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
Транскрипт
1 МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ «ГОМЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра патологической физиологии ГИПОКСИЯ. ПАТОФИЗИОЛОГИЯ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ Учебно-методическое пособие для студентов 3 курса всех факультетов медицинских вузов Гомель ГомГМУ 2015
2 УДК (072) ББК я73 Г 50 Авторы: Т. С. Угольник, И. А. Атаманенко, Я. А. Кутенко, И. В. Манаенкова Рецензенты: доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой патологической физиологии Белорусского государственного медицинского университета Ф. И. Висмонт; доктор медицинских наук, профессор, заведующая кафедрой патологической физиологии имени Д. А. Маслакова Гродненского государственного медицинского университета Н. Е. Максимович Гипоксия. Патофизиология внешнего дыхания: учеб.-метод. пособие Г 50 для студентов 3 курса всех факультетов медицинских вузов / Т. С. Угольник [и др.]. Гомель: ГомГМУ, с. ISBN В учебно-методическом пособии содержатся сведения об этиологии, патогенезе, классификации, диагностике и принципах терапии гипоксии и формах нарушения внешнего дыхания в соответствии с типовой учебной программой по специальностям «Лечебное дело» и «Медико-диагностическое дело». Предназначено для студентов 3 курса всех факультетов медицинских вузов. Утверждено и рекомендовано к изданию научно-методическим советом учреждения образования «Гомельский государственный медицинский университет» 17 марта 2015 г., протокол 1. УДК (072) ББК я73 ISBN Учреждение образования «Гомельский государственный медицинский университет»,
3 ОГЛАВЛЕНИЕ Список условных обозначений... 4 Тема 1. ГИПОКСИЯ... 6 Понятие и принципы классификации гипоксий... 7 Этиология и патогенез экзогенных типов гипоксий... 9 Этиология и патогенез эндогенных типов гипоксий Резистентность органов и тканей к гипоксии Проявления дисфункции органов и тканей при гипоксии Экстренные и долговременные реакции адаптации и компенсации при гипоксии Роль в патологии и лечебное действие гипероксии Основы диагностики гипоксических состояний Принципы устранения и профилактики гипоксии Задания для самостоятельной работы Ситуационные задачи Тестовые задания Литература Тема 2. ВНЕШНЕЕ ДЫХАНИЕ Патофизиология внешнего дыхания Нарушение альвеолярной вентиляции Нарушение легочного кровотока Нарушение вентиляционно-перфузионных соотношений Нарушение альвеолокапиллярной диффузии Нарушение регуляции дыхания Дыхательная недостаточность Диагностика типовых форм нарушений внешнего дыхания Принципы профилактики и терапии патологии внешнего дыхания Задания для самостоятельной работы Ситуационные задачи Тестовые задания Литература Приложение
4 СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ DL CO P a O 2 P v O 2 S a O 2 S v O 2 АД АВО 2 АДФ АКМ АМФ АТФ ВД ВДП ВЖК ВНД ДЗЛА ДН ДО ДФГ ДЦ Евд ЖЕЛ ИВЛ ИТ ИФН КЕК КОС ЛДГ МВЛ МОД МОС МОК Нв НДП ОДН ОЕЛ ООЛ ОФВ 1 ОЦК ПОЛ диффузионная способность легких по угарному газу парциальное напряжение кислорода в артериальной крови парциальное напряжение кислорода в венозной крови сатурация гемоглобина кислородом в артериальной крови сатурация гемоглобина кислородом в венозной крови артериальное давление артериовенозная разница по кислороду аденозиндифасфат альвеолокапиллярная мембрана аденозинмонофасфат аденозинтрифосфат внешнее дыхание верхние дыхательные пути высшие жирные кислоты высшая нервная деятельность давление заклинивания легочной артерии дыхательная недостаточность дыхательный объем дифосфоглицерат дыхательный центр емкость вдоха жизненная емкость легких искусственная вентиляция легких индекс Тиффно интерферон кислородная емкость крови кислотно-основное состояние лактатдегидрогеназа максимальная вентиляция легких минутный объем дыхания мгновенная объемная скорость выдоха минутный объем кровообращения гемоглобин нижние дыхательные пути острая дыхательная недостаточность общая емкость легких остаточный объем легких объем форсированного выдоха за первую секунду объем циркулирующей крови перекисное окисление липидов 4
5 ПОС пиковая объемная скорость выдоха РДСН респираторный дистресс-синдором новорожденных РДСВ респираторный дистресс-синдором взрослых РОвд резервный объем вдоха РОвыд резервный объем выдоха СД сахарный диабет СОС средняя объемная скорость форсированного выдоха за период измерения от 25 до 75 % ФЖЕЛ ССС сердечно-сосудистая система ХДН хроническая дыхательная недостаточность ФЖЕЛ форсированная жизненная емкость ФОЕ функциональный объем легких ЧД частота дыхания 5
6 ТЕМА 1. ГИПОКСИЯ Гипоксия занимает важное место в курсе патологической физиологии, так как она сопровождает почти все болезни человека. Деление гипоксии на гипоксическую, дыхательную, циркуляторную, гемическую и другие типы отражает широкий диапазон патологии, при которой она развивается. Многие виды профессиональной деятельности связаны с возникновением кислородного голодания. Изучение этиологии патогенеза гипоксии, защитно-приспособительных механизмов и патологических изменений при гипоксии важно для обоснования патогенетической терапии и профилактики гипоксических состояний. Цель занятия: изучить этиологию, патогенез различных видов гипоксии, компенсаторно-приспособительные реакции, нарушения функций и обмена веществ. Задачи занятия. Студент должен: 1. Узнать: определение понятия «гипоксия», ее виды; патогенетическую характеристику различных видов гипоксии; компенсаторно-приспособительные реакции при гипоксии, их виды, механизмы; нарушения основных жизненных функций и обмена веществ при гипоксических состояниях; механизмы адаптации к гипоксии. 2. Научиться: давать обоснованное заключение о наличии гипоксического состояния и характере гипоксии на основании анамнеза, клинической картины, газового состава крови и показателей КОС. 3. Приобрести навыки: решения ситуационных задач, включающих изменения показателей ВД и газового состава крови при различных видах гипоксии. 4. Ознакомиться: с клиническими проявлениями расстройств деятельности системы ВД; с принципами диагностики, профилактики и терапии нарушений газообменной функции легких. Требования к исходному уровню знаний. Для полного усвоения темы студенту необходимо повторить: 1. Курс биологической химии: биохимические основы биологического окисления; сопряжение окисления и фосфорилирования. 2. Курс нормальной физиологии: газообменная функция эритроцитов. Контрольные вопросы из смежных дисциплин 1. Кислородный гомеостаз, его сущность. 6
7 2. Система обеспечения организма кислородом, ее компоненты. 3.Структурно-функциональная характеристика дыхательного центра. 4. Кислородтранспортная система крови. 5. Газообмен в легких. 6. Кислотно-основное состояние организма, механизмы его регуляции. Контрольные вопросы по теме занятия 1. Определение понятия «гипоксия». Принципы классификации гипоксических состояний. 2. Этиология, патогенез, основные проявления различных видов гипоксий. 3. Лабораторные показатели газового состава артериальной и венозной крови при отдельных типах гипоксий. 4. Экстренные и долговременные реакции адаптации и компенсации при гипоксии. 5. Патофизиологические процессы, развивающиеся при острой и хронической гипоксии на клеточном и органном уровне. Исходы острой и хронической гипоксии. 6. Гипероксия: определение понятия и ее роль в патологии. Лечебное действие гипероксии. 7. Основные принципы диагностики, профилактики и коррекции гипоксических состояний. ПОНЯТИЕ И ПРИНЦИПЫ КЛАССИФИКАЦИИ ГИПОКСИЙ Гипоксия типовой патологический процесс, развивающийся в результате абсолютной и/или относительной недостаточности биологического окисления, приводящий к нарушению энергетического обеспечения функций и пластических процессов в организме. Такая трактовка термина «гипоксия» означает абсолютную или относительную недостаточность реального энергообеспечения по сравнению с уровнем функциональной активности и интенсивности пластических процессов в органе, ткани, организме. Это состояние приводит к нарушению жизнедеятельности организма в целом, расстройствам функций органов и тканей. Морфологические изменения в них имеют различный масштаб и степень, вплоть до гибели клеток и деструкции неклеточных структур. От гипоксии следует отличать гипоксемию уменьшение по сравнению с должным уровнем напряжения и содержания кислорода в крови. Классификация гипоксий Гипоксические состояния классифицируют с учетом различных критериев: этиологии, выраженности расстройств, скорости развития и длительности гипоксии. 7
8 1. По этиологии: Экзогенная гипоксия: гипоксическая: гипо- и нормобарическая; гипероксическая: гипер- и нормобарическая. Эндогенная гипоксия: дыхательная (респираторная); циркуляторная (сердечно-сосудистая); гемическая (кровяная); тканевая; субстратная; перегрузочная; смешанная. 2. По скорости развития: молниеносная гипоксия развивается в пределах первой минуты после действия причины гипоксии, нередко летальна (например, при разгерметизации летательных аппаратов на высоте более м или в результате быстрой потери большого количества крови при ранениях крупных артериальных сосудов или разрыве аневризмы) острая гипоксия развивается, как правило, в пределах первого часа после воздействия причины гипоксии (например, в результате острой кровопотери или острой дыхательной недостаточности); подострая гипоксия формируется в пределах первых суток; примерами могут быть гипоксические состояния, развивающиеся в результате попадания в организм метгемоглобинообразователей (нитратов, окислов азота, бензола), венозной кровопотери, медленно нарастающей дыхательной или сердечной недостаточности; хроническая гипоксия развивается и/или длится более чем несколько суток (недели, месяцы, годы), например, при хронической анемии, сердечной или дыхательной недостаточности. 3. По критерию выраженности расстройств жизнедеятельности организма различают следующие виды гипоксии: легкую; средней тяжести (умеренную); тяжелую; критическую (опасную для жизни, летальную). В качестве основных признаков той или иной выраженности (тяжести) гипоксии используют следующие: степень нарушения нервно-психической деятельности; выраженность расстройств функций ССС и дыхательной систем; величину отклонений показателей газового состава и КОС крови, а также некоторых других показателей. 8
9 ЭТИОЛОГИЯ И ПАТОГЕНЕЗ ЭКЗОГЕННЫХ ТИПОВ ГИПОКСИЙ Экзогенная гипоксия возникает при понижении ро 2 во вдыхаемом воздухе и имеет две формы: гипобарическую и нормобарическую. 1. Гипоксическая гипобарическая гипоксия возникает при подъеме на высоту более 3 3,5 тысяч метров, где человек подвергается действию пониженного парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе (ведущий этиологический фактор). В этих условиях возможно развитие горной (высотной) или декомпрессионной болезни. Горная (высотная) болезнь наблюдается при подъеме в горы, где организм подвергается воздействию не только пониженного содержания кислорода в воздухе и пониженного барометрического давления, но также физической нагрузке, охлаждению, повышенной инсоляции и других факторов высокогорья. Декомпрессионная болезнь наблюдается при резком снижении барометрического давления (например, в результате разгерметизации летательных аппаратов на высоте более тыс. м). При этом формируется опасное для жизни состояние, отличающееся от горной болезни острым или даже молниеносным течением. 2. Гипоксическая нормобарическая гипоксия может возникнуть при ограничении поступления в организм кислорода с воздухом при нормальном барометрическом давлении. Такие условия складываются при: нахождении людей в плохо вентилируемом помещении (шахте, колодце, лифте); нарушении регенерации воздуха и подачи кислородной смеси для дыхания в летательных и глубинных аппаратах, автономных костюмах (космонавтов, летчиков, водолазов, спасателей, пожарников); несоблюдении методики ИВЛ. Уменьшение содержания кислорода во вдыхаемом воздухе ведет к недостаточному насыщению Hb кислородом, что проявляется артериальной гипоксемией. Патогенез: артериальная гипоксемия, в ответ на гипоксемию развивается реакция компенсации, приводящая к гипокапнии и газовому алкалозу и нарушению регуляции дыхания, газовый алкалоз сменяется ацидозом, также имеют место артериальная гипотензия и гипоперфузия органов и тканей. При наличии во вдыхаемом воздухе высокого содержания углекислого газа артериальная гипоксемия может сочетаться с гиперкапнией и ацидозом. Умеренная гиперкапния способствует увеличению кровообращения в сосудах мозга и сердца. Однако значительное увеличение рco 2 в крови приводит к ацидозу, дисбалансу ионов в клетках и биологических жидкостях, снижению сродства Hb к кислороду. 9
10 Гипероксическая гипоксия 1. Гипербарическая. Возникает в условиях избытка кислорода (осложнение при гипербарической оксигенации). Избыточный кислород не потребляется в энергетических и пластических целях; угнетает процессы биологического окисления; подавляет тканевое дыхание является источником свободных радикалов, стимулирующих ПОЛ, вызывает накопление токсических продуктов, а также вызывает повреждение легочного эпителия, спадение альвеол, снижение потребления кислорода, и в итоге нарушается обмен веществ, возникают судороги, коматозное состояние (осложнения при гипербарической оксигенации). 2. Нормобарическая. Развивается как осложнение при кислородной терапии, когда длительно используются высокие концентрации кислорода, особенно у пожилых людей, у которых с возрастом падает активность антиоксидантной системы. При гипероксической гипоксии в результате увеличения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе увеличивается его воздушно венозный градиент, но снижается скорость транспорта кислорода артериальной кровью и скорость потребления кислорода тканями, накапливаются недоокисленные продукты, возникает ацидоз. ЭТИОЛОГИЯ И ПАТОГЕНЕЗ ЭНДОГЕННЫХ ТИПОВ ГИПОКСИЙ Эндогенная гипоксия возникает при различных заболеваниях и патологических состояниях. Дыхательная (респираторная) гипоксия Возникает вследствие дыхательной недостаточности, которая может быть обусловлена альвеолярной гиповентиляцией, сниженной перфузией кровью легких, нарушением диффузии кислорода через аэрогематический барьер, диссоциацией вентиляционно-перфузионного соотношения. Вне зависимости от происхождения дыхательной гипоксии, инициальным патогенетическим звеном является артериальная гипоксемия, обычно сочетающаяся с гиперкапнией и ацидозом. Циркуляторная (гемодинамическая) гипоксия Возникает вследствие недостаточности кровоснабжения при гиповолемии, сердечной недостаточности, снижении тонуса стенок сосудов, расстройств микроциркуляции, нарушений диффузии кислорода из капиллярной крови к клеткам. Локальная циркуляторная гипоксия. Причины: местные расстройства кровообращения (венозная гиперемия, ишемия, стаз), регионарные нарушения диффузии кислорода из крови к клеткам и их митохондриям. 10
11 Системная циркуляторная гипоксия. Причины: гиповолемия, сердечная недостаточность, генерализованные формы снижения тонуса сосудов. Гемическая гипоксия Возникает вследствие снижения эффективной кислородной емкости крови и нарушении транспорта кислорода. Hb оптимальный переносчик кислорода. Транспортная способность Hb определяется количеством кислорода, связанного с ним, и количеством кислорода, отданного тканям. При насыщении Hb кислородом в среднем на 96 % кислородная емкость артериальной крови (V a O 2) достигает примерно 20 % (объемных). В венозной крови этот показатель приближается к 14 % (объемным). Артерио-венозная разница по кислороду составляет 6 %. Патогенез: уменьшение содержания Hb в единице объема крови, нарушения транспортных свойств Hb (анемия) снижения КЕК. Гемический тип гипоксии характеризуется снижением способности Hb эритроцитов связывать кислород (в капиллярах легких), транспортировать и отдавать оптимальное количество его в тканях. При этом реальная кислородная емкость крови может снижаться до 5 10 % (объемных). 1г Hb связывает 1,34 мл О 2 (число Хюфнера). Исходя из числа Хюфнера, можно, зная содержание Hb, вычислить КЕК (формула 1): [СO 2 ] = 1,34 [Нb] SO 2, (1) где СO 2 содержание кислорода в артериальной крови; концентрация гемоглобина в крови; SO 2 насыщение гемоглобина кислородом; 1,34 число Хюфнера. Причинами уменьшения содержания кислорода в артериальной крови могут быть: а) уменьшение концентрации Hb, способного связывать кислород (уменьшение КЕК). Это может быть обусловлено либо анемией (уменьшается общее содержание Hb), либо инактивацией Hb; б) уменьшение насыщения гемоглобина кислородом. Закономерно возникает при уменьшении напряжения кислорода в артериальной крови ниже 60 мм рт. ст. Транспортные свойства Hb нарушаются при наследственных и приобретенных гемоглобинопатиях. Причинами приобретенных гемоглобинопатий является повышенное содержание в крови метгемоглобинообразователей, окиси углерода, карбиламингемоглобина, нитроксигемоглобина. Метгемоглобинообразователи группа веществ, обусловливающих переход иона железа из закисной формы (Fe 2+) в окисную (Fe 3+). Последняя форма обычно находится в связи с OН. Образование метгемоглобина (MetHb) обратимый процесс. MetHb не способен переносить кислород. В связи с этим КЕК снижается. 11
12 Окись углерода обладает высоким сродством к Hb. При взаимодействии окиси углерода с Hb образуется карбоксигемоглобин (HbCO), теряющий способность транспортировать кислород к тканям. Соединения Hb (например, карбиламингемоглобин, нитроксигемоглобин), образующиеся под влиянием сильных окислителей, также снижают транспортную способность Hb и вызывают развитие гемической гипоксии. Образование и диссоциация HbO 2 во многом зависят от физикохимических свойств плазмы крови. Изменения рн, осмотического давления, содержания 2,3-дифосфоглицерата, реологических свойств снижает транспортные свойства Hb и способность HbO 2 отдавать кислород тканям. Кривая диссоциации оксигемоглобина отражает зависимость между напряжением кислорода в артериальной крови и насыщением Hb кислородом (рисунок 1). Сдвиг влево Сдвиг вправо Рисунок 1 Кривая диссоциации оксигемоглобина Сдвиг кривой влево происходит при: снижении температуры; алкалозе; гипокапнии; уменьшении в эритроцитах содержания 2,3-дифосфоглицерата; отравлениях оксидом углерода (II); появлении наследственно обусловленных патологических форм Hb, которые не отдают кислород тканям. При сдвиге кривой влево Hb легче присоединяет кислород в капиллярах легких, но хуже отдает его тканям. Причиной сдвига кривой диссоциации оксигемоглобина вправо могут быть: повышение температуры; ацидоз; гиперкапния; увеличение содержания в эритроцитах 2,3-дифосфоглицерата. Влияние ацидоза и гиперкапнии на диссоциацию оксигемоглобина известно как эффект Бора. При сдвиге кривой вправо Hb хуже присоединяет кислород в капиллярах легких, но лучше отдает его тканям. С этим связано защитно-компенсаторное значение эффекта Бора при кислородном голодании. Тканевая гипоксия Тканевая гипоксия: первичная, вторичная. Первичная тканевая гипоксия характеризуется первичным поражением аппарата клеточного ды- 12
