в тканях.

Гемический (кровяной) тип гипоксии возникает в результате уменьшения эффективной кислородной емкости крови и, следовательно, ее кислород транспортирующей функции. Транспорт кислорода от легких к тканям почти полностью осуществляется при участии Hb. Главными звеньями снижения кислородной емкости крови являются:

1) уменьшение содержания Нb в единице объема крови и в полном объеме, например, при выраженных анемиях, обусловленных нарушением костно-мозгового кроветворения различного генеза, при постгеморрагических и гемолитической анемиях.

2) нарушение транспортных свойств Нb, которое может быть обусловлено либо снижением способности Нb эритроцитов связывать кислород в капиллярах легких, либо транспортировать и отдавать оптимальное количество его в тканях, что наблюдается при наследственных и приобретенных гемоглобинопатиях.

Достаточно часто гемическая гипоксия наблюдается при отравлении окисью углерода («угарным газом»), так как окись углерода обладает чрезвычайно высоким сродством к гемоглобину, почти в 300 раз превосходя сродство к нему кислорода. При взаимодействии окиси углерода с гемоглобином крови образуется карбоксигемоглобин, лишенный способности транспортировать и отдавать кислород.

Окись углерода содержится в высокой концентрации в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания, в бытовом газе и т.д.

Выраженные нарушения жизнедеятельности организма развиваются при увеличении содержания в крови НbСО до 50% (от общей концентрации гемоглобина). Повышение его уровня до 70-75 % приводит к тяжелой гипоксемии и летальному исходу.

Карбоксигемоглобин имеет ярко-красный цвет, поэтому при его избыточном образовании в организме кожа и слизистые становятся красными. Устранение СО из вдыхаемого воздуха приводит к диссоциации НbСО, но этот процесс протекает медленно и занимает несколько часов.

Воздействие на организм ряда химических соединений (нитратов, нитритов, окисла азота, бензола, некоторых токсинов инфекционного происхождения, лекарственных средств: феназепама, амидопирина, сульфаниламидов, продуктов ПОЛ и т.д.) приводит к образованию метгемоглобина, который не способен переносить кислород, так как содержит окисную форму железа (Fe3+).

Окисная форма Fe3+ обычно находится в связи с гидроксилом (ОН-). МетНb имеет темно-коричневую окраску и, именно этот оттенок приобретают кровь и ткани организма. Процесс образования метНb носит обратимый характер, однако его восстановление в нормальный гемоглобин происходит относительно медленно (в течение нескольких часов), когда железо Нb вновь переходит в закисную форму. Образование метгемоглобина не только снижает кислородную емкость крови, но и уменьшает способность активного оксигемоглобина диссоциировать с отдачей кислорода тканям.

Тканевая (гистотоксическая) гипоксия развивается вследствие нарушения способности клеток поглощать кислород (при нормальной его доставке к клетке) или в связи с уменьшением эффективности биологического окисления в результате разобщения окисления и фосфорилирования.

Развитие тканевой гипоксии связывают со следующими патогенетическими факторами:

1. Нарушением активности ферментов биологического окисления в процессе:

а) специфического связывания активных центров фермента, например, цианидами и некоторыми антибиотиками;

б) связывания SН-групп белковой части фермента ионами тяжелых металлов (Аg2+, Нg2+, Сu2+), в результате чего образуются неактивные формы фермента;

в) конкурентного блокирования активного центра фермента веществами, имеющими структурную аналогию с естественным субстратом реакции (оксалаты, малонаты).

2. Нарушением синтеза ферментов, которое может возникать при дефиците витаминов В1 (тиамина), ВЗ (РР), никотиновой кислоты и др., а также при кахексии различного происхождения.

3. Отклонениями от оптимума физико-химических параметров внутренней среды организма: рН, температуры, концентрации электролитов и др. Эти изменения возникают при разнообразных заболеваниях и патологических состояниях (гипотермиях и гипертермиях, недостаточности почек, сердца и печени, анемиях) и снижают эффективность биологического окисления.

