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
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 РАВНОВЕСИЯКлассификация 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 компенсацииБуферные 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:
Министерство Здравоохранения Республики Беларусь
Белорусский государственный медицинский университет
КАФЕДРА ПАТОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИОЛОГИИ
Е.В. Леонова, Ф.И. Висмонт
ГИПОКСИЯ
(патофизиологические аспекты)
УДК 612.273.2(075.8)
Рецензент: доктор мед. наук, профессор М.К. Недзведзь
Утверждено Научно-методическим советом университета
Леонова Е.В.
Гипоксия (патофизиологические аспекты): Метод. рекомендации
/Е.В. Леонова, Ф.И. Висмонт – Мн.: БГМУ, 2002. – 22 с.
Издание содержит краткое изложение патофизиологии гипоксических состояний. Дана общая характеристика гипоксии, как типового патологического процесса; обсуждаются вопросы этиологии и патогенеза различных видов гипоксий, компенсаторно-приспособительные реакции и нарушения функций, механизмы гипоксического некробиоза, адаптация к гипоксии и дизадаптация.
УДК 612.273.2(075.8)
ББК 28.707.3 &73
© Белорусский государственный
медицинский университет, 2002
1. Мотивационная характеристика темы
Общее время занятий: 2 академических часа для студентов стоматологического факультета, 3 – для студентов лечебно-профилактического, медико-профилактического и педиатрического факультетов.
Учебно-методическое пособие разработано с целью оптимизации учебного процесса и предлагается для подготовки студентов к практическому занятию по теме «Гипоксия». Данная тема рассматривается в разделе «Типовые патологические процессы». Приведенные сведения отражают связь со следующими 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. При любом патологическом процессе имеют место явления гипоксии, 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», по которому накоплен обширный материал, изложен очень широко, с излишними подробностями, что затрудняет его восприятие иностранными учащимися, которые в силу языкового барьера испытывают трудности при конспектировании лекций. Вышесказанное и явилось поводом для написания настоящего пособия. В пособии дается 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:
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 гипоксических состояниях;
Механизмы повреждения и гибели клеток при гипоксии (механизмы гипоксического некробиоза);
Основные проявления дизбаризма (декомпрессии);
Механизмы адаптации к гипоксии и дизадаптации.
Дать обоснованное заключение о наличии гипоксического состояния и характере гипоксии на основании анамнеза, клинической картины, газового состава крови и показателей кислотно-основного состояния.
3. Быть ознакомленным с клиническими проявлениями гипоксических состояний.
2. Контрольные вопросы по смежным дисциплинам
1. Кислородный гомеостаз, его сущность.
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.
3. Контрольные вопросы по теме занятия
1. Определение гипоксии как типового патологического процесса.
2. Классификация гипоксий по а) этиологии и патогенезу, б) распространенности процесса, в) скорости развития и длительности, г) степени тяжести.
3. Патогенетическая характеристика различных видов гипоксий.
4. Компенсаторно-приспособительные реакции при гипоксиях, их виды, механизмы возникновения.
5. Нарушения функций и обмена веществ при гипоксиях.
6. Механизмы гипоксического некробиоза.
7. Дизбаризм, его основные проявления.
8. Адаптация к гипоксии и дизадаптация, механизмы развития.
4. Гипоксия
4.1. Определение понятия. Виды гипоксий.
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 различают гипоксии:
· экзогенные , возникающие при воздействии на систему обеспечения кислородом изменениями его содержания во вдыхаемом воздухе и (или) изменениями общего барометрического давления – гипоксическую (гипо- и-нормобарическую), гипероксическую (гипер- и-нормобарическую);
· дыхательную (респираторную);
· циркуляторную (ишемическую и застойную);
· гемическую (анемическую и вследствие инактивации гемоглобина);
· тканевую (при нарушении способности тканей поглощать кислород или при разобщении процессов биологического окисления и фосфорилирования);
· субстратную (при дефиците субстратов);
· перегрузочную («гипоксия нагрузки»);
· смешанную .
Выделяют также гипоксии: а) по течению, молниеносную, длящуюся несколько десятков секунд; острую – десятки минут; подострую – часы, десятки часов, хроническую – недели, месяцы, годы; б) по распространенности – общую и регионарную; в) по степени тяжести – легкую, умеренную, тяжелую, критическую (смертельную) формы.
Проявления и исход гипоксий зависят от природы этиологического фактора, индивидуальной реактивности организма, степени тяжести, скорости развития, продолжительности процесса.
4.2. Этиология и патогенез гипоксий
4.2.1. Гипоксическая гипоксия
а) Гипобарическая. Возникает при понижении парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе, в условиях разреженной атмосферы. Имеет место при подъеме в горы (горная болезнь) или при полетах на летательных аппаратах (высотная болезнь, болезнь летчиков). Основными факторами, вызывающими патологические сдвиги являются: 1) понижение парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе (гипоксия); 2) понижение атмосферного давления (декомпрессия или дизбаризм).
б) Нормобарическая. Развивается в тех случаях, когда общее барометрическое давление нормально, но парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе понижено. Встречается, главным образом, в производственных условиях (работа в шахтах, неполадки в системе кислородного обеспечения кабины летательного аппарата, в подводных лодках, а также имеет место при нахождении в помещениях малого объема при большой скученности людей.)
При гипоксической гипоксии снижается парциальное давление кислорода во вдыхаемом и альвеолярном воздухе; напряжение и содержание кислорода в артериальной крови; возникает гипокапния, сменяющаяся гиперкапнией.
4.2.2. Гипероксическая гипоксия
а) Гипербарическая. Возникает в условиях избытка кислорода («голод среди изобилия»). «Лишний» кислород не потребляется в энергетических и пластических целях; угнетает процессы биологического окисления; подавляет тканевое дыхание является источником свободных радикалов, стимулирующих перекисное окисление липидов, вызывает накопление токсических продуктов, а также вызывает повреждение легочного эпителия, спадение альвеол, снижение потребления кислорода, и в конечном счете нарушается обмен веществ, возникают судороги, коматозное состояние (осложнения при гипербарической оксигенации).
б) 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.
4.2.3. Дыхательная (респираторная) гипоксия
Развивается в результате недостаточности газообмена в легких в связи с альвеолярной гиповентиляцией, нарушением вентиляционно-перфузионных отношений, затруднением диффузии кислорода (болезни легких, трахеи, бронхов, нарушение функции дыхательного центра; пневмо-, гидро-, гемоторакс, воспаление, эмфизема, саркоидоз, асбестоз легких; механические препятствия для поступления воздуха; локальное запустевание сосудов легких, врожденные пороки сердца). При респираторной гипоксии в результате нарушения газообмена в легких снижается напряжение кислорода в артериальной крови, возникает артериальная гипоксемия, в большинстве случаев в связи с ухудшением альвеолярной вентиляции, сочетающаяся с гиперкапнией.
4.2.4. Циркуляторная (сердечно-сосудистая) гипоксия
Возникает при нарушениях кровообращения, приводящих к недостаточному кровоснабжению органов и тканей. Важнейший показатель и патогенетическая основа ее развития – уменьшение минутного объема крови. Причины: расстройства сердечной деятельности (инфаркт, кардиосклероз, перегрузка сердца, нарушения электролитного баланса, нейрогуморальной регуляции функции сердца, тампонада сердца, облитерация полости перикарда); гиповолемия (массивная кровопотеря, уменьшение притока венозной крови к сердцу и др.). При циркуляторной гипоксии снижается скорость транспорта кислорода артериальной, капиллярной кровью при нормальном или сниженном содержании в артериальной крови кислорода, снижение этих показателей в венозной крови, высокая артериовенозная разница по кислороду.
4.2.5. Кровяная (гемическая) гипоксия
Развивается при уменьшении кислородной емкости крови. Причины: анемия, гидремия; нарушение способности гемоглобина связывать, транспортировать и отдавать тканям кислород при качественных изменениях гемоглобина (образование карбоксигемоглобина, метгемоглобинообразование, генетически обусловленные аномалии Нв). При гемической гипоксии снижается содержание кислорода в артериальной и венозной крови; уменьшается артерио-венозная разница по кислороду.
4.2.6. Тканевая гипоксия
Различают первичную и вторичную тканевую гипоксию. К первичной тканевой (целлюлярной) гипоксии относят состояния, при которых имеет место первичное поражение аппарата клеточного дыхания. Основные патогенетические факторы первично-тканевой гипоксии: а) снижение активности дыхательных ферментов (цитохромоксидазы при отравлении цианидами), дегидрогеназ (действие больших доз алкоголя, уретана, эфира), снижение синтеза дыхательных ферментов (недостаток рибофлавина, никотиновой кислоты), б) активация перекисного окисления липидов, ведущая к дестабилизации, декомпозиции мембран митохондрий и лизосом (ионизирующее излучение, дефицит естественных антиоксидантов – рутина, аскорбиновой кислоты, глютатиона, каталазы и др.), в) разобщение процессов биологического окисления и фосфорилирования, при котором потребление кислорода тканям может возрастать, но значительная часть энергии рассеивается в виде тепла и несмотря на высокую интенсивность функционирования дыхательной цепи, ресинтез макроэргических соединений не покрывает потребностей тканей, возникает относительная недостаточность биологического окисления. Ткани находятся в состоянии гипоксии. При тканевой гипоксии парциальное напряжение и содержание кислорода в артериальной крови могут до известного предела оставаться нормальными, а в венозной крови значительно повышаются; уменьшается артерио-венозная разница по кислороду. Вторичная тканевая гипоксия может развиться при всех других видах гипоксии.
4.2.7. Субстратная гипоксия
Развивается в тех случаях, когда при адекватной доставке кислорода к органам и тканям, нормальном состоянии мембран и ферментных систем возникает первичный дефицит субстратов, приводящий к нарушению всех звеньев биологического окисления. В большинстве случаев такая гипоксия связана с дефицитом в клетках глюкозы, например, при расстройствах углеводного обмена (сахарный диабет и др.), а также при дефиците других субстратов (жирных кислот в миокарде), тяжелом голодании.
