1. Дыхательная недостаточность, ее формы и причины.
2. Формы нарушения альвеолярной вентиляции. Гиповентиляция: причины возникновения и влияние на газовый состав крови.
3. Альвеолярная гипервентиляция, неравномерная альвеолярная вентиляция. Причины возникновения и влияние на газовый состав крови.
4. Возникновение дыхательной недостаточности при нарушениях легочной микроциркуляции и вентиляционно-перфузионных отношений.
5. Возникновение дыхательной недостаточности при изменении газового состава вдыхаемого воздуха и диффузионной способности альвеолярно-капиллярного барьера.
6. Влияние нарушений метаболической функции легких на гемодинамику и систему гемостаза. Причины и механизмы возникновения респираторного дистресс-синдрома.
7. Роль нарушений сурфактантной системы в патологии легких.
8. Одышка, ее причины и механизмы.
9. Патогенез изменений внешнего дыхания при нарушении проходимости верхних отделов дыхательных путей.
10. Патогенез изменений внешнего дыхания при нарушении проходимости нижних отделов дыхательных путей и эмфиземе легких.
11. Патогенез изменений внешнего дыхания при пневмониях, отеке легких и поражениях плевры.
12. Патогенез изменений внешнего дыхания при право- и левожелудочковой сердечной недостаточности.
13. Гипоксия: классификация, причины возникновения и характеристика. Асфиксия, причины, стадии развития (лекция, уч. А. Д. Адо 1994г., 354-357; уч. В.В. Новицкого, 2001 г., с. 528-533).
14. Влияние на организм повышения и понижения барометрического давления. Патологическое дыхание (уч. А. Д. Адо 1994 г., с.31-32, с.349-350; уч. В.В. Новицкого, 2001 г., с.46-48, с.522-524).
15. Приспособительные механизмы при гипоксии (срочные и долговременные). Повреждающее действие гипоксии (уч. А. Д. Адо 1994г., стр. 357-361; уч. В.В. Новицкого, 2001 г., с.533-537).
3.3. Патофизиология системы крови (метод. пособие "Патофизиология кроветворной системы).
1. Изменения общего объема крови. Кровопотеря (уч.Адо, 1994г, с.268-272; уч. В.В. Новицкого, 2001 г., с. 404-407).
2. Регуляция гемопоэза и причины ее нарушения.
3. Определение понятия "анемия". Признаки изменений эритропоэза и характеристики анемий.
4. Патогенетическая классификация анемий.
5. Причины уменьшения образования эритроцитов и характеристика анемий, возникающих в результате этого.
6. Причины нарушения дифференцировки эритроцитов и характеристика анемий, возникающих в результате этого.
7. Причины уменьшения синтеза гемоглобина и характеристика анемий, возникающих в результате этого.
8. Гемолитические анемии. Их причины и характеристика.
9. Патогенез острой постгеморрагической анемии и ее характеристика.
10. Патогенез лейкоцитозов и лейкопений, их виды. Лейкемоидные реакции.
11. Понятие о гемобластозах. Лейкозы, их классификация и изменения периферической крови, характерные для них.
12. Эритроцитозы и эритремии.
13. Лучевая болезнь: этиология, патогенез, формы, периоды, изменения крови (уч. А. Д. Адо, 1994 г. с.39-44; уч. В.В. Новицкого, 2001 г., с. 54-60 раздел 2.8)
Цель занятия: изучить проявления и механизм развития различных типов гипоксии.
Цель обучения: Студент должен:
Усвоить понятия гипоксии, привести классификацию гипоксических состояний;
Знать причины и механизм возникновения отдельных видов гипоксии;
Охарактеризовать механизмы компенсации, экстренной и долгосрочной адаптации организма к гипоксии;
Базисные знания:
Анатомия и физиология органов дыхания;
Роль реактивности организма в развитии патологии;
Биохимические основы биологического окисления;
Основные вопросы
1. Определение гипоксии.
2. Классификация видов гипоксии.
3. Патогенез гипоксии: компенсаторные приспособительные механизмы организма, механизмы адаптации к гипоксии.
4. Патологические нарушения при гипоксии.
Информационный материал
ГИПОКСИЯ - кислородное голодание тканей - это типический патологический процесс, возникающий в результате недостаточного снабжения тканей кислородом или нарушения использования его тканями.
Классификация типов гипоксии
В зависимости от причин, вызывающих гипоксию, принято различать два типа кислородной недостаточности:
I. В результате понижения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе.
II. При патологических процессах в организме.
I. Гипоксия от понижения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе называется гипоксической, или экзогенной, развивается при подъеме на высоту, где атмосфера разрежена, и парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе снижено (например, горная болезнь). В эксперименте гипоксиче-ская гипоксия моделируется при помощи барокамеры, а также с использованием дыхательных смесей, бедных кислородом.
II. Гипоксия при патологических процессах в организме.
1. Дыхательная гипоксия, или респираторная гипоксия, возникает при заболеваниях легких в результате нарушения внешнего дыхания, в частности нарушения легочной вентиляции, кровоснабжения легких или диффузии в них кислорода, при которых страдает оксигинация артериальной крови, при нарушениях функции дыхательного центра - при некоторых отравлениях, инфекционных процессах.
2. Кровяная гипоксия, или гемическая, возникает после острых и хронических кровотечений, анемий, отравлений окисью углерода и нитритами.
Гемическая гипоксия подразделяется на анемическую гипоксию и гипоксию вследствие инактивации гемоглобина.
В патологических условиях возможно образование таких соединений гемоглобина, которые не могут выполнять дыхательную функцию. Таким является карбоксигемоглобин - соединение гемоглобина с окисью углерода (СО), сродство которого к СО в 300 раз выше, чем к кислороду, что обуславливает высокую ядовитость угарного газа; отравление наступает при ничтожных концентрациях СО в воздухе. При отравлении нитритами, анилином образуется метгемоглобин, в котором трехвалентное железо не присоединяет кислород.
3. Циркуляторная гипоксия возникает при заболеваниях сердца и кровеносных сосудов и обусловлена в основном уменьшением минутного объема сердца и замедлением кровотока. При сосудистой недостаточности (шок, коллапс) причиной недостаточности доставки кислорода к тканям является уменьшение массы циркулирующей крови.
В циркуляторной гипоксии можно выделить ишемическую и застойную формы.
Циркуляторная гипоксия может быть вызвана не только абсолютной, но и относительной недостаточностью кровообращения, когда потребность тканей в кислороде превышает его доставку. Такое состояние может возникнуть, например, в сердечной мышце при эмоциональных напряжениях, сопровождающихся выделением адреналина, действие которого хотя и вызывает расширение венечных артерий, но в то же время значительно повышает потребность миокарда в кислороде.
К этому виду гипоксии относится кислородное голодание тканей в результате нарушения микроциркуляции (капиллярный крово- и лимфоток).
4. Тканевая гипоксия возникает при отравлениях некоторыми ядами, при авитаминозах и при некоторых видах гормональной недостаточности и представляет собой нарушения в системе утилизации кислорода. При этом виде ги
поксии страдает биологическое окисление на фоне достаточного снабжения тканей кислородом.
Причинами тканевой гипоксии являются снижение количества или активности дыхательных ферментов, разобщение окисления и фосфорилирования.
Примером тканевой гипоксии является отравление цианидами и монойод-ацетатом. При этом происходит инактивация дыхательных ферментов, в частности, цитохромоксидазы - конечного фермента дыхательной цепи.
В возникновении тканевой гипоксии может иметь значение активация пере-кисного свободнорадикального окисления, при котором органические вещества подвергаются неферментативному окислению молекулярным кислородом. Перекиси липидов вызывают дестабилизацию мембран, в частности, митохондрий и лизосом. Активация свободнорадикального окисления, а, следовательно, и тканевой гипоксии, наблюдается при дефиците его естественных ингибиторов / токоферолов, рутина, убихинона, глутатиона, серотонина, некоторых стероидных гормонов, при действии ионизирующего излучения, при повышении атмосферного давления.
5. Смешанная гипоксия характеризуется одновременным нарушением функций двух или трёх систем органов, обеспечивающих снабжение тканей кислородом. Например, при травматическом шоке одновременно с уменьшением массы циркулирующей крови / циркуляторная гипоксия / дыхание становится частым и поверхностным / дыхательная гипоксия /, вследствие чего нарушается газообмен в альвеолах. Если при шоке наряду с травмой имеется кровопотеря, возникает кровяная гипоксия.
При интоксикациях и отравлениях БОВ возможно одновременное возникновение дыхательной, циркуляторной и тканевой форм гипоксии.