4. Дезинтеграцией биологических мембран, обусловленной воздействием патогенных факторов инфекционной и неинфекционной природы, сопровождающейся снижением степени сопряжения окисления и фосфорилирования, подавлением образования макроэргических соединений в дыхательной цепи. Способностью разобщать окислительное фосфорилирование и дыхание в митохондриях обладают: избыток ионов Н+ и Са2+, свободных жирных кислот, адреналина, тироксина и трийодтиронина, некоторых лекарственных веществ (дикумарина, грамицидина и др.). В этих условиях увеличиваются расход кислорода тканями. В случаях набухания митохондрий, разобщения окислительного фосфорилирования и дыхания большая часть энергии трансформируется в тепло и не используется для ресинтеза макроергов. Эффективность биологического окисления снижается.

Библиографическая ссылка

Чеснокова Н.П., Брилль Г.Е., Полутова Н.В., Бизенкова М.Н. ЛЕКЦИЯ 10 ГИПОКСИИ: ВИДЫ, ЭТИОЛОГИЯ, ПАТОГЕНЕЗ // Научное обозрение. Медицинские науки. – 2017. – № 2. – С. 53-55;
URL: https://science-medicine.ru/ru/article/view?id=979 (дата обращения: 18.07.2019). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

Страница 35 из 228

Гипоксия нагрузки возникает при напряженной мышечной активности (тяжелая физическая работа, судороги и др.). Она характеризуется значительным усилением утилизации кислорода скелетной мускулатурой, развитием выраженной венозной гипоксемии и гиперкапнии, накоплением недоокисленных продуктов распада, развитием умеренного метаболического ацидоза. При включении механизмов мобилизации резервов наступает полная или частичная нормализация кислородного баланса в организме за счет продукции вазодилататоров, расширения сосудов, увеличения объема кровотока, уменьшения размера межкапиллярных пространств и срока прохождения крови в капиллярах. Это приводит к уменьшению гетерогенности кровотока и выравниванию его в работающих органах и тканях.
Острая нормобарическая гипоксическая гипоксия развивается при уменьшении дыхательной поверхности легких (пневмоторакс, удаление части легкого), «коротком замыкании» (заполнение альвеол экссудатом, транссудатом, ухудшение условий диффузии), при снижении парциального напряжения кислорода во вдыхаемом воздухе до 45 мм рт.ст. и ниже, при чрезмерном открытии артериоловенулярных анастомозов (гипертензия малого круга кровообращения). Вначале развивается умеренный дисбаланс между доставкой кислорода и потребностью тканей в нем (снижение РС2 артериальной крови до 19 мм рт.ст.). Включаются нейроэндокринные механизмы мобилизации резервов. Снижение РО2 в крови вызывает тотальное возбуждение хеморецепторов, через посредство которых стимулируются ретикулярная формация, симпатико-адреналовая система, в крови увеличивается содержание катехоламинов (в 20-50 раз) и инсулина. Возрастание симпатических влияний ведет к увеличению ОЦК, повышению насосной функции сердца, скорости и объема кровотока, артериовенозной разницы по кислороду на фоне вазоконстрикции и гипертензии, углубления и учащения дыхания. Интенсификация утилизации в тканях норадреналина, адреналина, инсулина, вазопрессина и других биологически активных веществ, усиленное образование медиаторов клеточных экстремальных состояний (диацилглицерид, инозитол-трифосфат, простагландин, тромбоксан, лейкотриен и др.) способствуют дополнительной активации обмена веществ в клетках, что ведет к изменению концентрации субстратов обмена и коферментов, увеличению активности окислительно-восстановительных ферментов (альдолаза, пируваткиназа, сукциндегидрогеназа) и снижению активности гексокиназы. Возникающая недостаточность энергетического обеспечения за счет глюкозы замещается усилением липолиза, возрастанием концентрации жирных кислот в крови. Высокая концентрация жирных кислот, ингибируя усвоение клетками глюкозы, обеспечивает высокий уровень глюконеогенеза, развитие гипергликемии. Одновременно активируются гликолитическое расщепление углеводов, пентозный цикл, катаболизм белков с высвобождением глюкогенных аминокислот. Однако чрезмерная утилизация АТФ в обменных процессах не восполняется. Это сочетается с накоплением в клетках АДФ, АМФ и других адениловых соединений, что ведет к недостаточной утилизации лактата, кетоновых тел, образующихся при активации расщепления жирных кислот в клетках печени, миокарда. Накопление кетоновых тел способствует возникновению вне- и внутриклеточного ацидоза, дефициту окисленной формы НАД, угнетению активности Na+-К+- зависимой АТФазы, нарушению деятельности Na+/K+-нacoca и развитию отека клеток. Совокупность дефицита макроэргов, вне- и внутриклеточного ацидоза ведет к нарушению деятельности органов, обладающих высокой чувствительностью к дефициту кислорода (ЦНС, печень, почки, сердце и др.).