13 хания (например, при отравлении цианидами). При циркуляторной гипоксии, вследствие гипоксического некробиоза нарушается нормальная работа митохондрий и возникает вторичная тканевая гипоксия. Причины: факторы, снижающие эффективность утилизации кислорода клетками тканей и/или сопряжения окисления и фосфорилирования. Патогенез тканевой гипоксии включает несколько ключевых звеньев: 1. Снижение эффективности усвоения кислорода клетками. Наиболее часто это результат: подавления активности ферментов биологического окисления; значительного изменения физико-химических параметров в тканях; торможения синтеза ферментов биологического окисления и повреждения мембран клеток. Подавление активности ферментов биологического окисления при: специфическом ингибировании ферментов биологического окисления; неспецифическом подавлении активности ферментов ионами металлов (Ag 2+, Hg 2+, Cu 2+); конкурентном ингибировании ферментов биологического окисления. Изменения физико-химических параметров в тканях (температуры, электролитного состава, рн, фазового состояния мембранных компонентов) в более или менее выраженной мере снижают эффективность биологического окисления. Торможение синтеза ферментов биологического окисления может наблюдаться при общем или частичном (особенно белковом) голодании; при большинстве гипо- и дисвитаминозов; нарушении обмена минеральных веществ, необходимых для синтеза ферментов. Повреждение мембран. В наибольшей мере это относится к мембранам митохондрий. Важно, что выраженная гипоксия любого типа сама по себе активирует многие механизмы, приводящие к повреждению мембран и ферментов клеток с развитием тканевой гипоксии. 2. Снижение степени сопряжения окисления и фосфорилирования макроэргических соединений в дыхательной цепи. В этих условиях увеличиваются расход кислорода тканями и интенсивность функционирования компонентов дыхательной цепи. Большая часть энергии транспорта электронов трансформируется в тепло и не используется для ресинтеза макроэргов. Эффективность биологического окисления снижается. Клетки не получают энергетического обеспечения. В связи с этим нарушаются их функции и нарушается жизнедеятельность организма в целом. Выраженной способностью разобщать процессы окисления и фосфорилирования обладают многие эндогенные агенты (например, избыток Ca 2+, H +, ВЖК, йодсодержащие гормоны щитовидной железы), а также экзогенные вещества (2,4-динитрофенол, пентахлорфенол). Субстратный тип гипоксии Причины: дефицит в клетках субстратов биологического окисления (в основном глюкозы). 13
14 Патогенез: прогрессирующее торможение биологического окисления. В связи с этим в клетках быстро снижается уровень АТФ и креатинфосфата, величина мембранного потенциала. Изменяются и другие электрофизиологические показатели, нарушаются различные пути метаболизма и пластические процессы. Перегрузочный тип гипоксии Причины: значительное и/или длительное увеличение функций тканей, органов или их систем. При этом интенсификация доставки к ним кислорода и субстратов метаболизма, обмена веществ, реакций сопряжения окисления и фосфорилирования не способны устранить дефицита макроэргических соединений, развившегося в результате гиперфункции клетки. Наиболее часто это наблюдается в ситуациях, вызывающих повышенное и/или продолжительное функционирование скелетных мышц и/или миокарда. Патогенез: чрезмерная по уровню и/или длительности нагрузка на мышцу (скелетную или сердца) обусловливает относительную (по сравнению с требуемым при данном уровне функции) недостаточность кровоснабжения мышцы; дефицит кислорода в миоцитах, что вызывает недостаточность процессов биологического окисления в них. Смешанный тип гипоксии Причины: факторы, нарушающие два и более механизмов доставки и использования кислорода и субстратов метаболизма в процессе биологического окисления. Например, острая массивная кровопотеря приводит как к снижению КЕК и к расстройству кровообращения: развивается гемический и гемодинамический типы гипоксии. Последовательное влияние факторов, ведущих к повреждению различных механизмов транспорта кислорода и субстратов метаболизма, а также процессов биологического окисления. Например, острая массивная потеря крови приводит к гемической гипоксии. Снижение притока крови к сердцу обусловливает уменьшение выброса крови, расстройства гемодинамики, в том числе коронарного и мозгового кровотока. Ишемия ткани мозга может вызвать расстройство функции дыхательного центра и респираторный тип гипоксии. Взаимное потенцирование нарушений гемодинамики и внешнего дыхания приводит к значительному дефициту в тканях кислорода и субстратов метаболизма, к грубым повреждениям мембран клеток, а также ферментов биологического окисления и, как следствие, к гипоксии тканевого типа. Патогенез: включает звенья механизмов развития разных типов гипоксии. Смешанная гипоксия часто характеризуется взаимопотенцированием отдельных ее типов с развитием тяжёлых экстремальных и даже терминальных состояний. Изменения газового состава и рн крови при смешанной гипоксии определяются доминирующими расстройствами механизмов транспорта и утилизации кислорода, субстратов обмена веществ, а также процессов 14
15 биологического окисления в разных тканях. Характер изменений при этом может быть разным и весьма динамичным. Нарушения обмена веществ и изменения в клетке при гипоксии При недостатке кислорода происходит нарушение обмена веществ и накопление продуктов неполного окисления, многие из которых являются токсичными. Появление продуктов ПОЛ один из важнейших факторов гипоксического повреждения клетки. Накапливаются промежуточные продукты белкового обмена, увеличивается содержание аммиака, снижается количество глутамина, нарушается обмен фосфолипидов и фосфопротеидов, устанавливается отрицательный азотистый баланс. Синтетические процессы снижены. Нарушается активный транспорт ионов через биологические мембраны. Снижается количество внутриклеточного калия. Кальций накапливается в цитоплазме одно из основных звеньев гипоксического повреждения клетки. Структурные нарушения в клетке при гипоксии возникают в результате биохимических изменений. Сдвиг рн в кислую сторону и другие нарушения обмена повреждают мембраны лизосом, откуда выходят активные протеолитические ферменты. Их разрушительное действие на клетку, в частности митохондрии, усиливается на фоне дефицита макроэргов, которые делают клеточные структуры более уязвимыми. Ультраструктурные нарушения выражаются в гиперхроматозе и распаде ядра, набухании и деградации митохондрий. Расстройство обмена веществ является одним из наиболее ранних проявлений гипоксии. В условиях острой и подострой гипоксии закономерно развивается ряд метаболических расстройств: уровень АТФ и креатинфосфата при гипоксии любого типа прогрессирующе снижаются вследствие подавления процессов биологического окисления (особенно аэробных) и сопряжения их с фосфорилированием; содержание АДФ, АМФ и креатина нарастают вследствие нарушения их фосфорилирования; концентрация неорганического фосфата в тканях увеличивается в результате повышенного гидролиза АТФ, АДФ, АМФ, креатинфосфата и подавления реакций окислительного фосфорилирования; процессы тканевого дыхания в клетках подавлены вследствие дефицита кислорода, недостатка субстратов обмена веществ, подавление активности ферментов тканевого дыхания; гликолиз на начальном этапе гипоксии активируется; содержание H + в клетках и биологических жидкостях прогрессирующе нарастает и развивается ацидоз вследствие торможения окисления субстратов, особенно лактата и пирувата и в меньшей мере жирных кислот и аминокислот. Биосинтез нуклеиновых кислот и белков подавлен вследствие дефицита энергии, необходимой для этих процессов. Параллельно с этим акти- 15
16 вируется протеолиз, обусловленный активацией в условиях ацидоза протеаз, а также неферментного гидролиза белков. Азотистый баланс становится отрицательным. Это сочетается с повышением уровня остаточного азота в плазме крови и аммиака в тканях (вследствие активации реакций протеолиза и торможения процессов протеосинтеза). Жировой обмен также существенно изменен и характеризуется: активацией липолиза (вследствие повышения активности липаз и ацидоза); торможением ресинтеза липидов (в результате дефицита макроэргических соединений); накоплением в результате вышеуказанных процессов избытка кетокислот (ацетоуксусной, β-оксимасляной кислот, ацетона) и жирных кислот в плазме крови, межклеточной жидкости, клетках. При этом ВЖК оказывают разобщающее влияние на процессы окисления и фосфорилирования, что усугубляет дефицит АТФ. Обмен электролитов и жидкости в тканях нарушен. Это проявляется: отклонениями трансмембранного соотношения ионов в клетках (в условиях гипоксии клетки теряют K +, в цитозоле накапливаются Na + и Ca 2+, в митохондриях Ca 2+); дисбалансом между отдельными ионами (например, в цитозоле уменьшается соотношение K + /Na +, K + /Ca 2+); увеличением в крови содержания Na +, Cl, отдельных микроэлементов. Изменения содержания разных ионов различны. Они зависит от степени гипоксии, преимущественного повреждения того или иного органа, изменений гормонального статуса и других факторов; накоплением избытка жидкости в клетках и набуханием клеток (вследствие увеличения осмотического давления в цитоплазме клеток в связи с накопление в них Na +, Ca 2+ и некоторых других ионов, а также повышения онкотического давления в клетках в результате распада полипептидов, липопротеинов и других белоксодержащих молекул, обладающих гидрофильными свойствами). В тканях и органах могут развиваться и другие нарушения метаболизма. Во многом они зависят от причины, типа, степени и длительности гипоксии, преимущественно пораженных при гипоксии органов и тканей и ряда других факторов. РЕЗИСТЕНТНОСТЬ ОРГАНОВ И ТКАНЕЙ К ГИПОКСИИ При гипоксии нарушения функций органов и тканей выражены в разной мере. Это определяется: различной резистентностью органов к гипоксии; скоростью ее развития; степенью и длительностью ее воздействия на организм. 16
17 Наибольшая устойчивость к гипоксии у костей, хрящей, сухожилий, связок. Даже в условиях тяжелой гипоксии в них не обнаруживаются значительные морфологические отклонения. В скелетной мускулатуре изменения структуры миофибрилл, а также их сократимости выявляются через мин, а в миокарде уже через мин. В почках и печени морфологические отклонения и расстройства функций обнаруживаются обычно через мин после начала гипоксии. Наименьшей резистентностью к гипоксии обладает ткань нервной системы. При этом различные ее структуры по-разному устойчивы к гипоксии одинаковой степени и длительности. Резистентность нервных клеток уменьшается в следующем порядке: периферические нервные узлы спинной мозг продолговатый мозг гиппокамп мозжечок кора больших полушарий. Прекращение оксигенации коры мозга вызывает значительные структурные и функциональные изменения в ней уже через 2 3 мин, в продолговатом мозге через 8 12 мин, а в ганглиях вегетативной нервной системы через мин. Последствия гипоксии для организма в целом определяются степенью повреждения нейронов коры больших полушарий и временем их развития. ПРОЯВЛЕНИЯ ДИСФУНКЦИИ ОРГАНОВ И ТКАНЕЙ ПРИ ГИПОКСИИ Проявления расстройств функций органов и тканей при острой гипоксии включают: Проявления в ВНД Выявляются через несколько секунд и проявляются: снижением способности адекватно оценивать происходящие события и окружающую обстановку; ощущениями дискомфорта, тяжести в голове, головной боли; дискоординацией движений; замедлением логического мышления и принятия решений (в том числе простых); расстройством сознания и его потерей в тяжелых случаях; нарушением бульбарных функций, что приводит к расстройствам функций сердца и дыхания, вплоть до их прекращения. Проявления в системе кровообращения: снижение сократительной функции миокарда, уменьшение ударного и сердечного выбросов; расстройство кровотока в сосудах сердца и развитие коронарной недостаточности, обусловливающей эпизоды стенокардии и даже инфаркт миокарда; развитие аритмий сердца, включая мерцание и фибрилляцию предсердий и желудочков; 17
18 гипертензивные реакции (за исключением отдельных разновидностей гипоксии циркуляторного типа), сменяющимися артериальной гипотензией, в том числе острой т. е. коллапсом); изменение объема и реологических свойств крови. При гемической гипоксии, вызванной острой кровопотерей, развиваются характерные стадийные их изменения. При других типах гипоксии вязкость и ОЦК могут повышаться в связи с выбросом эритроцитов из костного мозга и мобилизацией депонированной фракции крови. Возможны также расстройства микроциркуляции, проявляющиеся чрезмерным замедлением тока крови в капиллярах, турбулентным его характером, артериолярно-венулярным шунтированием, трансмуральными и экстраваскулярными нарушениями микроциркуляции. В тяжелых случаях эти расстройства завершаются сладжем и капилляротрофической недостаточностью. Проявления в системе внешнего дыхания: вначале увеличение объема альвеолярной вентиляции, а затем (при нарастании степени гипоксии и повреждения нервной системы) прогрессирующее ее снижение; уменьшение общей и регионарной перфузии легких. Это обусловлено падением сердечного выброса, а также регионарной вазоконстрикцией в условиях гипоксии; нарушение вентиляционно-перфузионного соотношения (вследствие местных расстройств перфузии и вентиляции в различных участках легких); снижение диффузии газов через аэрогематический барьер (в связи с развитием отека и набуханием клеток межальвеолярной перегородки). В итоге развивается ДН, усугубляющая степень гипоксии. Проявления нарушений функций почек расстройства диуреза (от полиурии до олиго- и анурии). Олигурия развивается, как правило, при гипоксии, вызванной острой кровопотерей. В этом случае она является адаптивной реакцией, препятствующей уменьшению ОЦК. Олигурия наблюдается и при гемической гипоксии, вызванной гемолизом эритроцитов. В этих условиях снижение диуреза обусловлено нарушением фильтрации в клубочках почек в связи с накоплением в их капиллярах детрита из разрушенных эритроцитов. Полиурия развивается при выраженной гипоксический альтерации почек (например, у пациентов с хронической циркуляторной, дыхательной или гемической постгеморрагической гипоксией); нарушения состава мочи. При этом относительная плотность меняется разнонаправлено (на различных этапах гипоксии наблюдается и повышенная плотность мочи гиперстенурия, и пониженная гипостенурия, и мало изменяющаяся в течение суток изостенурия). Выраженные повреждения почек при тяжелых формах гипоксии могут привести к развитию почечной недостаточности, уремии и комы. 18
19 Расстройства функций печени В условиях гипоксии нарушение печеночных функций развивается, как правило, при ее хроническом течении. При этом выявляются признаки как парциальной так и тотальной дисфункции печени. К наиболее частым относятся: расстройства обмена веществ (углеводного, липидного, белкового, витаминов); нарушения антитоксической функции печени; угнетение образования в ней различных веществ (например, факторов системы гемостаза, коферментов, мочевины, желчных пигментов и др.). Нарушения в системе пищеварения: расстройства аппетита (как правило, его снижение); нарушение моторики желудка и кишечника (обычно снижение перистальтики, тонуса и замедление эвакуации желудочного и/или кишечного содержимого); развитие эрозий и язв (особенно при длительной тяжелой гипоксии). Нарушение в системе иммунобиологического надзора При хронических и выраженных гипоксических состояниях происходит снижение эффективности в системе иммунитета, что проявляется: низкой активностью иммунокомпетентных клеток; недостаточной эффективностью факторов неспецифической защиты организма: комплемента, ИФН, мураминидазы, белков острой фазы, естественных киллеров и др. Указанные и некоторые другие изменения в системе иммунитета при выраженной длительной гипоксии могут привести к развитию различных иммунопатологических состояний: иммунодефицитов, патологической иммунной толерантности, аллергических реакций, состояний иммунной аутоагрессии. Незначительное изменение парциального давления СО 2 в крови влияет на мозговое кровообращение. При гиперкапнии (вследствие гиповентиляции) сосуды мозга расширяются, повышается внутричерепное давление, что сопровождается головной болью и головокружением. Уменьшение парциального давления СО 2 при гипервентиляции альвеол снижает мозговой кровоток, при этом возникает состояние сонливости, возможны обмороки. ЭКСТРЕННЫЕ И ДОЛГОВРЕМЕННЫЕ РЕАКЦИИ АДАПТАЦИИ И КОМПЕНСАЦИИ ПРИ ГИПОКСИИ Развитие гипоксии является стимулом для включения комплекса компенсаторных и приспособительных реакций, направленных на восстановление нормального снабжения тканей кислородом. В противодействии развитию гипоксии принимают участие системы органов кровообращения, 19
20 дыхания, система крови, происходит активация ряда биохимических процессов, способствующих ослаблению кислородного голодания клеток. Приспособительные реакции, как правило, предшествуют развитию выраженной гипоксии. Экстренные и долговременные механизмы адаптации при острой и хронической гипоксии представлены в таблицах 1, 2. Таблица 1 Механизмы адаптации организма к острой гипоксии Органы и системы Система ВД Сердце Сосудистая система Система крови Система биологического окисления Эффекты Увеличение объема альвеолярной вентиляции Повышение сердечного выброса Перераспределение кровотока его централизация Увеличение КЕК Повышение эффективности биологического окисления Механизм эффектов Увеличение: частоты и глубины дыханий; числа функционирующих альвеол. Увеличение: ударного выброса; числа сокращений. Региональное изменение диаметра сосудов (увеличение в мозге и сердце) выброс крови из депо; элиминация эритроцитов из костного мозга; повышение сродства Hb к кислороду в легких; увеличение диссоциации оксигемоглобина в тканях. активация тканевого дыхания; активация гликолиза; повышение сопряженности окисления и фосфорилирования. Таблица 2 Механизмы адаптации организма к хронической гипоксии Органы и системы Система биологического окисления Система ВД Сердце Эффекты Повышение эффективности биологического окисления Увеличение степени оксигенации крови в легких Повышение сердечного выброса Механизм эффектов увеличение числа митохондрий, их крист и ферментов в них; повышение сопряженности окисления и фосфорилирования. Гипертрофия легких с увеличением числа альвеол и капилляров в них гипертрофия миокарда; увеличение в нем числа капилляров и митохондрий в кардиомиоцитах; возрастание скорости взаимодействия актина и миозина; повышение эффективности систем регуляции сердца; 20