6. Гипоксия нагрузки развивается на фоне достаточного или даже повышенного снабжения тканей кислородом. Однако повышенное функционирование органа и значительно возросшая потребность в кислороде могут привести к неадекватному кислородному снабжению и развитию метаболических нарушений, характерных для истинной кислородной недостаточности. Примером могут служить чрезмерные нагрузки в спорте, интенсивная мышечная работа.
Острая и хроническая гипоксия
1. Острая гипоксия возникает чрезвычайно быстро и может быть вызвана вдыханием таких физиологически инертных газов, как азот, метан и гелий. Экспериментальные животные при дыхании этими газами погибают через 45-90 секунд, если не возобновляется подача кислорода.
При острой гипоксии возникают такие симптомы, как одышка, тахикардия, головные боли, тошнота, рвота, психические расстройства, нарушения координации движений, цианоз, иногда расстройства зрения и слуха. Из всех функциональных систем организма к действию острой гипоксии наиболее чувствительны центральная нервная система, системы дыхания и кровообращения.
2.Хроническая гипоксия возникает при заболеваниях крови, сердечной и дыхательной недостаточности, после длительного нахождения высоко в горах или под влиянием неоднократного пребывания в условиях недостаточного снабжения кислородом.
Симптомы хронической гипоксии в определенной степени напоминают утомление как умственное, так и физическое. Одышка при выполнении физической работы на большой высоте может отмечаться даже у акклиматизированных к высоте людей. Наблюдаются расстройства дыхания и кровообращения, головные боли, раздражительность.
Патогенез
Основным патогенетическим звеном любой формы гипоксии являются нарушения на молекулярном уровне, связанные с процессом энергообразования.
При гипоксии в клетке в результате недостатка кислорода нарушается процесс взаимного окисления - восстановления переносчиков электронов в дыхательной цепи митохондрий. Катализаторы дыхательной цепи не могут служить акцепторами электронов от восстановленных коферментов, так как сами находятся в восстановленном состоянии. В итоге снижается или полностью прекращается перенос электронов в дыхательном процессе, в тканях увеличивается количество восстановленных форм коферментов и значительно возрастает отно-
НАД Н НАДФ Н „
шение-и-. Вслед за этим снижаются процессы окислительно-
го фосфорилирования, энергообразования и аккумуляция энергии в макроэрги-ческих связях АТФ и креатинфосфата.
Снижение интенсивности движения электронов в дыхательной цепи определяется и изменением активности ферментов: цитохромоксидазы, сукцинатдегид-рогеназы, малатдегидрогеназы и др.
Все это, в свою очередь, приводит к закономерным изменениям в гликолити-ческой цепи Эмбдена-Мейергофа-Парнаса, следствием чего является повышение активности альфа-глюканфосфорилазы, гексокиназы, глюкозо-6-фосфатазы, лак-татдегидрогена и др. В результате активирования ферментов гликолиза значительно возрастает скорость распада углеводов, поэтому увеличивается концентрация молочной и пировиноградной кислот в тканях.
Изменения белкового, жирового и углеводного обмена сводится к накоплению в клетках промежуточных продуктов обмена, которые обуславливают развитие метаболического ацидоза.
Вследствие кислородного голодания изменяются возбудимость и проницаемость клеточных мембран, что приводит к нарушению ионного равновесия и освобождению активных ферментов, как из внутриклеточных структур, так и из клеток. Чаще всего этот процесс заканчивается разрушением митохондрий и других структур клетки.
Компенсаторные приспособления при гипоксии
При гипоксии различают компенсаторные приспособления в системах транспорта и утилизации кислорода.
1.Компенсаторные приспособления в системе транспорта.
Увеличение лёгочной вентиляции как одна из компенсаторных реакций при гипоксии происходит в результате рефлекторного возбуждения дыхательного центра импульсами с хеморецепторов сосудистого русла. При гипоксической гипоксии патогенез одышки несколько иной - раздражение хеморецепторов происходит в ответ на снижение в крови парциального давления кислорода. Гипервентиляция является, несомненно, положительной реакцией организма на высоту, но имеет и отрицательное действие, поскольку осложняется выделением углекислоты и снижением содержания ее в крови.
Мобилизация функции системы кровообращения направлена на усиление доставки кислорода тканям (гиперфункция сердца, увеличение скорости кровотока, раскрытие нефункционирующих капиллярных сосудов). Не менее важной характеристикой кровообращения в условиях гипоксии является перераспределение крови в сторону преимущественного кровоснабжения жизненно важных органов и поддержание оптимального кровотока в лёгких, сердце, головном мозге за счет уменьшения кровоснабжения кожи, селезенки, мышц, кишок, которые в данных обстоятельствах играют роль депо крови. Перечисленные изменения кровообращения регулируются рефлекторными и гормональными механизмами. Кроме того, продукты нарушенного обмена (гистамин, адениновые нуклеотиды, молочная кислота), оказывая сосудорасширяющее действие, действуя на тонус сосудов, также являются тканевыми факторами приспособительного перераспределения крови.
Повышение количества эритроцитов и гемоглобина увеличивает кислородную емкость крови. Выброс крови из депо может обеспечить экстренное, но непродолжительное приспособление к гипоксии. При более длительной гипоксии
усиливается эритропоэз в костном мозге. В качестве стимуляторов эритропоэза при гипоксии выступают эритропоэтины почек. Они стимулируют пролиферацию клеток эритробластического ряда костного мозга.
2. Компенсаторные приспособления в системе утилизации кислорода.
Изменения кривой диссоциации оксигемоглобина связаны с повышением способности молекулы гемоглобина присоединять кислород в легких и отдавать его тканям. Сдвиг кривой диссоциации в области верхней инфлексии влево свидетельствует о повышении способности НЬ поглощать кислород при более низком парциальном давлении его во вдыхаемом воздухе. Сдвиг вправо в области нижней инфлексии влево указывает на снижение сродства НЬ к кислороду при низких величинах р02; т.е. в тканях. При этом ткани могут получать больше кислорода из крови.
Механизмы адаптации к гипоксии
В системах, ответственных за транспорт кислорода, развиваются явления гипертрофии и гиперплазии. Увеличивается масса дыхательных мышц, легочных альвеол, миокарда, нейронов дыхательного центра; усиливается кровоснабжение этих органов за счет увеличения количества функционирующих капиллярных сосудов и их гипертрофии /увеличение диаметра и длины/. Гиперплазию костного мозга тоже можно рассматривать как пластическое обеспечение гиперфункции системы крови.
Адаптационные изменения в системе утилизации кислорода:
1) усиление способности тканевых ферментов утилизировать кислород, поддерживать достаточно высокий уровень окислительных процессов и осуществлять вопреки гипоксемии нормальный синтез АТФ;
2) более эффективное использование энергии окислительных процессов (в частности, в ткани головного мозга установлено повышение интенсивности окислительного фосфорилирования за счет большего сопряжения этого процесса с окислением);
3) усиление процессов бескислородного освобождение энергии при помощи гликолиза (последний активизируется продуктами распада АТФ и освобождением ингибирующего влияния АТФ на ключевые ферменты гликолиза).
Патологические нарушения при гипоксии
При недостатке 02 происходит нарушение обмена веществ и накопление продуктов неполного окисления, многие из которых являются токсическими. В печени и мышцах, например, уменьшается количество гликогена, а образующаяся глюкоза не окисляется до конца. Молочная кислота, которая при этом накап
ливается, может изменять кислотно-основное равновесие в сторону ацидоза. Обмен жиров также происходит с накоплением промежуточных продуктов - ацетона, ацетоуксусной и - гидроксимасляной кислот. Накапливаются промежуточные продукты белкового обмена. Увеличивается содержание аммиака, снижается содержание глутамина, нарушается обмен фосфопротеидов и фосфолипидов, устанавливается отрицательный азотистый баланс. Изменения электролитного обмена заключаются в нарушении активного транспорта ионов через биологические мембраны, снижении количества внутриклеточного калия. Нарушается синтез нервных медиаторов.
В тяжелых случаях гипоксии снижается температура тела, что объясняется понижением обмена веществ и нарушением терморегуляции.
В самых неблагоприятных условиях находится нервная система, и это объясняет, почему первыми признаками кислородного голодания являются нарушения нервной деятельности. Еще до появления грозных симптомов кислородного голодания возникает эйфория. Это состояние характеризуется эмоциональным и двигательным возбуждением, ощущением самодовольства и собственной силы, а иногда, наоборот, потерей интереса к окружающему, неадекватностью поведения. Причина этих явлений лежит в нарушении процессов внутреннего торможения. При длительной гипоксии наблюдаются более тяжелые обменные и функциональные нарушения в центральной нервной системе: развивается торможение, нарушается рефлекторная деятельность, расстраивается регуляция дыхания и кровообращения, возможны потеря сознания, судороги.
