У внутрішньому середовищі людини та вищих тварин у природних умовах міститься кисень, вуглекислий газ, азот та мізерно мала кількість інертних газів. Фізіологічно значущими є Про 2 і 2 , що знаходяться в організмі в розчиненому та біохімічно пов'язаному стані. Саме ці два гази визначають газовий гомеостаз організму. Зміст Про 2 і 2 є найважливішими регульованими параметрами газового складу внутрішнього середовища.
Постійність газового складу само по собі не мало б для організму ніякого сенсу, якби воно не забезпечувало потреби клітин, що змінюються, в доставці Про 2 і видаленні СО 2 . Організму потрібен не постійний газовий склад крові, ліквору, інтерстиціальної рідини, а забезпечення нормального тканинного дихання у всіх клітинах та органах. Це положення справедливе для будь-якого гомеостатичного механізму та гомеостазу організму загалом.
Про 2 надходить в організм з повітря, 2 утворюється в клітинах в організмі в результаті біологічного окислення (основна маса - в циклі Кребса) і виділяється через легені в атмосферу. Це зустрічне переміщення газів проходить через різні середовища організму. Зміст їх у клітинах визначається, насамперед, інтенсивністю окисних процесів. Рівень активності різних органів прокуратури та тканин у процесі пристосувальної діяльності безперервно змінюється. Відповідно відбуваються локальні зміни концентрації Про 2 і 2 у клітинах. При особливо напруженій діяльності, коли фактична доставка 2 до клітин відстає від кисневого запиту, може виникати киснева заборгованість.
16.1.1. Механізми регулювання газового складу
16.1.1.1. Локальний механізм
Заснований на гомеостатичних властивостях гемоглобіну. Вони здійснюються, по-перше, завдяки наявності алостеричних взаємодій Про 2 з білковими субодиницями молекули гемоглобіну, по-друге, завдяки наявності в м'язах міоглобіну (Рис. 33).
S-подібна крива насичення гемоглобіну киснем забезпечує швидке наростання дисоціації (розпаду) комплексу НbO 2 при падінні тиску 2 від серця до тканин. Підвищення температури та ацидоз прискорює розпад комплексу НbО 2 , тобто. О 2 йде у тканини. Зниження температури (гіпотермія) робить цей комплекс більш стабільним і О 2 важче йде в тканини (одна з можливих причин гіпоксії при гіпотермії).
Серцевий м'яз і скелетна мускулатура мають ще один "місцевий" гомеостатичний механізм. У момент скорочення м'язів кров виштовхується з судин, внаслідок чого Про 2 не встигає дифундувати з судин у міофібрили. Цей несприятливий чинник значною мірою компенсується міоглобіном, що міститься в міофібрилах, що запасає Про 2 безпосередньо в тканинах. Спорідненість міоглобіну до 2 більше ніж у гемоглобіну. Так, наприклад, міоглобін насичується О2 на 95% навіть з капілярної крові, тоді як для гемоглобіну при цих величинах рО2 вже розвивається виражена дисоціація. Поряд із цим, при подальшому зниженні рО 2 міоглобін дуже швидко віддасть майже весь запасений О 2 . Таким чином, міоглобін виконує функцію демпферу різких перепадівкисневого постачання працюючих м'язів.
Однак локальні механізми газового гомеостазу позбавлені здатності до скільки-небудь тривалої самостійної діяльності і можуть здійснювати свої функції лише на основі загальних механізмів гомеостазу. Саме кров служить тим універсальним середовищем, з якого клітини черпають ПРО 2 і куди віддають кінцевий продукт окисного метаболізму - СО 2 .
Відповідно, організм має у своєму розпорядженні різноманітні та потужні системи гомеостатичної регуляції, що забезпечують збереження фізіологічних меж коливань газових показників крові в нормі та повернення цих показників у фізіологічні межі після їх тимчасового відхилення під впливом патологічних впливів.
16.1.1.2. Загальний механізм регулювання газового складу крові
Структурні засади.
- Зрештою вузловим механізмом є зовнішнє дихання, регульоване дихальним центром.
- Інший ключовий структурний момент - роль мембран у газовому гомеостазі. На рівні альвеолярних мембран відбуваються початкові та завершальні процеси газообміну організму із зовнішнім середовищем, що дозволяють функціонувати всім іншим ланкам газового гомеостазу.
У стані спокою в організм надходить близько 200 мл Про 2 за хвилину н виділяється приблизно таку ж кількість СО 2 . В умовах напруженої діяльності (наприклад, при компенсації крововтрати) кількість вступника 2 і виділяється 2 може збільшуватися в 10-15 разів, тобто. система зовнішнього дихання має величезний потенційний резерв, що є вирішальним компонентом її гомеостатичної функції.
16.1.1.3. Регулювання хвилинного об'єму дихання
Найважливішим регульованим процесом, від якого залежить сталість складу альвеолярного повітря, є хвилинний об'єм дихання (МОД), що визначається екскурсією грудної клітки та діафрагми.
МОД = частота дихальних рухів х (дихальний обсяг - обсяг мертвого простору трахеї та великих бронхів). Приблизно нормі МОД=16 x (500 мл - 140 мл) = 6 л.
Характер і інтенсивність дихальних рухів залежить від діяльності основної ланки керуючого системи регуляції зовнішнього дихання - дихального центру. У нормальних умовах 2 і 2 є безумовно домінуючими критеріями в системі регуляції дихання. Різного роду "негазові" впливи (температура, біль, емоції) можуть здійснюватися за умови збереження регулюючого впливу 2 і 2 (Рис. 34).
16.1.1.4. Регуляція по СО 2
Найважливішим регулятором зовнішнього дихання, носієм специфічного збудливого ефекту дихальний центр є СО 2 . Таким чином, регуляція СО 2 пов'язана з його безпосереднім впливом на дихальний центр.
Крім безпосереднього впливу на центр довгастого мозку (1), безперечно порушення дихального центру під впливом імпульсів з периферичних рецепторів сино-каротидної (2а) і кардіо-аортальмою зон (2б), збуджуваних СО 2 .
16.1.1.5. Регуляція по Про 2
Відбувається переважно рефлекторне збудження дихального центру з боку хеморецепторів сино-каротидної зони при зниженні РО 2 крові. Винятково висока чутливість рецепторів цих структур до 2 пояснюється високою швидкістю окисних процесів. Тканина клубочка споживає 1 мл 2 /хв на грам сухої тканини, що у кілька разів більше за подібну величину для тканини головного мозку.
16.2. Патологія дихання
Будь-які порушення рО 2 і рСО 2 крові призводять до змін активності дихального центру, регулювання механізму забезпечення газового гомеостазу.
16.2.1. Порушення газового гомеостазу
Зміни змісту рO 2 рСО 2 викликані: 16.2.1.1. За рахунок порушення апарату зовнішнього дихання (забезпечення насичення краплі киснем та видалення СО 2). Прикладами можуть бути: накопичення ексудату в легенях, хвороби дихальних м'язів, "аденоїдна маска" у дітей, дифтеритичний та помилковий крупи. 16.2.1.2. За рахунок порушення апарату внутрішнього дихання (транспорт та використання O 2 , СО 2). Причини та патогенез цих патологічних станів досить добре викладені у підручнику з патофізіології А.Д.Адо та співавторів, І.H.Зайка та співавторів, тому більш докладно зупинимося на наслідках порушення як апарату зовнішнього, так і внутрішнього дихання – кисневому голодуванні, т.п. е. гіпоксії. 16.2.1.3. Отже, кисневе голодування тканин (гіпоксія) - стан, що виникає при порушенні доставки або споживання O2. Крайній вираз гіпоксії - аноксія (відсутність Про 2 у крові та тканинах).
16.2.1.4. Класифікація гіпоксій
Щоб свідомо вирішити для себе цю проблему, слід пам'ятати, що основною умовою нерівноваги як ознаки життя є енергозабезпечення. Вдихається нами кисень потрібен для окислювальних процесів, головний з яких - утворення АТФ у дихальному ланцюзі. Роль кисню у ній - знімати електрони з останнього з ланцюга цитохромів, тобто. бути акцептором. У поєднаному з цим процесом акті фосфорилювання і виникає АТФ у мітохондріях аеробів.
Нині виділяється 5 патогенетичних типів гіпоксій. Їх легко запам'ятати, простеживши шлях руху кисню з атмосфери до дихального ланцюга (Рис. 35).
- 1-й блок надходження кисню - результат зменшення його у повітрі, що вдихається. Цей вид гіпоксії активно вивчав у собі видатний вітчизняний патофізіолог Н.Н.Сиротинин, піднімаючись у барокамері на висоту близько 8500 м. У нього виникали синюшність, потовиділення, посмикування кінцівок, втрата свідомості. Їм встановлено, що непритомність є найбільш надійним критерієм для встановлення висотної хвороби.
- 2-й блок - виникає при захворюваннях зовнішнього апаратудихання (захворювання легень та дихального центру), тому носить назву дихальної гіпоксії.
- 3-й блок - виникає при захворюваннях серцево-судинної системи, що погіршує транспорт кисню і зветься серцево-судинної (циркуляторної) гіпоксії.
- 4-й блок - виникає за будь-яких ушкодженнях транспортної системи кисню крові - еритроцитів - і зветься кров'яної (гемічної) гіпоксії. Усі чотири види блоків ведуть до гіпоксемії (зниження рО 2 у крові).
- 5-й блок - виникає при ушкодженнях дихального ланцюга, наприклад миш'яком, ціанідами без явища гіпоксемії.
- 6-й блок – змішана гіпоксія (наприклад, при гіповолемічному шоці).
16.2.1.5. Гостра та хронічна гіпоксії
Всі види гіпоксії, у свою чергу, поділяються на гострі та хронічні. Гострі виникають надзвичайно швидко (наприклад, при 3-му блоці - рясна крововтрата, при 4-му - отруєння, при 5-му - отруєння ціанідами).
Повна відсутність кисню – аноксія – виникає при стані ядухи, так званої асфіксії. У педіатрії відома асфіксія новонароджених. Причиною є пригнічення дихального центру чи аспірація. навколоплідних вод. У стоматології асфіксія можлива при травмах н захворюваннях щелепно-лицьової області і може носити характер аспіраційної (затік у дихальне дерево крові, слизу, блювотних мас), обтураційна (закупорка бронха, трахеї чужорідними тілами, осколками кісток, зубів), дислокація ).
Наслідком асфіксії є загибель найчутливіших тканин. Зі всіх функціональних систем до дії гіпоксії найбільш чутлива кора великих півкуль головного мозку. Причини високої чутливості: кора утворена переважно тілами нейронів, багатих тільцями Ніссля - рибосомами, у яких із винятковою інтенсивністю йде біосинтез білка (згадайте процеси довгострокової пам'яті, аксональний транспорт). Так як цей процес є виключно енергоємним, він потребує значних кількостей АТФ, і не дивно, що споживання кисню та чутливість до його нестачі у кори великих півкуль надзвичайно висока.
Другою особливістю кори є переважно аеробний шлях утворення АТФ. Гліколіз – безкисневий шлях утворення АТФ – у корі виражений вкрай слабо і не в змозі компенсувати нестачу АТФ в умовах гіпоксії.