4.2.8. Перегрузочная гипоксия («гипоксия нагрузки»)
Возникает при напряженной деятельности органа или ткани, когда функциональные резервы систем транспорта и утилизации кислорода при отсутствии в них патологических изменений оказываются недостаточными для обеспечения резко увеличенной потребности в кислороде (чрезмерная мышечная работа, перегрузка сердца). Для перегрузочной гипоксии характерно образование «кислородного долга» при увеличении скорости доставки и потребления кислорода, а также скорости образования и выведения углекислоты, венозная гипоксемия, гиперкапния.
4.2.9. Смешанная гипоксия
Гипоксия любого типа, достигнув определенной степени, неизбежно вызывает нарушения функции различных органов и систем, участвующих в обеспечении доставки кислорода и его утилизации. Сочетание различных типов гипоксии наблюдается, в частности, при шоке, отравлении боевыми отравляющими веществами, заболеваниях сердца, коматозных состояниях и др.
5. Компенсаторно-приспособительные реакции
Первые изменения в организме при гипоксии связаны с включением реакций, направленных на сохранение гомеостаза (фаза компенсации). Если приспособительные реакции оказываются недостаточными, в организме развиваются структурно-функциональные нарушения (фаза декомпенсации). Различают реакции, направленные на приспособление к кратковременной острой гипоксии (срочные) и реакции, обеспечивающие устойчивое приспособление к менее выраженной, но длительно существующей или многократно повторяющейся гипоксии (реакции долговременного приспособления). Срочные реакции возникают рефлекторно вследствие раздражения рецепторов сосудистой системы и ретикулярной формации ствола мозга изменившимся газовым составом крови. Происходит увеличение альвеолярной вентиляции, ее минутного объема, за счет углубления дыхания, учащения дыхательных экскурсий, мобилизации резервных альвеол (компенсаторная одышка); учащаются сердечные сокращения, увеличиваются масса циркулирующей крови (за счет выброса крови из кровяных депо), венозный приток, ударный и минутный объем сердца, скорость кровотока, кровоснабжение мозга, сердца и других жизненно важных органов и уменьшается кровоснабжение мышц, кожи и др. (централизация кровообращения); повышается кислородная емкость крови за счет усиленного вымывания эритроцитов из костного мозга, а затем и активация эритропоэза, повышаются кислородсвязывающие свойства гемоглобина. Оксигемоглобин приобретает способность отдавать тканям большее количество кислорода даже при умеренном снижении рО 2 в тканевой жидкости, чему способствует развивающийся в тканях ацидоз (при котором оксигемоглобин легче отдает кислород); ограничивается активность органов и тканей, непосредственно не участвующих в обеспечении транспорта кислорода; повышается сопряженность процессов биологического окисления и фосфорилирования, усиливается анаэробный синтез АТФ за счет активации гликолиза; в различных тканях увеличивается продукция оксида азота, что ведет к расширению прекапиллярных сосудов, снижению адгезии и агрегации тромбоцитов, активации синтеза стресс-белков, защищающих клетку от повреждения. Важной приспособительной реакцией при гипоксии является активация гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы (стресс – синдром), гормоны которой (глюкокортикоиды), стабилизируя мембраны лизосом, снижают тем самым повреждающее действие гипоксического фактора, и препятствуют развитию гипоксического некробиоза, повышая устойчивость тканей к недостатку кислорода.
Компенсаторные реакции при гипероксической гипоксии направлены на предупреждение возрастания напряжения кислорода в артериальной крови и в тканях ─ ослабление легочной вентиляции и центрального кровообращения, снижение минутного объема дыхания и кровообращения, частоты сердечных сокращений, ударного объема сердца, уменьшение объема циркулирующей крови, ее депонирование в паренхиматозных органах; понижение артериального давления; сужение мелких артерий и артериол мозга, сетчатки глаза и почек, наиболее чувствительных как к недостатку, так и к избытку кислорода. Эти реакции в целом обеспечивают соответствие потребности тканей в кислороде.
6. Нарушения основных физиологических функций и обмена веществ
Наиболее чувствительна к кислородному голоданию нервная ткань. При полном прекращении снабжения кислородом признаки нарушения в коре больших полушарий обнаруживаются уже через 2,5-3 мин. При острой гипоксии первые расстройства (особенно четко проявляющиеся при гипоксической ее форме) наблюдаются со стороны высшей нервной деятельности (эйфория, эмоциональные расстройства, изменения почерка и пропуски букв, притупление и потеря самокритики, которые затем сменяются депрессией, угрюмостью, сварливостью, драчливостью). С нарастанием острой гипоксии вслед за активацией дыхания возникают различные нарушения ритма, неравномерность амплитуды дыхательных движений, редкие, короткие дыхательные экскурсии постепенно ослабевающие до полного прекращения дыхания. Возникает тахикардия, усиливающаяся параллельно ослаблению деятельности сердца, затем – нитевидный пульс, фибрилляция предсердий и желудочков. Систолическое давление постепенно понижается. Нарушаются пищеварение и функция почек. Снижается температура тела.
Универсальный, хотя и неспецифический признак гипоксических состояний, гипоксического повреждения клеток и тканей – повышение пассивной проницаемости биологических мембран, их дезорганизация, что ведет к выходу ферментов в межтканевую жидкость и кровь, вызывая нарушения обмена веществ и вторичную гипоксическую альтерацию тканей.
Изменения в углеводном и энергетическом обмене приводят к дефициту макроэргов, уменьшению содержания АТФ в клетках, усилению гликолиза, снижению содержания гликогена в печени, угнетению процессов его ресинтеза; в результате в организме повышается содержание молочной и др. органических кислот. Развивается метаболический ацидоз. Недостаточность окислительных процессов приводит к нарушению обмена липидов и белков. Снижается концентрация в крови основных аминокислот, возрастает содержание в тканях аммиака, возникает отрицательный азотистый баланс, развивается гиперкетонемия, резко активируются процессы перекисного окисления липидов.
Нарушение обменных процессов приводит к структурно-функциональ-ным изменениям и повреждению клеток с последующим развитием гипоксического и совободно радикального некробиоза, гибели клеток, в первую очередь, нейронов.
6.1. Механизмы гипоксического некробиоза
Некробиоз – процесс отмирания клетки, глубокая, частично необратимая стадия повреждения клетки, непосредственно предшествующая ее смерти. По биохимическим критериям клетка считается погибшей с момента полного прекращения ею производства свободной энергии. Любое воздействие, вызывающее более или менее продолжительное кислородное голодание ведет к гипоксическому повреждению клетки. На начальном этапе этого процесса снижается скорость аэробного окисления и окислительного фосфорилирования в митохондриях. Это приводит к понижению количества АТФ, возрастанию содержания аденозиндифосфата (АДФ), и аденозинмонофосфата (АМФ). Уменьшается коэффициент АТФ/АДФ+АМФ, снижаются функциональные возможности клетки. При низком соотношении АТФ/АДФ+АМФ активируется фермент фосфорфруктокиназа (ФФК), что приводит к усилению реакции анаэробного гликолиза, клетка расходует гликоген, обеспечивая себя энергией за счет бескислородного распада глюкозы; Запасы гликогена в клетке истощаются. Активация анаэробного гликолиза ведет к снижению рН цитоплазмы. Прогрессирующий ацидоз вызывает денатурацию белков и помутнение цитоплазмы. Поскольку ФФК кислотоугнетаемый фермент, то в условиях гипоксии ослабляется гликолиз, формируется дефицит АТФ. При значительном дефиците АТФ процессы клеточного повреждения усугубляются. Наиболее энергоемкий фермент в клетке – калий-натриевая АТФ-аза. При дефиците энергии ограничиваются его возможности, в результате чего утрачивается нормальный калий-натриевый градиент; клетки теряют ионы калия, а вне клеток возникает его избыток – гиперкалиемия. Утрата калий-натриевого градиента означает для клетки уменьшение потенциала покоя, вследствие чего положительный поверхностный заряд, свойственный нормальным клеткам уменьшается, клетки становятся менее возбудимыми, нарушаются межклеточные взаимодействия, что и происходит при глубокой гипоксии. Последствие повреждения калий-натриевого насоса – проникновение избытка натрия в клетки, гипергидратация и набухание их, расширение цистерн эндоплазматического ретикулума. Гипергидратации способствует и накопление осмотически активных продуктов разрушения и усиленного катаболизма полимерных клеточных молекул. В механизме гипоксического некробиоза, особенно на глубоких стадиях, ключевую роль играет увеличение содержания ионизированного внутриклеточного кальция, избыток которого токсичен для клетки. Увеличение внутриклеточной концентрации кальция вначале обусловлено нехваткой энергии для работы кальций-магниевого насоса. При углублении гипоксии кальций попадает в клетку уже через входные кальциевые каналы наружной мембраны, а также массивным потоком из митохондрий, цистерн гладкого эндоплазматического ретикулума и через поврежденные клеточные мембраны. Это приводит к критическому нарастанию его концентрации. Длительный избыток кальция в цитоплазме ведет к активации Са ++ зависимых протеиназ, прогрессирующему цитоплазматическому протеолизу. При необратимом повреждении клетки в митохиндрии поступают значительные количества кальция, что приводит к инактивации их ферментов, денатурации белка, стойкой утрате способности к продукции АТФ даже при восстановлении притока кислорода или реперфузии. Таким образом, центральным звеном клеточной гибели является длительное повышение цитоплазматической концентрации ионизированного кальция. Гибели клеток способствуют и активные кислородсодержащие радикалы, образующиеся в большом количестве липоперекиси и гидроперекиси липидов мембран, а также гиперпродукция оксида азота, оказывающие на этом этапе повреждающее, цитотоксическое действие.
6.2. Дизбаризм
При очень быстром понижении барометрического давления (нарушение герметичности летательных аппаратов, быстрый подъем на высоту) развивается симптомокомплекс декомпрессионной болезни (дизбаризм), включающий следующие компоненты:
а) на высоте 3-4 тысячи метров – расширение газов и относительное увеличение их давления в замкнутых полостях тела – придаточных полостях носа, лобных пазухах, полости среднего уха, плевральной полости, желудочно-кишечном тракте («высотный метеоризм»), что ведет к раздражению рецепторов этих полостей, вызывая резкие боли («высотные боли»);
б) на высоте 9 тыс. м. – дессатурация (снижение растворимости газов), газовая эмболия, ишемия тканей; мышечно-суставные, загрудинные боли; нарушение зрения, кожный зуд, вегето-сосудистые и мозговые расстройства, поражение периферических нервов;
в) на высоте 19 тыс. м. (В=47 мм рт. ст., рО 2 – 10 мм рт. ст.) и более – процесс «кипения» в тканях и жидких средах при температуре тела, высотная тканевая и подкожная эмфизема (появление подкожных вздутий и боль).