По чувствительности к кислородному голоданию второе место после нервной системы занимает сердечная мышца. Нарушения возбудимости, проводимости и сократимости миокарда клинически проявляются тахикардией и аритмией. Недостаточность сердца, а также снижение тонуса сосудов в результате нарушения деятельности вазомоторного центра приводят к гипотензии и общему нарушению кровообращения.
Нарушение внешнего дыхания заключается в нарушении легочной вентиляции. Изменение ритма дыхания часто приобретает характер периодического дыхания.
В пищеварительной системе наблюдается угнетение моторики, снижение секреции пищеварительных соков желудка, кишок и поджелудочной железы.
Первоначальная полиурия сменяется нарушением фильтрационной способности почек.
Переносимость гипоксии зависит от многих причин, в том числе от возраста, от уровня развития центральной нервной системы, от температуры окружающей среды.
Переносимость гипоксии можно повысить искусственно. Первый способ заключается в снижении реактивности организма и его потребности в кислороде (наркоз, гипотермия), второй - в тренировке, укреплении и более полном развитии приспособительных реакций в условиях барокамеры или высокогорья.
Тренировка к гипоксии повышает устойчивость организма не только к данному воздействию, но и ко многим другим неблагоприятным факторам, в частности, к физической нагрузке, изменению температуры внешней среды, к инфекции, отравлениям, воздействию ускорения, ионизирующего излучения.
Таким образом, тренировка к гипоксии повышает общую неспецифическую резистентность организма.
ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Г и п о к с и я - типовой патологический процесс, возникающий в результате недостаточного поступления кислорода в организм или неполной его утилизации тканями.
Г и п о к с е м и я - недостаточное содержание кислорода в крови.
Т а х и к а р д и я - учащенное сердцебиение.
У т и л и з а ц и я - использование, усвоение.
Э й ф о р и я - неадекватно поднятое, благодушное настроение.
З а д а н и е 1. Укажите, какие из названных причин могут привести к развитию гипоксической гипоксии (А), гемической (Б), циркуляторной (В), дыхательной (Г), тканевой (Д). Совместите в ответе буквенные индексы (А, Б...) с цифровыми.
Индекс Причины гипоксии
1 Уменьшение доставки кислорода тканям (при заболеваниях сердечной мышцы).
2 Уменьшение активности дыхательных ферментов (например,при отравлении синильной кислотой).
3 Нарушение внешнего дыхания.
4 Уменьшение кислородной емкости крови (например, при отравлении нитритами).
5 Недостаточное содержание кислорода во вдыхаемом воздухе (например, при подъеме в горы).
З а д а н и е 2. Укажите, какое соединение гемоглобина образуется при отравлении нитритом натрия (А). Совместите в ответе буквенный индекс (А) с цифровым.
Индекс Соединение гемоглобина
1 Карбоксигемоглобин.
2 Метгемоглобин.
3 Оксигемоглобин.
4 Карбгемоглобин.
З а д а н и е 3. Определите, какой тип гипоксии развивается при нарушении доставки кислорода к тканям (А). Совместите в ответе буквенный индекс (А) с цифровым.
Индекс Тип гипоксии
З а д а н и е 4. Укажите, какой вид гипоксии характерен для острой кровопотери (А). Совместите в ответе буквенный индекс (А) с цифровым.
Индекс Тип гипоксии
1 Циркуляторная.
2 Гипоксическая.
3 Гемическая (кровяная).
4 Тканевая.
5 Смешанная.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ Задание 1. Изучить особенности течения и исхода гипоксической гипоксии у животных различных видов и классов.
Ход работы: поместите животных (белую крысу, белую мышь и лягушку) в камеру, соединенную с монометром и насосом Комовского. Создайте с помощью насоса в барокамере разреженный воздух под контролем высотометра. Уровень кислорода в камере определите путем вычитания давления по показателям монометра от величины фактического атмосферного давления (112 кПа, или 760 мм рт.ст.) По табл. вычислите высоту над уровнем моря, парциальное давление кислорода (РО2) и его содержание в воздухе (в процентах), которые соответствуют величине давления в барокамере).
Через каждый километр «подъема на высоту» исследуйте у подопытных животных такие показатели как двигательная активность, поза, частота и характер дыхания, окраска кожи и видимых слизистых оболочек, наличие непроизвольного мочеиспускания и дефекации. Сравните течение и исходы гипоксии у различных видов и классов животных, сделайте выводы.
Задание 2. Изучить особенности течения гемической гипоксии. Ход работы: Введите подкожно 1\% раствор азотистого кислого натрия из расчета 0,1 мл на 1г массы тела животного. Поместите белую мышь под стеклянную воронку и наблюдайте изменения за динамикой развития нарушений внешнего дыхания, поведением, окраской кожных покровов и слизистых оболочек по мере увеличения значений кислородного голодания. После гибели животное перенесите в эмалированный лоток и вскройте. Объясните изменение окраски крови, кожных покровов, внутренних органов, серозных оболочек. Сделайте вывод.
Выяснение исходного уровня знаний
З а д а н и е 1. Укажите, какие из перечисленных механизмов адаптации при гипоксии относятся к аварийным (А) и долговременным (Б). Совместите в ответе буквенные индексы с цифровыми.
Индекс Механизм адаптации
1 Мобилизация функции органов кровообращения.
2 Усиление способности тканевых ферментов утилизировать кислород.
3 Усиление вентиляции легких.
4 Выбрасывание крови из депо.
5 Усиление процессов анаэробного гликолиза.
6 Изменение кривой диссоциации оксигемоглобина.
7 Экономное использование энергии окислительных процессов.
8 Гипертрофия дыхательных мышц, легочных альвеол, миокарда, нейронов дыхательного центра.
9 Гиперплазия костного мозга.
З а д а н и е 2. Укажите, какие из перечисленных определений характеризуют понятия гипоксии (А), гипоксемии (Б), гиперкапнии (В). Совместите в ответе буквенные индексы с цифровыми.
Индекс Определение
1 Отсутствие кислорода в тканях.
2 Недостаток кислорода и избыток углекислого газа в организме.
3 Уменьшение содержания кислорода в крови.
4 Уменьшение содержания кислорода в тканях.
З а д а н и е 3. Укажите, при воздействии каких из перечисленных факторов развивается: гипоксическая (А), циркуляторная (Б), кровяная (В), дыхательная (Г), тканевая (Д) гипоксии. Совместите в ответе буквенные индексы с цифровыми.
Индекс Вид гипоксии
|
Угарный газ (СО). |
|
|
Подъем на высоту. |
|
|
Цианистый калий. |
|
|
Воспаление легких. |
|
|
Нитрит натрия. |
|
|
Приступы бронхиальной астмы. |
|
|
Атеросклероз. |
Задача 1. При подъеме в горы на высоту 3000м у одного из альпинистов неожиданно появилось радостное настроение, которое выражалось эмоциональным и двигательным возбуждением, чувством самодовольства. Назовите причину этого состояния альпиниста. Объясните механизм развития.
Задача 2. После повреждения бедренной артерии и большой кровопотери (около 2 л) пострадавший потерял сознание, у него снизилось артериальное и венозное давление, участился пульс, побледнели кожные покровы, участилось и стало поверхностным дыхание. Определите, какой вид гипоксии развился в данном случае; объясните механизм развития.
Задача 3. В одном из детских учреждений для приготовления пищи вместо поваренной соли был использован нитрит натрия. 17 детей были доставлены в токсикологический центр с симптомами отравления. В крови у детей отмечалось высокое содержание метгемоглобина и снижение содержания оксигемоглобина. Какой вид гипоксии наблюдался у детей?
ЛИТЕРАТУРА
1. Патологическая физиология Березнякова А.И. - Х.: Изд-во НФАУ, 2000. -448 с.
2. Патологическая физиология (под ред. Н.Н.Зайко). - Киев: Вища школа, 1985.
3. Патологическая физиология (под ред. А.Д. Адо и Л.М. Ишимовой). - М.: Медицина, 1980.
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
ТЕРМИНОЛОГИЯ
Гипоксия - типовой патологический процесс, развивающийся в результате недостаточности биологического окисления. Приводит к нарушению энергетического обеспечения функций и пластических процессов в организме.
Гипоксия нередко сочетается с гипоксемией.
В эксперименте создают условия аноксии для отдельных органов, тканей, клеток или субклеточных структур, а также аноксемии в пределах небольших участков кровеносного русла (например, изолированного органа).
♦ Аноксия - прекращение процессов биологического окисления, как правило, при отсутствии кислорода в тканях.
♦ Аноксемия - отсутствие кислорода в крови.
В целостном живом организме формирование этих состояний невозможно.
КЛАССИФИКАЦИЯ
Гипоксии классифицируют с учётом этиологии, выраженности расстройств, скорости развития и длительности.