16.2.1.6. Повне і неповне вимкнення кори головного мозку при гострої гіпоксії
При гіпоксії можлива неповна локальна загибель кіркових нейронів або повне вимкнення кори великих півкуль. Повне виникає у клінічних умовах при зупинці серця на понад 5 хвилин. Наприклад, під час хірургічних маніпуляцій, проведення реанімаційних заходів за станом клінічної смерті. У цьому особистість незворотно втрачає здатність пов'язувати поведінку із законами суспільства, тобто. втрачається соціальна детермінованість (втрата здатності адаптації до навколишніх умов, мимовільне сечовипускання та дефекація, втрата мови тощо). Через деякий час такі хворі гинуть. Таким чином, повне виключення кори великих півкуль супроводжується незворотною втратою умовних рефлексів у тварин та суспільних, комунікативних функцій у людини.
При частковому вимкненні кори великих півкуль, наприклад, в результаті локальної гіпоксії при тромбозі судин або крововиливу в мозок, втрачається функція коркового аналізатора в місці аноксії, але, на відміну від повного виключення, даному випадкуможливе відновлення загубленої функції з допомогою периферичної частини аналізатора.
16.2.1.7. Хронічна гіпоксія
Хронічна гіпоксія виникає при тривалому знаходженні під впливом зниженого атмосферного тиску та, відповідно, нестачі споживання кисню, при порушенні дихальної та серцево-судинної діяльності. Симптоматика хронічної гіпоксії обумовлена низькою швидкістю перебігу біохімічних та фізіологічних процесів внаслідок порушення утворення макроергу АТФ. Дефіцит АТФ є основою розвитку симптомів хронічної гіпоксії. У стоматології прикладом може бути розвиток пародонтозу при мікроангіопатії.
16.2.1.8. Клітинні механізми патологічної дії гіпоксії
З розглянутого матеріалу ми можемо зробити 1-й висновок: гіпоксія будь-якої етіології супроводжується дефіцитом АТФ. Патогенетичною ланкою є відсутність кисню, що знімає електрони з дихального ланцюга.
Спочатку при гіпоксії відбувається відновлення електронами всіх цитохромів дихального ланцюга та перестає генеруватися АТФ. При цьому відбувається компенсаторне перемикання вуглеводного обмінуна анаеробне окиснення. Недолік АТФ знімає його інгібуючу дію на фосфофруктокіназу - фермент початку гліколізу, посилюється ліполіз і глюконеогенсз від пірувату, що утворюється з амінокислот. Але це менш ефективний шлях утворення АТФ. Крім того, в результаті неповного окислення глюкози цим шляхом утворюється молочна кислота - лактат. Накопичення лактату призводить до внутрішньоклітинного ацидозу.
Звідси другий важливий висновок: гіпоксія будь-якої етіології супроводжується ацидозом. Весь подальший перебіг подій, що веде до загибелі клітини, пов'язаний із 3-м фактором – пошкодженням біомембран. Розглянемо це докладніше з прикладу мембран мітохондрій.
Тканинна гіпоксія та пошкодження біомембран (БМ)
Тканинна гіпоксія - певною мірою нормальний стан для інтенсивно функціонуючої тканини. Однак, якщо гіпоксія триває десятки хвилин, то вона викликає пошкодження клітини, оборотні лише на ранніх етапах. Природа точки "незворотності" - проблема загальної патології - лежить на рівні біомембран клітини.
Основні етапи ушкодження клітини
- Дефіцит АТФ та накопичення Са 2+ . Початковий період гіпоксії насамперед призводить до пошкодження "енергетичних машин" клітини – мітохондрій (MX). Зниження доступу кисню призводить до зниження утворення АТФ у дихальному ланцюзі. Важливим наслідком дефіциту АТФ є нездатність таких MX накопичувати Са 2+ (відкачувати з цитоплазми)
- Накопичення Са 2+ та активація фосфоліпаз. Для нашої проблеми важливим є те, що Ca 2+ активує фосфоліпази, що викликають гідроліз фосфоліпідного шару. Мембрани постійно відчувають дію різниць потенціалів: від 70 мВ на плазматичній мембрані до 200 МВ на MX. Таку різницю потенціалів може витримати лише дуже міцний ізолятор. Фосфоліпідний шар біомембран (БМ) є природним ізолятором.
- Активація фосфоліпаз – дефекти в БМ – електричний пробій. Навіть невеликі дефекти в такому ізоляторі будуть викликати явище електричного пробою (швидке збільшення електричного струму через мембрани, що призводять до їхнього механічного руйнування). Фосфоліпази, руйнуючи фосфоліпіди, викликають такі дефекти. Важливо, що БМ можуть бути пробиті електричним струмомпід впливом потенціалу, що генерується самої БМ або електрострумом, прикладеним ззовні.
- Електричний пробій - порушення бар'єрної функції біомембрани. БМ стають проникними для іонів. Для MX це - К+, якого багато в цитоплазмі. Для плазматичної мембрани – це натрій в екстрацелюлярному просторі.
Підсумок: іони калію та натрію рухаються всередину MX або клітини, що призводить до підвищення осмотичного тиску. За ними "хлинуть" потоки води, що призведе до набряку MX та набряку клітини. Такі MX, що роздулися, не можуть генерувати АТФ і клітини гинуть.
Висновок. Гіпоксія будь-якої етіології супроводжується тріадою: дефіцитом АТФ, ацидозом та пошкодженням біомембран. Звідси терапія гіпоксичних станів має включити інгібітори фосфоліпазу, наприклад, вітамін Е.
16.2.1.9. Гомеостатичні механізми при гіпоксії
Базуються на основі розглянутих гомеостатичних механізмів підтримування газового складу крові. Повернемося до Мал. 35.
- Реакція апарату зовнішнього дихання проявляється як задишки. Задишка – це зміна ритму та глибини дихання при гіпоксії. Залежно від тривалості вдиху та видиху розрізняють експіраторну та інспіраторну задишку.
Експіраторна – характеризується подовженням фази видиху внаслідок недостатності еластичної сили тканин легень. У нормі активація видиху відбувається з допомогою цих сил. При зростанні опору повітряному потоку за рахунок спазму бронхіол еластичної сили легень недостатньо та підключаються міжреберні м'язи, діафрагма.
Інспіраторна – характеризується подовженням фази вдиху. Прикладом може бути стенотичне дихання внаслідок звуження просвіту трахеї та верхніх дихальних шляхів при набряку гортані, дифтерії, попаданні сторонніх тіл.
Але можна поставити запитання: чи задишка є компенсаторною? Пригадаємо, що одним із показників ефективності дихання є МОД. До формули його визначення входить поняття "обсяг мертвого простору" (див. 16.1.1.3.). Якщо задишка буде частою і поверхневою (тахіпное), це призведе до зниження дихального об'єму при збереженні об'єму мертвого простору і результатом поверхневого дихання буде маятникообразное рух повітря мертвого простору. У такому разі, тахіпное – це зовсім не компенсація. Такий можна вважати лише часте та глибоке дихання.
- Другим гомеостатическим механізмом є посилення транспорту кисню, можливе рахунок збільшення швидкості кровотоку, тобто. біліші від частих і сильних скорочень серця. Орієнтовно нормальний хвилинний об'єм серця (МОС) дорівнює ударному об'єму, помноженому на частоту серцевих скорочень, тобто. МОС = 100 х 60 = 6 л. При тахікардії МОС = 100 х 100 = 10 л. Але в разі гіпоксії, що продовжується, що призводить до дефіциту енергії, чи довго зможе працювати цей компенсаторний механізм? Ні, незважаючи на досить потужну систему гліколізу у міокарді.
- Третім гомеостатичним механізмом є посилення еритропоезу, що веде до збільшення вмісту Нb у крові та підвищення транспорту кисню. При гострій гіпоксії (крововтрати) збільшення кількості еритроцитів здійснюється за рахунок викиду їх з депо. При хронічній гіпоксії (перебування в горах, тривалі захворювання серцево-судинної системи) підвищується концентрація еритропоетину, посилюється кровотворна функція кісткового мозку. Тому альпіністи проходять період акліматизації перед штурмом гірських вершин. Н.Н.Сіротінін після стимуляції гемопоезу (сік лимона + 200г цукрового сиропу + аскорбінка) "піднявся" у барокамері до висоти 9750 м.
Інший цікавий приклад різноманітності фенотипічних пристосувань організму до несприятливих умов довкілля навів вітчизняний вчений Чижевський. Він зацікавився, чому у гірських баранів такі потужні (до 7 кг) роги, носити які досить важко в горах. Раніше передбачалося, що барани амортизують рогами удар об землю при стрибку через безодню. Чижевським виявили, що в рогах баранів розміщені додаткові резервуари для кісткового мозку.
- Якщо всі попередні гомеостатичні механізми були спрямовані на доставку кисню, останній, 4-й механізм - лише на рівні тканин, спрямований безпосередньо усунення дефіциту АТФ. Включення компенсаторних механізмів (ферментів ліполізу, гліколізу, переамінування, глюконеогенезу) у цьому випадку зумовлено впливом вищого рівня регуляції гемопоезу – ендокринною системою. Гіпоксія – неспецифічний стресор, на який організм відповідає стимуляцією САС та стрес-реакцією системи гіпоталамус – гіпофіз – кора надниркових залоз, що включає додаткові шляхи енергозабезпечення: ліполіз, глюконеогенез.
ПАТОФІЗІОЛОГІЯ ГІПОКСІЇ
Гіпоксія – типовий патологічний процес, що характеризується зниженням напруги кисню у тканинах нижче 20 мм рт.ст. Патофізіологічною основою гіпоксії є абсолютна чи відносна недостатність біологічного окиснення.
Класифікація гіпоксій
1. Гіпоксична гіпоксія
2. Циркуляторна гіпоксія
3. Гемічна гіпоксія
4. Тканинна гіпоксія
5. Змішана гіпоксія
Гіпоксична гіпоксія
Виокремлюють 3 форми 1. Екзогенна (гіпобарична) гіпоксія Вона пов'язана зі зниженням парціального тиску кисню в атмосфері (гірська, висотна хвороба, при космічних…).Циркуляторна гіпоксія
Розрізняють 3 форми: 1. Ішемічна форма гіпоксії – виникає при зниженні об'ємного кровотоку.… 2. Застійна форма гіпоксії – виникає при венозному застої, уповільненні кровотоку. Вона може бути місцевою.Гемічна гіпоксія
Гемічна гіпоксія виникає при кількісних та якісних змінах гемоглобіну в крові. При крововтратах, анеміях вміст гемоглобіну в... Якісні зміни гемоглобіну пов'язані з його інактивацією. При отруєнні Гемічна гіпоксія може розвиватися при порушенні дисоціації оксигемоглобіну.Тканинна гіпоксія
Тканинна гіпоксія виникає внаслідок порушення мітохондріального та мікросомального окислення. Недостатнє постачання клітини киснем веде до… Мітохондріальне окислення пов'язане з транспортом електронів у дихальній…Зміщена форма гіпоксії
ПОКАЗНИКИ ТИП ГІПОКСІЇ ДИХАЛЬНА ЦИРКУЛЯТОРНА АНЕМІЧНА ГІСТОТОКСІЧНА … ПАТОФІЗІОЛОГІЯ КИСЛОТНО-ОСНОВНОЇ РІВНОВАГИКласифікація порушень КОС
компенсовані
АЦИДОЗИ субкомпенсовані АЛКАЛОЗИ
некомпенсовані
негазові
За походженням ацидози та алкалози бувають газові (дихальні) та негазові (метаболічні). Ацидози та алкалози можуть бути компенсованими, субкомпенсованими та некомпенсованими.