Ослабление сокращений сердца снижает величину ударного и минутного объема, повышает венозное давление и сосудистую проницаемость, особенно в сосудах малого круга кровообращения. Это ведет к развитию интерстициального отека и расстройствам микроциркуляции, уменьшению жизненной емкости легких, что еще более усугубляет нарушения деятельности ЦНС и благоприятствует переходу стадии компенсации в стадию декомпенсированной гипоксии. Стадия декомпенсации развивается при резко выраженном дисбалансе между доставкой кислорода и потребностью тканей в нем (снижение Р02 артериальной крови до 12 мм рт.ст. и ниже). В этих условиях отмечается не только недостаточность нейроэндокринных механизмов мобилизации, но и почти полное исчерпывание резервов. Так, в крови и тканях устанавливается стойкий дефицит КТА, глюкокортикоидов, вазопрессина и других биологически активных веществ, что ослабляет влияние регулирующих систем на органы и ткани и облегчает прогрессирующее развитие расстройств микроциркуляции, особенно в малом круге кровообращения с микроэмболией легочных сосудов. В то же время снижение чувствительности гладких мышц сосудов к симпатическим воздействиям ведет к угнетению сосудистых рефлексов, патологическому депонированию крови в системе микроциркуляции, чрезмерному раскрытию артериоловенулярных анастомозов, централизации кровообращения, потенцированию гипоксемии, дыхательной и сердечной недостаточности.
В основе указанной выше патологии лежит углубление нарушений окислительно-восстановительных процессов - развитие недостатка никотинамидных коферментов, преобладание их восстановленных форм, угнетение процессов гликолиза и генерации энергии. В тканях почти полностью отсутствует преобразованная АТФ, снижается активность супероксиддисмутазы и других ферментных компонентов антиоксидантной системы, резко активируется свободнорадикальное окисление, возрастает образование активных радикалов. В этих условиях происходит массивное образование токсичных перекисных соединений и ишемического токсина белковой природы. Развиваются тяжелые повреждения митохондрий в связи с нарушением метаболизма длинных цепей ацетил-КоА, тормозится транслокация адениннуклеотидов, увеличивается проницаемость внутренних мембран для Са2+. Активация эндогенных фосфолипаз ведет к усилению расщепления фосфолипидов мембран, происходит повреждение рибосом, подавление синтеза белков и ферментов, активация лизосомальных ферментов, развитие аутолитических процессов, дезорганизация молекулярной гетерогенности цитоплазмы, перераспределение электролитов. Подавляется активный энергозависимый транспорт ионов через мембраны, что ведет к необратимой потере внутриклеточного К+, ферментов и к гибели клеток.
Хроническая нормобарическая гипоксическая гипоксия развивается при постепенном уменьшении дыхательной поверхности легких (пневмосклероз, эмфизема), ухудшении условий диффузии (умеренный длительный дефицит содержания О2 во вдыхаемом воздухе), недостаточности сердечно-сосудистой системы. В начале развития хронической гипоксии обычно поддерживается легкий дисбаланс между доставкой кислорода и потребностью тканей в нем за счет включения нейроэндокринных механизмов мобилизации резервов. Небольшое снижение РО2 в крови ведет к умеренному повышению активности хеморецепторов симпатико-адреналовой системы. Концентрация катехоламинов в жидких средах и тканях сохраняется близкой к норме за счет более экономного их расходования в обменных процессах. Это сочетается с небольшим увеличением скорости кровотока в магистральных и резистивных сосудах, замедлением ее в нутритивных сосудах в результате возрастания капилляризации тканей и органов. Происходит увеличение отдачи и извлечения кислорода из крови. На этом фоне отмечаются умеренная стимуляция генетического аппарата клеток, активация синтеза нуклеиновых кислот и белков, увеличение биогенеза митохондрий и других клеточных структур, гипертрофия клеток. Увеличение концентрации дыхательных ферментов на кристах митохондрий усиливает способность клеток утилизировать кислород при понижении его концентрации во внеклеточной среде в результате повышения активности цитохромоксидаз, дегидраз цикла Кребса, увеличения степени сопряжения окисления и фосфорилирования. Достаточно высокий уровень синтеза АТФ поддерживается также за счет анаэробного гликолиза одновременно с активацией окисления, других энергетических субстратов - жирных кислот, пирувата и лактата и стимуляцией глюконеогенеза главным образом в печени и скелетной мускулатуре. В условиях умеренной тканевой гипоксии усиливается продукция эритропоэтина, стимулируются размножение и дифференцировка клеток эритроидного ряда, укорачиваются сроки созревания эритроцитов с повышенной гликолитической способностью, увеличивается выброс эритроцитов в кровоток, возникает полицитемии с возрастанием кислородной емкости крови.