По этиологии выделяют две группы гипоксических состояний:
♦ экзогенные гипоксии (нормо- и гипобарическая);
♦ эндогенные гипоксии (тканевая, дыхательная, субстратная, сердечно-сосудистая, перегрузочная, кровяная).
По критерию выраженности расстройств жизнедеятельности различают лёгкую, среднюю (умеренную), тяжёлую и критическую (летальную) гипоксии.
По скорости возникновения и длительности выделяют несколько разновидностей гипоксии:
♦ Молниеносную (острейшую) гипоксию. Развивается в течение нескольких секунд (например, при разгерметизации летательных
аппаратов на высоте более 9 000 м или в результате быстрой массивной потери крови).
♦ Острую гипоксию. Развивается в течение первого часа после воздействия причины гипоксии (например, в результате острой кровопотери или острой дыхательной недостаточности).
♦ Подострую гипоксию. Формируется в течение одних суток (например, при попадании в организм нитратов, окислов азота, бензола).
♦ Хроническую гипоксию. Развивается и длится более чем несколько суток (недели, месяцы, годы), например, при хронической анемии, сердечной или дыхательной недостаточности.
ЭТИОЛОГИЯ И ПАТОГЕНЕЗ ГИПОКСИИ Экзогенный тип гипоксии
Этиология
Причина экзогенных гипоксий - недостаточное поступление кислорода с вдыхаемым воздухом.
Нормобарическая экзогенная гипоксия. Вызвана ограничением поступления в организм кислорода с воздухом в условиях нормального барометрического давления при:
♦ Нахождении людей в небольшом и недостаточно вентилируемом пространстве (например, в шахте, колодце, лифте).
♦ При нарушениях регенерации воздуха или подачи кислородной смеси для дыхания в летательных и глубинных аппаратах, автономных костюмах (космонавтов, лётчиков, водолазов, спасателей, пожарников).
♦ При несоблюдении методики ИВЛ.
Гипобарическая экзогенная гипоксия. Вызвана снижением барометрического давления при подъёме на высоту (более 3000-3500 м, где pO 2 воздуха ниже 100 мм рт.ст.) или в барокамере. В этих условиях возможно развитие либо горной, либо высотной, либо декомпрессионной болезни.
♦ Горная болезнь возникает при подъёме в горы, где организм подвергается постепенному уменьшению барометрического давления и pO 2 во вдыхаемом воздухе, а также охлаждению и повышенной инсоляции.
♦ Высотная болезнь развивается у людей, поднятых на большую высоту в открытых летательных аппаратах, а также при снижении давления в барокамере. В этих случаях на организм действует относительно быстрое снижение барометрического давления и pO 2 во вдыхаемом воздухе.
♦ Декомпрессионная болезнь наблюдается при резком снижении барометрического давления (например, в результате разгерметизации летательных аппаратов на высоте более 9 000 м).
Патогенез экзогенных гипоксий
К основным звеньям патогенеза экзогенной гипоксии (независимо от её причины) относятся: артериальная гипоксемия, гипокапния, газовый алкалоз и артериальная гипотензия.
♦ Артериальная гипоксемия - инициальное и главное звено экзогенной гипоксии. Гипоксемия ведёт к уменьшению поступления кислорода к тканям, что снижает интенсивность биологического окисления.
♦ Снижение напряжения в крови углекислого газа (гипокапния) возникает в результате компенсаторной гипервентиляции лёгких (в связи с гипоксемией).
♦ Газовый алкалоз является результатом гипокапнии.
♦ Снижение системного АД (артериальная гипотензия), сочетающееся с гипоперфузией тканей в значительной мере являются следствием гипокапнии. Выраженное снижение р а С0 2 является сигналом к сужению просвета артериол мозга и сердца.
Эндогенные типы гипоксии
Эндогенные типы гипоксии являются результатом многих патологических процессов и болезней, а также могут развиться при значительном увеличении потребности организма в энергии.
Дыхательный тип гипоксии
Причина - дыхательная недостаточность (недостаточность газообмена в лёгких, подробно описана в главе 23) может быть обусловлена:
♦ альвеолярной гиповентиляцией;
♦ сниженной перфузией кровью лёгких;
♦ нарушением диффузии кислорода через аэрогематический барьер;
♦ диссоциацией вентиляционно-перфузионного соотношения.
Патогенез. Инициальным патогенетическим звеном является артериальная гипоксемия, обычно сочетающаяся с гиперкапнией и ацидозом.
Снижаются p a 0 2 , pH, S a 0 2 , p v 0 2 , S v 0 2 , повышается p a C0 2 .
Циркуляторный (гемодинамический) тип гипоксии
Причина - недостаточность кровоснабжения тканей и органов. Выделяют несколько факторов, приводящих к недостаточности кровоснабжения:
♦ Гиповолемия.
♦ Уменьшение МОК при сердечной недостаточности (см. главу 22), а также при снижении тонуса стенок сосудов (как артериальных, так и венозных).
♦ Расстройства микроциркуляции (см. главу 22).
♦ Нарушение диффузии кислорода через стенку сосудов (например, при воспалении сосудистой стенки - васкулите).
Патогенез. Инициальным патогенетическим звеном является нарушение транспорта насыщенной кислородом артериальной крови к тканям.
Виды циркуляторной гипоксии. Выделяют локальную и системную формы циркуляторной гипоксии.
♦ Локальная гипоксия обусловлена местными расстройствами кровообращения и диффузии кислорода из крови в ткани.
♦ Системная гипоксия развивается вследствие гиповолемии, сердечной недостаточности и снижении ОПСС.
Изменения газового состава и pH крови: снижаются pH, p v 0 2 , S v 0 2 , повышается показатель артерио-венозной разницы по кислороду.
Гемический (кровяной) тип гипоксии
Причина - снижение эффективной кислородной ёмкости крови и, следовательно, её транспортирующей кислород функции вследствие:
♦ Выраженной анемии, сопровождающейся снижением содержания Hb менее 60 г/л (см. главу 22).
♦ Нарушения транспортных свойств Hb (гемоглобинопатии). Оно обусловлено изменением его способности к оксигенации в капиллярах альвеол и дезоксигенации в капиллярах тканей. Эти изменения могут быть наследственными или приобретёнными.
❖ Наследственные гемоглобинопатии обусловлены мутациями генов, кодирующих аминокислотный состав глобинов.
❖ Приобретённые гемоглобинопатии чаще всего являются следствием воздействия на нормальный Hb окиси углерода, бензола или нитратов.
Патогенез. Инициальным патогенетическим звеном является неспособность Hb эритроцитов связывать кислород в капиллярах лёгких, транспортировать и отдавать оптимальное количество его в тканях.
Изменения газового состава и pH крови: снижаются V0 2 , pH, p v 0 2 , повышается показатель артерио-венозной разницы по кислороду и снижается V a 0 2 при норме p a 0 2 .
Тканевой тип гипоксии
Причины - факторы, снижающие эффективность утилизации кислорода клетками или сопряжения окисления и фосфорилирования:
♦ Ионы циана (CN), специфически ингибирующие ферменты, и ионы металлов (Ag 2 +, Hg 2 +, Cu 2 +), ведущие к ингибированию ферментов биологического окисления.
♦ Изменения физико-химических параметров в тканях (температуры, электролитного состава, pH, фазового состояния мембранных компонентов) в более или менее выраженной мере снижают эффективность биологического окисления.
♦ Голодание (особенно белковое), гипо- и дисвитаминозы, нарушения обмена некоторых минеральных веществ приводят к уменьшению синтеза ферментов биологического окисления.
♦ Разобщение процессов окисления и фосфорилирования, вызываемое многими эндогенными агентами (например, избытком Ca 2+ , H+, ВЖК, йодсодержащих гормонов щитовидной железы), а также экзогенными веществами (2,4-динитрофенолом, грамицидином и некоторыми другими).
Патогенез. Инициальным звеном патогенеза является неспособность систем биологического окисления утилизировать кислород с образованием макроэргических соединений.
Изменения газового состава и pH крови: снижаются показатели pH и артерио-венозной разницы по кислороду, повышаются показатели SvO2, pvO2, V v O2.
Субстратный тип гипоксии
Причина - дефицит в клетках субстратов биологического окисления в условиях нормальной доставки кислорода к тканям. В клинической практике наиболее часто вызывается недостатком глюкозы в клетках при сахарном диабете.
Патогенез. Инициальным звеном патогенеза является торможение биологического окисления вследствие отсутствия необходимых субстратов.
Изменения газового состава и pH крови: снижаются показатели pH и артерио-венозной разницы по кислороду, повышаются S v O 2 , p v O 2 ,
Перегрузочный тип гипоксии
Причина - значительная гиперфункция тканей, органов или их систем. Наиболее часто наблюдается при интенсивном функционировании скелетных мышц и миокарда.