Компенсовані форми пов'язані із збереженням життєдіяльності клітини, тоді як некомпенсовані форми викликають порушення функції клітини. Показником компенсації є рН артеріальної крові. У нормі рН = 7,4 ± 0,05. Якщо величина рН знижується до 7,24 чи збільшується до 7,56 (коливання становлять ± 0,16), можна говорити про розвиток субкомпенсованих форм. У тому випадку, якщо ця величина перевищує ± 0,16, це вказує на розвиток некомпенсованих форм ацидозу або алкалозу.
Поряд з газовими та негазовими формами ацидозів та алкалозів зустрічаються змішані форми. Наприклад, газовий ацидоз та негазовий алкалоз, негазовий ацидоз та газовий алкалоз.
Патофізіологічні показники КОС
Про стан кислотно-основної рівноваги та її порушення судять за певними показниками. Їх визначають в артеріальній крові та сечі. 1. рНа = 7,35 ± 0,05 2. Напруга СО2 в артеріальній крові = 40 мм рт.ст.Патофізіологічні механізми розвитку ацидозів та алкалозів.
1. Стадія захисно-компенсаторних реакцій
2. Стадія патологічних змін
Стадія захисно-компенсаторних реакцій
Ця стадія включає такі механізми: 1. Метаболічні механізми компенсаціїБуферні механізми компенсації
1. Гідрокарбонатний буфер: Н2 СО3 / NаНСО3 = 1/20 Ця буферна система знаходиться в плазмі крові, бере участь у компенсації… 2. Фосфатний буфер: NаН2 РО4 / Na2НРО4 = 1/4.Екскреторні механізми компенсації
До цих механізмів належать внутрішні органи: легені, нирки, шлунково-кишковий тракт, печінка. Легкі. Легкі виводять леткі кислі сполуки як СО2. В нормі за добу.Стадія патологічних змін
На цій стадії порушення кислотно-основної рівноваги проявляються у вигляді ацидозів та алкалозів. Розберемо компенсовані форми розладів КОР та характер зміни основних показників.
Газовий (дихальний) ацидоз
Лікування: усунення причини, що спричинила газовий ацидоз, відновлення газообміну, застосування бронходилататорів.Негазовий (метаболічний) ацидоз
Розвиток негазового ацидозу пов'язане з надлишковим утворенням в організмі нелетких кислот та накопиченням Н+-іонів. Причини: гіпоксія, цукровий… Компенсація метаболічного ацидозу: активуються процеси детоксикації кислих… Лікування: усунення причини, що спричинила ацидоз, трансфузія лужних розчинів.Газовий (дихальний) алкалоз
Це порушення КОР характеризується надлишковим виведенням СО2 із організму. Причини: висотна та гірська хвороба, анемія, надмірна штучна… Лікування: усунення причини, що викликала алкалоз. Вдихання карбогену (5% СО2 +…Негазовий (метаболічний) алкалоз
Метаболічний алкалоз характеризується абсолютним чи відносним накопиченням в організмі лужних валентностей. Це може спостерігатися при… При метаболічному алкалозі включаються компенсаторні механізми іонообміну:… Лікування: усунення причини, що викликала алкалоз. Інфузія слабких кислих розчинів, відновлення буферної ємності.Що робитимемо з отриманим матеріалом:
Якщо цей матеріал виявився корисним для Вас, Ви можете зберегти його на свою сторінку у соціальних мережах:
Транскрипт
1 МІНІСТЕРСТВО ОХОРОНИ ЗДОРОВ'Я РЕСПУБЛІКИ БІЛОРУСЬ УСТАНОВА ОСВІТИ «ГОМЕЛЬСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ МЕДИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ» Кафедра патологічної фізіологіїГІПОКСІЯ. ПАТОФІЗІОЛОГІЯ ЗОВНІШНЬОГО ДИХАННЯ Навчально-методичний посібник для студентів 3 курсу всіх факультетів медичних вузів Гомель ГомДМУ 2015
2 УДК (072) ББК я73 Г 50 Автори: Т. С. Угольник, І. А. Атаманенко, Я. А. Кутенко, І. В. Манаєнкова Рецензенти: доктор медичних наук, професор, завідувач кафедри патологічної фізіології Білоруського державного медичного університету Ф. І. Вісмонт; доктор медичних наук, професор, завідувач кафедри патологічної фізіології імені Д. А. Маслакова Гродненського державного медичного університету Н. Є. Максимович Гіпоксія. Патофізіологія зовнішнього дихання: учеб.-метод. посібник Г 50 для студентів 3 курсу всіх факультетів медичних вузів / Т. С. Угольник [та ін.]. Гомель: ГомДМУ, с. ISBN У навчально-методичному посібнику містяться відомості про етіологію, патогенез, класифікацію, діагностику та принципи терапії гіпоксії та форми порушення зовнішнього дихання відповідно до типової навчальної програми за спеціальностями «Лікувальна справа» та «Медико-діагностична справа». Призначено для студентів 3 курси всіх факультетів медичних вузів. Затверджено та рекомендовано до видання науково-методичною радою закладу освіти «Гомельський державний медичний університет» 17 березня 2015 р., протокол 1. УДК (072) ББК я73 ISBN Установа освіти «Гомельський державний медичний університет»,
3 ЗМІСТ Список умовних позначень... 4 Тема 1. ГІПОКСІЯ... 6 Поняття та принципи класифікації гіпоксій... 7 Етіологія та патогенез екзогенних типів гіпоксій... 9 Етіологія та патогенез ендогенних типів гіпоксій Резистентність органів та тканин до гіпоксії Проявлено органів та тканин при гіпоксії Екстрені та довготривалі реакції адаптації та компенсації при гіпоксії Роль у патології та лікувальна дія гіпероксії Основи діагностики гіпоксичних станів Принципи усунення та профілактики гіпоксії Завдання для самостійної роботи Ситуаційні завдання Тестові завдання Література Тема 2. альвеолярної вентиляції Порушення легеневого кровотоку Порушення вентиляційно-перфузійних співвідношень Порушення альвеолокапілярної дифузії Порушення регуляції дихання Дихальна недостатність Діагностика типових форм порушень зовнішнього дихання Принципи профілактики та терапії патології зовнішнього дихання Завдання для самостійної
4 СПИСОК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ DL CO P a O 2 P v O 2 S a O 2 S v O 2 АД АВО 2 АДФ АМФ АТФ ВД ВДП ВЖК ВНД ДЗЛА ДН ДО ДФГ ДЦ ЄВД ЖЕЛ ІВЛ ІТ ІФН КЕК Нв НДП ОДН ОЕЛ ООЛ ОФВ 1 ОЦК ПОЛ дифузійна здатність легень по чадному газу парціальна напруга кисню в артеріальній крові парціальна напруга кисню у венозній крові сатурація гемоглобіну киснем в артеріальній крові сатурація гемоглобіну киснем ду аденозиндіфасфат альвеолокапілярна мембрана аденозинмонофасфат аденозинтрифосфат зовнішнє дихання верхні дихальні шляхи вищі жирні кислоти вища нервова діяльність тиск заклинювання легеневої артерії дихальна недостатність дихальний об'єм дифосфогліцерат дихальний центр ємність вдиху життєва ємність легень штучна вентиляція легень індекс Тиффно інтерферон киснева ємність крові об'єм дихання миттєва об'ємна швидкість видиху хвилинний об'єм кровообігу гемоглобін нижні дихальні шляхи гостра дихальна недостатність загальна ємність легень залишковий об'єм легень об'єм форсованого видиху за першу секунду об'єм циркулюючої крові перекисне окислення ліпідів 4
5 ПІС пікова об'ємна швидкість видиху РДСН респіраторний дистрес-синдором новонароджених РДСВ респіраторний дистрес-синдором дорослих РОвд резервний об'єм вдиху РОвид резервний обсяг видиху ЦД цукровий діабет СОС середня об'ємна швидкість форсованого видиху за період вимірювання від 2 хронічна дихальна недостатність ФЖЕЛ форсована життєва ємність ФОЕ функціональний об'єм легень ЧД частота дихання 5
6 ТЕМА 1. ГІПОКСІЯ Гіпоксія займає важливе місце в курсі патологічної фізіології, оскільки вона супроводжує майже всі хвороби людини. Розподіл гіпоксії на гіпоксичну, дихальну, циркуляторну, гемічну та інші типи відбиває широкий діапазон патології, коли він розвивається. Багато видів професійної діяльності пов'язані з виникненням кисневого голодування. Вивчення етіології патогенезу гіпоксії, захисно-пристосувальних механізмів та патологічних змін при гіпоксії є важливим для обґрунтування патогенетичної терапії та профілактики гіпоксичних станів. Мета заняття: вивчити етіологію, патогенез різних видівгіпоксії, компенсаторно-пристосувальні реакції, порушення функцій та обміну речовин. Завдання заняття. Студент повинен: 1. Дізнатись: визначення поняття «гіпоксія», її види; патогенетичну характеристику різних видів гіпоксії; компенсаторно-пристосувальні реакції при гіпоксії, їх види, механізми; порушення основних життєвих функцій та обміну речовин при гіпоксичних станах; механізми адаптації до гіпоксії 2. Навчитися: давати обґрунтований висновок про наявність гіпоксичного стану та характер гіпоксії на підставі анамнезу, клінічної картини, газового складу крові та показників КОС. 3. Набути навички: розв'язання ситуаційних завдань, що включають зміни показників ВД та газового складу крові при різних видах гіпоксії. 4. Ознайомитись: з клінічними проявами розладів діяльності системи ВД; з принципами діагностики, профілактики та терапії порушень газообмінної функції легень. Вимоги до початкового рівня знань. Для повного засвоєння теми студенту слід повторити: 1. Курс біологічної хімії: біохімічні основи біологічного окислення; сполучення окислення та фосфорилювання. 2. Курс нормальної фізіології: газообмінна функція еритроцитів. Контрольні питання суміжних дисциплін 1. Кисневий гомеостаз, його сутність. 6
7 2. Система забезпечення організму киснем, її компоненти. 3. Структурно-функціональна характеристика дихального центру. 4. Киснева транспортна система крові. 5. Газообмін у легенях. 6. Кислотно-основний стан організму, механізми його регуляції. Контрольні питання на тему заняття 1. Визначення поняття «гіпоксія». Принципи класифікації гіпоксичних станів. 2. Етіологія, патогенез, основні прояви різноманітних видів гіпоксій. 3. Лабораторні показники газового складу артеріальної та венозної крові за окремих типів гіпоксій. 4. Екстрені та довготривалі реакції адаптації та компенсації при гіпоксії. 5. Патофізіологічні процеси, що розвиваються при гострій та хронічній гіпоксії на клітинному та органному рівні. Результати гострої та хронічної гіпоксії. 6. Гіпероксія: визначення поняття та її роль у патології. Лікувальна діягіпероксії. 7. Основні принципи діагностики, профілактики та корекції гіпоксичних станів. ПОНЯТТЯ ТА ПРИНЦИПИ КЛАСИФІКАЦІЇ ГІПОКСІЙ Гіпоксія типовий патологічний процес, що розвивається внаслідок абсолютної та/або відносної недостатності біологічного окислення, що призводить до порушення енергетичного забезпечення функцій та пластичних процесів в організмі. Таке трактування терміну «гіпоксія» означає абсолютну чи відносну недостатність реального енергозабезпечення порівняно з рівнем функціональної активності та інтенсивності пластичних процесів в органі, тканині, організмі. Цей стан призводить до порушення життєдіяльності організму в цілому, розладів функцій органів та тканин. Морфологічні зміни в них мають різний масштаб та ступінь, аж до загибелі клітин та деструкції неклітинних структур. Від гіпоксії слід відрізняти гіпоксемію зменшення порівняно з належним рівнем напруги та вмісту кисню у крові. Класифікація гіпоксій Гіпоксичні стани класифікують з урахуванням різних критеріїв: етіології, виразності розладів, швидкості розвитку та тривалості гіпоксії. 7