7. Адаптация к гипоксии и дизадаптация
При многократно повторяющейся кратковременной или постепенно развивающейся и длительно существующей умеренной гипоксии развивается адаптация – процесс постепенного повышения устойчивости организма к гипоксии, в результате которого организм приобретает способность нормально осуществлять различные формы деятельности (вплоть до высших), в таких условиях недостатка кислорода, которые ранее этого «не позволяли».
При длительной адаптации к гипоксии формируются механизмы долговременного приспособления («системный структурный след»). К ним относятся: активация гипоталамо-гипофизарной системы и коры надпочечников, гипертрофия и гиперплазия нейронов дыхательного центра, гипертрофия и гиперфункция легких; гипертрофия и гиперфункция сердца, эритроцитоз, увеличение количества капилляров в мозге и сердце; повышение способности клеток к поглощению кислорода, связанное с увеличением числа митохондрий, их активной поверхности и химического средства к кислороду; активация антиоксидантной и детоксикационной систем. Эти механизмы позволяют адекватно обеспечивать потребность организма в кислороде, несмотря на его дефицит во внешней среде, трудности в доставке и снабжении тканей кислородом. В их основе лежит активация синтеза нуклеиновых кислот и белка. В случае длительно продолжающейся гипоксии, ее углублении происходит постепенное истощение адаптационных возможностей организма, может развиться их несостоятельность и наступить «срыв» реакции долговременной адаптации (дизадаптация) и даже декомпенсация, сопровождающаяся нарастанием деструктивных изменений в органах и тканях, рядом функциональных нарушений, проявляющаяся синдромом хронической горной болезни.
Литература
Основная:
1. Патологическая физиология. Под ред. А.Д. Адо и В.В. Новицкого, Изд-во Томского ун-та, Томск, 1994, с. 354-361.
2. Патологическая физиология. Под ред. Н.Н. Зайко и Ю.В. Быця. – Киев, «Логос», 1996, с. 343-344.
3. Патофизиология. Курс лекций. Под ред. П.Ф. Литвицкого. – М., Медицина, 1997, с. 197-213.
Дополнительная:
1. Зайчик А.Ш., Чурилов А.П. Основы общей патологии, часть 1, СПб, 1999. – Элби, с. 178-185.
2. Гипоксия. Адаптация, патогенез, клиника. Под общ. ред. Ю.Л.Шевченко. – СПб, ООО «Элби-СПБ», 2000, 384 с.
3. Руководство по общей патологии. Под ред. Н.К. Хитрова, Д.С. Саркисова, М.А. Пальцева. – М. Медицина, 1999. – С. 401-442.
4. Шанин В.Ю. Клиническая патофизиология. Учебник для медицинских вузов. – СПб: «Специальная литература», 1998, с. 29-38.
5. Шанин В.Ю. Типовые патологические процессы. – СПб: Специальная литература, 1996, - с. 10-23.
1. Мотивационная характеристика темы. Цель и задачи занятия.......... 3
2. Контрольные вопросы по смежным дисциплинам.............................. 5
3. Контрольные вопросы по теме занятия............................................... 5
4. Гипоксия
4.1. Определение понятия, виды гипоксий........................................ 6
4.2. Этиология и патогенез гипоксий................................................ 7
5. Компенсаторно-приспособительные реакции..................................... 12
6. Нарушения основных физиологических функций и обмена веществ. 14
6.1. Механизмы гипоксического некробиоза...................................... 16
6.2. Дизбаризм...................................................................................... 18
7. Адаптация к гипоксии и дизадаптация................................................ 19
8. Литература............................................................................................ 20
Цель занятия: изучить проявления и механизм развития различных типов гипоксии.
Цель обучения: Студент должен:
Усвоить понятия гипоксии, привести классификацию гипоксических состояний;
Знать причины и механизм возникновения отдельных видов гипоксии;
Охарактеризовать механизмы компенсации, экстренной и долгосрочной адаптации организма к гипоксии;
Базисные знания:
Анатомия и физиология органов дыхания;
Роль реактивности организма в развитии патологии;
Биохимические основы биологического окисления;
Основные вопросы
1. Определение гипоксии.
2. Классификация видов гипоксии.
3. Патогенез гипоксии: компенсаторные приспособительные механизмы организма, механизмы адаптации к гипоксии.
4. Патологические нарушения при гипоксии.
Информационный материал
ГИПОКСИЯ - кислородное голодание тканей - это типический патологический процесс, возникающий в результате недостаточного снабжения тканей кислородом или нарушения использования его тканями.
Классификация типов гипоксии
В зависимости от причин, вызывающих гипоксию, принято различать два типа кислородной недостаточности:
I. В результате понижения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе.
II. При патологических процессах в организме.
I. Гипоксия от понижения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе называется гипоксической, или экзогенной, развивается при подъеме на высоту, где атмосфера разрежена, и парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе снижено (например, горная болезнь). В эксперименте гипоксиче-ская гипоксия моделируется при помощи барокамеры, а также с использованием дыхательных смесей, бедных кислородом.
II. Гипоксия при патологических процессах в организме.
1. Дыхательная гипоксия, или респираторная гипоксия, возникает при заболеваниях легких в результате нарушения внешнего дыхания, в частности нарушения легочной вентиляции, кровоснабжения легких или диффузии в них кислорода, при которых страдает оксигинация артериальной крови, при нарушениях функции дыхательного центра - при некоторых отравлениях, инфекционных процессах.
2. Кровяная гипоксия, или гемическая, возникает после острых и хронических кровотечений, анемий, отравлений окисью углерода и нитритами.
Гемическая гипоксия подразделяется на анемическую гипоксию и гипоксию вследствие инактивации гемоглобина.
В патологических условиях возможно образование таких соединений гемоглобина, которые не могут выполнять дыхательную функцию. Таким является карбоксигемоглобин - соединение гемоглобина с окисью углерода (СО), сродство которого к СО в 300 раз выше, чем к кислороду, что обуславливает высокую ядовитость угарного газа; отравление наступает при ничтожных концентрациях СО в воздухе. При отравлении нитритами, анилином образуется метгемоглобин, в котором трехвалентное железо не присоединяет кислород.
3. Циркуляторная гипоксия возникает при заболеваниях сердца и кровеносных сосудов и обусловлена в основном уменьшением минутного объема сердца и замедлением кровотока. При сосудистой недостаточности (шок, коллапс) причиной недостаточности доставки кислорода к тканям является уменьшение массы циркулирующей крови.
В циркуляторной гипоксии можно выделить ишемическую и застойную формы.
Циркуляторная гипоксия может быть вызвана не только абсолютной, но и относительной недостаточностью кровообращения, когда потребность тканей в кислороде превышает его доставку. Такое состояние может возникнуть, например, в сердечной мышце при эмоциональных напряжениях, сопровождающихся выделением адреналина, действие которого хотя и вызывает расширение венечных артерий, но в то же время значительно повышает потребность миокарда в кислороде.
К этому виду гипоксии относится кислородное голодание тканей в результате нарушения микроциркуляции (капиллярный крово- и лимфоток).
4. Тканевая гипоксия возникает при отравлениях некоторыми ядами, при авитаминозах и при некоторых видах гормональной недостаточности и представляет собой нарушения в системе утилизации кислорода. При этом виде ги
поксии страдает биологическое окисление на фоне достаточного снабжения тканей кислородом.
Причинами тканевой гипоксии являются снижение количества или активности дыхательных ферментов, разобщение окисления и фосфорилирования.
Примером тканевой гипоксии является отравление цианидами и монойод-ацетатом. При этом происходит инактивация дыхательных ферментов, в частности, цитохромоксидазы - конечного фермента дыхательной цепи.
В возникновении тканевой гипоксии может иметь значение активация пере-кисного свободнорадикального окисления, при котором органические вещества подвергаются неферментативному окислению молекулярным кислородом. Перекиси липидов вызывают дестабилизацию мембран, в частности, митохондрий и лизосом. Активация свободнорадикального окисления, а, следовательно, и тканевой гипоксии, наблюдается при дефиците его естественных ингибиторов / токоферолов, рутина, убихинона, глутатиона, серотонина, некоторых стероидных гормонов, при действии ионизирующего излучения, при повышении атмосферного давления.
5. Смешанная гипоксия характеризуется одновременным нарушением функций двух или трёх систем органов, обеспечивающих снабжение тканей кислородом. Например, при травматическом шоке одновременно с уменьшением массы циркулирующей крови / циркуляторная гипоксия / дыхание становится частым и поверхностным / дыхательная гипоксия /, вследствие чего нарушается газообмен в альвеолах. Если при шоке наряду с травмой имеется кровопотеря, возникает кровяная гипоксия.
При интоксикациях и отравлениях БОВ возможно одновременное возникновение дыхательной, циркуляторной и тканевой форм гипоксии.
6. Гипоксия нагрузки развивается на фоне достаточного или даже повышенного снабжения тканей кислородом. Однако повышенное функционирование органа и значительно возросшая потребность в кислороде могут привести к неадекватному кислородному снабжению и развитию метаболических нарушений, характерных для истинной кислородной недостаточности. Примером могут служить чрезмерные нагрузки в спорте, интенсивная мышечная работа.
Острая и хроническая гипоксия
1. Острая гипоксия возникает чрезвычайно быстро и может быть вызвана вдыханием таких физиологически инертных газов, как азот, метан и гелий. Экспериментальные животные при дыхании этими газами погибают через 45-90 секунд, если не возобновляется подача кислорода.
При острой гипоксии возникают такие симптомы, как одышка, тахикардия, головные боли, тошнота, рвота, психические расстройства, нарушения координации движений, цианоз, иногда расстройства зрения и слуха. Из всех функциональных систем организма к действию острой гипоксии наиболее чувствительны центральная нервная система, системы дыхания и кровообращения.
2.Хроническая гипоксия возникает при заболеваниях крови, сердечной и дыхательной недостаточности, после длительного нахождения высоко в горах или под влиянием неоднократного пребывания в условиях недостаточного снабжения кислородом.