Усугубление дисбаланса между доставкой и потреблением кислорода в тканях и органах в более поздний период индуцирует развитие недостаточности нейроэндокринных механизмов мобилизации резервов. Это связано со снижением возбудимости хеморецепторов, главным образом синокаротидной зоны, адаптацией их к пониженному содержанию кислорода в крови, угнетением активности симпатико-адреналовой системы, снижением концентраций КТА в жидких средах и тканях, развитием внутриклеточного дефицита КТА и содержания их в митохондриях, угнетением активности окислительно-восстановительных ферментов. В органах с высокой чувствительностью к недостатку О2 это ведет к развитию повреждений в виде дистрофических нарушений с характерными изменениями ядерно-цитоплазматических отношений, угнетением продукции белков и ферментов, вакуолизацией и другими изменениями. Активация в этих органах пролиферации соединительнотканных элементов и замещение ими погибших паренхиматозных клеток ведет, как правило, к развитию склеротических процессов из-за разрастания соединительной ткани.
Острая гипобарическая гипоксическая гипоксия возникает при быстром перепаде атмосферного давления - разгерметизации кабины самолета при высотных полетах, восхождении на высокие горы без проведения искусственной адаптации и др. Интенсивность патогенного действия гипоксии на организм находится в прямой зависимости от степени снижения атмосферного давления.
Умеренное снижение атмосферного давления (до 460 мм рт.ст., высота около 4 км над уровнем моря) снижает РО2 в артериальной крови до 50 мм рт.ст. и оксигенацию гемоглобина до 90 %. Возникает временный дефицит кислородного снабжения тканей, который ликвидируется в результате возбуждения ЦНС и включения нейроэндокринных механизмов мобилизации резервов - дыхательного, гемодинамического, тканевого, эритропоэтического, осуществляющих полноценную компенсацию потребности тканей в кислороде.
Значительное уменьшение атмосферного давления (до 300 мм рт.ст., высота 6-7 км над уровнем моря) ведет к снижению РО2 в артериальной крови до 40 мм рт.ст. и ниже и оксигенации гемоглобина менее 90 %. Развитие выраженного дефицита кислорода в организме сопровождается сильным возбуждением ЦНС, чрезмерной активацией нейроэндокринных механизмов мобилизации резервов, массивным выбросом кортикостероидных гормонов с преобладанием минералокортикоидного эффекта. Однако в процессе включения резервов создаются «порочные» круги в виде усиления и учащения дыхания, возрастания потери СО2 с выдыхаемым воздухом при резко пониженном атмосферном давлении. Развиваются гипокапния, алкалоз и прогрессирующее ослабление внешнего дыхания. Связанное с дефицитом кислорода угнетение окислительно-восстановительных процессов и продукции макроэргов замещается усилением анаэробного гликолиза, в результате которого развивается внутриклеточный ацидоз на фоне внеклеточного алкалоза. В этих условиях возникают прогрессирующее снижение тонуса гладкой мускулатуры сосудов, гипотония, увеличивается проницаемость сосудов, уменьшается общее периферическое сопротивление. Это вызывает задержку жидкости, периферический отек, олигурию, расширение сосудов мозга, усиление кровотока и развития отека мозга, которые сопровождаются головной болью, дискоординацией движений, бессонницей, тошнотой, а на стадии тяжелой декомпенсации - потерей сознания.
Синдром высотной декомпрессии возникает при дегерметизации кабин летательных аппаратов при полетах, когда атмосферное давление составляет 50 мм рт.ст. и менее при высоте 20 км и более над уровнем моря. Дегерметизация ведет к быстрой утрате газов организмом и уже при достижении их напряжения 50 мм рт.ст. возникает закипание жидких сред, так как при таком низком парциальном давлении точка кипения воды составляет 37 °С. Через 1,5-3 мин после начала кипения развивается генерализованная воздушная эмболия сосудов и блокада кровотока. Спустя несколько секунд после этого появляется аноксия, которая прежде всего нарушает функцию ЦНС, так как в ее нейронах в течение 2,5-3 мин наступает аноксическая деполяризация с массивным выходом К+ и диффузией Сl внутрь через цитоплазматическую мембрану. По истечении критического для аноксии нервной системы срока (5 мин) нейроны необратимо повреждаются и погибают.
Хроническая гипобарическая гипоксическая гипоксия развивается у лиц, длительно пребывающих на высокогорье. Она характеризуется длительной активацией нейроэндокринных механизмов мобилизации резервов использования кислорода в организме. Однако и в этом случае возникают дискоординация физиологических процессов и связанные с нею порочные круги.