Патогенез. Чрезмерная нагрузка на мышцу (скелетную или сердца) обусловливает относительную (по сравнению с требуемым при данном уровне функции) недостаточность кровоснабжения мышцы и дефицит кислорода в миоцитах.
Изменения газового состава и pH крови: снижаются показатели pH, S v O 2 , p v O 2 , повышаются показатели артерио-венозной разницы по кислороду и p v CO 2 .
Смешанный тип гипоксии
Смешанный тип гипоксии - результат сочетания нескольких разновидностей гипоксии.
Причина - факторы, нарушающие два и более механизмов доставки и использования кислорода и субстратов метаболизма в процессе биологического окисления.
♦ Наркотические вещества в высоких дозах способны угнетать функцию сердца, нейронов дыхательного центра и активность ферментов тканевого дыхания. В результате развиваются гемодинамический, дыхательный и тканевой типы гипоксии.
♦ Острая массивная кровопотеря приводит как к снижению кислородной ёмкости крови (в связи с уменьшением содержания Hb), так и к расстройству кровообращения: развивается гемический и гемодинамический типы гипоксии.
♦ При тяжёлой гипоксии любого происхождения нарушаются механизмы транспорта кислорода и субстратов метаболизма, а также интенсивность процессов биологического окисления.
Патогенез гипоксии смешанного типа включает звенья механизмов развития разных типов гипоксии. Смешанная гипоксия часто характеризуется взаимопотенцированием отдельных её типов с развитием тяжёлых экстремальных и даже терминальных состояний.
Изменения газового состава и pH крови при смешанной гипоксии определяются доминирующими расстройствами механизмов транспорта и утилизации кислорода, субстратов обмена веществ, а также процессов биологического окисления в разных тканях. Характер изменений при этом может быть разным и весьма динамичным.
АДАПТАЦИЯ ОРГАНИЗМА К ГИПОКСИИ
В условиях гипоксии в организме формируется динамичная функциональная система по достижению и поддержанию оптимального уровня биологического окисления в клетках.
Выделяют экстренные и долговременные механизмы адаптации к гипоксии.
Экстренная адаптация
Причина активации механизмов срочной адаптации: недостаточное содержание АТФ в тканях.
Механизмы. Процесс экстренной адаптации организма к гипоксии обеспечивают активацию механизмов транспорта O 2 и субстратов обмена веществ к клеткам. Эти механизмы предсуществуют в каждом организме и активируются сразу при возникновении гипоксии.
Система внешнего дыхания
♦ Эффект: увеличение объёма альвеолярной вентиляции.
♦ Механизмы эффекта: увеличение частоты и глубины дыхания, числа функционирующих альвеол.
♦ Механизм эффекта: увеличение ударного объёма и частоты сокращений.
Сосудистая система
♦ Эффект: перераспределение кровотока - его централизация.
♦ Механизм эффекта: региональное изменение диаметра сосудов (увеличение в мозге и сердце).
Система крови
♦ Механизмы эффекта: выброс эритроцитов из депо, увеличение степени насыщения Hb кислородом в лёгких и диссоциации оксигемоглобина в тканях.
♦ Эффект: повышение эффективности биологического окисления.
♦ Механизмы эффекта: активация ферментов тканевого дыхания и гликолиза, повышение сопряжённости окисления и фосфорилирования.
Долговременная адаптация
Причина включения механизмов долговременной адаптации к гипоксии: повторная или продолжающаяся недостаточность биологического окисления.
Механизмы. Долговременная адаптация к гипоксии реализуется на всех уровнях жизнедеятельности: от организма в целом до клеточного метаболизма. Эти механизмы формируются постепенно, обеспечивая оптимальную жизнедеятельность в новых, часто экстремальных условиях существования.
Основным звеном долговременной адаптации к гипоксии является повышение эффективности процессов биологического окисления в клетках.
Система биологического окисления
♦ Эффект: активация биологического окисления, что имеет ведущее значение в долговременной адаптации к гипоксии.
♦ Механизмы: увеличение количества митохондрий, их крист и ферментов в них, повышение сопряжённости окисления и фосфорилирования.
Система внешнего дыхания
♦ Эффект: увеличение степени оксигенации крови в лёгких.
♦ Механизмы: гипертрофия лёгких с увеличением числа альвеол и капилляров в них.
♦ Эффект: повышение сердечного выброса.
♦ Механизмы: гипертрофия миокарда, увеличение в нём числа капилляров и митохондрий в кардиомиоцитах, возрастание скорости взаимодействия актина и миозина, повышение эффективности систем регуляции сердца.
Сосудистая система
♦ Эффект: возрастание уровня перфузии тканей кровью.
♦ Механизмы: увеличение количества функционирующих капилляров, развитие артериальной гиперемии в испытывающих гипоксию органах и тканях.
Система крови
♦ Эффект: увеличение кислородной ёмкости крови.
♦ Механизмы: активация эритропоэза, увеличение элиминации эритроцитов из костного мозга, повышение степени насыщения Hb кислородом в лёгких и диссоциации оксигемоглобина в тканях.
Органы и ткани
♦ Эффект: повышение экономичности функционирования.
♦ Механизмы: переход на оптимальный уровень функционирования, повышение эффективности метаболизма.
Системы регуляции
♦ Эффект: возрастание эффективности и надёжности механизмов регуляции.
♦ Механизмы: повышение резистентности нейронов к гипоксии, снижение степени активации симпатико-адреналовой и гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой систем.
ПРОЯВЛЕНИЯ ГИПОКСИИ
Изменения жизнедеятельности организма зависят от типа гипоксии, её степени, скорости развития, а также от состояния реактивности организма.
Острейшая (молниеносная) тяжёлая гипоксия приводит к быстрой потере сознания, подавлению функций организма и его гибели.
Хроническая (постоянная или прерывистая) гипоксия сопровождается, как правило, адаптацией организма к гипоксии.
РАССТРОЙСТВА ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ
Расстройства обмена веществ являются одним из ранних проявлений гипоксии.
♦ Концентрация неорганического фосфата в тканях увеличивается в результате повышенного гидролиза АТФ, АДФ, АМФ и КФ, подавления реакций окислительного фосфорилирования.
♦ Гликолиз на начальном этапе гипоксии активируется, что сопровождается накоплением кислых метаболитов и развитием ацидоза.
♦ Синтетические процессы в клетках угнетаются вследствие дефицита энергии.
♦ Протеолиз нарастает вследствие активации, в условиях ацидоза, протеаз, а также - неферментного гидролиза белков. Азотистый баланс становится отрицательным.
♦ Липолиз активируется в результате повышения активности липаз и ацидоза, что сопровождается накоплением избытка КТ и ВЖК. Последние оказывают разобщающее влияние на процессы окисления и фосфорилирования, чем усугубляют гипоксию.
♦ Водно-электролитный баланс нарушен в связи с подавлением активности АТФаз, повреждением мембран и ионных каналов, а также изменением содержания в организме ряда гормонов (минералокортикоидов, кальцитонина и др.).
НАРУШЕНИЯ ФУНКЦИЙ ОРГАНОВ И ТКАНЕЙ
При гипоксии нарушения функций органов и тканей выражены в разной мере, что определяется различной их резистентностью к гипоксии. Наименьшей устойчивостью к гипоксии обладает ткань нервной системы, особенно нейроны коры больших полушарий. При прогрессировании гипоксии и её декомпенсации угнетается функционирование всех органов и их систем.
Нарушения ВНД в условиях гипоксии выявляются уже через несколько секунд. Это проявляется:
♦ 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 тяжёлых случаях;
♦ нарушением бульбарных функций, что приводит к расстройствам функций сердца и дыхания и может послужить причиной летального исхода.
Сердечно-сосудистая система
♦ Снижение сократительной функции миокарда и уменьшение, в связи с этим, ударного и сердечного выбросов.
♦ Расстройство кровотока в сосудах сердца с развитием коронарной недостаточности.
♦ Нарушения ритма сердца, включая мерцание и фибрилляцию предсердий и желудочков.
♦ Развитие гипертензивных реакций (за исключением отдельных разновидностей гипоксии циркуляторного типа), сменяющиеся артериальной гипотензией, в том числе - острой (коллапсом).
♦ Расстройства микроциркуляции, проявляющиеся чрезмерным замедлением тока крови в капиллярах, турбулентным его характером и артериолярно-венулярным шунтированием.
Система внешнего дыхания
♦ Увеличение объёма альвеолярной вентиляции на начальном этапе гипоксии с последующим (при нарастании степени гипоксии и повреждении бульбарных центров) прогрессирующим снижением по мере развития дыхательной недостаточности.