21 Окончание таблицы 2 Органы и системы Сосудистая система Система крови Органы и ткани Системы регуляции Эффекты Возрастание уровня перфузии тканей кровью Увеличение КЕК Повышение экономичности функционирования Возрастание эффективности и надежности механизмов регуляции Механизм эффектов увеличение количества функционирующих капилляров; развитие артериальной гиперемии в функционирующих органах и тканях. активация эритропоэза; увеличение элиминации эритроцитов из костного мозга; развитие эритроцитоза; повышение сродства Hb к кислороду в легких; ускорение диссоциации оксигемоглобина в тканях переход на оптимальный уровень функционирования; повышение эффективности метаболизма. повышение резистентности нейронов к гипоксии; снижение степени активации симпатико-адреналовой и гипоталамогипофизарно-надпочечниковой РОЛЬ В ПАТОЛОГИИ И ЛЕЧЕБНОЕ ДЕЙСТВИЕ ГИПЕРОКСИИ Гипероксия (греч. hyper над, сверх, oxygeniuin кислород) повышенное парциальное давление кислорода (ро 2) в тканях организма. Гипероксия возникает в условиях избытка кислорода как осложнение при кислородной терапии, когда длительно используются высокие концентрации кислорода, особенно у пожилых людей, у которых с возрастом падает активность антиоксидантной системы. Избыточный кислород не потребляется в энергетических и пластических целях, является источником радикалов, стимулирующих ПОЛ, угнетает биологическое окисление, вызывает повреждение легочного эпителия, спадение альвеол и тем самым снижает потребление кислорода тканями, накапливаются недоокисленные продукты, возникает ацидоз и в итоге нарушается обмен веществ, возникают отек мозга, судороги, коматозное состояние (осложнения при гипербарической оксигенации). В механизме повреждающего действия кислорода играют роль: понижение активности многих ферментов. Опасным до некоторой степени является применение кислородной терапии при снижении чувствительности ДЦ к повышению содержания СО 2 в крови, что имеет место у лиц пожилого и старческого возраста с наличием церебрального атеросклероза, при органических поражениях централь- 21
22 ной нервной системы. У таких больных регуляция дыхания происходит с участием каротидных хеморецепторов, чувствительных к гипоксемии. Устранение ее может привести к остановке дыхания. Оксигенотерапия ингаляция кислорода под нормальным (нормобарическая оксигенация) или повышенным давлением (гипербарическая оксигенация) является одним из эффективных методов лечения при некоторых тяжелых формах гипоксии. Нормобарическая оксигенотерапия показана в тех случаях, когда парциальное давление кислорода в артериальной крови ниже 60 мм рт. ст., а процент насыщения Hb менее 90 %. Не рекомендуется проводить оксигенотерапию при более высоком р а О 2, так как это лишь в незначительной степени повысит образование оксигемоглобина, но может привести к нежелательным последствиям. При гиповентиляции альвеол и при нарушении диффузии кислорода через альвеолярную мембрану такая кислородная терапия существенно или полностью устраняет гипоксемию. Гипербарическая оксигенация показана при лечении больных с острой постгеморрагической анемией и при тяжелых формах отравления окисью углерода и метгемоглобинообразователями, при декомпрессионной болезни, артериальной газовой эмболии, острой травме с развитием ишемии тканей и ряде других тяжелых состояний. Гипербарическая оксигенация устраняет как острые, так и отдаленные эффекты отравления окисью углерода. ОСНОВЫ ДИАГНОСТИКИ ГИПОКСИЧЕСКИХ СОСТОЯНИЙ Газовый состав артериальной крови отражает состояние обмена газов в легких. При нарушении его наблюдается понижение P a O 2 и насыщения S a O 2. Для определения состояния обмена газов на уровне тканей параллельно нужно исследовать смешаную венозную кровь. Чем больше выражена кислородная задолжность тканей (циркуляторная гипоксия), тем больше снижены показатели в венозной крови P v O 2 и S v O 2. Такие данные свидетельствуют о необходимости оптимизации транспорта кислорода. Последний может быть недостаточен из-за сниженной КЕК (анемия), малого сердечного выброса (гиповолемия, сердечная недостаточность) или нарушений микроциркуляции. Нередко наблюдается комбинация этих причин. Если же P v O 2 и особенно S v O 2 у больных в тяжелом состоянии нормальны или повышены, возникает наиболее неблагоприятная ситуация. Артериализация смешаной венозной крови наблюдается либо при наличии грубых нарушений микроциркуляции, характерных для гиповолемии, централизации кровотока при спазме артериол, либо при нарушении свойств Hb. Последнее наблюдается при тяжелой гипоксии на фоне снижения в эритроцитах концентрации 2,3-ДФГ. Это явление сопровождается затруднением диссоциации оксигемоглобина и нарушением отдачи кислорода тканям. Прогноз при этом всегда неблагоприятен. 22
23 Однако определять только PO 2 и SO 2 не всегда достаточно, чтобы судить о кислородном балансе организма. У больных с кровопотерей, травмой, после больших операций важно знать содержание общего кислорода (концентрация общего кислорода) в крови, представленного молекулярным кислородом во всех формах (т. е. связанного с Hb плюс диссоциированного в плазме), т. к. у них длительно сохраняющаяся анемия снижает КЕК. В определении кислородного баланса организма решающее значение придается соотношению между доставкой (транспортом) кислорода, потреблением кислорода в тканях и коэффициенту экстракции кислорода. Нормальные значения коэффициента экстракции кислорода %. Увеличение этого показателя свидетельствует о повышенной кислородной задолженности тканей, а уменьшение о пониженном потреблении кислорода из проходящей через ткани крови (нарушение отдачи кислорода тканям). Для оценки степени выраженности гипоксии традиционным является определение лактата, пирувата, их соотношения, активности ЛДГ в артериальной крови. Для оценки кислородного баланса у больных требуется сопоставление многих показателей, т.к. нет единого показателя гипоксии. Лабораторные показатели газового состава артериальной и венозной крови при различных видах гипоксий представлены в таблице 3. Таблица 3 Показатели кислородтранспортной функции крови при различных типах гипоксии (по П. Ф. Литвицкому с дополнениями) Показатель Форма гипоксии гипоксическая гемическая циркуляторная тканевая Кислородная емкость нормальная нормальная снижена крови или повышенная или повышенная нормальная Содержание кислорода снижено нормальное нормальное в артериальной крови или нормальное или повышенное нормальное Напряжение кислорода в артериальной крови снижено нормальное нормальное нормальное Кислородное насыщение артериальной крови снижено нормальное нормальное нормальное Содержание кислорода снижено снижено снижено в венозной крови или нормальное или нормальное повышено Напряжение кислорода в венозной крови снижено снижено снижено повышено Кислородное насыщение венозной крови снижено нормальное снижено повышено Артериовенозная нормальная нормальная разница содержания или или сниженная кислорода сниженная повышена снижена Артериовенозная разница ро 2 снижена повышена повышена снижена 23
24 ПРИНЦИПЫ УСТРАНЕНИЯ И ПРОФИЛАКТИКИ ГИПОКСИИ Профилактика и лечение гипоксии зависят от вызвавшей ее причины и должны быть направлены на ее устранение или ослабление. Устранение или снижение выраженности гипоксических состояний базируется на нескольких принципах (рисунок 2). Принципы и методы устранения/снижения тяжести гипоксии Этиотропный Экзогенный тип гипоксии: нормализация ро 2 во вдыхаемом воздухе; добавление во вдыхаемый воздух углекислого газа. Эндогенные типы гипоксии: устранение болезни или патологического процесса, причины гипоксии. Патогенетический Ликвидация или снижение степени ацидоза. Уменьшение дисбаланса ионов в клетках и биологических жидкостях. Предотвращение или снижение степени повреждения мембран и ферментов клетки. Оптимизация (снижение) уровня функции органов и их систем. Саногенетический Поддержание и стимуляция защитных и приспособительных механизмов Симптоматический Устранение неприятных, тягостных ощущений, усугубляющих состояние пациента Рисунок 2 Принципы и методы устранения/снижения тяжести гипоксии Выделяют следующие принципы лечения гипоксии: этиотропный, патогенетический, саногенетический и симптоматический. Этиотропная терапия Этиотропная терапия включает пути, мероприятия, способы и средства, направленные на ликвидацию или ослабление действия на организм причинных факторов и неблагоприятных условий. Особенности и эффективность этиотропного лечения зависят от типа, вида и стадии гипоксии. При экзогенной гипоксии необходимо как можно быстрее и эффективнее нормализовать барометрическое давление (путем ликвидации или ослабления вызвавших его нарушения причин) и ро 2 во вдыхаемом воздухе (путем добавления к нему необходимого количества О 2). При эндогенной гипоксии устраняют или ослабляют причины (т.е. причинные факторы и неблагоприятные условия), вызвавшие развитие соответствующих заболеваний или патологических процессов, сопровождающихся развитием гипоксии. Патогенетическая терапия Патогенетическая терапия направлена на устранение или существенное ослабление основного, ведущих и второстепенных звеньев патогенеза гипок- 24
25 сии. Активизация деятельности сердечно-сосудистого и дыхательного центров, системы ВД, системного, регионарного и микроциркуляторного кровообращения достигается добавлением к вдыхаемому воздуху СО 2 (до 3 9 %). Для более быстрого устранения гипоксии и более эффективного насыщения крови и тканей кислородом используют метод гипероксигенации всего организма или отдельных его частей (например, конечностей). Гипероксигенацию производят в условиях как нормобарии, так и гипербарии (больному дают кислород при нормальном или повышенном барометрическом давлении). При этом важно учитывать возможность появления токсического действия избытка О 2, проявляющегося преимущественно повреждением и перевозбуждением структур ЦНС, гиповентиляцией альвеол (из-за развития ателектаза и отека легких), развитием полиорганной недостаточности. При выявлении токсического действия О 2 устраняют гипероксигенацию путем перевода больного на дыхание воздухом с нормальным ро 2. Улучшение доставки субстратов и регуляторных веществ к органам. Восстановление количества эритроцитов, Hb, ОЦК. Улучшение реологических свойств крови. Активизация процесса диссоциации HbO 2 в крови капилляров и др. Улучшение функционирования систем удаления от тканей и органов недоокисленных продуктов метаболизма, осуществляемого посредством восстановления нарушенного кровообращения (улучшения венозного оттока от тканей, а значит и удаления от них продуктов метаболизма (особенно недоокисленных веществ и соединений)). Это достигается добавлением к вдыхаемому воздуху повышенных количеств СО 2 (до 3 9 %). Саногенетическая терапия Саногенетическая терапия направлена на повышение адаптации и устойчивости тканей к гипоксии и обеспечивается путем: снижения общего уровня жизнедеятельности и расхода энергии: активизация процессов внутреннего торможения; уменьшение процессов возбуждения нервной системы; ослабление избыточной активности эндокринной системы; стабилизации клеточных и субклеточных мембран и снижения степени их повреждения; ликвидации или ослабления дисбаланса ионов и воды в клеточнотканевых структурах организма; устранения имеющихся различных видов ферментопатий; специфического вмешательства в процессы биологического окисления в клетках посредством применения лекарственных средств. Ведущее положение среди лекарственных средств, нормализующих расстройства биологического окисления в клетках занимают следующие: Антигипоксанты (гутимин, олифен, амтизол), повышающие резистентность тканей к недостатку кислорода и действующие на клеточном и субклеточном уровнях. 25
26 Антиоксиданты (витамины С, Е, А; селен, селенит натрия; фитоадаптогены), действие которых направлено на снижение как избыточного количества свободных радикалов и перекисей (главным образом липидных). Так и повреждающего действия последних на различные, особенно мембранные, структуры клеток. Фитоадаптогены (корни и листья растений семейств аралиевых, толокнянковых). Данные препараты обладают способностью повышать неспецифическую адаптацию и резистентность различных клеточнотканевых структур и целостного организма. Симптоматическая терапия Симптоматическая терапия призвана ликвидировать или существенно ослабить не только неприятные, тягостные для человека субъективные ощущения, но и различные неблагоприятные симптомы, обусловленные как гипоксией, так и отрицательными последствиями этиотропного и патогенетического лечения. Для этого используют лекарственные и нелекарственные методы и средства, которые устраняют или снижают разнообразные второстепенные патологические изменения в организме, в том числе волнение, боль, отрицательные эмоции. Основные принципы профилактики гипоксии Профилактика гипоксии и ее отрицательных последствий не только возможна, но и целесообразна и достаточно эффективна. Для этого в течение длительного времени можно искусственно вызывать многократную, прерывистую, ступенчатую гипоксическую гипоксию как в нормобарических, так и в гипобарических условиях. Проводя тренировки гипоксической гипоксией, вызываемой вдыханием воздуха с постепенным снижением в нем парциального давления кислорода, можно повысить устойчивость организма к действию разнообразных (механических, термических, химических, токсических, биологических) повреждающих факторов, в том числе к операционным воздействиям, различным ядам, инфекционным (в том числе вирусам, бактериям, грибам) и другим патогенным факторам. В экспериментах на разных видах животных показано, что после многократных тренировок к недостатку кислорода во вдыхаемом воздухе, к физическим (мышечным), особенно нарастающим, нагрузкам, к артериальной гипотензии, вызываемой дробными кровопусканиями, повышается резистентность организма к различным видам патологии, в том числе к гипоксии экзогенного и эндогенного происхождения. В целях профилактики различных видов (в том числе и гипоксической) гипоксии можно использовать различные группы лекарственных препаратов: фитоадаптогены растений семейств аралиевых (элеутерококк, левзея, женьшень и другие), толокнянковых (родиола розовая), антигипоксанты (гутимин, олифен), актопротекторы (этилтиобензимидазола гибробромид), антиоксиданты (витамины А, Е, С, препараты селена). 26
27 ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ Ситуационные задачи Задача 1 Пациенту К. 50 лет, после выведения его из тяжелого состояния, вызванного внезапно начавшимся дома обильным кровотечением из пораженного опухолью желудка, была проведена гастрэктомия (удаление желудка) под наркозом с использованием ИВЛ. В ходе проведения противошоковой терапии и операции пациенту вводили различные плазмозаменители (в пределах 1,0 л) и перелили 2,5 л цельной донорской крови после двухдневного ее хранения. На 3-и сутки после операции, несмотря на восстановление до нормы концентрации Hb в крови, у пациента состояние продолжало оставаться тяжелым: слабость, головная боль, головокружение, кожа рук и ног холодная, гипотензия (АД 70/30 мм рт. ст.), тяжелые расстройства внешнего дыхания, почечная недостаточность и желтуха (желтушность кожи и склер). Пациент был переведен на ИВЛ. Вопросы 1. Какое состояние наблюдалось у пациента на 3-и сутки после операции? Ответ обоснуйте. 2. Каковы причины и механизмы развития гипоксии: а) в предоперационном периоде; б) в ходе операции; в) на 3-и сутки послеоперационного периода? Разбор задачи 1. Шок. На это состояние указывают симптомы, характерные для системного расстройства микроциркуляции: снижение температуры кожи (нарушение периферического кровообращения), слабость, головокружение и расстройства внешнего дыхания (нарушение церебрального кровообращения), почечная недостаточность (нарушение перфузии почек). Артериальная гипотензия является также одним из главных симптомов шока. 2. Искусственная гипервентиляция ведет к алкалозу и снижению диссоциации HbО 2. а) в предоперационном периоде могла быть гипоксия вследствие анемии мегалобластического типа (в связи с поражением желудка, что привело к дефициту внутреннего фактора Касла и нарушению эритропоэза), постгеморрагической анемии (если больной имел скрытое хроническое кровотечение). б) в ходе операции гипоксия могла усугубиться вследствие гипервентиляции при проведении ИВЛ (сдвиг кривой диссоциации HbО 2 влево, т.е. снижение диссоциации HbО 2 в условиях алкалоза). 27
28 в) в послеоперационном периоде гипоксия может нарастать вследствие использования долго хранящейся донорской крови (для справки: через 8 дней хранения крови содержание 2,3-ДФГ в эритроцитах снижается более чем в 10 раз, что нарушает дезоксигенацию Hb). Задача 2 Пациент К., 59 лет, был направлен в клинику для прохождения медицинского осмотра. В результате обследования были получены следующие данные: р атм О 2 (мм рт. ст.) 158; р A О 2 (мм рт. ст.) 88; р а О 2 (мм рт. ст.) 61; р а СО 2 (мм рт. ст.) 59; р v O 2 (мм рт. ст.) 16; S a O 2 (%) 88; S v O 2 (%) 25; МОД (л/мин) 2,85; МОК (л/мин) 8,5; рн 7,25; МК (мг%) 20,0; ТК (мэкв/сут) 60; Hb 140 г/л. Вопросы 1. Определите, какой тип гипоксии наблюдается у пациента. 2. На основании каких данных вы сделали вывод? Разбор задачи 1. Смешанный: респираторный и циркуляторный типы гипоксии. 2. О респираторном типе, обусловленным гиповентиляцией, свидетельствует снижение р a О 2, повышение р а СО 2 и низкий МОД. На циркуляторный тип указывает высокая артериовенозная разница по О 2: S a O 2 -S v O 2. Снижение рн обусловлено накоплением лактата и Н 2 СО 3 в крови. Функция почек, судя по их способности секретировать Н +, не нарушена. Об этом свидетельствует высокое значение ТК (титруемая кислотность). Задача 3 В терапевтическую клинику поступила пациентка К., 60 лет, с жалобами на общую слабость, головные боли постоянного типа, головокружение, пошатывание при ходьбе, незначительно выраженную одышку, плохой аппетит, чувство жжения на кончике языка. В анамнезе: в связи с некоторыми диспептическими расстройствами (боли в подложечной области, иногда диарея) был исследован желудочный сок и установлено выраженное снижение его кислотности. Объективно: состояние средней тяжести, выраженная бледность кожных покровов и слизистых оболочек, незначительная одышка в покое, АД в пределах возрастной нормы. Вопросы 1. Есть ли у пациентки признаки развития общей гипоксии организма? Если да, то назовите их. 2. Характерны ли указанные Вами признаки лишь для гипоксии? Если нет, то при каких других типовых патологических процессах развиваются аналогичные симптомы? 28
29 3. Какие дополнительные данные о состоянии пациентки Вам необходимы для подтверждения или опровержения версии, возникшей в связи с вопросом 2? 4. Есть ли основания для предположения о наличии у пациентки гипоксии циркуляторного типа? Если да, то назовите их. Какой объективный показатель мог бы подтвердить или опровергнуть версию о циркуляторной гипоксии? 5. Есть ли основания для предположения о развитии у пациентки гипоксии респираторного типа? Если да, то назовите их и укажите, что необходимо определить для подтверждения или опровержения версии о респираторном типе гипоксии. 6. Есть ли какие-либо основания для предположения о развитии у пациентки гипоксии гемического типа? Если да, то какие исследования могли бы это подтвердить? ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ Укажите все правильные ответы: 1. Укажите реакции экстренной адаптации к гипоксии: а) увеличение объема альвеолярной вентиляции; б) мобилизация депонированной крови; в) усиление анаэробного гликолиза; г) снижение диссоциации оксигемоглобина; д) перераспределение кровотока; е) увеличение количества митохондрий в клетке; ж) тахикардия; з) активация эритропоэза. 2. Какие изменения наблюдаются в организме при острой гипоксии в стадии компенсации: а) тахикардия; б) увеличение гематокрита; в) тахипноэ; г) спазм коронарных сосудов; д) гиперпноэ; е) расширение сосудов мышц; ж) уменьшение вентиляции альвеол; з) расширение сосудов мозга. 3. Укажите изменения в крови, характерные для начального этапа экзогенной гипобарической гипоксии: а) гиперкапния; б) гипокапния; 29