Гиперпродукция эритропоэтина ведет к развитию полицитемии и изменениям реологических свойств крови, в том числе вязкости. В свою очередь увеличение вязкости повышает общее периферическое сопротивление сосудов, при котором возрастает нагрузка на сердце и развивается гипертрофия миокарда. Постепенное усиление потери СО2 с выдыхаемым воздухом сопровождается возрастанием ее отрицательного влияния на тонус гладкомышечных клеток сосудов, что способствует замедлению кровотока в малом круге кровообращения и повышению РСО2 в артериальной крови. Замедленный процесс изменений содержания СО2 во внеклеточной среде обычно слабо влияет на возбудимость хеморецепторов и не индуцирует их адаптационной перестройки. Это ослабляет эффективность рефлекторной регуляции газового состава крови и завершается возникновением гиповентиляции. Повышение РСО2 артериальной крови ведет к возрастанию проницаемости сосудов и ускорению транспорта жидкости в интерстициальное пространство. Возникающая при этом гиповолемия рефлекторно стимулирует продукцию гормонов, блокирующих выделение воды. Накопление ее в организме создает отечность тканей, нарушает кровоснабжение ЦНС, что проявляется в виде неврологических расстройств. При разряжении воздуха повышенная потеря влаги с поверхности слизистых оболочек часто приводит к развитию катара верхних дыхательных путей.
Цитотоксическую гипоксию вызывают цитотоксические яды, обладающие тропностью к ферментам аэробного окисления в клетках. При этом ионы цианидов связываются с ионами железа в составе цитохромоксидазы, что ведет к генерализованной блокаде дыхания клетки. Этот вид гипоксии может вызывать аллергическая альтерация клеток немедленного типа (реакции цитолиза). Для цитотоксической гипоксии характерна инактивация ферментных систем, катализирующих процессы биоокисления в клетках тканей при выключении функции цитохромоксидазы, прекращении переноса 02 от гемоглобина к тканям, резком снижении внутриклеточного редокс-потенциала, блокаде окислительного фосфорилирования, снижении активности АТФазы, усилении глико-, липо-, протеолитических процессов в клетке. Результатом таких повреждений является развитие нарушений Na+/K+-Hacoca, угнетение возбудимости нервных, миокардиальных и других типов клеток. При быстром возникновении дефицита потребления О2 в тканях (более 50 %) снижается артериовенозная разница по кислороду, увеличивается отношение лакчат/пируват, резко возбуждаются хеморецепторы, что чрезмерно увеличивает легочную вентиляцию, снижает РСО2 артериальной крови до 20 мм рт.ст., повышает pH крови и спинномозговой жидкости и вызывает гибель на фоне выраженного дыхательного алкалоза.
Гемическая гипоксия возникает при уменьшении кислородной емкости крови. Каждые 100 мл полностью оксигенированной крови здоровых мужчин и женщин, содержащей гемоглобин в количестве 150 г/л, связывают 20 мл О2. При снижении содержания гемоглобина до 100 г/л 100 мл крови связывают 14 мл О2, а при уровне гемоглобина 50 г/л происходит связывание лишь 8 мл О2. Дефицит кислородной емкости крови за счет количественной недостаточности гемоглобина развивается при постгеморрагической, железодефицитной и других видах анемий. Другой причиной гемической гипоксии является карбонмоно- оксидемия, которая легко возникает при наличии значительного количества СО во вдыхаемом воздухе. Сродство СО к гемоглобину в 250 раз превышает сродство О2. Поэтому СО быстрее, чем О2 взаимодействует с гемопротеинами - гемоглобином, миоглобином, цитохромоксидазой, цитохромом Р-450, каталазой и пероксидазой. Функциональные проявления при отравлении СО зависят от количества карбоксигемоглобина в крови. При 20- 40 % насыщении крови СО возникает сильная головная боль; при 40-50 % нарушаются зрение, слух, сознание; при 50-60 % развивается кома, кардиореспираторная недостаточность, смерть.
Разновидностью гемической гипоксии является анемическая гипоксия, при которой РО2 артериальной крови может быть в пределах нормы, в то время как содержание кислорода снижено. Уменьшение кислородной емкости крови, нарушение доставки кислорода тканям включает нейроэндокринные механизмы мобилизации резервов, направленных на компенсацию потребностей тканей в кислороде. Это происходит в основном за счет изменений параметров гемодинамики - уменьшения ОПС, прямо зависящего от вязкости крови, увеличения сердечного выброса и дыхательного объема. При недостаточности компенсации развиваются дистрофические процессы, главным образом в паренхиматозных клетках (разрастание соединительной ткани, склероз внутренних органов - печени И др.).
Местная циркуляторная гипоксия возникает при наложении на конечность кровоостанавливающего жгута (турникета), синдрома длительного раздавливания тканей, реплантации органов, особенно печени, при острой кишечной непроходимости, эмболиях, тромбозе артерий, инфаркте миокарда.