♦ Уменьшение общей и регионарной перфузии ткани лёгких вследствие нарушений кровообращения.
♦ Снижение диффузии газов через аэрогематический барьер (в связи с развитием отёка и набуханием клеток межальвеолярной перегородки).
Система пищеварения
♦ Расстройства аппетита (как правило, его снижение).
♦ Нарушение моторики желудка и кишечника (обычно - снижение перистальтики, тонуса и замедление эвакуации содержимого).
♦ Развитие эрозий и язв (особенно при длительной тяжёлой гипоксии).
ПРИНЦИПЫ УСТРАНЕНИЯ ГИПОКСИИ
Коррекция гипоксических состояний базируется на этиотропном, патогенетическом и симптоматическом принципах. Этиотропное лечение направлено на устранение причины гипоксии. При гипоксии экзогенного типа необходимо нормализовать содержание кислорода во вдыхаемом воздухе.
♦ Гипобарическую гипоксию устраняют путём восстановления нормального барометрического и, как следствие, парциального давления кислорода в воздухе.
♦ Нормобарическую гипоксию предотвращают посредством интенсивного проветривания помещения или подачи в него воздуха с нормальным содержанием кислорода.
Эндогенные типы гипоксии устраняют путём лечения заболевания
или патологического процесса, приведшего к гипоксии. Патогенетический принцип обеспечивает устранение ключевых звеньев и разрыв цепи патогенеза гипоксического состояния. Патогенетическое лечение включает следующие мероприятия:
♦ Ликвидацию или снижение степени ацидоза в организме.
♦ Уменьшение выраженности дисбаланса ионов в клетках, межклеточной жидкости, крови.
Страница 35 из 228
Гипоксия нагрузки возникает при напряженной мышечной активности (тяжелая физическая работа, судороги и др.). Она характеризуется значительным усилением утилизации кислорода скелетной мускулатурой, развитием выраженной венозной гипоксемии и гиперкапнии, накоплением недоокисленных продуктов распада, развитием умеренного метаболического ацидоза. При включении механизмов мобилизации резервов наступает полная или частичная нормализация кислородного баланса в организме за счет продукции вазодилататоров, расширения сосудов, увеличения объема кровотока, уменьшения размера межкапиллярных пространств и срока прохождения крови в капиллярах. Это приводит к уменьшению гетерогенности кровотока и выравниванию его в работающих органах и тканях.
Острая нормобарическая гипоксическая гипоксия развивается при уменьшении дыхательной поверхности легких (пневмоторакс, удаление части легкого), «коротком замыкании» (заполнение альвеол экссудатом, транссудатом, ухудшение условий диффузии), при снижении парциального напряжения кислорода во вдыхаемом воздухе до 45 мм рт.ст. и ниже, при чрезмерном открытии артериоловенулярных анастомозов (гипертензия малого круга кровообращения). Вначале развивается умеренный дисбаланс между доставкой кислорода и потребностью тканей в нем (снижение РС2 артериальной крови до 19 мм рт.ст.). Включаются нейроэндокринные механизмы мобилизации резервов. Снижение РО2 в крови вызывает тотальное возбуждение хеморецепторов, через посредство которых стимулируются ретикулярная формация, симпатико-адреналовая система, в крови увеличивается содержание катехоламинов (в 20-50 раз) и инсулина. Возрастание симпатических влияний ведет к увеличению ОЦК, повышению насосной функции сердца, скорости и объема кровотока, артериовенозной разницы по кислороду на фоне вазоконстрикции и гипертензии, углубления и учащения дыхания. Интенсификация утилизации в тканях норадреналина, адреналина, инсулина, вазопрессина и других биологически активных веществ, усиленное образование медиаторов клеточных экстремальных состояний (диацилглицерид, инозитол-трифосфат, простагландин, тромбоксан, лейкотриен и др.) способствуют дополнительной активации обмена веществ в клетках, что ведет к изменению концентрации субстратов обмена и коферментов, увеличению активности окислительно-восстановительных ферментов (альдолаза, пируваткиназа, сукциндегидрогеназа) и снижению активности гексокиназы. Возникающая недостаточность энергетического обеспечения за счет глюкозы замещается усилением липолиза, возрастанием концентрации жирных кислот в крови. Высокая концентрация жирных кислот, ингибируя усвоение клетками глюкозы, обеспечивает высокий уровень глюконеогенеза, развитие гипергликемии. Одновременно активируются гликолитическое расщепление углеводов, пентозный цикл, катаболизм белков с высвобождением глюкогенных аминокислот. Однако чрезмерная утилизация АТФ в обменных процессах не восполняется. Это сочетается с накоплением в клетках АДФ, АМФ и других адениловых соединений, что ведет к недостаточной утилизации лактата, кетоновых тел, образующихся при активации расщепления жирных кислот в клетках печени, миокарда. Накопление кетоновых тел способствует возникновению вне- и внутриклеточного ацидоза, дефициту окисленной формы НАД, угнетению активности Na+-К+- зависимой АТФазы, нарушению деятельности Na+/K+-нacoca и развитию отека клеток. Совокупность дефицита макроэргов, вне- и внутриклеточного ацидоза ведет к нарушению деятельности органов, обладающих высокой чувствительностью к дефициту кислорода (ЦНС, печень, почки, сердце и др.).
Ослабление сокращений сердца снижает величину ударного и минутного объема, повышает венозное давление и сосудистую проницаемость, особенно в сосудах малого круга кровообращения. Это ведет к развитию интерстициального отека и расстройствам микроциркуляции, уменьшению жизненной емкости легких, что еще более усугубляет нарушения деятельности ЦНС и благоприятствует переходу стадии компенсации в стадию декомпенсированной гипоксии. Стадия декомпенсации развивается при резко выраженном дисбалансе между доставкой кислорода и потребностью тканей в нем (снижение Р02 артериальной крови до 12 мм рт.ст. и ниже). В этих условиях отмечается не только недостаточность нейроэндокринных механизмов мобилизации, но и почти полное исчерпывание резервов. Так, в крови и тканях устанавливается стойкий дефицит КТА, глюкокортикоидов, вазопрессина и других биологически активных веществ, что ослабляет влияние регулирующих систем на органы и ткани и облегчает прогрессирующее развитие расстройств микроциркуляции, особенно в малом круге кровообращения с микроэмболией легочных сосудов. В то же время снижение чувствительности гладких мышц сосудов к симпатическим воздействиям ведет к угнетению сосудистых рефлексов, патологическому депонированию крови в системе микроциркуляции, чрезмерному раскрытию артериоловенулярных анастомозов, централизации кровообращения, потенцированию гипоксемии, дыхательной и сердечной недостаточности.
В основе указанной выше патологии лежит углубление нарушений окислительно-восстановительных процессов - развитие недостатка никотинамидных коферментов, преобладание их восстановленных форм, угнетение процессов гликолиза и генерации энергии. В тканях почти полностью отсутствует преобразованная АТФ, снижается активность супероксиддисмутазы и других ферментных компонентов антиоксидантной системы, резко активируется свободнорадикальное окисление, возрастает образование активных радикалов. В этих условиях происходит массивное образование токсичных перекисных соединений и ишемического токсина белковой природы. Развиваются тяжелые повреждения митохондрий в связи с нарушением метаболизма длинных цепей ацетил-КоА, тормозится транслокация адениннуклеотидов, увеличивается проницаемость внутренних мембран для Са2+. Активация эндогенных фосфолипаз ведет к усилению расщепления фосфолипидов мембран, происходит повреждение рибосом, подавление синтеза белков и ферментов, активация лизосомальных ферментов, развитие аутолитических процессов, дезорганизация молекулярной гетерогенности цитоплазмы, перераспределение электролитов. Подавляется активный энергозависимый транспорт ионов через мембраны, что ведет к необратимой потере внутриклеточного К+, ферментов и к гибели клеток.