30 в) гипоксемия; г) газовый алкалоз; д) газовый ацидоз; е) метаболический ацидоз. 4. Укажите причины гипоксии дыхательного типа: а) снижение ро 2 в воздухе; б) отравление СО; в) эмфизема легких; г) отравление нитратами; д) хроническая кровопотеря; е) недостаточность митрального клапана; ж) гиповитаминоз В 12 ; з) возбудимости ДЦ. 5. Укажите причины гипоксии тканевого типа: а) гиповитаминоз В 1 ; б) гиповитаминоз РР; в) гиповитаминоз В 12 ; г) высотная болезнь; д) отравление цианидами; е) отравление угарным газом; ж) горная болезнь. 6. Укажите причины гипоксии смешанного типа: а) травматический шок; б) хроническая кровопотеря; в) острая массивная кровопотеря; г) легочная артериальная гипертензия; д) миокардит; е) отравление нитратами; ж) неосложненный инфаркт миокарда. 7. В патогенезе гипоксического повреждения клетки ведущую роль играют: а) торможение гликолиза; б) увеличение рн в клетке; в) мобилизация креатинфосфата; г) увеличение в клетке натрия; д) активация фосфолипазы А 2 ; е) высвобождение лизосомальных ферментов; ж) торможение ПОЛ; з) накопление Са 2+ в митохондриях. 30
31 8. Укажите стрелками соответствие причин гипоксии экзогенного и тканевого типов: экзогенного типа гиповитаминоз В 1 гиповитаминоз РР гиповитаминоз В 12 высотная болезнь отравление цианидами отравление угарным газом горная болезнь тканевого типа 9. Укажите стрелками причины смещения кривой диссоциации оксигемоглобина вправо и влево: влево метаболический ацидоз серповидноклеточная анемия метаболический алкалоз кипокапния снижение температуры тела увеличение в эритроцитах 2,3-ДФГ повышение температуры тела вправо 10. Укажите стрелками, в каких случаях сродство гемоглобина к кислороду уменьшается, а в каких увеличивается: уменьшается метаболический ацидоз серповидноклеточная анемия метаболический алкалоз уменьшение в эритроцитах 2,3-ДФГ снижение температуры тела повышение температуры тела гипокапния Ответы к тестовым заданиям увеличивается 1) а, б, в, д, ж; 2) а, б, в, д, з; 3) б, в, г; 4) в, з; 5) а, б, д; 6) а, в, г; 7) г, д, е, з; 8) экзогенного типа: высотная болезнь, горная болезнь; тканевого типа: гиповитаминоз В 1, гиповитаминоз РР, отравление цианидами.; 9) влево: метаболический алкалоз, гипокапния, снижение температуры тела; вправо: метаболический ацидоз, серповидноклеточная анемия, увеличение в эритроцитах 2,3-ДФГ, повышение температуры тела; 10) уменьшается: метаболический ацидоз, серповидноклеточная анемия, повышение температуры тела; увеличивается: метаболический алкалоз, уменьшение в эритроцитах 2,3-ДФГ, снижение температуры тела, гипокапния. 31
32 Основная ЛИТЕРАТУРА 1. Патофизиология: учебник: в 2 т. / под ред. В. В. Новицкого, Е. Д. Гольдберга, О. И. Уразовой. М.: ГЭОТАР-Медиа, Т с. 2. Патологическая физиология: учебник / Н. Н. Зайко [и др]; под ред. Н. Н. Зайко, Ю. В. Быця. М.: МЕДпресс-информ, с. 3. Литвицкий, П. Ф. Патофизиология: учебник: в 2 т. 5-е изд., перераб. и доп. М. : ГЭОТАР-Медиа, Т с. Дополнительная 1. Саркисов, Д. С. Общая патология человека: учебник / Д. С. Саркисов, М. А. Пальцев, И. К. Хитров. М.: Медицина, с. 2. Войнов, В. А. Атлас по патофизиологии: учебное пособие / В. А. Войнов. М.: МИА, с. 3. Угольник, Т. С. Тестовые задания по патологической физиологии. Общая патофизиология: учеб.-метод. пособие: в 3 ч. / Т. С. Угольник, И. В. Вуевская, Я. А. Чуйко. Гомель: ГоГМУ, Ч с. 4. Типовые патологические процессы: практикум / Ф. И. Висмонт [и др.]. 3-е изд. доп. и перераб. Минск: БГМУ, Т с. 5. Рябов, Г. А. Гипоксия критических состояний / Г. А. Рябов М.: Медицина, с. 6. Атаман, А. В. Патологическая физиология в вопросах и ответах: учеб. пособие / А. В. Атаман. К.: Вища шк., с. 32
33 ТЕМА 2. ВНЕШНЕЕ ДЫХАНИЕ В клинической практике специалисты часто сталкиваются с заболеваниями органов дыхания, особенно легких и дыхательных путей, которые очень чувствительны к действию неблагоприятных факторов окружающей среды. При этом любой патологический процесс, возникающий в органах дыхания, может привести к нарушению альвеолярной вентиляции, диффузии или перфузии и развитию недостаточности ВД. Широкая распространенность болезней дыхательной системы и их последствия обуславливают необходимость изучения причин и общих закономерностей развития типовых форм нарушения ВД и ДН. Цель занятия: изучить этиологию, патогенез, основные формы расстройств системы ВД, обусловленные нарушениями вентиляции, перфузии, вентиляционно-перфузионных отношений, диффузии газов через АКМ, механизмы развития ДН, ее стадии. Задачи занятия. Студент должен: 1. Узнать: определения понятий: «альвеолярная гиповентиляция», «альвеолярная гипервентиляция», «легочная гипертензия», «легочная гипотензия» «дыхательная недостаточность», «одышка»; основные формы нарушений системы ВД, их общую этиологию и патогенез; механизмы нарушений системы ВД при патологических процессах в верхних и нижних дыхательных путях; механизмы развития патологических форм дыхания; характеристику и стадии ДН; механизмы развития инспираторной и экспираторной одышек. 2. Научиться: анализировать параметры, характеризующие ВД и давать заключение о стоянии системы ВД, форме нарушений газообменной функции легких; давать патогенетическую оценку изменений параметров ВД, отображающих нарушения системы ВД; характеризовать ДН. 3. Приобрести навыки: решения ситуационных задач, включающих изменения показателей ВД и газового состава крови при различных видах нарушений системы ВД. 4. Ознакомиться: с клиническими проявлениями расстройств деятельности системы ВД; с принципами диагностики, профилактики и терапии нарушений газообменной функции легких. Требования к исходному уровню знаний. Для полного усвоения темы студенту необходимо повторить: из курса анатомии: строение воздухоносных путей и легких; 33
34 из курса гистологии, цитологии и эмбриологии: сосудистая сеть легких, строение АКМ, структура стенки воздухоносных путей; из курса нормальной физиологии: понятие функциональная система регуляции дыхания, система ВД и ее функции, механизмы вдоха и выдоха, давления и градиенты давлений, создающие поток воздуха; функциональные зоны легких в положении стоя и лежа, структурно-функциональная характеристика ДЦ, объемные и потоковые параметры ВД. Контрольные вопросы по теме занятия 1. Этиология и патогенез расстройств ВД. 2. Альвеолярная гиповентиляция: типы и причины развития. 3. Обструктивный тип альвеолярной гиповентиляции: причины и механизмы развития. 4. Обструкция ВДП. Острая механическая асфиксия, причины и механизмы развития. 5. Обструкция НДП: патогенез бронхитического и эмфизематозного типов обструкции. 6. Рестриктивный тип альвеолярной гиповентиляции: причины и механизмы развития. 7. Альвеолярная гипервентиляция: причины, механизмы развития, последствия. 8. Нарушения легочного кровотока: виды, причины и последствия. 9. Нарушение вентиляционно-перфузионных отношений. 10. Нарушение альвеолокапиллярной диффузии: причины и последствия. 11. Нарушения регуляции дыхания: причины и механизмы развития. 12. Характеристика и механизмы развития патологических форм дыхания. 13. ДН: определение понятия, стадии, проявления. Одышка: виды, механизмы формирования. 14. Этиология и патогенез ОДН при РДСВ взрослых и РДСВ новорожденных. 15. Изменения вентиляционных показателей, газового состава крови и КОС при ДН и при гипервентиляции. 16. Диагностика типовых форм нарушения ВД. 17. Принципы профилактики и лечения патологий ВД. ПАТОФИЗИОЛОГИЯ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ Внешнее дыхание это совокупность процессов, совершающихся в легких и обеспечивающих нормальный газовый состав артериальной крови. Внешнее дыхание обеспечивается аппаратом ВД, который включает дыхательные пути, респираторный отдел легких, грудную клетку с костнохрящевым каркасом и нервно-мышечной системой и нервные центры регуляции дыхания. Аппарат ВД осуществляет процессы, поддерживающие нормальный газовый состав артериальной крови: вентиляцию легких; 34
35 кровоток в легких; диффузию газов через АКМ; регуляторные механизмы. В развитии патологии ВД ключевую роль играет нарушение процессов поддерживающих нормальный газовый состав артериальной крови, в связи, с чем выделяют пять типовых форм нарушения ВД. Типовые формы нарушения ВД 1. Нарушение вентиляции легких. 2. Нарушение легочного кровотока. 3. Нарушение вентиляционно-перфузионных соотношений. 4. Нарушение диффузии газов через АКМ. 5. Нарушение регуляции дыхания. НАРУШЕНИЕ АЛЬВЕОЛЯРНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ Минутный объем дыхания, в нормальных условиях составляющий 6 8 л/мин, при патологии может увеличиваться и уменьшаться, способствуя развитию альвеолярной гиповентиляции либо гипервентиляции, которые определяются соответствующими клиническими синдромами. Альвеолярная гиповентиляция типовая форма нарушения ВД, при которой реальный объем альвеолярной вентиляции за единицу времени ниже необходимой организму в данных условиях. Причины альвеолярной гиповентиляции легких: 1. Расстройства биомеханики дыхания: обструкция дыхательных путей; нарушение растяжимости легких. 2. Нарушение механизмов регуляции ВД. В зависимости от причины выделяют три типа альвеолярной гиповентиляции. Типы альвеолярной гиповентиляции: 1. Обструктивная. 2. Рестриктивная. 3. Вследствие нарушения регуляции дыхания. Обструктивная альвеолярная гиповентиляция (от лат. obstructio преграда) связана со снижением проходимости дыхательных путей. Препятствие движению воздуха может быть как в верхних, так и в нижних дыхательных путях (таблица 4). Патогенез обструктивного типа альвеолярной гиповентиляции заключается в повышении неэластического сопротивления воздушному потоку и снижении проходимости дыхательных путей. Это приводит к снижению объема вентиляции соответствующих областей легких, увеличению работы дыхательных мышц, увеличению потребления кислорода и энергии аппаратом ВД. 35
36 Таблица 4 Причины обструкции верхних и нижних дыхательных путей Причины обструкции ВДП НДП Инородные предметы в просвете ВДП Рвотные массы, вода, гной в просвете мелких бронхов и бронхиол Утолщение стенок ВДП (воспалительный отек гортани) ствие ее отека и гиперемии (воспаление, за- Утолщение слизистой оболочки НДП вследстойные явления в легких) Спазм мышц гортани (ларингоспазм) Спазм непроизвольной мускулатуры бронхиол, возникающий при действии различных аллергенов, некоторых раздражающих веществ, гистамина, холиномиметиков Сдавление стенок ВДП извне (опухоль, заглоточный Снижение эластичности легочной ткани абсцесс) Причины и механизм обструкции ВДП рассмотрены на примере острой механической асфиксии. Асфиксия (от греч. а отрицание, sphyxis пульс; синоним удушье) это угрожающее жизни патологическое состояние, обусловленное остро или подостро возникающей ДН, достигающей такой степени, что в кровь перестает поступать кислород, а из крови не выводится углекислый газ. Острая механическая асфиксия может возникать вследствие механического препятствия циркуляции воздуха по ДП: закупорка просвета ВДП (инородные тела, воспалительный отек, наличие жидкости в дыхательных путях); сдавление шеи, грудной клетки, живота. Механизм развития асфиксии. Явления, наблюдающиеся при асфиксии, связаны вначале с накоплением в организме СО 2. Действуя рефлекторно и непосредственно на ДЦ, СO 2 возбуждает его, доводя глубину и частоту дыхания до максимально возможных величин. Кроме того, дыхание рефлекторно стимулируется и снижением в крови напряжения кислорода. По мере увеличения содержания СO 2 в крови повышается и АД. Повышение АД можно объяснить рефлекторным влиянием хеморецепторов на сосудодвигательный центр, усиленным выбросом адреналина в кровь, увеличением МОК в результате повышения тонуса вен и увеличения притока крови при усилении дыхания. Дальнейшее увеличение концентрации СO 2 в крови определяет появление его наркотического действия, ph крови снижается до 6,8 6,5. Усиливается гипоксемия и, соответственно, гипоксия головного мозга. Это приводит, в свою очередь, к угнетению дыхания, снижению АД. В итоге наступает паралич дыхания и остановка сердца. Периоды (фазы) асфиксии 1-я фаза (фаза инспираторной одышки); характеризуется активированием деятельности ДЦ: усиливается и удлиняется вдох, развивается об- 36
37 щее возбуждение, повышается симпатический тонус (расширяются зрачки, возникает тахикардия, повышается АД), появляются судороги. Усиление дыхательных движений вызывается рефлекторно. При напряжении дыхательных мышц возбуждаются расположенные в них проприорецепторы. Импульсы от рецепторов поступают в ДЦ и активируют его. Понижение р а О 2 и повышение р а СО 2 дополнительно раздражают как инспираторный, так и экспираторный ДЦ. 2-я фаза (фаза экспираторной одышки) дыхание становится более редким и требует приложения усилий во время выдоха. Преобладает парасимпатический тонус, что проявляется брадикардией, сужением зрачков, снижением АД. При большем изменении газового состава артериальной крови наступает торможение ДЦ и центра регуляции кровообращения. Торможение экспираторного центра происходит позднее, так как при гипоксемии и гиперкапнии его возбуждение длится дольше. 3-я фаза (предтерминальная) дыхательные движения прекращаются вследствие торможениея ДЦ, АД падает, происходит потеря сознания. 4-я фаза (терминальная) характено гаспинг-дыхание. Смерть наступает от паралича бульбарного ДЦ. Сердце продолжает сокращаться после остановки дыхания 5 15 мин. В это время еще возможно оживление задохнувшегося. Механизмы обструкции НДП Обструкция НДП происходит вследствие спадения мелких бронхов, бронхиол и альвеолярных ходов. Спадение НДП происходит в момент, когда выдох еще не закончен поэтому, такое явление называют ранним экспираторным закрытием дыхательных путей (РЭЗДП). При этом дальнейший выдох становится невозможным. Таким образом, воздух оказывается пойманным, как в ловушке. Вследствие этого альвеолы остаются постоянно раздутыми, в них увеличивается количество остаточного воздуха. Выделяют два механизма РЭЗДП: 1. Бронхитический (при сужении вышерасположенной бронхиолы). 2. Эмфизематозный (при снижении эластичности легочной ткани). Чтобы понять механизм РЭЗДП при патологии, необходимо рассмотреть механизм нормального выдоха. В норме при достаточном просвете бронхиол и эластической тяге легких выдох происходит пассивно: внутриплевральное давление растет постепенно и уравновешивается внутриальвеолярным давлением. Давление внутри бронхиол подчиняется закону Бернулли: сумма давлений, направленных вдоль оси потока и радиально к стенке бронха, величина постоянная. Кроме того, необходимо подчеркнуть, что давление, действующее изнутри на стенку бронхиолы, примерно равно давлению, действующему извне точка равного давлений (ТРД). 37
38 РЭЗДП происходит в том месте, где плевральное давление в какой-то момент выдоха превышает внутрибронхиальное (рисунок 3). Нормальное дыхание РЭЗДП А Б Рисунок 3 Механизмы раннего экспираторного закрытия дыхательных путей (РЭЗДП): А схема давлений в дыхательных путях при нормальном дыхании; Б схема давлений при РЭЗДП. 1 нормальная долька с сохраненными альвеолярными перегородками; 2 раздутые альвеолы с атрофией альвеолярной ткани; 3 давление вдоль оси потока; 4 радиально направленное давление, стабилизирующее стенку дыхательных путей; 5 давление извне Бронхитический механизм обструкции НДП Сужение просвета НДП, согласно правилу Бернулли, приводит к повышению линейной скорости струи воздуха во время вдоха и увеличению давления, направленного вдоль оси бронхиолы. Давление потока, направленное радиально на стенки бронхиол, в результате, уменьшается и не может скомпенсировать давление извне. Стенки бронхиол спадаются, несмотря на то, что в них еще остался воздух. Эмфизематозный механизм обструкции Разрушение эластических волокон стромы приводит к снижению эластичности легочной ткани и выдох уже не может протекать пассивно, он осуществляется с помощью мышц выдоха, как следствие довольно значительно и быстрее чем в норме повышается давление, действующее на стенку бронхиолы извне. В результате бронхиолы закрываются, несмотря на оставшийся в альвеолах воздух. 38
39 Причиной разрушения эластических волокон может являться хронический воспалительный процесс. Развивающийся в результате воспаления окислительный стресс истощает ингибиторы протеаз. В результате нейтрофильные протеазы разрушают эластические волокна. Рестриктивный тип альвеолярной гиповентиляции (от лат. restrictio ограничение) характеризуется снижением (ограничением) степени расправления легких в результате действия внутрилегочных и внелегочных причин. Причины рестриктивного типа гиповентиляции легких подразделяют на две группы: внутри- и внелегочные (таблица 5). Таблица 5 Причины рестриктивного типа гиповентиляции Внутрилегочные причины Связаны со снижением растяжимости легких вследствие: фиброза; ателектазов; застоя крови в легких; интерстициального отека; дефицита сурфактанта; диффузных опухолей. Внелегочные причины Связаны с ограничением дыхательных экскурсий легких вследствие: перелома ребер; сдавления грудной клетки (кровью, экссудатом, транссудатом воздухом); снижения подвижности суставов грудной клетки; плеврита; фиброза плевры. Патогенез рестриктивной формы альвеолярной гиповентиляции Ограничение способности легких расправляться и увеличение эластического сопротивления приводят к увеличению работы дыхательных мышц, повышению потребления кислорода и увеличению расхода энергии работающими мышцами. В результате снижения растяжимости легких, развивается частое, но неглубокое дыхание, что приводит к увеличению физиологического мертвого пространства. Активная работа системы ВД не устраняет возникшие нарушения газового состава крови. Такая ситуация может привести к усталости мышц. Проявления гиповентиляции Сравнительная характеристика проявлений обструктивной и рестриктивной гиповентиляции приведена в таблице 6. Альвеолярная гипервентиляция это увеличение объема альвеолярной вентиляции за единицу времени в сравнении с необходимой организму в данных условиях. Причины альвеолярной гипервентиляции 1. Неадекватный режим ИВЛ (при даче наркоза). 2. Органические повреждения мозга (в результате кровоизлияния, ишемии, внутричерепных опухолях, сотрясении мозга). 3. Стресс-реакции, неврозы. 4. Гипертермические состояния (лихорадка, тепловой удар). 5. Экзогенная гипоксия. 39