Кратковременная блокада циркуляции крови (турникет до 2 ч) ведет к резкому увеличению артериовенозной разницы в результате более полноценного извлечения тканями из крови кислорода, глюкозы и других питательных продуктов. Одновременно активируется гликогенолиз и в тканях поддерживается близкая к норме концентрация АТФ на фоне снижения содержания других макроэргов - фосфокреатина, фосфоэнолпирувата и др. Умеренно увеличивается концентрация глюкозы, глюкозо-6-фосфата, молочной кислоты, возрастает осмотичность интерстициальной жидкости без развития существенных нарушений клеточного транспорта одно- и двухвалентных ионов. Нормализация тканевого обмена после восстановления кровотока наступает в течение 5-30 мин.
Длительная блокада циркуляции крови (турникет более 3-6 ч) вызывает глубокую недостаточность Р02 в жидких средах, почти полное исчезновение запасов гликогена, чрезмерное накопление продуктов распада и воды в тканях. Это происходит в результате угнетения активности в клетках ферментных систем аэробного и анаэробного обмена, торможения синтетических процессов, резко выраженной недостаточности АТФ, АДФ и избытка АМФ в тканях, активации в них протеолитических, липолитических процессов. При нарушениях метаболизма ослабляется антиоксидантная защита и усиливается свободнорадикальное окисление, что ведет к повышению ионной проницаемости мембран. Накопление в цитозоле Na+ и особенно Са2+ активирует эндогенные фосфолипазы. В этом случае расщепление мембран фосфолипидов ведет к появлению в зоне нарушения циркуляции большого количества нежизнеспособных клеток с признаками острого повреждения, из которых во внеклеточную среду высвобождается избыточное количество токсичных продуктов перекисного окисления липидов, ишемических токсинов белковой природы, недоокисленных продуктов, лизосомальных ферментов, биологически активных веществ (гистамина, кининов) и воды. В этой зоне происходит также глубокая деструкция сосудов, особенно микроциркуляторного русла. Если на фоне таких тканевых и сосудистых повреждений возобновляется кровоток, то он осуществляется главным образом по раскрытым артериоловенулярным анастомозам. Из ишемизированных тканей в кровь резорбируется большое количество токсичных продуктов, провоцирующих развитие общей циркуляторной гипоксии. В самой зоне циркуляторной гипоксии после восстановления кровотока индуцируются постишемические нарушения. В раннем периоде реперфузии происходит набухание эндотелия, так как доставленный с кровью О2 является исходным продуктом для образования свободных радикалов, потенцирующих разрушение мембран клеток путем перекисного окисления липидов. В клетках и межклеточном веществе нарушается транспорт электролитов, изменяется осмолярность. Поэтому в капиллярах увеличивается вязкость крови, происходит агрегация эритроцитов, лейкоцитов, уменьшается осмотическое давление плазмы. В совокупности эти процессы могут приводить к некрозу (реперфузионные некрозы).
Острая общая циркуляторная гипоксия типична для шока - турникетного, травматического, ожогового, септического, гиповолемического; для тяжелых интоксикаций. Этот вид гипоксии характеризуется комбинацией недостаточности оксигенации органов и тканей, уменьшения количества циркулирующей крови, неадекватностью сосудистого тонуса и сердечного выброса в условиях чрезмерного усиления секреции КТА, АКТГ, глюкокортикоидов, ренина и других вазоактивных продуктов. Спазм резистивных сосудов вызывает резкое увеличение потребности тканей в кислороде, развитие дефицита оксигенации крови в системе микроциркуляции, увеличение капилляризации тканей и замедление кровотока. Возникновению застоя крови и повышению проницаемости сосудов в системе микроциркуляции способствует адгезия активированных микро- и макрофагов на эндотелии капилляров и посткапиллярных венул за счет экспрессии на цитолемме адгезионных гликопротеидов и образования псевдоподий. Неэффективность микроциркуляции усугубляется из-за раскрытия артериоловенулярных анастомозов, снижения ОЦК, угнетения деятельности сердца.
Исчерпывание резервов кислородного обеспечения клеток органов и тканей ведет к нарушению функций митохондрий, увеличению проницаемости внутренних мембран для Са2+ и других ионов, а также к повреждению ключевых ферментов аэробных обменных процессов. Угнетение окислительно-восстановительных реакций резко усиливает анаэробный гликолиз и способствует возникновению внутриклеточного ацидоза. В то же время повреждение цитоплазматической мембраны, повышение в цитозоле концентрации Са, активация эндогенных фосфолипаз ведут к расщеплению фосфолипидных компонентов мембран. Активация свободнорадикальных процессов в альтерированных клетках, избыточное накопление продуктов перекисного окисления липидов вызывают гидролиз фосфолипидов с образованием моноацил- глицерофосфатов и свободных полиеновых жирных кислот. Их аутоокисление обеспечивает включение окисленных полиеновых жирных кислот в сетку метаболических превращений через пероксидазные реакции.