8 1. По етіології: Екзогенна гіпоксія: гіпоксична: гіпо-і нормобарична; гіпероксична: гіпер- та нормобарична. Ендогенна гіпоксія: дихальна (респіраторна); циркуляторна (серцево-судинна); гемічна (кров'яна); тканинна; субстратна; перевантажувальна; змішана. 2. За швидкістю розвитку: блискавична гіпоксія розвивається в межах першої хвилини після дії причини гіпоксії, нерідко летальна (наприклад, при розгерметизації літальних апаратів на висоті більше м або в результаті швидкої втрати великої кількості крові при пораненнях великих артеріальних судин або розриві аневризми) гостра гіпоксія розвивається, як правило, у межах першої години після впливу причини гіпоксії (наприклад, внаслідок гострої крововтрати або гострої дихальної недостатності); підгостра гіпоксія формується в межах першої доби; прикладами можуть бути гіпоксичні стани, що розвиваються в результаті потрапляння в організм метгемоглобіноутворювачів (нітратів, оксидів азоту, бензолу), венозної крововтрати, дихальної або серцевої недостатності, що повільно наростає; хронічна гіпоксія розвивається та/або триває більш ніж кілька діб (тижня, місяці, роки), наприклад, при хронічній анемії, серцевій або дихальній недостатності. 3. За критерієм виразності розладів життєдіяльності організму розрізняють такі види гіпоксії: легку; середньої тяжкості (помірну); важку; критичну (небезпечну для життя, летальну). Як основні ознаки тієї чи іншої вираженості (тяжкості) гіпоксії використовують такі: ступінь порушення нервово-психічної діяльності; вираженість розладів функцій ССС та дихальної систем; величину відхилень показників газового складу та КОС крові, а також деяких інших показників. 8
9 ЕТИОЛОГІЯ І ПАТОГЕНЕЗ ЕКЗОГЕННИХ ТИПІВ ГІПОКСІЙ Екзогенна гіпоксія виникає при зниженні ро 2 у повітрі, що вдихається і має дві форми: гіпобаричну і нормобаричну. 1. Гіпоксична гіпобарична гіпоксія виникає при підйомі на висоту понад 3 3,5 тисячі метрів, де людина піддається дії зниженого парціального тиску кисню у повітрі, що вдихається (провідний етіологічний фактор). У цих умовах можливий розвиток гірської (висотної) або декомпресійної хвороби. Гірська (висотна) хвороба спостерігається при підйомі в гори, де організм піддається впливу не тільки зниженого вмісту кисню в повітрі та зниженого барометричного тиску, але також фізичного навантаження, охолодження, підвищеної інсоляції та інших факторів високогір'я. Декомпресійна хвороба спостерігається при різкому зниженні барометричного тиску (наприклад, внаслідок розгерметизації літальних апаратів на висоті понад 1000 м). При цьому формується небезпечний для життя стан, що відрізняється від гірської хвороби гострим або навіть блискавичним перебігом. 2. Гіпоксична нормобарична гіпоксія може виникнути при обмеженні надходження в організм кисню з повітрям за нормального барометричного тиску. Такі умови складаються при: знаходженні людей у погано вентильованому приміщенні (шахті, колодязі, ліфті); порушення регенерації повітря та подачі кисневої суміші для дихання у літальних та глибинних апаратах, автономних костюмах (космонавтів, льотчиків, водолазів, рятувальників, пожежників); недотриманні методики ШВЛ. Зменшення вмісту кисню у повітрі, що вдихається, веде до недостатнього насичення Hb киснем, що проявляється артеріальною гіпоксемією. Патогенез: артеріальна гіпоксемія, у відповідь на гіпоксемію розвивається реакція компенсації, що призводить до гіпокапнії та газового алкалозу та порушення регуляції дихання, газовий алкалоз змінюється ацидозом, також мають місце артеріальна гіпотензія та гіпоперфузія органів та тканин. За наявності у повітрі, що вдихається, високого вмісту вуглекислого газу артеріальна гіпоксемія може поєднуватися з гіперкапнією і ацидозом. Помірна гіперкапнія сприяє збільшенню кровообігу в судинах мозку та серця. Однак значне збільшення рco 2 у крові призводить до ацидозу, дисбалансу іонів у клітинах та біологічних рідинах, зниження спорідненості Hb до кисню. 9
10 Гіпероксична гіпоксія 1. Гіпербарична. Виникає за умов надлишку кисню (ускладнення при гіпербаричної оксигенації). Надлишковий кисень не споживається в енергетичних та пластичних цілях; пригнічує процеси біологічного окиснення; Пригнічує тканинне дихання є джерелом вільних радикалів, що стимулюють ПОЛ, викликає накопичення токсичних продуктів, а також викликає пошкодження легеневого епітелію, спад альвеол, зниження споживання кисню, і в результаті порушується обмін речовин, виникають судоми, коматозний стан (ускладнення при гіпербаричній оксигенації). 2. Нормобарична. Розвивається як ускладнення при кисневій терапії, коли тривало використовуються високі концентрації кисню, особливо у людей похилого віку, у яких з віком падає активність антиоксидантної системи. При гіпероксичній гіпоксії в результаті збільшення парціального тиску кисню у повітрі, що вдихається, збільшується його повітряно венозний градієнт, але знижується швидкість транспорту кисню артеріальною кров'ю і швидкість споживання кисню тканинами, накопичуються недоокислені продукти, виникає ацидоз. ЕТИОЛОГІЯ І ПАТОГЕНЕЗ ЕНДОГЕННИХ ТИПІВ ГІПОКСІЙ Ендогенна гіпоксія виникає при різних захворюваннях та патологічних станах. Дихальна (респіраторна) гіпоксія Виникає внаслідок дихальної недостатності, яка може бути обумовлена альвеолярною гіповентиляцією, зниженою перфузією кров'ю легень, порушенням дифузії кисню через аерогематичний бар'єр, дисоціацією вентиляційно-перфузійного співвідношення. Незалежно від походження дихальної гіпоксії, ініціальною патогенетичною ланкою є артеріальна гіпоксемія, що зазвичай поєднується з гіперкапнією та ацидозом. Циркуляторна (гемодинамічна) гіпоксія Виникає внаслідок недостатності кровопостачання при гіповолемії, серцевій недостатності, зниженні тонусу стінок судин, розладів мікроциркуляції, порушень дифузії кисню з капілярної крові до клітин. Локальна циркуляторна гіпоксія. Причини: місцеві розлади кровообігу (венозна гіперемія, ішемія, стаз), регіонарні порушення дифузії кисню з крові до клітин та їх мітохондрій. 10
11 Системна циркуляторна гіпоксія. Причини: гіповолемія, серцева недостатність, генералізовані форми зниження тонусу судин. Гемічна гіпоксія Виникає внаслідок зниження ефективної кисневої ємності крові та порушення транспорту кисню. Hb - оптимальний переносник кисню. Транспортна здатність Hb визначається кількістю кисню, пов'язаного з ним, та кількістю кисню, відданого тканинам. При насиченні Hb киснем у середньому на 96 % киснева ємність артеріальної крові (V a O 2 ) досягає приблизно 20 % (об'ємних). У венозній крові цей показник наближається до 14% (об'ємним). Артеріо-венозна різниця по кисню становить 6%. Патогенез: зменшення вмісту Hb в одиниці об'єму крові, порушення транспортних властивостей Hb (анемія); зниження КЕК. Гемічний тип гіпоксії характеризується зниженням здатності Hb еритроцитів зв'язувати кисень (у капілярах легень), транспортувати та віддавати оптимальну кількість його у тканинах. При цьому реальна киснева ємність крові може знижуватися до 5-10% (об'ємних). 1г Hb зв'язує 1,34 мл 2 (число Хюфнера). Виходячи з числа Хюфнера, можна, знаючи вміст Hb, обчислити КЕК (формула 1): [СО 2 ] = 1,34 [Нb] SO 2, (1) де СО 2 вміст кисню в артеріальній крові; концентрація гемоглобіну у крові; SO 2 насичення гемоглобіну киснем; 1,34 число Хюфнер. Причинами зменшення вмісту кисню в артеріальній крові може бути: а) зменшення концентрації Hb, здатного пов'язувати кисень (зменшення КЕК). Це може бути обумовлено або анемією (зменшується загальний вміст Hb), або інактивацією Hb; б) зменшення насичення гемоглобіну киснем. Закономірно виникає при зменшенні напруги кисню в крові нижче 60 мм рт. ст. Транспортні властивості Hb порушуються при спадкових та набутих гемоглобінопатіях. Причинами набутих гемоглобінопатій є підвищений вміст у крові метгемоглобіноутворювачів, окису вуглецю, карбіламінгемоглобіну, нітроксигемоглобіну. Метгемоглобіноутворювачі - група речовин, що зумовлюють перехід іону заліза із закисної форми (Fe 2+) в окисну (Fe 3+). Остання форма зазвичай перебуває у зв'язку з ОН. Утворення метгемоглобіну (MetHb) оборотний процес. MetHb не здатний переносити кисень. У зв'язку з цим КЕК знижується. 11
12 Окис вуглецю має високу спорідненість до Hb. При взаємодії окису вуглецю з Hb утворюється карбоксигемоглобін (HbCO), що втрачає здатність транспортувати кисень до тканин. З'єднання Hb (наприклад, карбіламінгемоглобін, нітроксигемоглобін), що утворюються під впливом сильних окислювачів, також знижують транспортну здатність Hb і викликають розвиток гемічної гіпоксії. Утворення та дисоціація HbO 2 багато в чому залежить від фізикохімічних властивостей плазми крові. Зміни рН, осмотичного тиску, вмісту 2,3-дифосфогліцерату, реологічних властивостейзнижує транспортні властивості Hb та здатність HbO 2 віддавати кисень тканинам. Крива дисоціації оксигемоглобіну відображає залежність між напругою кисню в артеріальній крові та насиченням Hb киснем (рисунок 1). Зсув вліво Зсув вправо Рисунок 1 Крива дисоціації оксигемоглобіну Зсув кривої вліво відбувається при: зниженні температури; алкалозі; гіпокапнії; зменшенні в еритроцитах вмісту 2,3-дифосфогліцерату; отруєння оксидом вуглецю (II); поява спадково обумовлених патологічних форм Hb, які не віддають кисню тканинам. При зсуві кривої вліво Hb легше приєднує кисень у капілярах легень, але гірше віддає його тканинам. Причиною зсуву кривої дисоціації оксигемоглобіну праворуч можуть бути: підвищення температури; ацидоз; гіперкапнія; збільшення вмісту в еритроцитах 2,3-дифосфогліцерату. Вплив ацидозу та гіперкапнії на дисоціацію оксигемоглобіну відомий як ефект Бора. При зсуві кривої праворуч Hb гірше приєднує кисень у капілярах легень, але краще віддає його тканинам. Із цим пов'язане захисно-компенсаторне значення ефекту Бору при кисневому голодуванні. Тканинна гіпоксія Тканинна гіпоксія: первинна, вторинна. Первинна тканинна гіпоксія характеризується первинним ураженням апарату клітинного ди- 12