Симптомы хронической гипоксии в определенной степени напоминают утомление как умственное, так и физическое. Одышка при выполнении физической работы на большой высоте может отмечаться даже у акклиматизированных к высоте людей. Наблюдаются расстройства дыхания и кровообращения, головные боли, раздражительность.
Патогенез
Основным патогенетическим звеном любой формы гипоксии являются нарушения на молекулярном уровне, связанные с процессом энергообразования.
При гипоксии в клетке в результате недостатка кислорода нарушается процесс взаимного окисления - восстановления переносчиков электронов в дыхательной цепи митохондрий. Катализаторы дыхательной цепи не могут служить акцепторами электронов от восстановленных коферментов, так как сами находятся в восстановленном состоянии. В итоге снижается или полностью прекращается перенос электронов в дыхательном процессе, в тканях увеличивается количество восстановленных форм коферментов и значительно возрастает отно-
НАД Н НАДФ Н „
шение-и-. Вслед за этим снижаются процессы окислительно-
го фосфорилирования, энергообразования и аккумуляция энергии в макроэрги-ческих связях АТФ и креатинфосфата.
Снижение интенсивности движения электронов в дыхательной цепи определяется и изменением активности ферментов: цитохромоксидазы, сукцинатдегид-рогеназы, малатдегидрогеназы и др.
Все это, в свою очередь, приводит к закономерным изменениям в гликолити-ческой цепи Эмбдена-Мейергофа-Парнаса, следствием чего является повышение активности альфа-глюканфосфорилазы, гексокиназы, глюкозо-6-фосфатазы, лак-татдегидрогена и др. В результате активирования ферментов гликолиза значительно возрастает скорость распада углеводов, поэтому увеличивается концентрация молочной и пировиноградной кислот в тканях.
Изменения белкового, жирового и углеводного обмена сводится к накоплению в клетках промежуточных продуктов обмена, которые обуславливают развитие метаболического ацидоза.
Вследствие кислородного голодания изменяются возбудимость и проницаемость клеточных мембран, что приводит к нарушению ионного равновесия и освобождению активных ферментов, как из внутриклеточных структур, так и из клеток. Чаще всего этот процесс заканчивается разрушением митохондрий и других структур клетки.
Компенсаторные приспособления при гипоксии
При гипоксии различают компенсаторные приспособления в системах транспорта и утилизации кислорода.
1.Компенсаторные приспособления в системе транспорта.
Увеличение лёгочной вентиляции как одна из компенсаторных реакций при гипоксии происходит в результате рефлекторного возбуждения дыхательного центра импульсами с хеморецепторов сосудистого русла. При гипоксической гипоксии патогенез одышки несколько иной - раздражение хеморецепторов происходит в ответ на снижение в крови парциального давления кислорода. Гипервентиляция является, несомненно, положительной реакцией организма на высоту, но имеет и отрицательное действие, поскольку осложняется выделением углекислоты и снижением содержания ее в крови.
Мобилизация функции системы кровообращения направлена на усиление доставки кислорода тканям (гиперфункция сердца, увеличение скорости кровотока, раскрытие нефункционирующих капиллярных сосудов). Не менее важной характеристикой кровообращения в условиях гипоксии является перераспределение крови в сторону преимущественного кровоснабжения жизненно важных органов и поддержание оптимального кровотока в лёгких, сердце, головном мозге за счет уменьшения кровоснабжения кожи, селезенки, мышц, кишок, которые в данных обстоятельствах играют роль депо крови. Перечисленные изменения кровообращения регулируются рефлекторными и гормональными механизмами. Кроме того, продукты нарушенного обмена (гистамин, адениновые нуклеотиды, молочная кислота), оказывая сосудорасширяющее действие, действуя на тонус сосудов, также являются тканевыми факторами приспособительного перераспределения крови.
Повышение количества эритроцитов и гемоглобина увеличивает кислородную емкость крови. Выброс крови из депо может обеспечить экстренное, но непродолжительное приспособление к гипоксии. При более длительной гипоксии
усиливается эритропоэз в костном мозге. В качестве стимуляторов эритропоэза при гипоксии выступают эритропоэтины почек. Они стимулируют пролиферацию клеток эритробластического ряда костного мозга.
2. Компенсаторные приспособления в системе утилизации кислорода.
Изменения кривой диссоциации оксигемоглобина связаны с повышением способности молекулы гемоглобина присоединять кислород в легких и отдавать его тканям. Сдвиг кривой диссоциации в области верхней инфлексии влево свидетельствует о повышении способности НЬ поглощать кислород при более низком парциальном давлении его во вдыхаемом воздухе. Сдвиг вправо в области нижней инфлексии влево указывает на снижение сродства НЬ к кислороду при низких величинах р02; т.е. в тканях. При этом ткани могут получать больше кислорода из крови.
Механизмы адаптации к гипоксии
В системах, ответственных за транспорт кислорода, развиваются явления гипертрофии и гиперплазии. Увеличивается масса дыхательных мышц, легочных альвеол, миокарда, нейронов дыхательного центра; усиливается кровоснабжение этих органов за счет увеличения количества функционирующих капиллярных сосудов и их гипертрофии /увеличение диаметра и длины/. Гиперплазию костного мозга тоже можно рассматривать как пластическое обеспечение гиперфункции системы крови.
Адаптационные изменения в системе утилизации кислорода:
1) усиление способности тканевых ферментов утилизировать кислород, поддерживать достаточно высокий уровень окислительных процессов и осуществлять вопреки гипоксемии нормальный синтез АТФ;
2) более эффективное использование энергии окислительных процессов (в частности, в ткани головного мозга установлено повышение интенсивности окислительного фосфорилирования за счет большего сопряжения этого процесса с окислением);
3) усиление процессов бескислородного освобождение энергии при помощи гликолиза (последний активизируется продуктами распада АТФ и освобождением ингибирующего влияния АТФ на ключевые ферменты гликолиза).
Патологические нарушения при гипоксии
При недостатке 02 происходит нарушение обмена веществ и накопление продуктов неполного окисления, многие из которых являются токсическими. В печени и мышцах, например, уменьшается количество гликогена, а образующаяся глюкоза не окисляется до конца. Молочная кислота, которая при этом накап
ливается, может изменять кислотно-основное равновесие в сторону ацидоза. Обмен жиров также происходит с накоплением промежуточных продуктов - ацетона, ацетоуксусной и - гидроксимасляной кислот. Накапливаются промежуточные продукты белкового обмена. Увеличивается содержание аммиака, снижается содержание глутамина, нарушается обмен фосфопротеидов и фосфолипидов, устанавливается отрицательный азотистый баланс. Изменения электролитного обмена заключаются в нарушении активного транспорта ионов через биологические мембраны, снижении количества внутриклеточного калия. Нарушается синтез нервных медиаторов.
В тяжелых случаях гипоксии снижается температура тела, что объясняется понижением обмена веществ и нарушением терморегуляции.
В самых неблагоприятных условиях находится нервная система, и это объясняет, почему первыми признаками кислородного голодания являются нарушения нервной деятельности. Еще до появления грозных симптомов кислородного голодания возникает эйфория. Это состояние характеризуется эмоциональным и двигательным возбуждением, ощущением самодовольства и собственной силы, а иногда, наоборот, потерей интереса к окружающему, неадекватностью поведения. Причина этих явлений лежит в нарушении процессов внутреннего торможения. При длительной гипоксии наблюдаются более тяжелые обменные и функциональные нарушения в центральной нервной системе: развивается торможение, нарушается рефлекторная деятельность, расстраивается регуляция дыхания и кровообращения, возможны потеря сознания, судороги.
По чувствительности к кислородному голоданию второе место после нервной системы занимает сердечная мышца. Нарушения возбудимости, проводимости и сократимости миокарда клинически проявляются тахикардией и аритмией. Недостаточность сердца, а также снижение тонуса сосудов в результате нарушения деятельности вазомоторного центра приводят к гипотензии и общему нарушению кровообращения.
Нарушение внешнего дыхания заключается в нарушении легочной вентиляции. Изменение ритма дыхания часто приобретает характер периодического дыхания.
В пищеварительной системе наблюдается угнетение моторики, снижение секреции пищеварительных соков желудка, кишок и поджелудочной железы.
Первоначальная полиурия сменяется нарушением фильтрационной способности почек.
Переносимость гипоксии зависит от многих причин, в том числе от возраста, от уровня развития центральной нервной системы, от температуры окружающей среды.
Переносимость гипоксии можно повысить искусственно. Первый способ заключается в снижении реактивности организма и его потребности в кислороде (наркоз, гипотермия), второй - в тренировке, укреплении и более полном развитии приспособительных реакций в условиях барокамеры или высокогорья.
Тренировка к гипоксии повышает устойчивость организма не только к данному воздействию, но и ко многим другим неблагоприятным факторам, в частности, к физической нагрузке, изменению температуры внешней среды, к инфекции, отравлениям, воздействию ускорения, ионизирующего излучения.
Таким образом, тренировка к гипоксии повышает общую неспецифическую резистентность организма.
ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Г и п о к с и я - типовой патологический процесс, возникающий в результате недостаточного поступления кислорода в организм или неполной его утилизации тканями.
Г и п о к с е м и я - недостаточное содержание кислорода в крови.
Т а х и к а р д и я - учащенное сердцебиение.
У т и л и з а ц и я - использование, усвоение.
Э й ф о р и я - неадекватно поднятое, благодушное настроение.
З а д а н и е 1. Укажите, какие из названных причин могут привести к развитию гипоксической гипоксии (А), гемической (Б), циркуляторной (В), дыхательной (Г), тканевой (Д). Совместите в ответе буквенные индексы (А, Б...) с цифровыми.
Индекс Причины гипоксии
1 Уменьшение доставки кислорода тканям (при заболеваниях сердечной мышцы).
2 Уменьшение активности дыхательных ферментов (например,при отравлении синильной кислотой).
3 Нарушение внешнего дыхания.
4 Уменьшение кислородной емкости крови (например, при отравлении нитритами).
5 Недостаточное содержание кислорода во вдыхаемом воздухе (например, при подъеме в горы).
З а д а н и е 2. Укажите, какое соединение гемоглобина образуется при отравлении нитритом натрия (А). Совместите в ответе буквенный индекс (А) с цифровым.
Индекс Соединение гемоглобина
1 Карбоксигемоглобин.