40 Таблица 6 Проявления альвеолярной гиповентиляции Проявления Одышка Виды нарушений Гипоксемия Гиперкапния Изменения рн Кривая диссоциации оксигемоглобина Статические объемы и емкости Динамические объемы Примечание. N норма. Альвеолярная гиповентиляция обструктивная рестриктивная Экспираторная Инспираторная (затруднен выдох) (затруднен вдох) Есть, т. к. уменьшается оксигенация крови в легких. Есть, т. к. уменьшается выведение СО 2 из организма Газовый ацидоз ЖЕЛ N*/увеличена ООЛ увеличена ОЕЛ увеличена ООЛ/ОЕЛ увеличено ИТ снижен ОФВ 1 снижен ПОС снижен МОС снижен СОС снижен Смещается вправо ЖЕЛ снижена ООЛ N/ снижена ОЕЛ N/ снижена ООЛ/ОЕЛ N ИТ N/увеличен ОФВ 1 снижен ПОС N МОС N СОС N Механизмы альвеолярной гипервентиляции 1. Непосредственное повреждение ДЦ при органических поражениях головного мозга (травмах, опухолях, кровоизлияниях). 2. Избыток возбуждающих афферентных влияний на ДЦ при накопления больших количеств кислых метаболитов при уремии, СД) 3. Неадекватный режим ИВЛ, что, в редких случаях, возможно, при отсутствии должного контроля за газовым составом крови у пациентов со стороны медицинского персонала во время операции или в послеоперационном периоде. Данная гипервентиляция достаточно часто называется пассивной. Основные проявления гипервентиляции легких: 1. Увеличение МОД, в результате отмечается избыточное выделение из организма СО 2, это не соответствует продукции СО 2 в организме и поэтому происходит изменение газового состава крови: развивается гипокапния (снижение р а СО 2) и газовый (респираторный) алкалоз. Может отмечаться некоторое увеличение напряжения О 2 в крови, оттекающей от легких. 2. Газовый алкалоз смещает кривую диссоциации оксигемоглобина влево, что означает увеличение сродства Hb к кислороду и снижение диссоциации оксигемоглобина в тканях, что может привести к уменьшению потребления кислорода тканями. 3. Гипокальциемия (снижение содержания в крови ионизированного кальция связано с компенсацией развивающегося газового алкалоза). Проявления гипервентиляции легких обусловлены гипокальциемией и гипокапнией. Гипокапния снижает возбудимость ДЦ и в тяжелых случаях может привести к параличу дыхания; вызывает спазм мозговых сосудов, 40
41 снижающий поступление О 2 в ткани мозга (отмечаются головокружение, снижение внимания и памяти, тревожность, расстройство сна). Вследствие гипокальциемии развиваются парестезии, покалывание, онемение, похолодание лица, пальцев рук, ног. Отмечается повышенная нервно-мышечная возбудимость (судороги, может быть тетанус дыхательных мышц, ларингоспазм, судорожные подергивания мышц лица, рук, ног, тоническая судорога кисти «рука акушера»). Сердечно-сосудистые расстройства проявляются аритмиями из-за гипокальциемии и спазмом коронарных сосудов в результате гипокапнии. НАРУШЕНИЕ ЛЕГОЧНОГО КРОВОТОКА Патогенетической основой нарушения легочного кровотока является несоответствие тотального капиллярного кровотока в малом круге кровообращения объему альвеолярной вентиляции за определенный период времени. Первичное или вторичное поражение легочного кровотока вызывает: ДН вследствие вентиляционно-перфузионных расстройств, рестриктивные нарушения дыхания из-за ишемии альвеолярной ткани, выделения БАВ, повышения проницаемости сосудов, интерстициального отека, уменьшения образования сурфактанта, ателектаза. Виды нарушения легочного кровотока Различают два вида нарушения перфузии легких легочная гипотензия и легочная гипертензия. Легочная гипотензия стойкое снижение давления крови в сосудах малого круга кровообращения. Наиболее частые причины легочной гипотензии: пороки сердца (например, тетрада Фалло) сопровождающиеся шунтированием крови «справа налево», т. е. сбросом венозной крови в артериальную систему большого круга минуя капилляры легких; правожелудочковая недостаточность; гиповолемии различного генеза, например, при кровопотере; перераспределение крови при шоке; системная артериальная гипотензия вследствие коллапса. Вышеуказанные причины приводят к уменьшению поступления крови в легкие, что в свою очередь вызывает нарушение газообмена и дыхательного ритмогенеза (вторично) из-за хронических метаболических сдвигов. Легочная гипертензия это повышение давления в сосудах малого круга кровообращения. Формы легочной гипертензии: прекапиллярная; посткапиллярная; смешанная. 41
42 Прекапиллярная легочная гипертензия характеризуется увеличением давления в прекапиллярах и капиллярах и уменьшением притока крови к альвеолам. Причины и механизмы прекапиллярной легочной гипертензии: 1. Спазм артериол, обусловленный артериальной гипоксемией и гипоксией. Гипоксия может оказывать прямое влияние, изменяя функции калиевых каналов клеточных мембран, приводя к деполяризации миоцитов сосудистой стенки и их сокращению. Непрямой механизм действия гипоксии заключается в повышении продукции медиаторов, обладающих вазоконстрикторным действием, например, тромбоксана А 2, катехоламинов. Спазм артериол может иметь и рефлекторную природу (рефлекс Эйлера Лильестранда). Так, при хронической обструктивной эмфиземе легких, вследствие снижения po 2 в альвеолярном воздухе, в значительной части альвеол рефлекторно ограничивается кровоток, что приводит к повышению тонуса артерий малого круга в основной массе структур респираторной зоны, увеличению сопротивления и повышению давления в легочной артерии. Рефлекс Эйлера Лильестранда (физиологическое назначение) гипоксемия в альвеолярном воздухе сопровождается повышением тонуса артерий малого круга (местная вазоконстрикция), т. е. если в определенном участке легкого вентиляция альвеол уменьшается, соответственно должен уменьшиться кровоток, т. к. на плохо вентилируемом участке легкого не происходит должной оксигенации крови. 2. Дисфункция эндотелия легочных сосудов различного генеза. Например, при хронической гипоксемии или воспалении в поврежденном эндотелии снижается продукция эндогенных релаксирующих факторов (оксид азота, NO). 3. Ремоделирование легочных сосудов характеризующееся пролиферацией медии, миграцией и пролиферацией ГМК в интиме, фиброэластозом интимы и утолщением адвентиции. 4. Облитерация сосудов системы a. pulmonalis (эмболия и тромбоз), примером может служить ТЭЛА. Чаще всего местом образования тромбов являются глубокие вены нижних конечностей. Наибольшую опасность представляют флотирующие тромбы, имеющие единственную точку фиксации. После отрыва тромб с током крови проходит через правые отделы сердца и попадает в легочную артерию, приводя к закупорке ее ветвей. Обструкция легочных артерий и высвобождение вазоактивных соединений из тромбоцитов приводят к повышению легочного сосудистого сопротивления. 5. Сдавление сосудов системы a. pulmonalis опухолями средостения или вследствие повышения внутриальвеолярного давления при тяжелом приступе кашля. Повышение давления на выдохе при обструктивной патологии более продолжительное, т. к. выдох, как правило, затянут. Это способствует ограничению кровотока и повышению давления в легочной артерии. Хронический кашель может привести к стойкой гипертензии в малом круге кровообращения. 42
43 6. Повышение сердечного выброса вследствие гиперкапнии и ацидоза. 7. Значительное сокращение площади капиллярного русла при деструкции паренхимы легких (эмфизема) может приводить к повышению сосудистого сопротивление даже в состоянии покоя. В норме этого не происходит, т. к. при усилении скорости кровотока в легких пассивно расширяются легочные сосуды и раскрываются резервные легочные капилляры, это позволяет избежать значительного повышения сопротивления и давления в легочной артерии. Резкий подъем давления в легочном стволе вызывает раздражение барорецепторов и включение рефлекса Швачка Парина, характеризующегося падением системного АД, замедлением ритма сердечных сокращений. Это защитный рефлекс, направленный на уменьшение притока крови в малый круг и предотвращение отека легких. При резкой выраженности может привести к остановке сердца. Посткапиллярная легочная гипертензия развивается при нарушении оттока крови из системы легочных вен в левое предсердие с формированием застойных явлений в легких. Причины посткапиллярной легочной гипертензии: сдавление вен опухолями, увеличенными лимфоузлами; левожелудочковая недостаточность (при митральном стенозе, артериальной гипертензии, инфаркте миокарда). Смешанная легочная гипертензия сочетание прекапиллярной и посткапиллярной форм легочной гипертензии. Например, при митральном стенозе (посткапиллярная гипертензия) затрудняется отток крови в левое предсердие. Легочные вены и левое предсердие переполняются кровью. Вследствие этого происходит раздражение барорецепторов в устье легочных вен и рефлекторный спазм сосудов системы a. pulmonalis малого круга кровообращения (рефлекс Китаева) вариант прекапиллярной гипертензии. НАРУШЕНИЕ ВЕНТИЛЯЦИОННО-ПЕРФУЗИОННЫХ СООТНОШЕНИЙ В норме вентиляционно-перфузионныгй показатель (V/Q) равен 0,8 1,0 (т. е. кровоток осуществляется в тех участках легких, в которых имеется вентиляция, за счет этого происходит газообмен между альвеолярным воздухом и кровью), где V минутный объем альвеолярной ветиляции, а Q минутный объем капиллярного кровотока. Если в физиологических условиях в относительно небольшом участке легкого происходит снижение р а О 2 в альвеолярном воздухе, то в этом же участке рефлекторно возникает местная вазоконстрикция, которая приводит к адекватному ограничению кровотока (рефлекс Эйлера Лильестранда). В результате местный легочный кровоток приспосабливается 43
44 к интенсивности легочной вентиляции и нарушений вентиляционноперфузионных соотношений не происходит. Нарушение вентиляционно-перфузионных отношений является самостоятельной формой нарушения газообменной функции системы ВД. Несоответствия между вентиляцией и капиллярным кровотоком возникают на регионарном уровне (на уровне отдельных долей, сегментов, субсегментов, отдельных групп альвеол). При патологии возможны два варианта нарушения вентиляционноперфузионных соотношений: 1. Вентиляция слабо снабжаемых кровью участков легких приводит к увеличению вентиляционно-перфузионного показателя. Причиной является локальное снижение перфузии легких при обтурации, сдавлении, спазме легочной артерии, шунтировании крови минуя альвеолы. В результате увеличения функционального мертвого пространства и внутрилегочного шунтирования крови развивается гипоксемия. Напряжение CO 2 в крови остается в норме, поскольку диффузия углекислого газа не снижена. 2. Кровоснабжение плохо вентилируемых участков легких приводит к снижению вентиляционно-перфузионного показателя. Причиной является локальная гиповентиляция легких вследствие обтурации, нарушения растяжимости легких, нарушения регуляции дыхания В результате гиповентиляции и увеличения функционального мертвого пространства снижается оксигенация крови, оттекающей от плохо вентилируемых участков легких; в альвеолярном воздухе увеличивается pco 2, что приводит к гиперкапнии. НАРУШЕНИЕ АЛЬВЕОЛОКАПИЛЛЯРНОЙ ДИФФУЗИИ Диффузия газов через альвеолярно-капиллярную мембрану происходит согласно закону Фика. Скорость переноса газа через альвеолярнокапиллярную мембрану (V) прямо пропорциональна диффузионой способности мембраны (D M) а также разницей парциальных давлений газа по обе стороны мембраны (P 1 P 2) (формула 2): V = D M (P 1 P 2). (2) Диффузионая способность мембраны (D M) определяется площадью поверхности мембраны (A) и ее толщиной (d), молекулярной массой газа (MB) и его растворимостью в мембране (α). Для легких в целом используется термин диффузионная способность легких (DL), который отражает объем газа в мл, диффундирующего через АКМ при градиенте давления в 1 мм рт. ст. за 1 мин. В норме DL для кислорода равна 15 мл/мин/мм рт. ст., а для углекислого газа около 300 мл/мин/мм рт. ст. (т.о., диффузия СО 2 через АКМ происходит в 20 раз легче, чем кислорода). 44
45 Причины и механизмы снижения диффузии газов через АКМ: 1. Увеличение пути для диффузии газа и понижение проницаемости АКМ вследствие утолщения стенки альвеол, увеличения стенки капилляров, появления слоя жидкости на поверхности альвеол, увеличения количества соединительной ткани между ними. Примером могут служить диффузные поражения легких (пневмокониозы, пневмония). Пневмокониозы это хронические заболевания, возникающие при длительном вдыхании различных видов пыли силикоз, асбестоз, берилиоз. 2. Уменьшение площади АКМ (резекция доли легкого, ателектаз). 3. Уменьшение времени контакта крови с альвеолами, при этом газы не успевают диффундировать через АКМ, снижается количество оксигенированного Hb (анемия, горная болезнь). Причины, приводящие к снижению скорости диффузии газа через АКМ, проиллюстрированы на рисунке 4. расширение капилляров нормальные соотношения интерстициальный отек утолщение стенок альвеолы внутриальвеолярный отек утолщение стенок капилляра Рисунок 4 Причины, уменьшающие диффузию газов (по В. В. Новицкому, 2009) НАРУШЕНИЕ РЕГУЛЯЦИИ ДЫХАНИЯ Регуляция дыхания осуществляется ДЦ. ДЦ представлен различными группами нейронов, расположенных преимущественно в продолговатом мозге и мосту. Часть этих нейронов способна спонтанно ритмически возбуждаться. Но активность нейронов может меняться под действием афферентных сигналов с рецепторных полей, нейронов коры и других областей головного мозга. Это позволяет адаптировать дыхание к текущим потребностям организма. 45
46 Нарушение функции ДЦ может быть следствием прямого действия на ЦНС различных патологических факторов или рефлекторного влияния, осуществляемого через хемо-, барорецепторы. Под влиянием рефлекторных, гуморальных или других воздействий на ДЦ может изменяться ритм дыхания, его глубина и частота. Эти изменения могут быть проявлением как компенсаторных реакций организма, направленных на поддержание постоянства газового состава крови, так и проявлением нарушений нормальной регуляции дыхания, ведущих к развитию недостаточности дыхания. Причины и механизмы расстройств регуляции дыхания 1. Травмы и новообразования, сдавление головного мозга (кровоизлияния), острая выраженная гипоксия различного происхождения, интоксикации, деструктивные изменения в ткани мозга (рассеянный склероз) непосредственно повреждают ДЦ. 2. Незрелость хеморецепторов у недоношенных новорожденных, отравления наркотическими средствами или этанолом приводят к дефициту возбуждающих афферентных влияний на ДЦ. У недоношенных детей наблюдается низкая возбудимость хеморецепторов, воспринимающих содержание кислорода и/или углекислого газа в крови. Для активации ДЦ в этой ситуации воздействуют на кожные рецепторы (похлопывание по ножкам и ягодицам ребенка), таким образом, вызывая неспецифическую активацию ретикулярной формации. Отравление наркотическими средствами, например, при взаимодействии опиатов (морфина, героина) с рецепторами ЦНС угнетение дыхания обусловлено снижением чувствительности нейронов ДЦ к pco 2 в крови. Передозировка наркотических анальгетиков, барбитуратов может привести к снижению неспецифической тонической активности нейронов ретикулярной формации ствола мозга, избирательно заблокировать афферентные входы (вагусный канал) в ДЦ. 3. Чрезмерное раздражение ноци-, хемо и механорецепторов при травме органов дыхания, брюшной полости или ожогах приводит к избытку возбуждающих афферентных влияний на ДЦ. 4. Сильные болевые ощущения (при плевритах, травмах грудной клетки) сопровождающие акт дыхания, приводят к возникновению избытка тормозных афферентных влияний на ДЦ. 5. Повреждений на разных уровнях эффекторных путей (от ДЦ к диафрагме, дыхательным мышцам) приводят к нарушению регуляции работы дыхательных мышц. Проявление нарушения регуляции дыхания Нарушение регуляции проявляется нарушением частоты, глубины и ритма дыхательных движений (рисунок 5). Брадипноэ редкое дыхание, при котором количество дыхательных движений в минуту составляет менее 12. Апноэ временная остановка дыхания. 46
47 Рисунок 5 Проявление нарушения регуляции дыхания В основе возникновения брадипноэ и апноэ лежат сходные механизмы: раздражение барорецепторов дуги аорты при повышении АД и рефлекторное уменьшение частоты дыхания; при быстром подъеме АД может произойти остановка дыхания; выключение хеморецепторов, чувствительных к понижению р а О 2 при гипероксии; гипокапния при горной болезни или после пассивной гипервентиляции пациента под наркозом; понижение возбудимости ДЦ при длительной гипоксии, действии наркотических веществ, органических поражениях головного мозга. Стенотическое дыхание редкое и глубокое дыхание, возникает при стенозировании крупных дыхательных путей, вследствие этого нарушается переключение дыхательных фаз при возбуждении рецепторов растяжения в трахее, бронхах, бронхиолах, альвеолах, межреберных мышцах (запаздывает рефлекс Геринга Брейера). Тахипноэ частое и поверхностное дыхание (более 24 дыхательных движений в минуту), способствует развитию альвеолярной гиповентиляции в результате преимущественной вентиляции анатомически мертвого пространства. В происхождении тахипноэ имеет значение большая, чем в норме, стимуляция дыхательного центра. Например, при ателектазе усиливаются импульсы с легочных альвеол, находящихся в спавшемся состоянии, и возбуждается центр вдоха. Но во время вдоха непораженные альвеолы растягиваются в большей, чем обычно, степени, что вызывает сильный поток импульсов со стороны тормозящих вдох рецепторов, которые и обрывают вдох раньше времени. Гиперпноэ частое и глубокое дыхание, возникающее вследствие интенсивной рефлекторной или гуморальной стимуляции ДЦ ацидозе, снижении содержания кислорода во вдыхаемом воздухе. Крайняя степень возбуждения ДЦ проявляется в виде дыхания Куссмауля. 47
48 Гиперпноэ может носить компенсаторный характер и отмечается при повышении основного обмена (при физической нагрузке, тиреотоксикозе, лихорадке). Если гиперпноэ не связано с необходимостью повышения потребления кислорода и выведения СО 2 и вызвано рефлекторно, то гипервентиляция приводит к гипокапнии, газовому алкалозу. Патологические типы дыхания связанные с нарушением регуляции ритма дыхательных движений Периодические типы дыхания характеризуются коротким периодом глубокого дыхания, который сменяется периодом поверхностного дыхания или остановкой дыхания (рисунок 6). В основе развития периодических типов дыхания лежат расстройства системы автоматического регулирования дыхания. Рисунок 6 Типы периодического дыхания Дыхание Чейна Стокса паузы чередуются с дыхательными движениями, которые сначала нарастают по глубине, затем убывают (рисунок 7). Патогенез дыхания Чейна Стокса заключается в уменьшении чувствительности хеморецепторов продолговатого мозга. ДЦ «пробуждается» лишь под действием сильной стимуляции артериальных хеморецепторов нарастающей гипоксемией и гиперкапнией. Как только легочная вентиляция нормализует газовый состав крови, вновь наступает апноэ. Рисунок 7 Дыхание Чейна Стокса (по В. В. Новицкому, 2009) Дыхание Биота паузы чередуются с дыхательными движениями нормальной частоты и глубины (рисунок 8). Рисунок 8 Дыхание Биота (по В. В. Новицкому, 2009) Патогенез дыхания Биота обусловлен поражением пневмотаксической системы, которая становится источником собственного медленного ритма. В норме этот ритм подавляется тормозящим влиянием коры головного мозга. 48
Кровь является субстанцией кровообращения, поэтому оценка эффективности последнего начинается с оценки объема крови в организме. Количество крови у новорожденных детей около 0,5 л, у взрослых 4-6 л, но
Непрерывное профессиональное образование DOI: 10.15690/vsp.v15i1.1499 П.Ф. Литвицкий Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова, Москва, Российская Федерация Гипоксия Контактная
ТЕСТЫ по теме самостоятельной работы для студентов 4 курса лечебного и педиатрического факультетов по теме: «Расстройство регионарного кровообращения. Синдромы ишемического повреждения мозга и хронической
Профессор М.М. Абакумов Лекция 2 Адаптация и дизрегуляция. Понятие о стрессе В организме нет специального органа, который обеспечивает энергетический гомеостаз Механизмы образования энергии и её распределения
1 МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗВИТИЯ УТОМЛЕНИЯ ПРИ НАПРЯЖЕННОЙ МЫШЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ У СПОРТСМЕНОВ ВЫСОКОЙ КВАЛИФИКАЦИИ АРАЛОВА Н.И., МАШКИН В.И., МАШКИНА И.В. * ИК НАН Украины, * Университет им. Б. Гринченко г.