13 ханія (наприклад, при отруєнні ціанідами). При циркуляторній гіпоксії внаслідок гіпоксичного некробіозу порушується нормальна робота мітохондрій і виникає вторинна тканинна гіпоксія. Причини: фактори, що знижують ефективність утилізації кисню клітинами тканин та/або сполучення окислення та фосфорилювання. Патогенез тканинної гіпоксії включає кілька ключових ланок: 1. Зниження ефективності засвоєння кисню клітинами. Найчастіше це результат: придушення активності ферментів біологічного окиснення; значної змінифізико-хімічних параметрів у тканинах; гальмування синтезу ферментів біологічного окислення та ушкодження мембран клітин. Пригнічення активності ферментів біологічного окиснення при: специфічному інгібуванні ферментів біологічного окиснення; неспецифічне придушення активності ферментів іонами металів (Ag 2+, Hg 2+, Cu 2+); конкурентне інгібування ферментів біологічного окислення. Зміни фізико-хімічних параметрів у тканинах (температури, електролітного складу, рН, фазового стану мембранних компонентів) більш-менш вираженою мірою знижують ефективність біологічного окислення. Гальмування синтезу ферментів біологічного окислення може спостерігатися при загальному або частковому (особливо білковому) голодуванні; при більшості гіпо- та дисвітамінозів; порушення обміну мінеральних речовин, необхідні синтезу ферментів. Пошкодження мембран. Найбільшою мірою це стосується мембран мітохондрій. Важливо, що виражена гіпоксія будь-якого типу сама по собі активує багато механізмів, що призводять до пошкодження мембран та ферментів клітин з розвитком тканинної гіпоксії. 2. Зниження ступеня сполучення окислення та фосфорилювання макроергічних сполук у дихальному ланцюгу. У цих умовах збільшуються витрати кисню тканинами та інтенсивність функціонування компонентів дихального ланцюга. Більшість енергії транспорту електронів трансформується в тепло і не використовується для ресинтезу макроергів. Ефективність біологічного окиснення знижується. Клітини не одержують енергетичного забезпечення. У зв'язку з цим порушуються їх функції та порушується життєдіяльність організму загалом. Виражену здатність роз'єднувати процеси окислення і фосфорилювання мають багато ендогенних агентів (наприклад, надлишок Ca 2+, H +, ВЖК, йодовмісні гормони щитовидної залози), а також екзогенні речовини (2,4-дінітрофенол, пентахлорфенол). Субстратний типПричини: дефіцит у клітинах субстратів біологічного окислення (в основному глюкози). 13
14 Патогенез: прогресуюче гальмування біологічного окиснення. У зв'язку з цим у клітинах швидко знижується рівень АТФ та креатинфосфату, величина мембранного потенціалу. Змінюються та інші електрофізіологічні показники, порушуються різні шляхи метаболізму та пластичні процеси. Перевантажувальний тип гіпоксії Причини: значне та/або тривале збільшення функцій тканин, органів чи їх систем. При цьому інтенсифікація доставки до них кисню та субстратів метаболізму, обміну речовин, реакцій сполучення окислення та фосфорилювання не здатні усунути дефіциту макроергічних сполук, що розвинувся внаслідок гіперфункції клітини. Найчастіше це спостерігається у ситуаціях, що викликають підвищене та/або тривале функціонування скелетних м'язів та/або міокарда. Патогенез: надмірне за рівнем та/або тривалістю навантаження на м'яз (скелетне або серце) обумовлює відносну (у порівнянні з необхідним при даному рівні функції) недостатність кровопостачання м'яза; дефіцит кисню в міоцитах, що викликає недостатність процесів біологічного окиснення в них. Змішаний тип гіпоксії Причини: фактори, що порушують два і більше механізмів доставки та використання кисню та субстратів метаболізму у процесі біологічного окислення. Наприклад, гостра масивна крововтрата призводить як до зниження КЕК і розладу кровообігу: розвивається гемічний і гемодинамічний типи гіпоксії. Послідовний вплив факторів, що ведуть до пошкодження різних механізмів транспортування кисню та субстратів метаболізму, а також процесів біологічного окиснення. Наприклад, гостра масивна втрата крові призводить до гемічної гіпоксії. Зниження припливу крові до серця обумовлює зменшення викиду крові, розлади гемодинаміки, зокрема коронарного та мозкового кровотоку. Ішемія тканини мозку може спричинити розлад функції дихального центру та респіраторний тип гіпоксії. Взаємне потенціювання порушень гемодинаміки та зовнішнього дихання призводить до значного дефіциту в тканинах кисню та субстратів метаболізму, до грубих ушкоджень мембран клітин, а також ферментів біологічного окислення та, як наслідок, до гіпоксії. тканинного типу. Патогенез: включає ланки механізмів розвитку різних типів гіпоксії. Змішана гіпоксія часто характеризується взаємопотенціювання окремих її типів з розвитком важких екстремальних і навіть термінальних станів. Зміни газового складу та рН крові при змішаній гіпоксії визначаються домінуючими розладами механізмів транспорту та утилізації кисню, субстратів обміну речовин, а також процесів 14
15 біологічного окислення у різних тканинах. Характер змін може бути різним і дуже динамічним. Порушення обміну речовин та зміни в клітині при гіпоксії При нестачі кисню відбувається порушення обміну речовин та накопичення продуктів неповного окислення, багато з яких є токсичними. Поява продуктів ПОЛ є одним з найважливіших факторів гіпоксичного пошкодження клітини. Накопичуються проміжні продукти білкового обміну, збільшується вміст аміаку, знижується кількість глутаміну, порушується обмін фосфоліпідів та фосфопротеїдів, встановлюється негативний баланс азоту. Синтетичні процеси знижено. Порушується активний транспорт іонів через біологічні мембрани. Знижується кількість внутрішньоклітинного калію. Кальцій накопичується в цитоплазмі одна з основних ланок гіпоксичного ушкодження клітини. Структурні порушення клітини при гіпоксії виникають у результаті біохімічних змін. Зсув рН у кислу сторону та інші порушення обміну ушкоджують мембрани лізосом, звідки виходять активні протеолітичні ферменти. Їхня руйнівна дія на клітину, зокрема мітохондрії, посилюється на тлі дефіциту макроергів, які роблять клітинні структури більш уразливими. Ультраструктурні порушення виражаються в гіперхроматозі та розпаді ядра, набуханні та деградації мітохондрій. Розлад обміну речовин є одним з найбільш ранніх проявівгіпоксії. В умовах гострої та підгострої гіпоксії закономірно розвивається ряд метаболічних розладів: рівень АТФ та креатинфосфату при гіпоксії будь-якого типу прогресуюче знижуються внаслідок придушення процесів біологічного окислення (особливо аеробних) та сполучення їх з фосфорилюванням; вміст АДФ, АМФ та креатину наростають внаслідок порушення їх фосфорилювання; концентрація неорганічного фосфату в тканинах збільшується внаслідок підвищеного гідролізу АТФ, АДФ, АМФ, креатинфосфату та пригнічення реакцій окисного фосфорилювання; процеси тканинного дихання у клітинах пригнічені внаслідок дефіциту кисню, нестачі субстратів обміну речовин, пригнічення активності ферментів тканинного дихання; гліколіз на початковому етапі гіпоксії активується; вміст H+ у клітинах та біологічних рідинах прогресуюче наростає та розвивається ацидоз внаслідок гальмування окислення субстратів, особливо лактату та пірувату та у меншій мірі жирних кислот та амінокислот. Біосинтез нуклеїнових кислотта білків пригнічений внаслідок дефіциту енергії, необхідної для цих процесів. Паралельно з цим акти- 15
16 вується протеоліз, зумовлений активацією в умовах ацидозу протеаз, а також неферментного гідролізу білків. Азотистий баланс стає негативним. Це поєднується з підвищенням рівня залишкового азоту в плазмі крові та аміаку в тканинах (внаслідок активації реакцій протеолізу та гальмування процесів протеосинтезу). Жировий обмін також суттєво змінено та характеризується: активацією ліполізу (внаслідок підвищення активності ліпаз та ацидозу); гальмуванням ресинтезу ліпідів (внаслідок дефіциту макроергічних сполук); накопиченням в результаті вищезазначених процесів надлишку кетокислот (ацетооцтової, β-оксимасляної кислот, ацетону) та жирних кислот у плазмі крові, міжклітинній рідині, клітинах. При цьому ВЖК впливають на процеси окислення і фосфорилювання, що погіршує дефіцит АТФ. Обмін електролітів та рідини в тканинах порушено. Це проявляється: відхиленнями трансмембранного співвідношення іонів у клітинах (в умовах гіпоксії клітини втрачають K+, у цитозолі накопичуються Na+ та Ca 2+, у мітохондріях Ca 2+); дисбалансом між окремими іонами (наприклад, у цитозолі зменшується співвідношення K+/Na+, K+/Ca 2+); збільшенням у крові вмісту Na+, Cl, окремих мікроелементів. Зміни змісту різних іонів різні. Вони залежить від ступеня гіпоксії, переважного ушкодження того чи іншого органу, змін гормонального статусу та інших факторів; накопиченням надлишку рідини в клітинах і набуханням клітин (внаслідок збільшення осмотичного тиску в цитоплазмі клітин у зв'язку з накопичення в них Na+, Ca 2+ та деяких інших іонів, а також підвищення онкотичного тиску в клітинах внаслідок розпаду поліпептидів, ліпопротеїнів та інших білокмістких молекул , що мають гідрофільні властивості). У тканинах та органах можуть розвиватися й інші порушення метаболізму. Багато в чому вони залежать від причини, типу, ступеня та тривалості гіпоксії, переважно уражених при гіпоксії органів і тканин та інших факторів. РЕЗИСТЕНТНІСТЬ ОРГАНІВ І ТКАНИН ДО ГІПОКСІЇ При гіпоксії порушення функцій органів та тканин виражені різною мірою. Це визначається: - різною резистентністю органів до гіпоксії; швидкістю її розвитку; ступенем та тривалістю її впливу на організм. 16