2 Метгемоглобин.
3 Оксигемоглобин.
4 Карбгемоглобин.
З а д а н и е 3. Определите, какой тип гипоксии развивается при нарушении доставки кислорода к тканям (А). Совместите в ответе буквенный индекс (А) с цифровым.
Индекс Тип гипоксии
З а д а н и е 4. Укажите, какой вид гипоксии характерен для острой кровопотери (А). Совместите в ответе буквенный индекс (А) с цифровым.
Индекс Тип гипоксии
1 Циркуляторная.
2 Гипоксическая.
3 Гемическая (кровяная).
4 Тканевая.
5 Смешанная.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ Задание 1. Изучить особенности течения и исхода гипоксической гипоксии у животных различных видов и классов.
Ход работы: поместите животных (белую крысу, белую мышь и лягушку) в камеру, соединенную с монометром и насосом Комовского. Создайте с помощью насоса в барокамере разреженный воздух под контролем высотометра. Уровень кислорода в камере определите путем вычитания давления по показателям монометра от величины фактического атмосферного давления (112 кПа, или 760 мм рт.ст.) По табл. вычислите высоту над уровнем моря, парциальное давление кислорода (РО2) и его содержание в воздухе (в процентах), которые соответствуют величине давления в барокамере).
Через каждый километр «подъема на высоту» исследуйте у подопытных животных такие показатели как двигательная активность, поза, частота и характер дыхания, окраска кожи и видимых слизистых оболочек, наличие непроизвольного мочеиспускания и дефекации. Сравните течение и исходы гипоксии у различных видов и классов животных, сделайте выводы.
Задание 2. Изучить особенности течения гемической гипоксии. Ход работы: Введите подкожно 1\% раствор азотистого кислого натрия из расчета 0,1 мл на 1г массы тела животного. Поместите белую мышь под стеклянную воронку и наблюдайте изменения за динамикой развития нарушений внешнего дыхания, поведением, окраской кожных покровов и слизистых оболочек по мере увеличения значений кислородного голодания. После гибели животное перенесите в эмалированный лоток и вскройте. Объясните изменение окраски крови, кожных покровов, внутренних органов, серозных оболочек. Сделайте вывод.
Выяснение исходного уровня знаний
З а д а н и е 1. Укажите, какие из перечисленных механизмов адаптации при гипоксии относятся к аварийным (А) и долговременным (Б). Совместите в ответе буквенные индексы с цифровыми.
Индекс Механизм адаптации
1 Мобилизация функции органов кровообращения.
2 Усиление способности тканевых ферментов утилизировать кислород.
3 Усиление вентиляции легких.
4 Выбрасывание крови из депо.
5 Усиление процессов анаэробного гликолиза.
6 Изменение кривой диссоциации оксигемоглобина.
7 Экономное использование энергии окислительных процессов.
8 Гипертрофия дыхательных мышц, легочных альвеол, миокарда, нейронов дыхательного центра.
9 Гиперплазия костного мозга.
З а д а н и е 2. Укажите, какие из перечисленных определений характеризуют понятия гипоксии (А), гипоксемии (Б), гиперкапнии (В). Совместите в ответе буквенные индексы с цифровыми.
Индекс Определение
1 Отсутствие кислорода в тканях.
2 Недостаток кислорода и избыток углекислого газа в организме.
3 Уменьшение содержания кислорода в крови.
4 Уменьшение содержания кислорода в тканях.
З а д а н и е 3. Укажите, при воздействии каких из перечисленных факторов развивается: гипоксическая (А), циркуляторная (Б), кровяная (В), дыхательная (Г), тканевая (Д) гипоксии. Совместите в ответе буквенные индексы с цифровыми.
Индекс Вид гипоксии
|
Угарный газ (СО). |
|
|
Подъем на высоту. |
|
|
Цианистый калий. |
|
|
Воспаление легких. |
|
|
Нитрит натрия. |
|
|
Приступы бронхиальной астмы. |
|
|
Атеросклероз. |
Задача 1. При подъеме в горы на высоту 3000м у одного из альпинистов неожиданно появилось радостное настроение, которое выражалось эмоциональным и двигательным возбуждением, чувством самодовольства. Назовите причину этого состояния альпиниста. Объясните механизм развития.
Задача 2. После повреждения бедренной артерии и большой кровопотери (около 2 л) пострадавший потерял сознание, у него снизилось артериальное и венозное давление, участился пульс, побледнели кожные покровы, участилось и стало поверхностным дыхание. Определите, какой вид гипоксии развился в данном случае; объясните механизм развития.
Задача 3. В одном из детских учреждений для приготовления пищи вместо поваренной соли был использован нитрит натрия. 17 детей были доставлены в токсикологический центр с симптомами отравления. В крови у детей отмечалось высокое содержание метгемоглобина и снижение содержания оксигемоглобина. Какой вид гипоксии наблюдался у детей?
ЛИТЕРАТУРА
1. Патологическая физиология Березнякова А.И. - Х.: Изд-во НФАУ, 2000. -448 с.
2. Патологическая физиология (под ред. Н.Н.Зайко). - Киев: Вища школа, 1985.
3. Патологическая физиология (под ред. А.Д. Адо и Л.М. Ишимовой). - М.: Медицина, 1980.
100 р бонус за первый заказ
Выберите тип работы Дипломная работа Курсовая работа Реферат Магистерская диссертация Отчёт по практике Статья Доклад Рецензия Контрольная работа Монография Решение задач Бизнес-план Ответы на вопросы Творческая работа Эссе Чертёж Сочинения Перевод Презентации Набор текста Другое Повышение уникальности текста Кандидатская диссертация Лабораторная работа Помощь on-line
Узнать цену
Гипоксия - нарушение окислительных процессов в тканях, возникающее при недостаточном поступлении кислорода или нарушении его утилизации в процессе биологического окисления (кислородная недостаточность, кислородное голодание).
В зависимости от этиологического фактора, темпа нарастания и продолжительности гипоксического состояния, степени гипоксии, реактивности организма и т.д. проявление гипоксии может значительно варьировать. Возникающие в организме изменения представляют собой совокупность:
1) непосредственных последствий воздействия гипоксического фактора;
2) вторично возникающих нарушений ;
3) развивающихся компенсаторных и приспособительных реакций. Эти явления находятся в тесной связи и не всегда подаются четкому разграничению.
Классификация основных типов гипоксий:
1) гипоксическая;
2) дыхательная;
3) кровяная;
4) циркуляторная;
5) тканевая;
6) гипербарическая;
7) гипероксическая;
8) гипоксия нагрузки;
9) смешанная - сочетание различных видов гипоксий.
Классификация гипоксий по тяжести :
1) скрытая (выявляется только при нагрузке);
2) компенсированная (тканевой гипоксии в состоянии покоя нет за счет напряжения систем доставки кислорода);
3) выраженная - с явлениями декомпенсации (в покое недостаточность кислорода в тканях);
4) некомпенсированная - выраженные нарушения обменных процессов с явлениями отравления;
5) терминальная - необратимая.
По темпу развития и продолжительности течения различают:
а) молниеносную форму - в течение нескольких десятков секунд;
б) острую - несколько минут или десятков минут (острая сердечная недостаточность);
в) подострую - несколько часов;
г) хроническую - недели, месяцы, годы.
Гипоксическая гипоксия - экзогенный тип гипоксии - развивается при уменьшении барометрического давления кислорода (высотная и горная болезнь) или при снижении парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе. При этом развивается гипоксемия (снижается РО2 в артериальной крови), насыщение гемоглобина (Hb) кислородом и общее содержание его в крови. Отрицательное влияние оказывает и гипокапния , развивающаяся в связи с компенсаторной гипервентиляцией легких. Гипокапния приводит к ухудшению кровоснабжения мозга и сердца, алкалозу, нарушению баланса электролитов во внутренней среде организма и повышению потребления тканями кислорода.
Дыхательный (легочный) тип гипоксиивозникает в результате недостаточности газообмена в легких в связи с альвеолярной гиповентиляцией, нарушениями вентиляционно-перфузионных отношений, или при затруднении диффузии кислорода, нарушения проходимости дыхательных путей, либо расстройства центральной регуляции дыхания.
Уменьшается минутный объем вентиляции, снижается парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе и напряжение кислорода в крови и к гипоксии присоединяется гиперкапния.
Кровяная гипоксия (гемический тип) возникает как следствие уменьшения кислородной емкости крови при анемиях, гидремии и нарушении способности Hb связывать, транспортировать и отдавать тканям кислород при отравлении угарным газом, при образовании метгемоглобина (МетHb) и некоторых аномалиях Hb. Для гемической гипоксии характерно сочетание нормального напряжения кислорода в артериальной крови с пониженным его содержанием в тяжелых случаях до 4-5 об%. При образовании карбоксигемоглобина (СОHb) и метгемоглобина (МетHb) насыщение оставшегося Hb и диссоциация оксиHb в тканях могут быть затруднены, и поэтому напряжение кислорода в тканях и венозной крови оказывается значительно пониженным при одновременном уменьшении артерио-венозной разницы по кислороду.
Циркуляторная гипоксия (сердечно-сосудистый тип) возникает при нарушениях кровообращения, приводящих к недостаточному кровоснабжению органов и тканей при массивной кровопотере, обезвоживании организма, падении сердечно-сосудистой деятельности. Циркуляторная гипоксия сосудистого происхождения развивается при чрезмерном увеличении емкости сосудистого русла вследствие рефлекторных и центрогенных нарушений вазомоторной регуляции недостаточности глюкокортикоидов, при повышении вязкости крови и наличии других факторов, препятствующих нормальному продвижению крови через капиллярную сеть. Для газового состава крови характерно нормальное напряжение и содержание кислорода в артериальной крови, снижение их в венозной и высокая артерио-венозная разница по кислороду.
Тканевая гипоксия (гистотоксическая) возникает вследствие нарушения способности тканей поглощать кислород из крови или в связи с уменьшением эффективности биологического окисления из-за резкого уменьшения сопряжения окисления и фосфорилирования при угнетении биологического окисления различными ингибиторами, нарушения синтеза ферментов или повреждения мембранных структур клетки, например, отравление цианидами, тяжелыми металлами, барбитуратами, токсинами микробов. При этом напряжение, насыщение и содержание кислорода в артериальной крови может до определенного момента быть нормальными, а в венозной крови значительно превышают нормальные величины. Уменьшение артерио-венозной разницы по кислороду характерно для нарушения тканевого дыхания.