ФИЗИОЛОГИЯ ДЫХАНИЯ Избранные лекции по физиологии Елсукова Е.И. Факультет биологии, химии и географии СТАДИИ ГАЗОПЕРЕНОСА Транспорт в легкие (вентиляция) Диффузия из альвеол в кровь Транспорт газов кровью
Примерные вопросы для подготовки к экзамену дисциплина - ОСНОВЫ ПАТОЛОГИИ специальность 34.02.01 Сестринское дело Квалификация медицинская сестра/медицинский брат ОБЩАЯ НОЗОЛОГИЯ 1. Патология как интегративная
ТЕСТЫ по теме самостоятельной работы Понятие о недостаточности кровообращения; её формы, основные гемодинамические проявления и показатели. Укажите один правильный ответ 01. Укажите верное утверждение.
П ЛАН Формы дыхательной недостаточности 2. Вентиляционная дыхательная недостаточность 2.1. обструктивная недостаточность 2.2. рестриктивная недостаточность 2.3. расстройства центральной регуляции дыхания 3. Альвеоло - респираторная недостаточность 3.1. Роль соотношения вентиляция / перфузия 3.2. Роль нарушений диффузии
Определение дыхательной недостаточности Дыхательная недостаточность - это такое патологическое состояние, когда: 1. Напряжение кислорода (рО 2) в артериальной крови снижена - артериальная гипоксемия 2. Напряжение углекислого газа (рСО 2) превышает 50 мм рт. ст. - гиперкапния
АСФИКСИЯ мин Это угрожающий для жизни состояние, при котором острая дыхательная недостаточность достигает такой степени, что в кровь не поступает О 2, а из крови не выводится СО 2. Причины: Удушение Попадание инородных тел Аллергический отек гортани Утопление Аспирация рвотных масс Отек легких Двусторонний пневмоторакс Сильное угнетение дыхательного центра Нарушения нейро-мускулярной передачи Массивная травма грудной клетки
Периоды асфиксии Первый период 1. Возбуждение дыхательного центра 2. Частое и глубокое дыхание 3. Учащение сердечных сокращений 4. Повышение артериального давления 5. В начале первого периода - инспираторная одышка 6. В конце первого периода - экспираторная одышка Механизмы гипертензии при асфиксии: а) рефлекторное воздействие СО 2 на сосудодвигательный центр б) выброс норадреналина и адреналина надпочечниками в) сокращение вен г) увеличение объема циркулирующей жидкости д) увеличение сердечного выброса
Второй период 1. Дыхание редкое 2. Экспираторная одышка 3. Выраженная гипоксемия 4. Гипоксия головного мозга 5. Брадикардия 6. Артериальная гипотензия Третий период 1. Подавление частоты и глубины дыхания 2. Претерминальная пауза 3. Гаспинг - дыхание (терминальное) 4. Полная остановка дыхания
Процессы, которые обеспечивают внешнее дыхание 1. Вентиляция легких 2. Диффузия О 2 и СО 2 через альвеолярную стенку 3. Перфузия крови через капилляры легких Формы дыхательной недостаточности (по патогенезу) 1. Вентиляционная 2. Альвеоло - респираторная 1. Вентиляция легких 2. Диффузия О 2 и СО 2 через альвеолярную стенку 3. Перфузия крови через капилляры легких Формы дыхательной недостаточности (по патогенезу) 1. Вентиляционная 2. Альвеоло - респираторная
Вентиляционная дыхательная недостаточность Суть: в альвеолы за единицу времени поступает меньше воздуха, чем в норме Суть: в альвеолы за единицу времени поступает меньше воздуха, чем в норме (альвеолярная гиповентиляция) Причины альвеолярной гиповентиляции 1. Связанные с аппаратом дыхания (альвеолярная гиповентиляция) Причины альвеолярной гиповентиляции 1. Связанные с аппаратом дыхания (легочны причины) 2. Не связанные с аппаратом дыхания (внелегочные причины) (легочны причины) 2. Не связанные с аппаратом дыхания (внелегочные причины)
Внелегочные причины вентиляционной недостаточности Внелегочные причины вентиляционной недостаточности 1. Нарушение функции и дыхательного центра 2. Нарушение функции мотонейронов спинного мозга 3. Нарушение функции нервно - мышечного аппарата дыхания 4. Ограничение подвижности грудной клетки 5. Нарушение целости грудной клетки 1. Нарушение функции и дыхательного центра 2. Нарушение функции мотонейронов спинного мозга 3. Нарушение функции нервно - мышечного аппарата дыхания 4. Ограничение подвижности грудной клетки 5. Нарушение целости грудной клетки
Легочные причины вентиляционной недостаточности 1. Нарушение проходимости дыхательных путей 2. Нарушение эластических свойств легочной ткани 3. Уменьшение количества функционирующих альвеол 1. Нарушение проходимости дыхательных путей 2. Нарушение эластических свойств легочной ткани 3. Уменьшение количества функционирующих альвеол
Причины обструкции верхних дыхательных путей Внутренняя травма верхних дыхательных путей Ожоги и вдыхания ядовитых газов Внешняя механическая травма Кровотечение в дыхательные пути Аспирация инородного тела Некротическая ангина Людвига Заглоточный абсцесс Ангионевротический отек Внутренняя травма верхних дыхательных путей Ожоги и вдыхания ядовитых газов Внешняя механическая травма Кровотечение в дыхательные пути Аспирация инородного тела Некротическая ангина Людвига Заглоточный абсцесс Ангионевротический отек
Механизм обструкции при бронхиальной астме Скопление вязкого стекловидного слизи в бронхах Скопление вязкого стекловидного слизи в бронхах Отек слизистой бронхов Отек слизистой бронхов Спазм циркулярной и продольной гладкой мускулатуры бронхов Спазм циркулярной и продольной гладкой мускулатуры бронхов
Рестриктивная недостаточность Воспаление легких Воспаление легких Отек легких Отек легких Фиброз легких Фиброз легких Нарушения сурфактантной системы Нарушения сурфактантной системы Ателектаз Ателектаз Пневмоторакс Пневмоторакс Деформация грудной клетки Деформация грудной клетки Паралич дыхательной мускулатуры Паралич дыхательной мускулатуры
Альвеоло - респираторная недостаточность 1.Вследствие несоответствия соотношение вентиляция / перфузия легких 1.Вследствие несоответствия соотношение вентиляция / перфузия легких 2.Вследствие затруднения диффузии газов через альвеолярную стенку 2.Вследствие затруднения диффузии газов через альвеолярную стенку
ПРИЧИНЫ СНИЖЕНИЯ перфузии легких Инфаркт миокарда Кардиосклероз Миокардит Экссудативный перикардит Стеноз легочной артерии Стеноз правого предсердно- желудочкового отверстия Сосудистая недостаточность - шок Тромбоэмболия легочной артерии Инфаркт миокарда Кардиосклероз Миокардит Экссудативный перикардит Стеноз легочной артерии Стеноз правого предсердно- желудочкового отверстия Сосудистая недостаточность - шок Тромбоэмболия легочной артерии
ПРИЧИНЫ ДИФФУЗИОННЫХ НАРУШЕНИЙ 1.Уменьшение альвеолярной поверхности - резекция легкого, каверна, абсцесс, ателектаз, эмфизема 2.Утолщение альвеолярной мембраны - фиброз, саркоидоз, пневмокониоз, эмфизема, склеродермия, пневмония, отек легких 3.Инфекционные болезни - интерстициальная пневмония, грипп, корь, туберкулез, грибковые заболевания 1.Уменьшение альвеолярной поверхности - резекция легкого, каверна, абсцесс, ателектаз, эмфизема 2.Утолщение альвеолярной мембраны - фиброз, саркоидоз, пневмокониоз, эмфизема, склеродермия, пневмония, отек легких 3.Инфекционные болезни - интерстициальная пневмония, грипп, корь, туберкулез, грибковые заболевания
4.Химические агенты, которые вызывают пневмонию - хлор, фосген, закись азота, мучная пыль 5.Хронические заболевания - уремия системная красная волчанка узелковый периартериит саркоидоз склеродермия 6. Профессиональные поражения легких кониозы: азбестоз талькоз сидероз силикоз бериллиоз 4.Химические агенты, которые вызывают пневмонию - хлор, фосген, закись азота, мучная пыль 5.Хронические заболевания - уремия системная красная волчанка узелковый периартериит саркоидоз склеродермия 6. Профессиональные поражения легких кониозы: азбестоз талькоз сидероз силикоз бериллиоз
Гипоксическая гипоксия Причины: 1. Снижение парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе 2. Нарушение внешнего дыхания 3. Смешивание артериальной и венозной крови 1. Снижение парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе 2. Нарушение внешнего дыхания 3. Смешивание артериальной и венозной крови
Гемическая гипоксия Суть гипоксии - уменьшение кислородной емкости крови Формы: а) анемичная б) токсическая причины: 1. Анемическая форма: Кровопотеря Гемолиз эритроцитов Угнетение эритропоэза 2. Токсическая форма: образование карбоксигемоглобина образование метгемоглобина Суть гипоксии - уменьшение кислородной емкости крови Формы: а) анемичная б) токсическая причины: 1. Анемическая форма: Кровопотеря Гемолиз эритроцитов Угнетение эритропоэза 2. Токсическая форма: образование карбоксигемоглобина образование метгемоглобина
Экзогенные метгемоглобинообразователи 1. Соединения азота - окиси, нитриты 2. Аминосоединения - гидроксиламин, анилин, фенилгидразин, ПАБК 3. Окислители - хлораты, перманганаты, хиноны, пиридин, нафталин 4. Окислительно - восстановительные краски - метиленовая синька, крезилблау 5. Лекарственные препараты - новокаин, пилокарпин, фенацетин, барбитураты, аспирин, резорцин
Гистотоксическая гипоксия Суть: неспособность тканей утилизировать кислород Главный показатель: малая артерио - венозная разница Главный показатель: малая артерио - венозная разница Причина: снижение активности дыхательных ферментов Причина: снижение активности дыхательных ферментов
Ферменты дыхательной цепи 1. Пиридинзависимые дегидрогеназы около 150), для которых коферментами служат НАД или НАДФ 2. Флавинзависимые дегидрогеназы около 30), простетическими группами которых служат флавинадениннуклеотид (ФАД) или флавинмононуклеотид (ФМН) 3. Цитохромы, в простетической группе которых порфириновое кольцо с железом 4. Цитохромоксидазы 1. Пиридинзависимые дегидрогеназы около 150), для которых коферментами служат НАД или НАДФ 2. Флавинзависимые дегидрогеназы около 30), простетическими группами которых служат флавинадениннуклеотид (ФАД) или флавинмононуклеотид (ФМН) 3. Цитохромы, в простетической группе которых порфириновое кольцо с железом 4. Цитохромоксидазы
Нарушение жирового обмена при гипоксии 1. Интенсивный распад жиров в депо 2. Замедленное синтез жиров 3. Накопление жирных кислот в тканях 4. Накопление кетоновых тел 5. Углубление ацидоза 1. Интенсивный распад жиров в депо 2. Замедленное синтез жиров 3. Накопление жирных кислот в тканях 4. Накопление кетоновых тел 5. Углубление ацидоза
Чувствительность к гипоксии Нейроны коры головного мозга мин Нейроны продолговатого мозга мин Нейроны спинного мозга - 60 мин Нейроны коры головного мозга мин Нейроны продолговатого мозга мин Нейроны спинного мозга - 60 мин
Компенсаторные реакции при гипоксии 1. Дыхательные механизмы а) гипоксическая одышка 2. Гемодинамические механизмы а) тахикардия б) увеличение ударного объема крови в) увеличение сердечного выброса г) ускорение кровотока д) централизация кровообращения
3. Кровяные механизмы а) эритроцитоз б) увеличение гемоглобина в) увеличение сродства Hb к кислороду г) облегчения диссоциации оксигемоглобина 4. Тканевые механизмы а) снижение обмена веществ б) активация анаэробного гликолиза в) активация дыхательных ферментов
Кислородное голодание тканей (гипоксия) - состояние, возникающее в организме человека или животных в результате нарушения как доставки кислорода к тканям, так и использования его в них.
Недостаточная доставка кислорода к тканям может быть обусловлена заболеваниями органов дыхания, кровообращения, системы крови или понижением парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе. Нарушение использования кислорода в тканях зависит обычно от недостаточности дыхательных ферментов или замедления диффузии кислорода через клеточные мембраны.
Классификация типов гипоксий
В зависимости от причин, вызывающих гипоксию, принято различать два типа кислородной недостаточности:
- 1) в результате понижения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе и
- 2) при патологических процессах в организме.
Кислородная недостаточность при патологических процессах в свою очередь делится на следующие типы:
- 1) дыхательный (легочный);
- 2) сердечно-сосудистый (циркуляторный);
- 3) кровяной,
- 4) тканевый;
- 5) смешанный.
Дыхательный тип кислородной недостаточности возникает при заболеваниях легких (трахеи, бронхов, плевры) и нарушениях функции дыхательного центра (при некоторых отравлениях, инфекционных процессах, гипоксии продолговатого мозга и др.).
Сердечно-сосудистый тип гипоксии возникает при заболеваниях сердца и кровеносных сосудов и обусловлен в основном уменьшением минутного объема сердца и замедлением кровотока. При сосудистой недостаточности (шок, коллапс) причиной недостаточной доставки кислорода к тканям является уменьшение массы циркулирующей крови.
Кровяной тип гипоксии возникает после острых и хронических кровотечений, при пернициозной анемии, хлорозе, отравлении окисью углерода, т. е. или при уменьшении количества гемоглобина, или при инактивации его (образование карбоксигемоглобина, метгемоглобина).
Тканевый тип гипоксии возникает при отравлениях некоторыми ядами, например соединениями синильной кислоты, когда нарушаются окислительно-восстановительные процессы во всех клетках. Авитаминозы, некоторые виды гормональной недостаточности также могут приводить к подобным состояниям.
Смешанный тип гипоксии характеризуется одновременным нарушением функций двух или трех систем органов, обеспечивающих снабжение тканей кислородом. Например, при травматическом шоке одновременно с уменьшением массы циркулирующей крови (сердечно-сосудистый тип гипоксии) дыхание становится частым и поверхностным (дыхательный тип гипоксии), вследствие чего нарушается газообмен в альвеолах Если при шоке наряду с травмой имеется кровопотеря, возникает кровяной тип гипоксии.
При интоксикациях и отравлениях БОВ возможно одновременное возникновение легочной, сердечно-сосудистой и тканевой форм гипоксии. Нарушения легочного кровообращения при заболеваниях левого сердца могут привести как к уменьшению поглощения кислорода в легких, так и к нарушению транспорта кислорода кровью и отдачи его тканям.
Гипоксия от понижения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе возникает главным образом при подъеме на высоту, где атмосфера разрежена и парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе снижено, или в специальных барокамерах с регулируемым давлением.
Кислородная недостаточность может быть острой и хронической.
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.
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. Способность к выполнению физической работы понижена. Наблюдаются расстройства дыхания и кровообращения, головные боли, раздражительность. Могут возникнуть патологические (дегенеративные) изменения в тканях как результат длительного кислородного голодания, что также усугубляет течение хронической гипоксии.
Компенсаторные механизмы при гипоксии
Приспособительные явления при гипоксии осуществляются благодаря рефлекторному усилению дыхания, кровообращения, а также путем увеличения транспорта кислорода и изменений тканевого дыхания.
Дыхательные компенсаторные механизмы :
- а) увеличение легочной вентиляции (возникает рефлекторно за счет возбуждения хеморецепторов кровеносных сосудов недостатком кислорода);
- б) увеличение дыхательной поверхности легких, происходит за счет вентиляции дополнительных альвеол при углублении и учащении дыхательных движений (одышка).
Гемодинамические компенсаторные механизмы . Возникают также рефлекторно с хеморецепторов сосудов. К ним относятся:
- а) повышение минутного объема сердца вследствие увеличения ударного объема и тахикардии;
- б) повышение тонуса кровеносных сосудов и ускорение тока крови, что приводит к некоторому уменьшению артерио-венозной разницы по кислороду, т. е. количество его, отдаваемое тканям в капиллярах, уменьшается; однако увеличение минутного объема сердца вполне компенсирует неблагоприятные условия отдачи кислорода тканям;
- в) перераспределение крови в кровеносных сосудах при начинающейся гипоксии способствует усилению кровоснабжения головного мозга и других жизненно важных органов за счет уменьшения снабжения кровью поперечнополосатых мышц, кожи и других органов.
Гематогенные компенсаторные механизмы :
- а) эритроцитоз - увеличение содержания эритроцитов в периферической крови за счет мобилизации их из депо (относительный эритроцитоз в начальных фазах развития гипоксии) или усиления гемопоэза (абсолютный эритроцитоз) при хронической гипоксии;
- б) способность гемоглобина связывать почти нормальное количество кислорода даже при значительном уменьшении его напряжения в крови. Действительно, при парциальном давлении кислорода в 100 мм рт. сг. оксигемоглобин в артериальной крови составляет 95-97%, при давлении 80 мм рт. ст. гемоглобин артериальной крови насыщен на 90% и при давлении 50 мм почти на 80%. Лишь дальнейшее уменьшение напряжения кислорода сопровождается резким снижением насыщения им гемоглобина крови;
- в) увеличение диссоциации оксигемоглобина на кислород и гемоглобин при кислородном голодании возникает в связи с поступлением в кровь кислых продуктов обмена и увеличением содержания углекислого газа.
Тканевые компенсаторные механизмы :
- а) ткани более активно поглощают кислород из притекающей к ним крови;
- б) в тканях происходит перестройка обмена веществ, выражением чего является преобладание анаэробного распада.
При кислородном голодании сначала приходят в действие наиболее динамичные и эффективные приспособительные механизмы: дыхательные, гемодинамические и относительный эритроцитоз, возникающие рефлекторно. Несколько позднее усиливается функция костного мозга, благодаря чему происходит истинное увеличение числа эритроцитов.
Нарушения функций в организме при гипоксии
Гипоксия вызывает типичные нарушения функций и структуры разнообразных органов. Ткани, малочувствительные к гипоксии, могут сохранять продолжительное время жизнедеятельность даже при резком уменьшении снабжения кислородом, например кости, хрящи, соединительная ткань, поперечнополосатые мышцы.
Нервная система . Наиболее чувствительна к гипоксии центральная нервная система, но не все отделы ее одинаково поражаются при кислородном голодании. Более чувствительны филогенетические молодые образования (кора головного мозга), значительно менее чувствительны более древние образования (стволовой отдел мозга, продолговатый и спинной мозг). При полном прекращении снабжения кислородом в коре головного мозга и в мозжечке за 2,5-3 минуты возникают фокусы некроза, а в продолговатом мозге даже через 10-15 минут погибают лишь единичные клетки. Показателями кислородной недостаточности головного мозга являются вначале возбуждение (эйфория), затем торможение, сонливость, головная боль, нарушение координации и двигательной функции (атаксия).
Дыхание . При резкой степени кислородной недостаточности нарушается дыхание - оно становится частым, поверхностным, с явлениями гиповентиляции. Может возникать периодическое дыхание типа Чейн-Стокса.