17 Найбільша стійкість до гіпоксії у кісток, хрящів, сухожиль, зв'язок. Навіть в умовах тяжкої гіпоксії у них не виявляються значні морфологічні відхилення. У скелетній мускулатурі зміни структури міофібрил, а також їх скоротливості виявляються через хв, а в міокарді вже через хв. У нирках та печінці морфологічні відхилення та розлади функцій виявляються зазвичай через хв після початку гіпоксії. Найменшою резистентністю до гіпоксії має тканина нервової системи. При цьому різні її структури по-різному стійкі до гіпоксії однакового ступеня та тривалості. Резистентність нервових клітин зменшується в наступному порядку: периферичні нервові вузли спинний мозокдовгастий мозок гіпокамп мозок кора великих півкуль. Припинення оксигенації кори мозку викликає значні структурні та функціональні змінив ній вже через 2-3 хв, у довгастому мозку через 8-12 хв, а в гангліях вегетативної нервової системи через хв. Наслідки гіпоксії для організму загалом визначаються ступенем ушкодження нейронів кори великих півкуль та часом їх розвитку. ПРОЯВИ ДИСФУНКЦІЇ ОРГАНІВ І ТКАНИНЬ ПРИ ГІПОКСІЇ Прояви розладів функцій органів та тканин при гострій гіпоксії включають: Прояви у ВНД Виявляються через кілька секунд і виявляються: зниженням здатності адекватно оцінювати події, що відбуваються, і навколишнє оточення; відчуттями дискомфорту, тяжкості у голові, головного болю; дискоординацією рухів; уповільненням логічного мислення та прийняття рішень (у тому числі простих); розладом свідомості та її втратою у важких випадках; порушенням бульбарних функцій, що призводить до розладів функцій серця та дихання, аж до їхнього припинення. Прояви в системі кровообігу: зниження скорочувальної функції міокарда, зменшення ударного та серцевого викидів; розлад кровотоку в судинах серця та розвиток коронарної недостатності, що зумовлює епізоди стенокардії і навіть інфаркт міокарда; розвиток аритмій серця, включаючи мерехтіння та фібриляцію передсердь та шлуночків; 17
18 гіпертензивні реакції (за винятком окремих різновидів гіпоксії циркуляторного типу), що змінюються артеріальною гіпотензією, у тому числі гострою, тобто колапсом); зміна обсягу та реологічних властивостей крові. При гемічній гіпоксії, спричиненій гострою крововтратою, розвиваються характерні стадійні зміни. При інших типах гіпоксії в'язкість та ОЦК можуть підвищуватись у зв'язку з викидом еритроцитів з кісткового мозку та мобілізацією депонованої фракції крові. Можливі також розлади мікроциркуляції, що виявляються надмірним уповільненням струму крові в капілярах, турбулентним його характером, артеріолярно-венулярним шунтуванням, трансмуральними та екстраваскулярними порушеннями мікроциркуляції. У тяжких випадках ці розлади завершуються сладжем та капіляротрофічною недостатністю. Прояви в системі зовнішнього дихання: спочатку збільшення обсягу альвеолярної вентиляції, а потім (при наростанні ступеня гіпоксії та пошкодження нервової системи) прогресуюче її зниження; зменшення загальної та регіонарної перфузії легень. Це зумовлено падінням серцевого викиду, а також регіонарною вазоконстрикцією за умов гіпоксії; порушення вентиляційно-перфузійного співвідношення (внаслідок місцевих розладів перфузії та вентиляції у різних ділянках легень); зниження дифузії газів через аерогематичний бар'єр (у зв'язку з розвитком набряку та набуханням клітин міжальвеолярної перегородки). У результаті розвивається ДН, що посилює ступінь гіпоксії. Прояви порушень функцій нирок розладу діурезу (від поліурії до оліго- та анурії). Олігурія розвивається, як правило, при гіпоксії, спричиненій гострою крововтратою. У цьому випадку вона є адаптивною реакцією, яка перешкоджає зменшенню ОЦК. Олігурія спостерігається і при гемічній гіпоксії, спричиненій гемолізом еритроцитів. У умовах зниження діурезу обумовлено порушенням фільтрації в клубочках нирок у зв'язку з накопиченням у тому капілярах детриту з зруйнованих еритроцитів. Поліурія розвивається при вираженій гіпоксичній альтерації нирок (наприклад, у пацієнтів з хронічною циркуляторною, дихальною або гемічною постгеморагічною гіпоксією); порушення складу сечі. При цьому відносна щільність змінюється різноспрямовано (на різних етапах гіпоксії спостерігається і підвищена щільність сечі гіперстенурія, і знижена гіпостенурія, і ізостенурія, що мало змінюється протягом доби). Виражені ушкодженнянирок при тяжких формах гіпоксії можуть призвести до розвитку ниркової недостатності, уремії та коми. 18
19 Розлади функцій печінки В умовах гіпоксії порушення функцій печінки розвивається, як правило, при її хронічному перебігу. При цьому виявляються ознаки як парціальної, так і тотальної дисфункції печінки. До найчастіших відносяться: розлади обміну речовин (вуглеводного, ліпідного, білкового, вітамінів); порушення антитоксичної функції печінки; пригнічення утворення у ній різних речовин (наприклад, факторів системи гемостазу, коферментів, сечовини, жовчних пігментів та ін.). Порушення у системі травлення: розлади апетиту (як правило, його зниження); порушення моторики шлунка та кишечника (зазвичай зниження перистальтики, тонусу та уповільнення евакуації шлункового та/або кишкового вмісту); розвиток ерозій та виразок (особливо при тривалій тяжкій гіпоксії). Порушення в системі імунобіологічного нагляду. При хронічних та виражених гіпоксичних станах відбувається зниження ефективності в системі імунітету, що проявляється: низькою активністю імунокомпетентних клітин; недостатньою ефективністю факторів неспецифічного захисту організму: комплементу, ІФН, мурамінідази, білків гострої фази, природних кілерів та ін. Зазначені та деякі інші зміни в системі імунітету при вираженій тривалій гіпоксії можуть призвести до розвитку різних імунопатологічних станів: , станів імунної аутоагресії Незначна зміна парціального тиску 2 у крові впливає на мозковий кровообіг. При гіперкапнії (внаслідок гіповентиляції) судини мозку розширюються, підвищується внутрішньочерепний тиск, що супроводжується головним болем та запамороченням. Зменшення парціального тиску 2 при гіпервентиляції альвеол знижує мозковий кровотік, при цьому виникає стан сонливості, можливі непритомності. Розвиток гіпоксії є стимулом для включення комплексу компенсаторних і пристосувальних реакцій, спрямованих на відновлення нормального постачання тканин киснем. У протидії розвитку гіпоксії беруть участь системи органів кровообігу, 19
20 дихання, система крові, відбувається активація низки біохімічних процесів, сприяють ослаблення кисневого голодування клітин. Пристосувальні реакції, як правило, передують розвитку вираженої гіпоксії. Екстрені та довготривалі механізми адаптації при гострій та хронічній гіпоксії представлені в таблицях 1, 2. Таблиця 1 Механізми адаптації організму до гострої гіпоксії Органи та системи Система ВД Серце Судинна система Система крові Система біологічного окиснення Ефекти Збільшення об'єму альвеолярної вентиляції Підвищення серця Підвищення КЕК Підвищення ефективності біологічного окислення Механізм ефектів Збільшення: частоти та глибини дихань; числа функціонуючих альвеол Збільшення: ударного викиду; числа скорочень. Регіональна зміна діаметра судин (збільшення у мозку та серці) викид крові з депо; елімінація еритроцитів із кісткового мозку; підвищення спорідненості Hb до кисню у легенях; збільшення дисоціації оксигемоглобіну у тканинах. активація тканинного дихання; активація гліколізу; підвищення сполученості окислення та фосфорилювання. Таблиця 2 Механізми адаптації організму до хронічної гіпоксії Органи та системи Система біологічного окислення Система ВД Серце Ефекти Підвищення ефективності біологічного окислення Підвищення ступеня оксигенації крові в легенях Підвищення серцевого викиду Механізм ефектів збільшення числа мітохондрій, їх христів та ферментів у них; підвищення сполученості окислення та фосфорилювання. Гіпертрофія легень із збільшенням числа альвеол та капілярів у них гіпертрофія міокарда; збільшення у ньому числа капілярів та мітохондрій у кардіоміоцитах; зростання швидкості взаємодії актину та міозину; підвищення ефективності систем регуляції серця; 20
21 Закінчення таблиці 2 Органи та системи Судинна система Система крові Органи та тканини Системи регуляції Ефекти Зростання рівня перфузії тканин кров'ю Збільшення КЕК Підвищення економічності функціонування Зростання ефективності та надійності механізмів регуляції Механізм ефектів збільшення кількості функціонуючих капілярів; розвиток артеріальної гіперемії у функціонуючих органах та тканинах. активація еритропоезу; збільшення елімінації еритроцитів із кісткового мозку; розвиток еритроцитозу; підвищення спорідненості Hb до кисню у легенях; прискорення дисоціації оксигемоглобіну у тканинах перехід на оптимальний рівень функціонування; підвищення ефективності метаболізму підвищення резистентності нейронів до гіпоксії; зниження ступеня активації симпатико-адреналової та гіпоталамогіпофізарно-надниркової РОЛЬ У ПАТОЛОГІЇ І ЛІКУВАЛЬНА ДІЯ ГІПЕРОКСІЇ Гіпероксія (грец. hyper над, понад, oxygeniuin кисень) підвищений парціальний тиск кис. Гіпероксія виникає в умовах надлишку кисню як ускладнення при кисневій терапії, коли тривало використовуються високі концентрації кисню, особливо у людей похилого віку, у яких з віком падає активність антиоксидантної системи. Надлишковий кисень не споживається в енергетичних і пластичних цілях, є джерелом радикалів, що стимулюють ПОЛ, пригнічує біологічне окислення, викликає пошкодження легеневого епітелію, спад альвеол і тим самим знижує споживання кисню тканинами, накопичуються недоокислені продукти, виникає ацидоз і в результаті виникає набряк мозку, судоми, коматозний стан (ускладнення при гіпербаричній оксигенації). У механізмі шкідливого впливу кисню грають роль: зниження активності багатьох ферментів. Небезпечним до певної міри є застосування кисневої терапії при зниженні чутливості ДЦ до підвищення вмісту СО 2 у крові, що має місце в осіб похилого та старечого віку з наявністю церебрального атеросклерозу, при органічних ураженняхцентраль-21