Гипербарическая гипоксия может быть при лечении кислородом под повышенным давлением. При этом устранение нормальной гипоксической активности периферических хеморецепторов ведет к снижению возбудимости ДЦ и угнетению легочной вентиляции. Это ведет к повышению артериального pСО2, вызывающего расширение кровеносных сосудов мозга. Гиперкапния ведет к увеличению минутного объема дыхания и гипервентиляции. В результате pСО2 в артериальной крови падает, сосуды мозга суживаются и pО2 в тканях мозга уменьшается. Начальное токсическое действие кислорода на клетку связано с ингибицией дыхательных ферментов и с накоплением перекисей липидов, вызывающих повреждение клеточных структур (особенно SH ферментные группы), изменением метаболизма в цикле трикарбоновых кислот и нарушением синтеза высокоэнергетических фосфатных соединений и образованием свободных радикалов.
Гипероксическая гипоксия (в авиации, при кислородотерапии) - может быть в виде 2х форм кислородного отравления - легочной и судорожной. Патогенез легочной формы связывают с исчезновением "опорной" функции инертного газа, токсическим действием кислорода на эндотелий сосудов легких - повышением их проницаемости, вымыванием сурфактантанта, спадением альвеол и развитием ателектаза и отека легких. Судорожная форма связана с резким возбуждением всех отделов ЦНС (особенно ствола мозга) и нарушением тканевого дыхания.
Смешанный тип гипоксии наблюдается весьма часто и представляет сочетание 2х или более основных типов гипоксии. Часто гипоксический фактор сам по себе влияет на несколько звеньев физиологических систем транспорта и утилизации кислорода. Угарный газ активно вступает в связь с 2х валентным железом Hb, в повышенных концентрациях оказывает непосредственное токсическое действие на клетки, ингибируя цитохромэнзимную систему; барбитураты подавляют окислительные процессы в тканях и одновременно угнетают ДЦ, вызывая гиповентиляцию.
Изменения обмена веществ раньше всего возникают со стороны углеводного и энергетического обмена. Во всех случаях гипоксии первичным сдвигом является дефицит макроэргов. Усиливается гликолиз, это приводит к падению содержания гликогена, нарастанию пирувата и лактата. Избыток молочной, пировиноградной и других органических кислот способствует развитию метаболического ацидоза .
Возникает отрицательный азотистый баланс. В результате расстройств липидного обмена развивается гиперкетонемия.
Нарушается обмен электролитов и в первую очередь процессы активного перемещения и распределения ионов на биологических мембранах, возрастает количество внеклеточного калия.
Последовательность изменений в клетке при гипоксии: повышение проницаемости клеточной мембраны - нарушение ионного равновесия - набухание митохондрий - стимуляция гликолиза - уменьшение гликогена - подавление синтеза и усиление распада белков - деструкция митохондрий - эргастоплазмы, внутриклеточного сетчатого аппарата - жировая декомпозиция клетки - разрушение мембран лизосом - выход гидролитических ферментов - аутолиз и полный распад клетки .
Приспособительные и компенсаторные реакции. При воздействии факторов, вызывающих гипоксию, сразу же включаются реакции, направленные на сохранение гомеостаза. Различают реакции, направленные на приспособление к относительно кратковременной острой гипоксии (возникают немедленно) и реакции, обеспечивающие приспособление к менее выраженной, но длительно существующей или повторяющейся гипоксии.
Реакции системы дыхания на гипоксию - это увеличение альвеолярной вентиляции за счет углубления и учащения дыхательных экскурсий и мобилизации резервных альвеол. Увеличение вентиляции сопровождается усилением легочного кровотока. Компенсаторная гипервентиляция может вызвать гипокапнию, которая в свою очередь компенсируется обменом ионов между плазмой и эритроцитами, усиленным выведением бикарбонатов и основных фосфатов с мочой.
Реакции системы кровообращения выражаются учащением сердечных сокращений, увеличением массы циркулирующей крови за счет опорожнения кровяных депо, увеличения венозного притока, ударного и минутного объема сердца, скорости кровотока и перераспределения крови в пользу мозга и сердца. При адаптации к длительной гипоксии может происходить образование новых капилляров. В связи с гиперфункцией сердца и изменениями нейро-эндокринной регуляции может наступить гипертрофия миокарда, имеющая компенсаторно-приспособительный характер.
Реакции системы крови проявляются повышением кислородной емкости крови за счет усиленного вымывания эритроцитов из костного мозга и активации эритропоэза за счет усиленного образования эритропоэтических факторов. Большое значение имеют свойства Hb связывать почти нормальное количество кислорода даже при значительном снижении парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе и в крови легочных капилляров. Вместе с тем Hb способен отдавать большее количество кислорода даже при умеренном снижении pО2 в тканевой жидкости. Усилению диссоциации оксигемоглобина способствует ацидоз.
Тканевые приспособительные механизмы - ограничение функциональной активности органов и тканей, непосредственно не участвующих в обеспечении транспорта кислорода, увеличение сопряженности окисления и фосфорилирования, усиление анаэробного синтеза АТФ за счет активации гликолиза. Увеличивается синтез глюкокортикоидов, которые стабилизируют мембраны лизосом, активируют ферментные системы дыхательной цепи. Увеличивается количество митохондрий на единицу массы клетки.
Принципы диагностики.
Диагностика основывается на признаках поражения головного мозга и динамике неврологических расстройств, данных исследования гемодинамики (А/Д, ЭКГ, сердечный выброс), газообмена, определения кислорода во вдыхаемом воздухе, содержания газов в альвеолах, диффузии газов через мембрану альвеол; определение транспорта кислорода с кровью; определение pО2 в крови и тканях, определение КЩР, буферных свойств крови, биохимических показателей (молочная и пировиноградная кислота, сахар и мочевина крови).
Терапия и профилактика.
В связи с тем, что в клинической практике обычно встречаются смешанные формы гипоксии, лечение ее должно быть комплексным, и связанным с причиной гипоксии в каждом конкретном случае.
Во всех случаях гипоксии - дыхательной, кровяной, циркуляторной универсальным приемом является гипербарическая оксигенация. Необходимо разорвать порочные круги при ишемиях, сердечной недостаточности. Так при давлении 3 атмосферы в плазме растворяется достаточное количество кислорода (6 объемных %) даже без участия эритроцитов, в ряде случаев бывает необходимо добавить 3-7 % СО2 для стимуляции ДЦ, расширения сосудов мозга и сердца, предотвращения гипокапнии.
При циркуляторной гипоксии назначают сердечные и гипертензионные средства, переливание крови. При гемическом типе:
Переливают кровь или эритромассу, стимулируют гемопоэз, применяют искусственные переносчики кислорода - субстраты перфторуглеводов (перфторан);
Удаление продуктов метаболизма - гемосорбция, плазмофорез;
Борьба с осмотическим отеком - растворы с осмотическими веществами;
При ишемии - антиоксиданты, стабилизаторы мембран, стероидные гормоны;
Введение субстратов, заменяющих функцию цитохромов - метиленовая синь, витамин С;
Повышение энергетического снабжения тканей - глюкоза.
Лекция №21
Гипоксия
Суточные потребности: 1 кг еды, 2 литра воды + 220 литров кислорода – пропустить 12000 литров воздуха.
Впервые о гипоксии заговорил Виктор Васильевич Пашутин (1845-1901) – один из основателей патофизиологии. Иван Михайлович Сеченов – роль системы крови как переносчика кислорода и Петр Михайлович Альбицкий – жил в Томске – разрабатывал вопросы по компенсации гипоксии.
Гипоксия – состояние, возникающее в результате недостаточного обеспечения тканей организма кислородом и /или нарушения его усвоения в ходе биологического окисления.
Гипоксия – типовой патологические процесс, развивающийся в результате недостаточности биологического окисления, приводящий к нарушению энергетического обеспечения функций и пластических процессов в организме.
Гипоксемия – снижение, по сравнению с должным, уровней напряжения и содержания кислорода крови.
Типы гипоксии по этиологии:
Экзогенная - снижение кислорода в окружающем воздухе. Может быть гипобарической снижение атмосферного давления и снижение рО 2 (высотная болезнь и горная болезнь). Горная болезнь развивается в разных горах на разной высоте: на Кавказе, Альпах развитие горной болезни будет определяться 3 тысячами. Факторы, влияющие на возникновение горной болезни: ветер, солнечная радиация, влажность воздуха, наличие снега, высокий перепад ночных и дневных температур + индивидуальная чувствительность: пол, возраст, тип конституции, тренированность, прошлый высотный опыт, физическое и психическое состояние. Тяжелая физическая работа. Скорость набора высоты:
Нормобарическая;
Гипобарическая;
Эндогенная:
Дыхательная;
Циркуляторная;
Гемическая;
Тканевая (гистотоксическая);
Смешанная.
Местная (регионарная):
Циркуляторная;
Тканевая (гистотоксическая);
Смешанная.
Нормобарическая гипоксия развивается при нормальном атмосферном давлении:
Замкнутое или плохо вентилируемое пространство;
Гиповентиляция при ИВЛ.
Критерии экзогенной гипоксии:
Снижение Нb O 2 (артериальной крови) – артериальная гипоксемия;
Снижение р а СО 2 (гипокапния) – при гипобарической гипоксии;
Повышение р а СО 2 (гиперкапния) в замкнутом пространстве.
Механизм экстренной адаптации организма к гипоксии. Острая гипоксия:
Системы кислородного бюджета организма;
Система внешнего дыхания: увеличен объема альвеолярной аентиляции, увеличение частоты и глубины дыхания;
ССС: увеличение МОС (увеличение ударного выброса и числа сокращений), централизация кровообращения (увеличение кровотока в жизненноважных органах).
Система красной крови: увеличение кислородной емкости крови (КЕК) за счет редепонирования крови и усиления диссоциации оксигемоглобина в тканях.
Тканевое дыхание: повышение эффективности биологического окисления – активация ферментов тканевого дыхания, стимуляция гликолиза, повышение сопряжения окисления и фосфорилирования.
Хроническая гипоксия: системы кислородного бюджета организма, эффекты, механизмы эффектов:
Система внешнего дыхания: увеличение степени оксигенации крови в легких – гипертрофия дыхательных мышц, гипертрофия легких.