Таблица 7. Время переживания клеток органов при острой циркуляторной гипоксии в условиях нормотермии

Орган	Время переживания, мин	Повреждаемые структуры
Головной мозг
		Кора большого мозга, аммонов рог, мозжечок (клетки Пуркинье)
		Базальные ганглии
Спинной мозг		Клетки передних рогов и ганглиев
Сердце эмболия легких хирургическая операция		Проводящая система
		Сосочковые мышцы,
		левый желудочек
		Клетки периферической части ацинусов
		Клетки центральной части ацинусов
		Эпителий канальцев
		Клубочки
		Альвеолярные перегородки
		Эпителий бронхов

В результате достигается высокая степень вне- и внутриклеточного ацидоза, что ингибирует активность ферментов анаэробного гликолиза. Эти нарушения сочетаются с почти полным отсутствием синтеза в тканях АТФ и других видов макроэргов. Ингибирование метаболизма в клетках при ишемии паренхиматозных органов вызывает тяжелые повреждения не только паренхиматозных элементов, но и эндотелия капилляров в виде отека цитоплазмы, втягивания мембраны эндотелиоцитов в просвет сосуда, резкого увеличения проницаемости при уменьшении числа пиноцитарных везикул, массивного краевого стояния лейкоцитов, особенно в посткапиллярных венулах. Эти нарушения приобретают наиболее выраженный характер при реперфузии. Микроваскулярные реперфузионные повреждения, как и ишемические, сопровождаются чрезмерным образованием продуктов окисления ксантиноксидазой. Реперфузия ведет к быстрой активации свободнорадикальных реакций и вымыванию в общий кровоток межуточных продуктов обменных процессов и токсичных веществ. Значительное повышение содержания в крови и тканях свободных аминокислот, тканевых токсинов белковой природы угнетает насосную деятельность сердца, вызывает развитие острой почечной недостаточности, нарушает синтез протеинов, антитоксическую и выделительную функции печени, подавляет активность ЦНС вплоть до летального исхода. Сроки переживания различных органов при острой циркуляторной гипоксии приведены в табл. 7.