22 ної нервової системи. У таких хворих регуляція дихання відбувається за участю каротидних хеморецепторів, чутливих до гіпоксемії. Усунення її може призвести до зупинки дихання. Оксигенотерапія інгаляція кисню під нормальним (нормобарична оксигенація) або підвищеним тиском (гіпербарична оксигенація) є одним із ефективних методів лікування при деяких важких формах гіпоксії. Нормобарична оксигенотерапія показана в тих випадках, коли парціальний тиск кисню в артеріальній крові нижчий за 60 мм рт. ст., а відсоток насичення Hb менше 90%. Не рекомендується проводити оксигенотерапію при вищому р О 2, так як це лише незначною мірою підвищить утворення оксигемоглобіну, але може призвести до небажаних наслідків. При гіповентиляції альвеол та при порушенні дифузії кисню через альвеолярну мембрану така киснева терапія суттєво або повністю усуває гіпоксемію. Гіпербарична оксигенація показана при лікуванні хворих з гострою постгеморагічною анемією та при важких формах отруєння окисом вуглецю та метгемоглобіноутворювачами, при декомпресійній хворобі, артеріальній газовій емболії, гострій травмі з розвитком ішемії тканин та ряді інших важких станів. Гіпербарична оксигенація усуває як гострі, і віддалені ефекти отруєння окисом вуглецю. ОСНОВИ ДІАГНОСТИКИ ГІПОКСІЧНИХ СТАН Газовий склад артеріальної крові відбиває стан обміну газів у легенях. При порушенні його спостерігається зниження P a O 2 і насичення S a O 2. Для визначення стану обміну газів лише на рівні тканин паралельно необхідно досліджувати змішану венозну кров. Чим більше виражена киснева заборгованість тканин (циркуляторна гіпоксія), тим більше знижено показники у венозній крові PvO2 та SvO2. Такі дані свідчать про необхідність оптимізації транспорту кисню. Останній може бути недостатнім через знижену КЕК (анемію), малий серцевий викид (гіповолемія, серцева недостатність) або порушення мікроциркуляції. Нерідко спостерігається комбінація цих причин. Якщо P v O 2 і особливо S v O 2 у хворих у важкому стані нормальні або підвищені, виникає найбільш несприятлива ситуація. Артеріалізація змішаної венозної крові спостерігається або за наявності грубих порушень мікроциркуляції, притаманних гіповолемії, централізації кровотоку при спазмі артеріол, або за порушення властивостей Hb. Останнє спостерігається при тяжкій гіпоксії на тлі зниження в еритроцитах концентрації 2,3-ДФГ. Це супроводжується утрудненням дисоціації оксигемоглобіну та порушенням віддачі кисню тканинам. Прогноз у своїй завжди несприятливий. 22
23 Однак визначати лише PO 2 і SO 2 не завжди достатньо, щоб судити про кисневий баланс організму. У хворих з крововтратою, травмою, після великих операцій важливо знати вміст загального кисню (концентрація загального кисню) у крові, представленого молекулярним киснем у всіх формах (тобто пов'язаного з Hb плюс дисоційованого у плазмі), тому що у них тривалий час анемія, що зберігається, знижує КЕК. У визначенні кисневого балансу організму вирішальне значення надається співвідношенню між доставкою (транспортом) кисню, споживанням кисню в тканинах та коефіцієнтом екстракції кисню. Нормальні значення коефіцієнта екстракції кисню %. Збільшення цього показника свідчить про підвищену кисневу заборгованість тканин, а зменшення про знижене споживання кисню з крові, що проходить через тканини (порушення віддачі кисню тканинам). Для оцінки ступеня вираженості гіпоксії традиційним є визначення лактату, пірувату, їх співвідношення, активності ЛДГ у артеріальній крові. Для оцінки кисневого балансу в хворих потрібно зіставлення багатьох показників, т.к. немає єдиного показника гіпоксії. Лабораторні показники газового складу артеріальної та венозної крові при різних видах гіпоксій представлені в таблиці 3. Таблиця 3 Показники кисневотранспортної функції крові при різних типах гіпоксії (за П. Ф. Литвицьким з доповненнями) Показник Форма гіпоксії гіпоксічна гемічна циркуляторна норма або підвищена або підвищена нормальна Вміст кисню знижений нормальний нормальний в артеріальній крові або нормальний або підвищений нормальний Напруга кисню в артеріальній крові знижено нормальну нормальну нормальну Кисневе насичення артеріальної крові знижено нормальну нормальну нормальну Вміст кисню знижено знижено у венозній крові або нормальну у венозній крові знижено знижено знижено підвищено Кисневе насичення венозної крові знижено нормальне знижено підвищено Артеріовенозна нормальна нормальна різниця вмісту або або знижена кисню знижена підвищена знижена Артеріовенозна різниця ро 2 знижена підвищена підвищена знижена 23
24 ПРИНЦИПИ УСУНЕННЯ ТА ПРОФІЛАКТИКИ ГІПОКСІЇ Профілактика та лікування гіпоксії залежать від причини, що її викликала, і повинні бути спрямовані на її усунення або ослаблення. Усунення чи зниження вираженості гіпоксичних станів виходить з кількох принципах (рисунок 2). Принципи та методи усунення/зниження тяжкості гіпоксії Етіотропний Екзогенний тип гіпоксії: нормалізація ро 2 у повітрі, що вдихається; додавання у вдихуване повітря вуглекислого газу. Ендогенні типигіпоксії: усунення хвороби чи патологічного процесу, причини гіпоксії. Патогенетична Ліквідація або зниження ступеня ацидозу. Зменшення дисбалансу іонів у клітинах та біологічних рідинах. Запобігання або зниження ступеня пошкодження мембран та ферментів клітини. Оптимізація (зниження) рівня функції органів та їх систем. Саногенетичний Підтримка та стимуляція захисних та пристосувальних механізмів Симптоматичний Усунення неприємних, тяжких відчуттів, що посилюють стан пацієнта Рисунок 2 Принципи та методи усунення/зниження тяжкості гіпоксії Виділяють наступні принципи лікування гіпоксії: етіотропний, патогенетичний, саноген. Етіотропна терапія Етіотропна терапія включає шляхи, заходи, способи та засоби, спрямовані на ліквідацію або ослаблення дії на організм причинних факторів та несприятливих умов. Особливості та ефективність етіотропного лікуваннязалежать від типу, виду та стадії гіпоксії. При екзогенній гіпоксії необхідно якнайшвидше і ефективніше нормалізувати барометричний тиск (шляхом ліквідації або ослаблення причин, що викликали його порушення) і ро 2 у повітрі, що вдихається (шляхом додавання до нього необхідної кількості Про 2). При ендогенній гіпоксії усувають або послаблюють причини (тобто причинні фактори та несприятливі умови), що спричинили розвиток відповідних захворювань або патологічних процесів, що супроводжуються розвитком гіпоксії. Патогенетична терапія Патогенетична терапія спрямована на усунення або суттєве ослаблення основного, провідних та другорядних ланок патогенезу гіпок- 24
25 ці. Активізація діяльності серцево-судинного та дихального центрів, системи ВД, системного, регіонарного та мікроциркуляторного кровообігу досягається додаванням до повітря, що вдихається, СО 2 (до 3 9 %). Для більш швидкого усуненнягіпоксії та більш ефективного насичення крові та тканин киснем використовують метод гіпероксигенації всього організму або окремих його частин (наприклад, кінцівок). Гіпероксигенацію виробляють в умовах нормобарії, так і гіпербарії (хворому дають кисень при нормальному або підвищеному барометричному тиску). При цьому важливо враховувати можливість появи токсичної дії надлишку О2, що проявляється переважно ушкодженням та перезбудженням структур ЦНС, гіповентиляцією альвеол (через розвиток ателектазу та набряку легень), розвитком поліорганної недостатності. При виявленні токсичної дії 2 усувають гіпероксигенацію шляхом переведення хворого на дихання повітрям з нормальним ро 2. Поліпшення доставки субстратів і регуляторних речовин до органів. Відновлення кількості еритроцитів, Hb, ОЦК. Поліпшення реологічних властивостей крові. Активізація процесу дисоціації HbO 2 в крові капілярів та ін. ). Це досягається додаванням до повітря, що вдихається, підвищених кількостей СО 2 (до 3 9 %). Саногенетична терапія Саногенетична терапія спрямована на підвищення адаптації та стійкості тканин до гіпоксії та забезпечується шляхом: зниження загального рівня життєдіяльності та витрати енергії: активізація процесів внутрішнього гальмування; зменшення процесів збудження нервової системи; ослаблення надмірної активності ендокринної системи; стабілізації клітинних та субклітинних мембран та зниження ступеня їх ушкодження; ліквідації чи ослаблення дисбалансу іонів та води у клітиннотканинних структурах організму; усунення наявних різних видів ферментопатій; специфічного втручання у процеси біологічного окислення в клітинах за допомогою застосування лікарських засобів. Провідне становище серед лікарських засобів, що нормалізують розлади біологічного окислення в клітинах займають такі: Антигіпоксанти (гутимін, оліфен, амтизол), що підвищують резистентність тканин до нестачі кисню і діють на клітинному та субклітинному рівнях. 25
26 Антиоксиданти (вітаміни С, Е, А; селен, селеніт натрію; фітоадаптогени), дія яких спрямована на зниження як надмірної кількості вільних радикалів та перекисів (головним чином ліпідних). Так і шкідливого впливу останніх на різні, особливо мембранні, структури клітин. Фітоадаптогени (коріння та листя рослин сімейств аралієвих, толокнянкових). Дані препарати мають здатність підвищувати неспецифічну адаптацію та резистентність різних клітиннотканинних структур та цілісного організму. Симптоматична терапія Симптоматична терапія покликана ліквідувати чи істотно послабити як неприємні, тяжкі в людини суб'єктивні відчуття, а й різні несприятливі симптоми, зумовлені як гіпоксією, і негативними наслідками этиотропного і патогенетичного лікування. Для цього використовують лікарські та нелікарські методи та засоби, які усувають або знижують різноманітні другорядні патологічні зміни в організмі, у тому числі хвилювання, біль, негативні емоції. Основні принципи профілактики гіпоксії Профілактика гіпоксії та її негативних наслідків як можлива, а й доцільна і досить ефективна. Для цього протягом тривалого часу можна штучно викликати багаторазову, уривчасту, ступінчасту гіпоксичну гіпоксію як у нормобаричних, так і в гіпобаричних умовах. Проводячи тренування гіпоксичною гіпоксією, що викликається вдиханням повітря з поступовим зниженням у ньому парціального тиску кисню, можна підвищити стійкість організму до дії різноманітних (механічних, термічних, хімічних, токсичних, біологічних) пошкоджуючих факторів, у тому числі до операційних впливів, різних отрут, інфекцій у тому числі вірусам, бактеріям, грибам) та іншим патогенним факторам. В експериментах на різних видах тварин показано, що після багаторазових тренувань до нестачі кисню у повітрі, що вдихається, до фізичних (м'язових), особливо наростаючих, навантажень, до артеріальної гіпотензії, викликаної дробовими кровопусканнями, підвищується резистентність організму до різних видів патології, в тому числі до гіпоксії екзогенного та ендогенного походження. З метою профілактики різних видів (у тому числі і гіпоксичної) гіпоксії можна використовувати різні групи лікарських препаратів: фітоадаптогени рослин сімейств аралієвих (елеутерокок, левзея, женьшень та інші), толокнянкових (родіола рожева), антигіпоксанти (гутімін, оліфен), актопрот гібробромід), антиоксиданти (вітаміни А, Е, С, препарати селену). 26