ССС: увеличение МОС за счет гипертрофии миокарда, увеличение числа митохондрий в кардиомиоцитах, возрастания скорости взаимодействия актина и миозина, увеличения количества капилляров, повышение активности систем регуляции сердца, артериальная гиперемия в функционирующих органах и тканях.
Система красной крови: увеличение кислородной емкости крови за счет активации эритропоэза, увеличения 2,3-ДФГ в эритроцитах, усиление диссоциации оксигемоглобина в тканях;
Тканевое дыхание: увеличение эффективности биологического окисления – митохондриогенез, повышение сопряжения окисления и фосфорилирования, переход на оптимальный уровень функционирования, повышение эффективности метаболизма.
Эффекты дозированной гипоксии:
Уменьшение чувствительности организма к ионизирующей радиации;
Уменьшение токсических эффектов цитостатиков;
Уменьшение побочных эффектов рентгено-контрастных веществ, глюкокортикоидов;
Ослабление действия галлюциногенов и судорожных веществ.
Дозирвоанная гипоксия при беременности:
Коррекция фето-плацентарной недостаточности;
Профилактика гипотрофии плода;
Ускорение созревания плода:
Увеличение поверхности и веса плаценты, емкости её капиллярной сети;
Рост объемной скорости маточно-плацентарного кровотока;
Ускорение созревания ферментных систем печени;
Быстрая замена HbF и HbA.
Эндогенная
Дыхательная гипоксия – нарушение вентиляции, диффузии, перфузии – дыхательная недостаточность.
Критерии дыхательной гипоксии: артериальная гипоксемия, р а СО 2 в норме или гиперкапния.
Циркуляторная гипоксия:
Сердечная недостаточность – снижение скорости кровотока, увеличение времени контакта крови с окружающими тканями, у пациента венозная гипоксемия, а также увеличение артериовенозной разницы по кислороду;
Сосудистая недостаточность - снижение скорости кровотока, увеличение времени контакта крови с окружающими тканями, у пациента венозная гипоксемия, а также увеличение артериовенозной разницы по кислороду;
Сердечно-сосудистая недостаточность.
Гемическая гипоксия – развивается на фоне нарушения кровообразования, вследствие повышенного крвооразрушения, кровопотеря, анемия. А также, когда образуются патологические формы гемоглобина, которые не связывают или плохо связывающие кислород, т.е. нарушение транспорта гемоглобином кислорода.
Виды гемоглобина у взрослого человека:
HbA – альфа2 и бета 2 цепи – основной гемоглобин взрослого;
HbA2 – альфа 2, гамма 2
HbH – гомотетрамер, образуется при ингибировании синтеза альфа цепи. Транспорт О2 не эффективен.
HbM – группа аномальных гемоглобинов, у которых замещена 1 аминокислота, что способствует.
Hb Bart – гомотетрамер, встречающийся у раннего эмбриона и при альфа-талассемии, не эффективен как переносчик О2;
MetHb – метгемоглобин, содержит в гемме Fe3+; не переносит О2. Образуется при отравлениях сильными окислителями и при некоторых наследственных болезнях;
HbCO – карбоксигемоглобин.
Критерии гемической гипоксии. Один грамм чистого гемоглобина может связать 1,39 мл О2. Эта кислородная емкость зависит от количества и качества гемоглобина. При уменьшении количества гемоглобина или формы его, снижается КЕК. Норма 19-21. Компенсация за счет неповрежденных систем: одышка, учащение ЧСС, увеличение тканевого дыхания.
Гистотоксическая гипоксия развивается при блокаде разных звеньев биологического окисления. Это могут быть тканевые дыхательные ферменты, которые ингибируются барбитуратами, актиномицином А, цианиды. Тканевая гипоксия развивается при угнетении ферментов ЦТК (сульфиды, алкоголь, арсениты, сульфаниламидные препараты, малонат, авитаминозы).
При угнетении тканевого дыхания уровень венозного кислорода увеличвается и уменьшение артериовенозной разницы по кислороду.
Возможно разобщение окислительного фосфорилирования: 2,4-динитрофенол, дикумарины, грамицидин, тироксин, адреналин, СЖК, избыток Са2+, Н+, Токсины микроорганизмов, продукты перикисного окисления липидов. Венозная гипоксемия.
Этиология и патогенез смешанной гипоксии
При отравлении угарным газом. Связывается с гемоглобином – гемическая гипоксия, блок цитохромоксидазы – тканевая гипоксия. Компенсация за счет дыхания и работы сердца. Очень тяжелая гипоксия.
Отравление нитритами (удобрениями) – образование метгемоглобина – гемическая гипоксемия. Разобщение окислительного фосфорилирования – тканевая гипоксия.
Отравление барбитуратами: обладают центральным действием, угнетают дыхательный центр – дыхательная гипоксия; угнетение сосудо-двигательного центра – циркуляторная гипоксия; угнетение ферментов тканевого дыхания – тканевая гипоксия. Только одна компенсаторная система остается.
Левожелудочковая сердечная недостаточность. При сердечной недостаточность как тканевой ведет к развитию циркуляторной гипоксии.
Острая кровопотеря также сопровождается развитием гипоксии, снижение КЕК ведет к развитию гемической гипоксии, а уменьшение ОЦК и нарушение гемодинамики – циркуляторная гипоксия.
Гипоксия-гипоксий – шок, т.к. возможны все 4 формы гипоксии. При шоке нарушается гемодинамика (циркуляторная гипоксия); уменьшение ОЦК (гемическая гипоксия);
Развитие «шокового легкого» - дыхательная гипоксия; снижение активности тканевого дыхания – тканевая гипоксия.
Механизм нарушений обмена веществ
При гипоксии нарушается обмен веществ. При гипоксии формируется дефицит макроэргов и избыток АДФ и АМФ. В анаэробных условиях (голодание субстратное)активируется гликолиз, который дает мало АТФ и чтобы он поддерживал жизнь ему необходимы субстраты, поэтому активируется глюконеогенез (образование глюкозы из органических веществ) и развивается отрицательный азотистый баланс и гиперазотемии, а также гиперкетонемия. Конечный продукт гликолиза – молочная кислота, которая в норме сгорает в ЦТК или идет на синтез гликогена. Но ЦТК не работает в анаэробных условия и нарушается метаболизм или синтез лактата. В результате азотистых шлаков, кетоновых тел у пациента интоксикация и метаболический ацидоз, который способствует набуханию и дистрофии митохондрий, что усугубляет нарушение энергетики ещё в большей степени, увеличение внутриклеточного калия, метаболической ацидоз способствует вакуолизации лизосомальных мембран и повреждение клетки в конце концов. Метаболические нарушения обусловливают изменение нарушения функций органов и систем:
Нарушается высшая нервная деятельность:
Снижение критики;
Ощущение дискомфорта;
Дискоординация движений;
Нарушение логики мышления;
Расстройства сознания;
«Бульбарные расстройства»;
Система кровообращения:
Гипертензивные реакции;
Расстройства микроциркуляции;
Снижение сердечного выброса;
Коронарная недостаточность;
Внешнее дыхание:
Нарушение вентиляции, диффузии, перфузии;
Острая дыхательная недостаточность;
Система пищеварения:
Расстройство аппетита;
Снижение секреторной и моторной функции желудка и кишечника;
Язвы, эрозии слизистой оболочки;
Острая почечная недостаточность;
Острая печеночная недостаточность.
Принципы терапии гипоксии
При атрериальной гипоксемии до 90 и ниже показана оксигенация
Введение кислорода при HbO2 менее 90%
Нормобарическая;
Гипербарическая оксигенация;
Воздействие на системы транспорта О2 к тканям;
Антигипоксанты, улучшающие транспорт О2:
Повышают КЕК – переносчики О2;
Изменяющие сродство гемоглобина к О2: стимуляторы синтеза 2,3-ДФГ, фициновая кислота, В6.
Антишгипоксанты, сохраняющие энергетику в клетках при дефиците О2:
Глюкзо + инсулин + К+;
Никотинамид – источник НАД;
Янтарная кислота – индуктор окисления НАД;
Натрия оксибутират – восстановление фумарата в сукцинат – АТФ;
Активаторы гликолиза (гутимин) и глюконеогенез (ГКС).
Искусственные переносчики электронов:
Цитохром С;
Бензохиноны;
Антиоксиданты.
Гипоксии (Лекция № XIV).
1. Классификация и характеристика отдельных видов гипоксий.
2. Приспособительные и компенсаторные реакции при гипоксии.
3. Диагностика, терапия и профилактика гипоксий.
Гипоксия (hypoxia) - нарушение окислительных процессов в тканях, возникающее при недостаточном поступлении кислорода или нарушении его утилизации в процессе биологического окисления (кислородная недостаточность, голодание).
В зависимости от этиологического фактора, темпа нарастания и продолжительности гипоксического состояния, степени гипоксии, реактивности организма и т.д. проявление гипоксии может значительно варьировать. Возникающие в организме изменения представляют собой совокупность:
1) непосредственных последствий воздействия гипоксического фактора,
2) вторично возникающих нарушений,
3) развивающихся компенсаторных и приспособительных реакций. Эти явления находятся в тесной связи и не всегда подаются четкому разграничению.
Классификация основных типов гипоксий (1979):
1. гипоксическая
2. дыхательная
3. кровяная
4. циркуляторная
5. тканевая
6. гипербарическая
7. гипероксическая
8. гипоксия нагрузки
9. смешанная - сочетание различных видов гипоксий.
Классификация гипоксий по тяжести :
1) скрытая (выявляется только при нагрузке),
2) компенсированная - тканевой гипоксии в состоянии покоя нет за счет напряжения систем доставки кислорода,
3) выраженная - с явлениями декомпенсации (в покое - недостаточность кислорода в тканях),
4) некомпенсированная - выраженные нарушения обменных процессов с явлениями отравления,
5) терминальная - необратимая.
Классификация по течению : по темпу развития и продолжительности течения:
а) молниеносная - в течение нескольких десятков секунд,
б) острая - несколько минут или десятков минут (острая сердечная недостаточность),
в) подострая - несколько часов,
г) хроническая - недели, месяцы, годы.