Хроническая нормобарическая гипоксическая гипоксия развивается при постепенном уменьшении дыхательной поверхности легких (пневмосклероз, эмфизема), ухудшении условий диффузии (умеренный длительный дефицит содержания О2 во вдыхаемом воздухе), недостаточности сердечно-сосудистой системы. В начале развития хронической гипоксии обычно поддерживается легкий дисбаланс между доставкой кислорода и потребностью тканей в нем за счет включения нейроэндокринных механизмов мобилизации резервов. Небольшое снижение РО2 в крови ведет к умеренному повышению активности хеморецепторов симпатико-адреналовой системы. Концентрация катехоламинов в жидких средах и тканях сохраняется близкой к норме за счет более экономного их расходования в обменных процессах. Это сочетается с небольшим увеличением скорости кровотока в магистральных и резистивных сосудах, замедлением ее в нутритивных сосудах в результате возрастания капилляризации тканей и органов. Происходит увеличение отдачи и извлечения кислорода из крови. На этом фоне отмечаются умеренная стимуляция генетического аппарата клеток, активация синтеза нуклеиновых кислот и белков, увеличение биогенеза митохондрий и других клеточных структур, гипертрофия клеток. Увеличение концентрации дыхательных ферментов на кристах митохондрий усиливает способность клеток утилизировать кислород при понижении его концентрации во внеклеточной среде в результате повышения активности цитохромоксидаз, дегидраз цикла Кребса, увеличения степени сопряжения окисления и фосфорилирования. Достаточно высокий уровень синтеза АТФ поддерживается также за счет анаэробного гликолиза одновременно с активацией окисления, других энергетических субстратов - жирных кислот, пирувата и лактата и стимуляцией глюконеогенеза главным образом в печени и скелетной мускулатуре. В условиях умеренной тканевой гипоксии усиливается продукция эритропоэтина, стимулируются размножение и дифференцировка клеток эритроидного ряда, укорачиваются сроки созревания эритроцитов с повышенной гликолитической способностью, увеличивается выброс эритроцитов в кровоток, возникает полицитемии с возрастанием кислородной емкости крови.
Усугубление дисбаланса между доставкой и потреблением кислорода в тканях и органах в более поздний период индуцирует развитие недостаточности нейроэндокринных механизмов мобилизации резервов. Это связано со снижением возбудимости хеморецепторов, главным образом синокаротидной зоны, адаптацией их к пониженному содержанию кислорода в крови, угнетением активности симпатико-адреналовой системы, снижением концентраций КТА в жидких средах и тканях, развитием внутриклеточного дефицита КТА и содержания их в митохондриях, угнетением активности окислительно-восстановительных ферментов. В органах с высокой чувствительностью к недостатку О2 это ведет к развитию повреждений в виде дистрофических нарушений с характерными изменениями ядерно-цитоплазматических отношений, угнетением продукции белков и ферментов, вакуолизацией и другими изменениями. Активация в этих органах пролиферации соединительнотканных элементов и замещение ими погибших паренхиматозных клеток ведет, как правило, к развитию склеротических процессов из-за разрастания соединительной ткани.
Острая гипобарическая гипоксическая гипоксия возникает при быстром перепаде атмосферного давления - разгерметизации кабины самолета при высотных полетах, восхождении на высокие горы без проведения искусственной адаптации и др. Интенсивность патогенного действия гипоксии на организм находится в прямой зависимости от степени снижения атмосферного давления.
Умеренное снижение атмосферного давления (до 460 мм рт.ст., высота около 4 км над уровнем моря) снижает РО2 в артериальной крови до 50 мм рт.ст. и оксигенацию гемоглобина до 90 %. Возникает временный дефицит кислородного снабжения тканей, который ликвидируется в результате возбуждения ЦНС и включения нейроэндокринных механизмов мобилизации резервов - дыхательного, гемодинамического, тканевого, эритропоэтического, осуществляющих полноценную компенсацию потребности тканей в кислороде.
Значительное уменьшение атмосферного давления (до 300 мм рт.ст., высота 6-7 км над уровнем моря) ведет к снижению РО2 в артериальной крови до 40 мм рт.ст. и ниже и оксигенации гемоглобина менее 90 %. Развитие выраженного дефицита кислорода в организме сопровождается сильным возбуждением ЦНС, чрезмерной активацией нейроэндокринных механизмов мобилизации резервов, массивным выбросом кортикостероидных гормонов с преобладанием минералокортикоидного эффекта. Однако в процессе включения резервов создаются «порочные» круги в виде усиления и учащения дыхания, возрастания потери СО2 с выдыхаемым воздухом при резко пониженном атмосферном давлении. Развиваются гипокапния, алкалоз и прогрессирующее ослабление внешнего дыхания. Связанное с дефицитом кислорода угнетение окислительно-восстановительных процессов и продукции макроэргов замещается усилением анаэробного гликолиза, в результате которого развивается внутриклеточный ацидоз на фоне внеклеточного алкалоза. В этих условиях возникают прогрессирующее снижение тонуса гладкой мускулатуры сосудов, гипотония, увеличивается проницаемость сосудов, уменьшается общее периферическое сопротивление. Это вызывает задержку жидкости, периферический отек, олигурию, расширение сосудов мозга, усиление кровотока и развития отека мозга, которые сопровождаются головной болью, дискоординацией движений, бессонницей, тошнотой, а на стадии тяжелой декомпенсации - потерей сознания.
Синдром высотной декомпрессии возникает при дегерметизации кабин летательных аппаратов при полетах, когда атмосферное давление составляет 50 мм рт.ст. и менее при высоте 20 км и более над уровнем моря. Дегерметизация ведет к быстрой утрате газов организмом и уже при достижении их напряжения 50 мм рт.ст. возникает закипание жидких сред, так как при таком низком парциальном давлении точка кипения воды составляет 37 °С. Через 1,5-3 мин после начала кипения развивается генерализованная воздушная эмболия сосудов и блокада кровотока. Спустя несколько секунд после этого появляется аноксия, которая прежде всего нарушает функцию ЦНС, так как в ее нейронах в течение 2,5-3 мин наступает аноксическая деполяризация с массивным выходом К+ и диффузией Сl внутрь через цитоплазматическую мембрану. По истечении критического для аноксии нервной системы срока (5 мин) нейроны необратимо повреждаются и погибают.
Хроническая гипобарическая гипоксическая гипоксия развивается у лиц, длительно пребывающих на высокогорье. Она характеризуется длительной активацией нейроэндокринных механизмов мобилизации резервов использования кислорода в организме. Однако и в этом случае возникают дискоординация физиологических процессов и связанные с нею порочные круги.
Гиперпродукция эритропоэтина ведет к развитию полицитемии и изменениям реологических свойств крови, в том числе вязкости. В свою очередь увеличение вязкости повышает общее периферическое сопротивление сосудов, при котором возрастает нагрузка на сердце и развивается гипертрофия миокарда. Постепенное усиление потери СО2 с выдыхаемым воздухом сопровождается возрастанием ее отрицательного влияния на тонус гладкомышечных клеток сосудов, что способствует замедлению кровотока в малом круге кровообращения и повышению РСО2 в артериальной крови. Замедленный процесс изменений содержания СО2 во внеклеточной среде обычно слабо влияет на возбудимость хеморецепторов и не индуцирует их адаптационной перестройки. Это ослабляет эффективность рефлекторной регуляции газового состава крови и завершается возникновением гиповентиляции. Повышение РСО2 артериальной крови ведет к возрастанию проницаемости сосудов и ускорению транспорта жидкости в интерстициальное пространство. Возникающая при этом гиповолемия рефлекторно стимулирует продукцию гормонов, блокирующих выделение воды. Накопление ее в организме создает отечность тканей, нарушает кровоснабжение ЦНС, что проявляется в виде неврологических расстройств. При разряжении воздуха повышенная потеря влаги с поверхности слизистых оболочек часто приводит к развитию катара верхних дыхательных путей.
Цитотоксическую гипоксию вызывают цитотоксические яды, обладающие тропностью к ферментам аэробного окисления в клетках. При этом ионы цианидов связываются с ионами железа в составе цитохромоксидазы, что ведет к генерализованной блокаде дыхания клетки. Этот вид гипоксии может вызывать аллергическая альтерация клеток немедленного типа (реакции цитолиза). Для цитотоксической гипоксии характерна инактивация ферментных систем, катализирующих процессы биоокисления в клетках тканей при выключении функции цитохромоксидазы, прекращении переноса 02 от гемоглобина к тканям, резком снижении внутриклеточного редокс-потенциала, блокаде окислительного фосфорилирования, снижении активности АТФазы, усилении глико-, липо-, протеолитических процессов в клетке. Результатом таких повреждений является развитие нарушений Na+/K+-Hacoca, угнетение возбудимости нервных, миокардиальных и других типов клеток. При быстром возникновении дефицита потребления О2 в тканях (более 50 %) снижается артериовенозная разница по кислороду, увеличивается отношение лакчат/пируват, резко возбуждаются хеморецепторы, что чрезмерно увеличивает легочную вентиляцию, снижает РСО2 артериальной крови до 20 мм рт.ст., повышает pH крови и спинномозговой жидкости и вызывает гибель на фоне выраженного дыхательного алкалоза.