1. Дыхательная недостаточность, ее формы и причины.

2. Формы нарушения альвеолярной вентиляции. Гиповентиляция: причины возникновения и влияние на газовый состав крови.

3. Альвеолярная гипервентиляция, неравномерная альвеолярная вентиляция. Причины возникновения и влияние на газовый состав крови.

4. Возникновение дыхательной недостаточности при нарушениях легочной микроциркуляции и вентиляционно-перфузионных отношений.

5. Возникновение дыхательной недостаточности при изменении газового состава вдыхаемого воздуха и диффузионной способности альвеолярно-капиллярного барьера.

6. Влияние нарушений метаболической функции легких на гемодинамику и систему гемостаза. Причины и механизмы возникновения респираторного дистресс-синдрома.

7. Роль нарушений сурфактантной системы в патологии легких.

8. Одышка, ее причины и механизмы.

9. Патогенез изменений внешнего дыхания при нарушении проходимости верхних отделов дыхательных путей.

10. Патогенез изменений внешнего дыхания при нарушении проходимости нижних отделов дыхательных путей и эмфиземе легких.

11. Патогенез изменений внешнего дыхания при пневмониях, отеке легких и поражениях плевры.

12. Патогенез изменений внешнего дыхания при право- и левожелудочковой сердечной недостаточности.

13. Гипоксия: классификация, причины возникновения и характеристика. Асфиксия, причины, стадии развития (лекция, уч. А. Д. Адо 1994г., 354-357; уч. В.В. Новицкого, 2001 г., с. 528-533).

14. Влияние на организм повышения и понижения барометрического давления. Патологическое дыхание (уч. А. Д. Адо 1994 г., с.31-32, с.349-350; уч. В.В. Новицкого, 2001 г., с.46-48, с.522-524).

15. Приспособительные механизмы при гипоксии (срочные и долговременные). Повреждающее действие гипоксии (уч. А. Д. Адо 1994г., стр. 357-361; уч. В.В. Новицкого, 2001 г., с.533-537).

3.3. Патофизиология системы крови (метод. пособие "Патофизиология кроветворной системы).

1. Изменения общего объема крови. Кровопотеря (уч.Адо, 1994г, с.268-272; уч. В.В. Новицкого, 2001 г., с. 404-407).

2. Регуляция гемопоэза и причины ее нарушения.

3. Определение понятия "анемия". Признаки изменений эритропоэза и характеристики анемий.

4. Патогенетическая классификация анемий.

5. Причины уменьшения образования эритроцитов и характеристика анемий, возникающих в результате этого.

6. Причины нарушения дифференцировки эритроцитов и характеристика анемий, возникающих в результате этого.

7. Причины уменьшения синтеза гемоглобина и характеристика анемий, возникающих в результате этого.

8. Гемолитические анемии. Их причины и характеристика.

9. Патогенез острой постгеморрагической анемии и ее характеристика.

10. Патогенез лейкоцитозов и лейкопений, их виды. Лейкемоидные реакции.

11. Понятие о гемобластозах. Лейкозы, их классификация и изменения периферической крови, характерные для них.

12. Эритроцитозы и эритремии.

13. Лучевая болезнь: этиология, патогенез, формы, периоды, изменения крови (уч. А. Д. Адо, 1994 г. с.39-44; уч. В.В. Новицкого, 2001 г., с. 54-60 раздел 2.8)