Кровообращение . Острая гипоксия вызывает увеличение частоты сердечных сокращений (тахикардия), систолическое давление либо сохраняется, либо постепенно понижается, а пульсовое давление не изменяется или повышается. Увеличивается также минутный объем крови.
Коронарный кровоток при снижении количеству кислорода до 8-9% значительно возрастает, что происходит, по-видимому, в результате расширения коронарных сосудов и усиления венозного оттока вследствие повышения интенсивности сердечных сокращений.
Обмен веществ . Основной обмен вначале повышается, а затем при выраженной гипоксемии понижается. Уменьшается и дыхательный коэффициент. Наблюдается увеличение остаточного и, в частности, аминного азота крови в результате расстройства дезаминирования аминокислот. Нарушается также окисление жиров и выделение с мочой промежуточных продуктов жирового обмена (ацетон, ацетоуксусная кислота и бета-оксимасляная кислота). Содержание гликогена в печени уменьшается, гликогенолиз усиливается, но ресинтез гликогена понижается, в результате повышение содержания молочной кислоты в тканях и крови приводит к ацидозу.
В начале этого подраздела приведем некоторые обозначения и нормативные величины.
Экзогенный тип гипоксии.
Этот тип гипоксии возникает вследствие уменьшения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе.
Гипобарическая гипоксия.
Данный тип гипоксии обусловлен общим снижением барометрического давления и наблюдается при подъеме в горы или в негерметичных летательных аппаратах без индивидуальных кислородных систем (горная, или высотная, болезнь).
Заметные нарушения обычно отмечаются при Ро примерно 100 мм рт.ст. (что соответствует высоте около 3 500 м): при 50-55 мм рт.ст. (8000-8 500 м) возникают тяжелые расстройства, несовместимые с жизнью. В специальных целях дозированную гипобарическую гипоксию вызывают путем постепенного откачивания воздуха из барокамер, в которых находятся испытуемые люди или экспериментальные животные, имитируя тем самым подъем на высоту.
Нормобарическая гипоксия.
Такой тип гипоксии развивается при нормальном общем барометрическом давлении, но сниженном парциальном давлении кислорода во вдыхаемом воздухе, например, при нахождении в замкнутых помещениях малого объема, работах в шахтах, при неисправностях систем кислородообеспечения в кабинах летательных аппаратов, подводных лодках, специальных защитных костюмах, а также при некоторых неисправностях или неправильном использовании наркозно-дыхательной аппаратуры.
Патогенетической основой экзогенного типа гипоксии во всех случаях является артериальная гипоксемия, т.е. уменьшение напряжения кислорода £ плазме артериальной крови, приводящее к недостаточному насыщению гемоглобина кислородом и общему со-держанию его в крови. Дополнительное отрицательное влияние на организм может оказывать гипокапния. нередко развивающаяся при экзогенной гипоксии в результате компенсаторной гипервентиляции легких и приводящая к ухудшению кровоснабжения мозга, сердца, нарушениям электролитного баланса и газовому алкалозу.
Дыхательный (респираторный) тип гипоксии.
Эта гипоксия возникает в результате недостаточности газообмена в легких в связи с альвеолярной гиповентиляцией, нарушениями легочного кровотока, вентиляционно-перфузионных соотношений, избыточным вне- и внутрилегочным шунтированием венозной крови пли при затруднении диффузии кислорода в легких. Патогенетической основой респираторной гипоксии, гак же как и экзогенной, является артериальная гипоксия, в большинстве случаев сочетающаяся с гиперкапнией. В отдельных случаях в связи с тем, что СО 2 диффундирует через альвеолокапиллярную мембрану примерно в 20 раз легче, чем О 2 , возможна гипоксемия без гиперкапнии.
Сердечно-сосудистый (циркуляторный) тип гипоксии.
Болезнь развивается при нарушениях кровообращения, приводящих к недостаточному кровоснабжению органов и тканей и, следовательно, к недостаточному их снабжению кислородом. Уменьшение количества крови, протекающей через капилляры в единицу времени, может быть обусловлено обшей гиповолемией, т.е. уменьшением объема крови в сосудистом русле (при массивной кровопотере или плазмопотере, обезвоживании организма) и нарушениями функций сердца и сосудов. Расстройства сердечной деятельности могут быть следствием повреждения миокарда, перегрузки сердца и нарушений экстракардиальной регуляции, приводящих к уменьшению минутного объема сердца. Циркуляторная гипоксия сосудистого происхождения может быть связана с чрезмерным увеличением емкости сосудистого русла и депонированной фракции крови вследствие пареза сосудистых стенок в результате экзо- и эндогенных токсических влияний, аллергических реакций, нарушений электролитного баланса, при недостаточности глюкокортикоидов. минералокортикоидов и некоторых других гормонов, а также при нарушениях рефлекторной и центрогенной вазомоторной регуляции и других патологических состояниях, сопровождающихся падением тонуса сосудов.
Гипоксия может возникать в связи с первичными расстройствами микроциркуляции: распространенными изменениями стенок микрососудов, агрегацией форменных элементов крови, повышением ее вязкости, свертываемости и другими факторами, затрудняющими продвижение крови через капиллярную сеть, вплоть до полного стаза. Причиной нарушений микроциркуляции может стать избыточное артериоловенулярное шунтирование крови, обусловленное спазмом прекапиллярных сфинктеров (например, при острой кровопотере).
Особое место занимает гипоксия, связанная с нарушением транспорта кислорода в клетки на внесосудистом участке микроциркуляторной системы: периваскулярном, межклеточном и внутриклеточном пространствах, базальной и клеточной мембранах. Такая форма гипоксии возникает при ухудшении проницаемости мембран для кислорода, при интерстициальном отеке, внутриклеточной гипергидратации и других патологических изменениях межклеточной среды.
Циркуляторная гипоксия может носить локальный характер при недостаточном притоке крови к отдельному органу или участку ткани или затруднении оттока крови при ишемии, венозной гиперемии.
Отдельные гемодинамические показатели в разных случаях циркуляторной гипоксии могут варьировать в широких пределах. Для газового состава крови в типичных случаях характерно нормальное напряжение и содержание кислорода в артериальной крови, снижение этих показателей в смешанной венозной крови и соответственно высокая артериовенозная разница по кислороду. Исключением могут стать случаи распространенного прекапиллярного шунтирования, когда значительная часть крови переходит из артериальной системы в венозную, минуя обменные микрососуды, в результате чего в венозной крови остается больше кислорода, и степень венозной гипоксемии не отражает реальную тяжесть гипоксии лишенных капиллярного кровотока органов и тканей.
Следовательно, для оценки генерализованной циркуляторной гипоксии такой интегральный показатель, как Р аО2 (при условии нормальных значений P аО2 , S аО2 и V аО2), должен использоваться с учетом возможных искажений его значения для реально существующей в организме ситуации.
Кровяной (гемический) тип гипоксии.
Данное состояние возникает в результате уменьшения эффективной кислородной емкости крови вследствие недостаточного содержания гемоглобина при анемиях (Гемический тип гипоксии иногда называют «анемическим», что неправильно. Анемическая гипоксия является лишь одной из многочисленных форм гемической гипоксии.), гидремии и при нарушении способности гемоглобина связывать, транспортировать и отдавать тканям кислород.
Выраженные анемии могут быть обусловлены подавлением костномозгового кроветворения в результате его истощения, повреждения токсическими факторами, ионизирующей радиацией, лейкозным процессом и метастазами опухолей, а также при дефиците компонентов, необходимых для нормального эритролоэза и синтеза гемоглобина (железа, витаминов, эритропоэтина и др.), и при усиленном гемолизе эритроцитов.
Кислородная емкость крови понижается при гемодилюции различного происхождения, например во второй стадии постгеморрагического периода, при вливании значительных объемов физиологического раствора, различных кровезаменителей.
Нарушения кислородтранспортных свойств крови могут развиваться при качественных изменениях гемоглобина.
Наиболее часто такая форма гемической гипоксии наблюдается при отравлении оксидом углерода (угарным газом), приводящем к образованию карбоксигемоглобина (НЬСО - комплекс ярко-красного цвета); метгемоглобинообразователями, при некоторых врожденных аномалиях гемоглобина, а также при нарушениях физико-химических свойств внутренней среды организма, влияющих на процессы его оксигенации в капиллярах легких и дезоксигенации в тканях.
Оксид углерода обладает чрезвычайно высоким сродством к гемоглобину, почти в 300 раз превосходя сродство к нему кислорода и образуя лишенный способности транспортировать и отдавать кислород карбоксигемоглобин,
Интоксикация оксидом углерода возможна в различных производственных условиях: металлургических цехах, на коксохимических, кирпичных и цементных заводах, различных химических производствах, а также в гаражах, на городских магистралях с интенсивным автотранспортным движением, особенно при значительном скоплении автотранспорта в безветренную погоду и т.п. Случаи отравления оксидом углерода нередки в жилых помещениях при неисправности газовых приборов или печного отопления, а также при пожарах. Даже при относительно небольших концентрациях оксида углерода в воздухе тяжелая гипоксия может наступить через несколько минут; при длительном вдыхании опасны даже минимальные концентрации оксида углерода. Так, при содержании примерно 0,005 % оксида углерода в воздухе до 30 % гемоглобина превращается в НbСО; при концентрации 0,01 % образуется около 70 % НbСО, что является смертельным. При устранении СО из вдыхаемого воздуха происходит медленная диссоциация НbСО и восстановление нормального гемоглобина.
Метгемоглобии - MtHb (окрашенный в темно-коричневый цвет) - отличается от нормального Нb тем, что железо гема в нем находится не в виде Fe 2+ , а окислено до Fe 3+ Таким образом, MtHb представляет собой «истинно» окисленную форму Нb, причем к дополнительной валентности железа в качестве лиганда обычно присоединяется ион гидроксила (ОН»). Вылолнять транспорт кислорода MtHb не способен. Небольшие «физиологические» количества метгемоглобина постоянно образуются в организме под воздействием активных форм кислорода; патологическая метгемоглобинемия возникает при воздействии большой группы веществ - так называемых метгемоглобинообразователей. К ним относятся нитраты и нитриты, оксиды азота, производные анилина, бензола, некоторые токсины инфекционного происхождения, лекарственные вещества (фенозепам, амидопирин, сульфаниламиды) и др. Значительные количества MtHb могут образоваться при накоплении в организме энлогенных пероксидов и других активных радикалов). При этом важно, что в каждом из четырех гемов молекулы гемоглобина атом железа окисляется практически независимо от других гемов той же молекулы. Возникающие в результате частично «искаженные» молекулы лишены нормального «гем-гем» взаимодействия, определяющего оптимальную способность гемоглобина связывать кислород в легких и отдавать его в тканях по закону S-образной кривой диссоциации оксигемоглобина. В связи с этим превращение, например, 40% НЬ в MtHb приводит к ухудшению снабжения организма кислородом в гораздо большей степени, чем, например, дефицит 40% гемоглобина при анемиях, гемодилюции и т.п.
Процесс образования MtHb носит обратимый характер, однако его восстановление в нормальный гемоглобин происходит относительно медленно в течение многих часов.
Кроме НbСО и MtHb при различных интоксикациях возможно образование и других соединений Нb, которые плохо переносят О 2: нитрокси-Нb , карбиламин-Hb и др.
Ухудшение транспортных свойств гемоглобина может быть обусловлено наследственными дефектами строения его молекулы. Такие патологические формы Нb могут обладать как пониженным, так и значительно повышенным сродством к O 2 , что сопровождается затруднением присоединения 0 2 в легких или его отдачи в тканях.
Неблагоприятное влияние на условия оксигенации и дезоксигенации НЬ могут оказывать некоторые сдвиги физико-химических свойств среды: pH, Р СОз, концентрации электролитов и др. Смещение кривой насыщения Нb может также возникать при гипероксии в результате повреждения системы гликолиза в эритроцитах и изменения содержания в них 2,3-дифосфоглицерата. Значительное ухудшение переноса и отдачи кровью 0 2 наступает также при изменениях физических свойств эритроцитов, их значительной агрегации и сладже.
Для гемической гипоксии характерно сочетание нормального напряжения кислорода в артериальной крови с пониженным его объемным содержанием. Напряжение и содержание О 2 в венозной крови понижены.
Тканевый (или первично-тканевый) тип гипоксии.
Развивается тканевый тип гипоксии вследствие нарушения способности клеток поглощать кислород (при нормальной его доставке в клетки) или в связи с уменьшением эффективности биологического окисления в результате разобщения окисления и фосфорилирования.
Утилизация О 2 тканями может затрудняться в результате действия различных ингибиторов ферментов биологического окисления, неблагоприятных изменений физико-химических условий их действия, нарушения синтеза ферментов и дезинтеграции биологических мембран клетки.
Ингибирование ферментов может происходить тремя основными путями:
- специфическое связывание активных центров фермента, например, весьма активное связывание трехвалентного железа окисленной формы геминфермента ионом CN — при отравлении цианидами, подавление активных центров дыхательных ферментов ионом сульфида, некоторыми антибиотиками и др.;
- связывание функциональных групп белковой части молекулы фермента (ионы тяжелых металлов, алкилирующие агенты);
- конкурентное торможение путем блокады активного центра ферментов «псевдосубстрагами», например, ингибирование сукцинатдегидрогеназы малоновой и другими дикар-боновыми кислотами.
Отклонения физико-химических параметров внутренней среды организма : pH, температуры, концентрации электролитов, возникающие при разнообразных заболеваниях и патологических процессах, также могут существенно снижать активность ферментов биологического окисления.
Нарушение синтеза ферментов может возникать при дефиците специфических компонентов, необходимых для их образования: витаминов В 1 (тиамина), В 3 (РР, никотиновой кислоты) и других, а также при кахексии различного происхождения и других патологических состояниях, сопровождающихся грубыми нарушениями белкового обмена.
Дезинтеграция биологических мембран является одним из важнейших факторов, приводящих к нарушению утилизации О 2 . Такая дезинтеграция может быть обусловлена многочисленными патогенными воздействиями, вызывающими повреждения клетки: высокой и низкой температурой, экзогенными ядами и эндогенными продуктами нарушенного метаболизма, инфекционно-токсическими агентами, проникающей радиацией, свободными радикалами и др. Нередко повреждение мембран возникает как осложнение гипоксии респираторного, циркуляторного или гемического типа. Практически любое тяжелое состояние организма содержит элемент тканевой гипоксии такого рода.
Гипоксия разобщения представляет собой своеобразный вариант гипоксии тканевого типа, возникающий при резко выраженном уменьшении сопряженности окисления и фосфорилирования вдыхательной цепи. Потребление тканями 0 2 при этом обычно возрастает, однако значительное увеличение доли энергии, рассеиваемой в виде избыточно образующегося тепла приводит к энергетическому обесцениванию тканевого дыхания и его относительной недостаточности. Разобщающими свойствами обладают многие вещества экзо- и эндогенного происхождения: избыток ионов Н 4 и Са 24 , свободных жирных кислот, адреналина, тироксина и трийодтиронина, а также некоторые лекарственные вещества (дикумарин, грамицидин и др.). микробные токсины и другие агенты.
Инволюционная гипоксия , возникающая при старении организма, по своим механизмам также в значительной степени связана с процессами, приводящими к нарушению эффективной утилизации клетками кислорода. К таким процессам относятся: разрушение мембран митохондрий и разрыв цепи переноса электронов; увеличение внутриклеточного фонда свободных жирных кислот; перекрестное связывание макромолекул и их иммобилизация и ряд других процессов.
Газовый состав крови в типичных случаях тканевой гипоксии характеризуется нормальными параметрами клслорода в артериальной крови , значительным их повышением в венозной крови и соответственно уменьшением артериовенозной разницы по кислороду (при гипоксии разобщения могут складываться другие соотношения).
Перегрузочный тик гипоксии («гипоксия нагрузки»).
Такой тип гипоксии возникает при чрезмерно напряженной деятельности какого-либо органа или ткани, когда функциональные резервы систем транспорта и утилизации кислорода и субстратов даже без наличия в них патологических изменений оказываются недостаточными для обеспечения резко увеличенной потребности. Практическое значение эта форма гипоксии имеет в основном применительно к тяжелым нагрузкам на мышечные органы — скелетную мускулатуру и миокард.
При чрезмерной нагрузке на сердце возникают относительная коронарная недостаточность, циркуляторная гипоксия сердца и вторичная общая циркуляторная гипоксия. При чрезмерной мышечной работе наряду с гипоксией самой скелетной мускулатуры возникают конкурентные отношения в распределении кровотока, приводящие к ишемии других тканей и развитою распространенной циркуляторной гипоксии. Для гипоксии нагрузки характерны значительная кислородная «задолженность», венозная гипоксемия и гиперкапния.
Субстратный тип гипоксии.
В абсолютном большинстве случаев гипоксия связана с недостаточным транспортом или нарушением утилизации О 2 . В нормальных условиях запас субстратов биологического окисления в организме достаточно велик и немного превосходит резервы О 2 . Однако в некоторых случаях при нормальной доставке О 2 , нормальном состоянии мембран и ферментных систем возникает первичный дефицит субстратов, приводящий к нарушению работы всех взаимосвязанных звеньев биологического окисления. Почти в большинстве случаев такая гипоксия связана с дефицитом в клетках глюкозы. Так. прекращение поступления глюкозы в головной мозг уже через 5 - 8 мин (т.е. примерно через такой же срок, как после прекращения доставки О 2) ведет к гибели наиболее чувствительных нервных клеток. Углеводное голодание инсулинзависимых тканей возникает при некоторых формах сахарного диабета и других расстройствах углеводного обмена. Подобная форма гипоксии может развиться и при дефиците некоторых других субстратов (например, жирных кислот в миокарде, при общем тяжелом голодании и др.). Потребление кислорода при данной форме гипоксии в результате недостатка субстратов окисления также обычно снижено.
Смешанный тип гипоксии.
Этот тип гипоксии наблюдается наиболее часто и представляет собой сочетание двух и более основных ее типов.
В некоторых случаях гипоксический фактор сам по себе отрицательно влияет на несколько звеньев транспорта и утилизации О 2 (например, барбитураты подавляют окислительные процессы в клетках и одновременно угнетают дыхательный центр, вызывая легочную гиповентиляцию; нитриты наряду с образованием метгемоглоби-на могут выступать в качестве разобщающих агентов и т.п.). Аналогичные состояния возникают при одновременном действии на организм нескольких различных по точкам приложения гипоксических факторов.
Еще один часто встречающийся механизм смешанных форм гипоксии связан с тем, что первично возникающая гипоксия любого типа, достигнув определенной степени, вызывает нарушения других органов и систем, участвующих в обеспечении биологического окисления.
Во всех подобных случаях возникают гипоксические состояния смешанного типа: кровяного и тканевого, тканевого и дыхательного и т.д. Примерами могут служить травматический и другие виды шока, коматозные состояния различного происхождения и др.
Характеристика гипоксических состояний по различным критериям
По критерию распространенности принято различать местную и общую гипоксии.