Гемическая гипоксия возникает при уменьшении кислородной емкости крови. Каждые 100 мл полностью оксигенированной крови здоровых мужчин и женщин, содержащей гемоглобин в количестве 150 г/л, связывают 20 мл О2. При снижении содержания гемоглобина до 100 г/л 100 мл крови связывают 14 мл О2, а при уровне гемоглобина 50 г/л происходит связывание лишь 8 мл О2. Дефицит кислородной емкости крови за счет количественной недостаточности гемоглобина развивается при постгеморрагической, железодефицитной и других видах анемий. Другой причиной гемической гипоксии является карбонмоно- оксидемия, которая легко возникает при наличии значительного количества СО во вдыхаемом воздухе. Сродство СО к гемоглобину в 250 раз превышает сродство О2. Поэтому СО быстрее, чем О2 взаимодействует с гемопротеинами - гемоглобином, миоглобином, цитохромоксидазой, цитохромом Р-450, каталазой и пероксидазой. Функциональные проявления при отравлении СО зависят от количества карбоксигемоглобина в крови. При 20- 40 % насыщении крови СО возникает сильная головная боль; при 40-50 % нарушаются зрение, слух, сознание; при 50-60 % развивается кома, кардиореспираторная недостаточность, смерть.
Разновидностью гемической гипоксии является анемическая гипоксия, при которой РО2 артериальной крови может быть в пределах нормы, в то время как содержание кислорода снижено. Уменьшение кислородной емкости крови, нарушение доставки кислорода тканям включает нейроэндокринные механизмы мобилизации резервов, направленных на компенсацию потребностей тканей в кислороде. Это происходит в основном за счет изменений параметров гемодинамики - уменьшения ОПС, прямо зависящего от вязкости крови, увеличения сердечного выброса и дыхательного объема. При недостаточности компенсации развиваются дистрофические процессы, главным образом в паренхиматозных клетках (разрастание соединительной ткани, склероз внутренних органов - печени И др.).
Местная циркуляторная гипоксия возникает при наложении на конечность кровоостанавливающего жгута (турникета), синдрома длительного раздавливания тканей, реплантации органов, особенно печени, при острой кишечной непроходимости, эмболиях, тромбозе артерий, инфаркте миокарда.
Кратковременная блокада циркуляции крови (турникет до 2 ч) ведет к резкому увеличению артериовенозной разницы в результате более полноценного извлечения тканями из крови кислорода, глюкозы и других питательных продуктов. Одновременно активируется гликогенолиз и в тканях поддерживается близкая к норме концентрация АТФ на фоне снижения содержания других макроэргов - фосфокреатина, фосфоэнолпирувата и др. Умеренно увеличивается концентрация глюкозы, глюкозо-6-фосфата, молочной кислоты, возрастает осмотичность интерстициальной жидкости без развития существенных нарушений клеточного транспорта одно- и двухвалентных ионов. Нормализация тканевого обмена после восстановления кровотока наступает в течение 5-30 мин.
Длительная блокада циркуляции крови (турникет более 3-6 ч) вызывает глубокую недостаточность Р02 в жидких средах, почти полное исчезновение запасов гликогена, чрезмерное накопление продуктов распада и воды в тканях. Это происходит в результате угнетения активности в клетках ферментных систем аэробного и анаэробного обмена, торможения синтетических процессов, резко выраженной недостаточности АТФ, АДФ и избытка АМФ в тканях, активации в них протеолитических, липолитических процессов. При нарушениях метаболизма ослабляется антиоксидантная защита и усиливается свободнорадикальное окисление, что ведет к повышению ионной проницаемости мембран. Накопление в цитозоле Na+ и особенно Са2+ активирует эндогенные фосфолипазы. В этом случае расщепление мембран фосфолипидов ведет к появлению в зоне нарушения циркуляции большого количества нежизнеспособных клеток с признаками острого повреждения, из которых во внеклеточную среду высвобождается избыточное количество токсичных продуктов перекисного окисления липидов, ишемических токсинов белковой природы, недоокисленных продуктов, лизосомальных ферментов, биологически активных веществ (гистамина, кининов) и воды. В этой зоне происходит также глубокая деструкция сосудов, особенно микроциркуляторного русла. Если на фоне таких тканевых и сосудистых повреждений возобновляется кровоток, то он осуществляется главным образом по раскрытым артериоловенулярным анастомозам. Из ишемизированных тканей в кровь резорбируется большое количество токсичных продуктов, провоцирующих развитие общей циркуляторной гипоксии. В самой зоне циркуляторной гипоксии после восстановления кровотока индуцируются постишемические нарушения. В раннем периоде реперфузии происходит набухание эндотелия, так как доставленный с кровью О2 является исходным продуктом для образования свободных радикалов, потенцирующих разрушение мембран клеток путем перекисного окисления липидов. В клетках и межклеточном веществе нарушается транспорт электролитов, изменяется осмолярность. Поэтому в капиллярах увеличивается вязкость крови, происходит агрегация эритроцитов, лейкоцитов, уменьшается осмотическое давление плазмы. В совокупности эти процессы могут приводить к некрозу (реперфузионные некрозы).
Острая общая циркуляторная гипоксия типична для шока - турникетного, травматического, ожогового, септического, гиповолемического; для тяжелых интоксикаций. Этот вид гипоксии характеризуется комбинацией недостаточности оксигенации органов и тканей, уменьшения количества циркулирующей крови, неадекватностью сосудистого тонуса и сердечного выброса в условиях чрезмерного усиления секреции КТА, АКТГ, глюкокортикоидов, ренина и других вазоактивных продуктов. Спазм резистивных сосудов вызывает резкое увеличение потребности тканей в кислороде, развитие дефицита оксигенации крови в системе микроциркуляции, увеличение капилляризации тканей и замедление кровотока. Возникновению застоя крови и повышению проницаемости сосудов в системе микроциркуляции способствует адгезия активированных микро- и макрофагов на эндотелии капилляров и посткапиллярных венул за счет экспрессии на цитолемме адгезионных гликопротеидов и образования псевдоподий. Неэффективность микроциркуляции усугубляется из-за раскрытия артериоловенулярных анастомозов, снижения ОЦК, угнетения деятельности сердца.
Исчерпывание резервов кислородного обеспечения клеток органов и тканей ведет к нарушению функций митохондрий, увеличению проницаемости внутренних мембран для Са2+ и других ионов, а также к повреждению ключевых ферментов аэробных обменных процессов. Угнетение окислительно-восстановительных реакций резко усиливает анаэробный гликолиз и способствует возникновению внутриклеточного ацидоза. В то же время повреждение цитоплазматической мембраны, повышение в цитозоле концентрации Са, активация эндогенных фосфолипаз ведут к расщеплению фосфолипидных компонентов мембран. Активация свободнорадикальных процессов в альтерированных клетках, избыточное накопление продуктов перекисного окисления липидов вызывают гидролиз фосфолипидов с образованием моноацил- глицерофосфатов и свободных полиеновых жирных кислот. Их аутоокисление обеспечивает включение окисленных полиеновых жирных кислот в сетку метаболических превращений через пероксидазные реакции.
Таблица 7. Время переживания клеток органов при острой циркуляторной гипоксии в условиях нормотермии
Орган |
Время |
Повреждаемые |
Головной мозг |
||
Кора большого мозга, аммонов рог, мозжечок (клетки Пуркинье) |
||
Базальные ганглии |
||
Спинной мозг |
Клетки передних рогов и ганглиев |
|
Сердце |
Проводящая система |
|
Сосочковые мышцы, |
||
левый желудочек |
||
Клетки периферической части ацинусов |
||
Клетки центральной части ацинусов |
||
Эпителий канальцев |
||
Клубочки |
||
Альвеолярные перегородки |
||
Эпителий бронхов |
В результате достигается высокая степень вне- и внутриклеточного ацидоза, что ингибирует активность ферментов анаэробного гликолиза. Эти нарушения сочетаются с почти полным отсутствием синтеза в тканях АТФ и других видов макроэргов. Ингибирование метаболизма в клетках при ишемии паренхиматозных органов вызывает тяжелые повреждения не только паренхиматозных элементов, но и эндотелия капилляров в виде отека цитоплазмы, втягивания мембраны эндотелиоцитов в просвет сосуда, резкого увеличения проницаемости при уменьшении числа пиноцитарных везикул, массивного краевого стояния лейкоцитов, особенно в посткапиллярных венулах. Эти нарушения приобретают наиболее выраженный характер при реперфузии. Микроваскулярные реперфузионные повреждения, как и ишемические, сопровождаются чрезмерным образованием продуктов окисления ксантиноксидазой. Реперфузия ведет к быстрой активации свободнорадикальных реакций и вымыванию в общий кровоток межуточных продуктов обменных процессов и токсичных веществ. Значительное повышение содержания в крови и тканях свободных аминокислот, тканевых токсинов белковой природы угнетает насосную деятельность сердца, вызывает развитие острой почечной недостаточности, нарушает синтез протеинов, антитоксическую и выделительную функции печени, подавляет активность ЦНС вплоть до летального исхода. Сроки переживания различных органов при острой циркуляторной гипоксии приведены в табл. 7.