Гипоксическая гипоксия - экзогенный тип развивается при уменьшении барометрического давления O 2 (высотная и горная болезнь) или при снижении парциального давления O 2 во вдыхаемом воздухе. При этом развивается гипоксемия (снижается pO 2 в артериальной крови, насыщение гемоглобина (Hb) кислородом (O 2) и общее содержание его в крови. Отрицательное влияние оказывает и гипокапния , развивающаяся в связи с компенсаторной гипервентиляцией легких. Гипокапния приводит к ухудшению кровоснабжения мозга и сердца, алкалозу, нарушению баланса электролитов во внутренней среде организма и повышению потребления тканями O 2 .
Дыхательный (легочный) тип гипоксии возникает в результате недостаточности газообмена в легких в связи с альвеолярной гиповентиляцией, нарушениями вентиляционно-перфузионных отношений, или при затруднении диффузии O 2 , нарушения проходимости дыхательных путей, либо расстройства центральной регуляции дыхания.
Уменьшается минутный объем вентиляции, снижается парциальное давление O 2 в альвеолярном воздухе и напряжение O 2 в крови и к гипоксии присоединяется гиперкапния.
Кровяная гипоксия (гемический тип) возникает как следствие уменьшения кислородной емкости крови при анемиях, гидремии и нарушении способности Hb связывать, транспортировать и отдавать тканям O 2 , при отравлении CO, при образовании метгемоглобина (MetHb) и некоторых аномалиях Hb. Для гемической гипоксии характерно сочетание нормального напряжения O 2 в артериальной крови с пониженным его содержанием в тяжелых случаях до 4-5 об%. При образовании карбоксигемоглобин (COHb) и MetHb насыщение оставшегося Hb и диссоциация оксиHb в тканях могут быть затруднены и поэтому напряжение O 2 в тканях и венозной крови оказывается значительно пониженным при одновременном уменьшении артерио-венозной разницы содержания кислорода.
Циркуляторная гипоксия (сердечно-сосудистый тип) возникает при нарушениях кровообращения, приводящих к недостаточному кровоснабжению органов и тканей при массивной кровопотере, обезвоживании организма, падении сердечно-сосудистой деятельности. Циркуляторная гипоксия сосудистого происхождения развивается при чрезмерном увеличении емкости сосудистого русла вследствие рефлекторных и центрогенных нарушений вазомоторной регуляции недостаточности глюкокортикоидов , при повышении вязкости крови и наличии других факторов, препятствующих нормальному продвижению крови через капиллярную сеть. Для газового состава крови характерно нормальное напряжение и содержание O 2 в артериальной крови, снижение их в венозной и высокая артерио-венозная разница по O 2 .
Тканевая гипоксия (гистотоксическая) возникает вследствие нарушения способности тканей поглощать O 2 из крови или в связи с уменьшением эффективности биологического окисления из-за резкого уменьшения сопряжения окисления и фосфорилирования из-за угнетения биологического окисления различными ингибиторами, нарушения синтеза ферментов или повреждения мембранных структур клетки, например, отравление цианидами , тяжелыми металлами, барбитуратами. При этом напряжение, насыщение и содержание O 2 в артериальной крови может до определенного момента быть нормальными, а в венозной крови значительно превышают нормальные величины. Уменьшение артерио-венозной разницы по O 2 характерно для нарушения тканевого дыхания.
Гипербарическая гипоксия (при лечении кислородом под повышенным давлением). При этом устранение нормальной гипоксической активности периферических хеморецепторов ведет к снижению возбудимости ДЦ и угнетение легочной вентиляции. Это ведет к повышению артериального pCO 2 , вызывающего расширение кровеносных сосудов мозга. Гиперкапния ведет к увеличению минутного объема дыхания и гипервентиляции. В результате pCO 2 в артериальной крови падает, сосуды мозга суживаются и pO 2 в тканях мозга уменьшается. Начальное токсическое действие O 2 на клетку связано с ингибицией дыхательных ферментов и с накоплением перекисей липидов, вызывающих повреждение клеточных структур (особенно SH ферментные группы), изменением метаболизма в цикле трикарбоновых кислот и нарушением синтеза высокоэнергетических фосфатных соединений и образованием свободных радикалов.
Гипероксическая гипоксия (в авиации, при кислородотерапии) - могут быть 2 формы кислородного отравления - легочная и судорожная. Патогенез легочной формы связывают с исчезновением "опорной" функции иннертного газа, токсическим действием O 2 на эндотелий сосудов легких - повышением их проницаемости, вымыванием сурфактанта, спадением альвеол и развитием ателектаза и отека легких. Судорожная форма связана с резким возбуждением всех отделов ЦНС, особенно ствола мозга + нарушение тканевого дыхания.
Смешанный тип гипоксии - наблюдается весьма часто и представляет сочетание 2-х или более основных типов гипоксии. Часто гипоксический фактор сам по себе влияет на несколько звеньев физиологических систем транспорта и утилизации O 2 . Угарный газ активно вступает в связь с 2-х валентным железом Hb, в повышенных концентрациях оказывает непосредственное токсическое действие на клетки, ингибируя цитохромэнзимную систему; барбитураты подавляют окислительные процессы в тканях и одновременно угнетают ДЦ, вызывая гиповентиляцию.
Изменения обмена веществ раньше всего возникает со стороны углеводного и энергетического обмена. Во всех случаях гипоксии первичным сдвигом является дефицит макроэргов . Усиливается гликолиз , это приводит к падению содержания гликогена, нарастанию пирувата и лактата . Избыток молочной, пировиноградной и других органических кислот способствует развитию метаболического ацидоза . Возникает отрицательный азотистый баланс. В результате расстройств липидного обмена развивается гиперкетонемия .
Нарушается обмен электролитов и в первую очередь процессы активного перемещения и распределения ионов на биологических мембранах, возрастает количество внеклеточного калия.
Последовательность изменений в клетке: повышение проницаемости клеточной мембраны → нарушение ионного равновесия → набухание митохондрий → стимуляция гликолиза → уменьшение гликогена → подавление синтеза и усиление распада белков → деструкция митохондрий → эргастоплазмы, внутриклеточного сетчатого аппарата → жировая декомпозиция клетки разрушение мембран лизосом → выход гидролитических ферментов - аутолиз и полный распад клетки .
Приспособительные и компенсаторные реакции.
При воздействии факторов, вызывающих гипоксию, сразу же включаются реакции, направленные на сохранение гомеостаза . Различают реакции, направленные на приспособление к относительно кратковременной острой гипоксии (возникают немедленно) и реакции, обеспечивающие приспособление к менее выраженной, но длительно существующей или повторяющейся гипоксии.
Реакции системы дыхания на гипоксию - это увеличение альвеолярной вентиляции за счет углубления и учащения дыхательных экскурсий и мобилизации резервных альвеол. Увеличение вентиляции сопровождается усилением легочного кровотока. Компенсаторная гипервентиляция может вызвать гипокапнию , которая в свою очередь компенсируется обменом ионов между плазмой и эритроцитами, усиленным выведением бикарбонатов и основных фосфатов с мочой.
Реакции системы кровообращения выражаются учащением сердечных сокращений, увеличением массы циркулирующей крови за счет опорожнения кровяных депо, увеличения венозного притока, ударного и минутного ОС, скорости кровотока и перераспределения крови в пользу мозга и сердца. При адаптации к длительной гипоксии может происходить образование новых капилляров. В связи с гиперфункцией сердца и изменениями нейро-эндокринной регуляции может наступить гипертрофия миокарда, имеющая компенсаторно-приспособительный характер.
Реакции системы крови проявляются повышением кислородной емкости крови за счет усиленного вымывания эритроцитов из костного мозга и активации эритропоэза за счет усиленного образования эритропоэтических факторов. Большое значение имеют свойства Hb связывать почти нормальное количество O 2 даже при значительном снижении парциального давления O 2 в альвеолярном воздухе и в крови легочных капилляров. Вместе с тем Hb способен отдавать большее количество O 2 даже при умеренном снижении pO 2 в тканевой жидкости. Усилению диссоциации O 2 Hb способствует ацидоз.
Тканевые приспособительные механизмы - ограничение функциональной активности органов и тканей, непосредственно не участвующих в обеспечении транспорта O 2 , увеличение сопряженности окисления и фосфорилирования, усиление анаэробного синтеза АТФ за счет активации гликолиза. Увеличивается синтез глюкокортикоидов, которые стабилизируют мембраны лизосом, активируют ферментные системы дыхательной цепи. Увеличивается количество митохондрий на единицу массы клетки.
Принципы диагностики.
Диагностика основывается на признаках поражения головного мозга и динамике неврологических расстройств, данных исследования гемодинамики (АД, ЭКГ, сердечный выброс), газообмена, определения O 2 во вдыхаемом воздухе, содержания газов в альвеолах, диффузии газов через мембрану альвеол; определение транспорта O 2 с кровью; определение pO 2 в крови и тканях, определение КЩР, буферных свойств крови, биохимических показателей (молочная и пировиноградная кислота, сахар и мочевина крови).
Терапия и профилактика.
В связи с тем, что в клинической практике обычно встречаются смешанные формы гипоксии, лечение ее должно быть комплексным, и связанным с причиной гипоксии в каждом конкретном случае.
Во всех случаях гипоксии - дыхательной, кровяной, циркуляторной универсальным приемом является гипербарическая оксигенация . Необходимо разорвать порочные круги при ишемиях, сердечной недостаточности. Так при давлении 3 атмосферы в плазме растворяется достаточное количество O 2 (6 объемных %) даже без участия эритроцитов, в ряде случаев бывает необходимо добавить 3-7 % CO 2 для стимуляции ДЦ, расширения сосудов мозга и сердца , предотвращения гипокапнии.
При циркуляторной гипоксии назначают сердечные и гипертензионные средства, переливание крови.
При гемическом типе:
● переливают кровь или эритромассу, стимулируют гемопоэз, применяют искусственные переносчики O 2 - субстраты перфоуглеводов (перфторан - "голубая кровь"),
● удаление продуктов метаболизма - гемосорбция, плазмофорез,
● борьба с осмотическим отеком - растворы с осмотическими веществами,
● при ишемии - антиоксиданты, стабилизаторы мембран, стероидные гормоны,
● введение субстратов, заменяющих функцию цитохромов - метиленовая синь, витамин С,
● повышение энергетического снабжения тканей - глюкоза .