Местная гипоксия чаще всего связана с локальными нарушениями кровоснабжения в виде ишемии, венозной гиперемии и локального стаза, т.е. относится к циркуляторному типу. В некоторых случаях может возникать местное нарушение утилизации кислорода и субстратов в результате локального повреждения клеточных мембран и подавления активности ферментов, вызванного каким-либо патологическим процессом (например воспалением). Другие участки аналогичной ткани гипоксию при этом не испытывают. Однако в таком случае обычно в области повреждения в той или иной степени страдает также сосудистая система и, следовательно, наблюдается смешанная форма гипоксии: тканевая и циркуляторная.
Общая гипоксия является более сложным понятием. Из названия вытекает, что данная форма гипоксии не имеет точных геометрических границ и носит распространенный характер.
Однако известно, что устойчивость различных органов и тканей к гипоксии неодинакова и достаточно сильно колеблется. Некоторые ткани (например, кости, хрящи, сухожилия) относительно малочувствительны к гипоксии и могут сохранять нормальную структуру и жизнеспособность в течение многих часов при полном прекращении снабжения кислородом; поперечнополосатые мышцы выдерживают аналогичную ситуацию около 2 ч; сердечная мышца 20 - 30 мин; почки, печень примерно столько же. Наиболее чувствительна к гипоксии нервная система. Различные ее отделы также отличаются неодинаковой чувствительностью к гипоксии, которая убывает в ряду: кора больших полушарий, мозжечок, зрительный бугор, гиппокамп, продолговатый мозг, спинной мозг, ганглии вегетативной нервной системы. При полном прекращении снабжения кислородом признаки повреждения в коре мозга обнаруживаются через 2,5-3 мин, в продолговатом мозге через 10-15 мин, в ганглиях симпатической нервной системы и нейронах кишечных сплетений более чем через 1 ч. При этом чем выше функциональная активность нервных структур, тем они более чувствительны к гипоксии. Так, отделы головного мозга, находящиеся в возбужденном состоянии, страдают в большей степени, чем неактивные.
Таким образом, строго говоря, при жизни организма действительно обшей гипоксии быть не может. В абсолютном большинстве случаев при любой ее тяжести различные органы и ткани находятся в разном состоянии, и некоторые из них гипоксии не испытывают. Однако учитывая исключительную важность мозга для жизнедеятельности организма, его весьма высокую потребность в кислороде (до 20% всего потребления О 2) и особенно выраженную ранимость при гипоксии, общее кислородное голодание организма часто отождествляют именно с гипоксией головного мозга.
По скорости развития, продолжительности и степени тяжести гипоксии точных объективных критериев для ее разграничения пока не существует. Однако в повседневной клинической практике обычно различают следующие ее виды: молниеносная гипоксия , развивающаяся до тяжелой или даже смертельной степени за секунды или немногие десятки секунд; острая гипоксия - в течение нескольких минут или десятков минут; подострая гипоксия - в течение нескольких часов или десятков часов; хроническая гипоксия развивается и продолжается неделями, месяцами и годами.
По тяжести градацию гипоксических состояний проводят по отдельным клиническим или лабораторным признакам, характеризующим нарушения той или иной физиологической системы или сдвиги параметров внутренней среды.
Защитно-приспособительные реакции при гипоксии
Экстренная адаптация.
Приспособительные реакции, направленные на предупреждение или устранение гипоксии и сохранение гомеостаза, возникают немедленно после начала воздействия этиологического фактора или вскоре после него. Эти реакции осуществляются на всех уровнях организма - от молекулярного до поведенческого и тесно связаны друг с другом.
Под влиянием гипоксического фактора у человека формируются специфические поведенческие акты различной сложности, направленные на выход из гипоксического состояния (например, выход из замкнутого пространства с малым содержанием кислорода, использование кислородных приборов, лекарств, ограничение физической активности, обращение за помощью и т. п.). В более простой форме подобные реакции наблюдаются и у животных.
Первостепенное значение в непосредственной экстренной адаптации организма к гипоксии имеет активация систем транспорта кислорода.
Система внешнего дыхания реагирует увеличением альвеолярной вентиляции за счет углубления и учащения дыхательных экскурсий и мобилизации резервных альвеол с одновременным адекватным увеличением легочного кровотока. В результате минутный объем вентиляции и перфузии может увеличиваться в 10-15 раз по сравнению со спокойным нормальным состоянием.
Реакции гемодинамической системы выражаются тахикардией, увеличением ударного и минутного объемов сердца, увеличением массы циркулирующей крови за счет опорожнения кровяных депо, а также перераспределением кровотока, направленным на преимущественное кровоснабжение мозга, сердца и усиленно работающих дыхательных мышц. Существенное значение имеют и регионарные сосудистые реакции, возникающие в результате непосредственного сосудорасширяющего действия продуктов распада АТФ (АДФ, АМФ, аденозина), которые закономерно накапливаются в испытывающих гипоксию тканях.
Приспособительные реакции системы крови прежде всего определяются свойствами гемоглобина, находящими выражение в S-образной кривой взаимоперехода его окси- и дезоксиформ в зависимости от Р O2 в плазме крови и тканевой среде, pH, Р CO2 и некоторых других физико-химических факторов. Это обеспечивает достаточное насыщение крови кислородом в легких даже при значительном его дефиците и более полное отщепление кислорода в испытывающих гипоксию тканях. Резервы кислорода в крови достаточно велики (в норме в венозной крови содержится до 60% оксигемоглобина), и кровь, проходя по капиллярам тканей, может отдать дополнительно значительные количества кислорода при умеренном уменьшении его фракции, растворенной в тканевой жидкости. Существенное значение может иметь также повышение кислородной емкости крови за счет усиленного вымывания эритроцитов из костного мозга.
Приспособительные механизмы на уровне систем утилизации кислорода проявляются в ограничении функциональной активности органов и тканей, непосредственно не участвующих в обеспечении биологического окисления, и тем самым повышается их устойчивость к гипоксии, а также увеличивается сопряженность окисления и фосфорилирования, усиливается анаэробный синтез АТФ за счет активации гликолиза.
Важное значение для метаболического обеспечения приспособительных реакций имеет возникающая при гипоксии общая неспецифическая реакция напряжения - «стресс». Активизация симпатико-адреналовой системы и коры надпочечников способствует мобилизации энергетических субстратов - глюкозы, жирных кислот, стабилизации мембран лизосом и других биомембран, активации некоторых ферментов дыхательной цепи и другим метаболическим эффектам приспособительного характера. Следует, однако, иметь в виду двойственность некоторых компонентов стресс-реакции. В частности, значительный избыток катехоламинов может увеличить потребность тканей в кислороде, усилить перекисное окисление липидов, вызвать дополнительное повреждение биомембран и т.д. В связи с этим приспособительная стресс-реакция при гипоксии может фактически иметь прямо противоположный результат (как это вообще нередко имеет место в патологии).
Долговременная адаптация.
Повторяющаяся гипоксия умеренной интенсивности способствует формированию состояния долговременной адаптации организма к гипоксии, в основе которой лежит повышение возможностей и оптимизация функций систем транспорта и утилизации кислорода.
Состояние долговременной адаптации к гипоксии характеризуется рядом метаболических, морфологических и функциональных особенностей.
Обмен веществ.
В адаптированном организме снижены основной обмен и потребность организма в кислороде за счет более экономного и эффективного его использования в тканях. Это может быть обусловлено увеличением числа митохондрий и их крист, повышением активности некоторых ферментов биологического окисления, возрастанием мощности и мобилизуем ости анаэробного синтеза АТФ. Повышенная активность — зависимой и Са 2+ -зависимой АТФазы способствует более полной утилизации АТФ. В органах, участвующих в адаптивных реакциях, происходит избирательная активизация синтеза нуклеиновых кислот и белков.
Дыхательная система.
Увеличивается емкость грудной клетки и мощность дыхательной мускулатуры, в легких возрастает число альвеол и общая дыхательная поверхность, увеличивается также число капилляров, возрастает диффузионная способность альвеолокапиллярных мембран. Более совершенной становится корреляция между легочной вентиляцией и перфузией.
Сердечно-сосудистая система.
Обычно развивается умеренная гипертрофия миокарда, сопровождающаяся увеличением числа функционирующих капилляров на единицу массы миокарда, В кардиомиоцитах увеличивается количество митохондрий и содержание белков, обеспечивающих транспорт субстратов; возрастает содержание миоглобина.
Система крови.
В адаптированном организме происходит стойкое усиление эритропоэза: содержание эритроцитов в периферической крови может возрастать до 6 -7 млн в 1 мкл, а содержание гемоглобина до 170-180 г/л и более. Соответственно увеличивается и кислородная емкость крови. Стимуляция эритропоэза и синтеза гемоглобина обусловлена усиленной выработкой в почках эритропоэтина под влиянием гипоксического сигнала, а на более поздних стадиях, возможно. и возрастанием чувствительности костномозгового кроветворения к действию эритропоэтина.
Нервная и эндокринная системы.
У адаптированных к гипоксии животных и человека наблюдается повышенная устойчивость нейронов высших отделов мозга и их связей к дефициту кислорода и энергии, а также гипертрофия ганглионарных нейронов вегетативной нервной системы и увеличение плотности их окончаний в сердце и некоторых других органах, более мощная и устойчивая к гипоксии система синтеза медиаторов. В научной литературе имеются данные об увеличении числа рецепторов на клеточных мембранах и соответственно повышении чувствительности к медиаторам. В результате указанных приспособительных механизмов обеспечивается лучшая и более экономная регуляция органов и ее устойчивость даже при тяжелой гипоксии.
Аналогичная по характеру перестройка происходит в эндокринной регуляции, в частности в гипофизарно-надпочечниковой системе.
Нарушения в организме при гипоксии
Характер, последовательность и выраженность метаболических, функциональных и структурных нарушений при гипоксии зависят от ее типа, этиологического фактора, скорости развития, степени, продолжительности, свойств организма. Вместе с тем гипоксии свойственна определенная совокупность наиболее существенных признаков, закономерно возникающих при самых различных ее вариантах. Далее будут рассмотрены наиболее общие типичные для гипоксии нарушения.
Нарушения метаболизма.
Наиболее ранние изменения возникают в сфере энергетического и тесно связанного с ним углеводного обмена. Они выражаются в уменьшении содержания в клетках АТФ при одновременном увеличении концентрации продуктов его распада - АДФ, АМФ, Ф н.
В некоторых тканях (особенно в головном мозге) еще более ранним признаком гипоксии является уменьшение содержания креатинфосфата. Так, после полного прекращения кровоснабжения мозговая ткань уже через несколько секунд теряет около 70 % креатинфосфата, а через 40-45 с он практически полностью исчезает; несколько медленнее, но также в очень короткие сроки снижается содержание АТФ. Возникающая вследствие указанных сдвигов активизация гликолиза приводит к падению содержания гликогена и увеличению концентрации пирувата и лактата. Последнему процессу способствует также замедленное включение пирувата и лактата в дальнейшие превращения в дыхательной цепи и затруднение ресинтеза гликогена, идущего с потреблением АТФ. Избыток молочной и пировиноградной кислот приводит к метаболическому ацидозу.
Замедляется биосинтез нуклеиновых кислот и белков наряду с усилением их распада, возникает отрицательный азотистый баланс, в тканях возрастает содержание аммиака.
При гипоксии угнетается ресинтез жиров и усиливается их распад, в результате развивается гиперкетонемия, способствующая усугублению ацидоза; с мочой выделяются ацетон, ацетоуксусная и β-оксимасляная кислоты.
Нарушается обмен электролитов и в первую очередь процессы активного перемещения и распределения ионов на биологических мембранах; возрастает, в частности, количество внеклеточного калия. Нарушаются процессы синтеза и ферментативного разрушения нейромедиаторов, их взаимодействие с рецепторами и ряд других энергозависимых метаболических процессов.
Возникают также вторичные нарушения обмена веществ, связанные с ацидозом, электролитными, гормональными и другими сдвигами, свойственными гипоксии. При дальнейшем ее углублении угнетается и гликолиз, усиливаются процессы деструкции и распада макромолекул, биологических мембран, клеточных органелл и клеток. Большое значение в повреждении мембран и повышении их пассивной проницаемости имеет свободнорадикальное окисление липидных компонентов, по-видимому, возникающее при гипоксии любого происхождения. Количество свободных радикалов при этом может возрастать примерно на 50%.
В основе усиления свободнорадикальных процессов при гипоксии лежит ряд механизмов: увеличение содержания субстрата перекисного окист ления липидов - неэтерифицированных жирных кислот, накопление в результате стрессорной реакции катехоламинов, обладающих прооксидантным действием, нарушение утилизации кислорода в процессе ферментативного окисления и др. Важное значение имеет одновременное снижение активности некоторых естественных антиоксидантов, в частности супероксиддисмутазы и глютатионпероксидазы.
Большинство метаболических и структурных нарушений до определенного предела носит обратимый характер. Однако при переходе за точку обратимости после прекращения действия гипоксического фактора происходит не обратное развитие, а прогрессирование тесно связанных друг с другом метаболических и мембранно-клеточных нарушений, вплоть до некроза клеток и их аутолиза.
Нарушения нервной системы.
Раньше всего страдает высшая нервная деятельность. Субъективно уже на ранних стадиях гипоксии возникают ощущения дискомфорта, вялость, тяжесть в голове, шум в ушах, головная боль. В некоторых случаях субъективные ощущения начинаются эйфорией, напоминающей алкогольное опьянение и сопровождающейся снижением способности адекватно оценивать окружающую обстановку и потерей самокритики. Возникают затруднения в осуществлении сложных логических операций, в принятии правильных решений. В дальнейшем прогрессивно нарушается способность выполнять все более простые задания вплоть до самых элементарных. По мере дальнейшего углубления гипоксии обычно нарастают тягостные ощущения, притупляется болевая чувствительность, возникают нарушения вегетативных функций.
Ранним признаком гипоксии является расстройство двигательных актов, требующих точной координации, в частности изменения почерка. В связи с этим так называемая писчая проба нередко используется при исследовании гипоксических состояний, например, в авиационной медицине. В заключительной стадии гипоксии сознание утрачено, возникает полная адинамия, которой нередко предшествуют судороги, развиваются грубые расстройства бульбарных функций и наступает смерть от прекращения сердечной деятельности и дыхания.
Современная реаниматология позволяет восстановить жизнедеятельность организма после 5 - 6 мин и более клинической смерти; однако высшие функции мозга могут при этом необратимо нарушаться, что определяет в таких случаях социальную неполноценность личности и накладывает определенные деонтологические ограничения на целесообразность реанимационных мероприятий.
Нарушения дыхания.
В типичных случаях острой нарастающей гипоксии наблюдаются несколько последовательных стадий изменения внешнего дыхания:
- стадия активации , выражающаяся в увеличении глубины и частоты дыхательных движений;
- диспноэтическая стадия , проявляющаяся нарушениями ритма и неравномерностью амплитуд дыхательных экскурсий; нередко в этой стадии наблюдаются так называемые патологические типы дыхания;
- терминальная пауза в виде временной остановки дыхания;
- терминальное (агональное) дыхание;
- полное прекращение дыхания.
Нарушения сердечно-сосудистой системы вначале обычно выражаются в тахикардии, нарастающей параллельно с ослаблением сократительной деятельности сердца и уменьшением ударного объема вплоть до так называемого нитевидного пульса. В других случаях тахикардия сменяется резкой брадикардией («вагус-пульс»), сопровождающейся побледнением лица, похолоданием конечностей, холодным потом и обморочным состоянием. Часто наблюдаются изменения ЭКГ и развиваются расстройства сердечного ритма вплоть до фибрилляции предсердий и желудочков. Артериальное давление вначале имеет тенденцию к повышению, а затем прогрессивно снижается в результате падения сердечного выброса и тонуса сосудистых стенок, вплоть до развития коллапса.
Большое значение имеют также расстройства микроциркуляции, связанные с гипоксической альтерацией мельчайших сосудов, изменениями периваскулярных пространств и ухудшением реологических свойств крови.
Функция почек претерпевает при гипоксии сложные и неоднозначные изменения - от полиурии до полного прекращения образования мочи. Изменяется и качественный состав мочи. Эти изменения связаны с нарушением общей и локальной гемодинамики, гормональными влияниями на почки, сдвигами кислотно-основного и электролитного баланса и другими метаболическими расстройствами. При значительной гипоксической альтерации почек развивается недостаточность их функции вплоть до уремии.
Нарушения в системе пищеварения характеризуются потерей аппетита, ослаблением секреторной функции всех пищеварительных желез и моторной функции пищеварительного тракта.
Приведенные выше расстройства физиологических функций характерны в основном для остро- и подостро-развивающихся форм гипоксии. При так называемой молниеносной гипоксии, наступающей, например, при вдыхании различных газов (азот, метан, гелий), при полном отсутствии кислорода, вдыхании высоких концентраций синильной кислоты, фибрилляции или остановке сердца, большая часть описанных изменений отсутствует, очень быстро происходит потеря сознания и прекращение жизненно важных функций организма.
Гипоксия может оказывать влияние на состояние иммунной системы. Умеренная по выраженности и длительности гипоксия практически не изменяет процесса иммуногенеза или несколько активизирует его.
Так, устойчивость к инфекции при невысоких степенях разрежения воздуха может даже возрастать.
Острая и тяжелая гипоксия подавляет иммунную реактивность организма. При этом снижается содержание иммуноглобулинов, тормозится выработка антител и способность лимфоцитов трансформироваться в бластные формы, ослабляется функциональная активность Т-лимфоцитов, фагоцитарная активность нейтрофилов и макрофагов. Снижается также ряд показателей неспецифической резистентности: лизоцима, комплемента, β-лизинов. В итоге резистентность ко многим инфекционным агентам ослабевает.
Снижение иммунитета к чужеродным антигенам в условиях гипоксии может сопровождаться активизацией образования аутоантител в отношении различных органов и тканей, подвергшихся гипоксической альтерации. Возможно также нарушение барьеров, обеспечивающих в норме естественную иммунную толерантность с последующим поражением соответствующих органов и тканей (семенников, щитовидной железы и др.).
Некоторые принципы профилактики и терапии гипоксических состояний
Профилактика и лечение гипоксии зависят от вызвавшей ее причины и должны быть направлены на ее устранение или ослабление. В качестве общих мер применяют вспомогательное или искусственное дыхание, кислород под нормальным или повышенным давлением, электроимпульсную терапию нарушений сердечной деятельности, переливание крови, фармакологические средства. В последнее время получают распространение так называемые антиоксиданты - средства, направленные на подавление свободно-радикального окисления мембранных липидов, играющего существенную роль в гипоксическом повреждении тканей, и антигипоксанты, оказывающие непосредственное благоприятное действие на процессы биологического окисления.
Устойчивость к гипоксии может быть повышена специальными тренировками для работы в условиях высокогорья, в замкнутых помещениях и других специальных условиях.
В настоящее время получены данные о перспективности использования для профилактики и терапии различных заболеваний, содержащих гипоксический компонент, тренировку дозированной гипоксией по определенным схемам и выработку долговременной адаптации к ней.
Контрольные вопросы
- Что такое гипоксия?
- Как классифицируют гипоксии по причине и механизму развития, скорости развития, распространенности?
- Назовите причины развития экзогенных гипоксии.
- Каковы причины развития гемической гипоксии?
- Перечислите причины дыхательной гипоксии.
- Какие причины вызывают циркуляторную гипоксию?
- Назовите причины цитотоксической гипоксии.
- Какие срочные механизмы компенсации гипоксии вам известны?
- Какие долговременные механизмы компенсации гипоксии вы знаете?