27 ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ Ситуаційні завдання Завдання 1 Пацієнту К. 50 років, після виведення його з важкого стану, викликаного раптово початим вдома рясною кровотечею з ураженого пухлиною шлунка, була проведена гастректомія (видалення шлунка). У ході проведення протишокової терапії та операції пацієнту вводили різні плазмозамінники (в межах 1,0 л) та перелили 2,5 л цільної донорської крові після дводенного її зберігання. На 3 добу після операції, незважаючи на відновлення до норми концентрації Hb у крові, у пацієнта стан продовжував залишатися тяжким: слабкість, головний біль, запаморочення, шкіра рук та ніг холодна, гіпотензія (АТ 70/30 мм рт. ст.), тяжкі розлади зовнішнього дихання, ниркова недостатність та жовтяниця (жовтушність шкіри та склер). Пацієнта було переведено на ШВЛ. Запитання 1. Який стан спостерігався у пацієнта на 3 добу після операції? Відповідь обґрунтуйте. 2. Які причини та механізми розвитку гіпоксії: а) у передопераційному періоді; б) у ході операції; в) на 3 добу післяопераційного періоду? Розбір завдання 1. Шок. На цей стан вказують симптоми, характерні для системного розладу мікроциркуляції: зниження температури шкіри (порушення периферичного кровообігу), слабкість, запаморочення та розлади зовнішнього дихання (порушення церебрального кровообігу), ниркова недостатність (порушення перфузії нирок). Артеріальна гіпотензія є одним із головних симптомів шоку. 2. Штучна гіпервентиляція веде до алкалозу та зниження дисоціації HbО 2. а) у передопераційному періоді могла бути гіпоксія внаслідок анемії мегалобластичного типу (у зв'язку з ураженням шлунка, що призвело до дефіциту внутрішнього фактораКасла та порушення еритропоезу), постгеморагічної анемії (якщо хворий мав приховану хронічну кровотечу). б) в ході операції гіпоксія могла посилитися внаслідок гіпервентиляції при проведенні ШВЛ(Зсув кривої дисоціації HbО 2 вліво, тобто зниження дисоціації HbО 2 в умовах алкалозу). 27
28 в) у післяопераційному періоді гіпоксія може наростати внаслідок використання довготривалої донорської крові (для довідки: через 8 днів зберігання крові вміст 2,3-ДФГ в еритроцитах знижується більш ніж у 10 разів, що порушує дезоксигенацію Hb). Завдання 2 Пацієнт К., 59 років, був направлений до клініки для проходження медичного огляду. В результаті обстеження були отримані такі дані: ратм О 2 (мм рт. ст.) 158; р A Про 2 (мм рт. ст.) 88; р 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/хв) 2,85; МОК (л/хв) 8,5; рН 7,25; МК (мг%) 20,0; ТК (мекв/добу) 60; Hb 140 г/л. Запитання 1. Визначте, який тип гіпоксії спостерігається у пацієнта. 2. На підставі яких даних ви зробили висновок? Розбір задачі 1. Змішаний: респіраторний та циркуляторний типи гіпоксії. 2. Про респіраторний тип, обумовлений гіповентиляцією, свідчить зниження р a О 2, підвищення р а СО 2 і низький МОД. На циркуляторний тип вказує висока артеріовенозна різниця О 2: S a O 2 -S v O 2. Зниження рн обумовлено накопиченням лактату і Н 2 3 в крові. Функція нирок, судячи з їхньої здатності секретувати Н+, не порушена. Про це свідчить високе значення ТК (кислота, що титрується). Завдання 3 До терапевтичної клініки надійшла пацієнтка К., 60 років, зі скаргами на загальну слабкість, головний біль постійного типу, запаморочення, похитування при ходьбі, незначно виражену задишку, поганий апетит, відчуття печіння на кінчику язика. В анамнезі: у зв'язку з деякими диспептичними розладами (болі в надчеревній ділянці, іноді діарея) було досліджено шлунковий сік і встановлено виражене зниження його кислотності. Об'єктивно: стан середньої тяжкості, виражена блідість шкірних покривів та слизових оболонок, незначна задишка у спокої, артеріальний тиск у межах вікової норми. Запитання 1. Чи є у пацієнтки ознаки розвитку загальної гіпоксії організму? Якщо так, то назвіть їх. 2. Чи характерні зазначені Вами ознаки лише для гіпоксії? Якщо ні, то за яких інших типових патологічних процесів розвиваються аналогічні симптоми? 28
29 3. Які додаткові дані про стан пацієнтки Вам потрібні для підтвердження чи спростування версії, що виникла у зв'язку з питанням 2? 4. Чи є підстави припустити наявність у пацієнтки гіпоксії циркуляторного типу? Якщо так, то назвіть їх. Який об'єктивний показник міг би підтвердити чи спростувати версію про циркуляторну гіпоксію? 5. Чи є підстави для припущення щодо розвитку у пацієнтки гіпоксії респіраторного типу? Якщо так, то назвіть їх та вкажіть, що необхідно визначити для підтвердження чи спростування версії про респіраторний тип гіпоксії. 6. Чи є підстави для припущення про розвиток у пацієнтки гіпоксії гемічного типу? Якщо так, то які дослідження могли б це підтвердити? ТЕСТОВІ ЗАВДАННЯ Вкажіть усі правильні відповіді: 1. Вкажіть реакції екстреної адаптації до гіпоксії: а) збільшення обсягу альвеолярної вентиляції; б) мобілізація депонованої крові; в) посилення анаеробного гліколізу; г) зниження дисоціації оксигемоглобіну; д) перерозподіл кровотоку; е) збільшення кількості мітохондрій у клітині; ж) тахікардія; з) активація еритропоезу. 2. Які зміни спостерігаються в організмі при гострій гіпоксії на стадії компенсації: а) тахікардія; б) збільшення гематокриту; в) тахіпное; г) спазм коронарних судин; д) гіперпное; е) розширення судин м'язів; ж) зменшення вентиляції альвеол; з) розширення судин мозку. 3. Вкажіть зміни у крові, характерні для початкового етапу екзогенної гіпобаричної гіпоксії: а) гіперкапнія; б) гіпокапнія; 29
30 в) гіпоксемія; г) газовий алкалоз; д) газовий ацидоз; е) метаболічний ацидоз. 4. Вкажіть причини гіпоксії дихального типу: а) зниження ро 2 повітря; б) отруєння ЗІ; в) емфізема легень; г) отруєння нітратами; д) хронічна крововтрата; е) недостатність мітрального клапана; ж) гіповітаміноз В 12; з) збудливості ДЦ. 5. Вкажіть причини гіпоксії тканинного типу: а) гіповітаміноз В1; б) гіповітаміноз РР; в) гіповітаміноз В 12; г) висотна хвороба; д) отруєння ціанідами; е) отруєння чадним газом; ж) гірнича хвороба. 6. Зазначте причини гіпоксії змішаного типу: а) травматичний шок; б) хронічна крововтрата; в) гостра потужна крововтрата; г) легенева артеріальна гіпертензія; д) міокардит; е) отруєння нітратами; ж) неускладнений інфаркт міокарда. 7. У патогенезі гіпоксичного ушкодження клітини провідну роль грають: а) гальмування гліколізу; б) збільшення рН у клітині; в) мобілізація креатинфосфату; г) збільшення у клітині натрію; д) активація фосфоліпази А 2; е) вивільнення лізосомальних ферментів; ж) гальмування ПОЛ; з) накопичення Са 2+ у мітохондріях. 30
31 8. Вкажіть стрілками відповідність причин гіпоксії екзогенного та тканинного типів: екзогенного типу гіповітаміноз В 1 гіповітаміноз РР гіповітаміноз В 12 висотна хвороба отруєння ціанідами отруєння чадним газом гірська хвороба тканинного типу 9. метаболічний ацидоз серповидноклітинна анемія метаболічний алкалоз кипокапнію зниження температури тіла збільшення в еритроцитах 2,3-ДФГ підвищення температури тіла вправо 10. Вкажіть стрілками, в яких випадках спорідненість гемоглобіну до кисню зменшується, а в яких збільшується: зменшується метаболічний ацидоз серповид 2 ,3-ДФГ зниження температури тіла підвищення температури тіла гіпокапнія Відповіді до тестових завдань збільшується 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) екзогенного типу: висотна хвороба; гірська хвороба; тканинного типу: гіповітаміноз В 1, гіповітаміноз РР, отруєння ціанідами; 9) вліво: метаболічний алкалоз, гіпокапнія, зниження температури тіла; вправо: метаболічний ацидоз, серповидноклітинна анемія, збільшення еритроцитів 2,3-ДФГ, підвищення температури тіла; 10) зменшується: метаболічний ацидоз, серповидноклітинна анемія, підвищення температури тіла; збільшується: метаболічний алкалоз, зменшення еритроцитів 2,3-ДФГ, зниження температури тіла, гіпокапнія. 31
32 Основна ЛІТЕРАТУРА 1. Патофізіологія: підручник: 2 т. / за ред. В. В. Новицького, Є. Д. Гольдберга, О. І. Уразової. М: ГЕОТАР-Медіа, Т с. 2. Патологічна фізіологія: підручник / Н. Н. Зайко [та ін]; за ред. М. М. Зайко, Ю. В. Биця. М: МЕДпрес-інформ, с. 3. Литвицький, П. Ф. Патофізіологія: підручник: у 2 т. 5-те вид., перераб. та дод. М.: Геотар-Медіа, Т с. Додаткова 1. Саркісов, Д. С. Загальна патологія людини: підручник / Д. С. Саркісов, М. А. Пальцев, І. К. Хітров. М: Медицина, с. 2. Войнов, В. А. Атлас з патофізіології: навчальний посібник / В. А. Войнов. М: МІА, с. 3. Кутник, Т. С. Тестові завдання з патологічної фізіології. Загальна патофізіологія: учеб.-метод. посібник: о 3 год. / Т. С. Угольник, І. В. Вуєвська, Я. А. Чуйко. Гомель: ГоДМУ, Ч с. 4. Типові патологічні процеси: практикум / Ф. І. Вісмонт [та ін.]. 3-тє вид. дод. та перероб. Мінськ: БДМУ, Т с. 5. Рябов, Г. А. Гіпоксія критичних станів/ Г. А. Рябов М: Медицина, с. 6. Атаман, А. В. Патологічна фізіологія у питаннях та відповідях: навч. посібник / А. В. Отаман. К.: Вища шк., с. 32
33 ТЕМА 2. ЗОВНІШНІЙ ДИХ У клінічній практиці фахівці часто стикаються із захворюваннями органів дихання, особливо легких та дихальних шляхів, які дуже чутливі до дії несприятливих факторів довкілля. При цьому будь-який патологічний процес, що виникає в органах дихання, може призвести до порушення альвеолярної вентиляції, дифузії чи перфузії та розвитку недостатності ВД. Широка поширеність хвороб дихальної системи та їх наслідки зумовлюють необхідність вивчення причин та загальних закономірностей розвитку типових форм порушення ВД та ДН. Мета заняття: вивчити етіологію, патогенез, основні форми розладів системи ВД, зумовлені порушеннями вентиляції, перфузії, вентиляційно-перфузійних відносин, дифузії газів через АКМ, механізми розвитку РН, її стадії. Завдання заняття. Студент повинен: 1. Дізнатися: визначення понять: «альвеолярна гіповентиляція», «альвеолярна гіпервентиляція», «легенева гіпертензія», «легенева гіпотензія»; «дихальна недостатність», «задишка»; основні форми порушень системи ВД, їх загальну етіологію та патогенез; механізми порушень системи ВД при патологічних процесах у верхніх та нижніх дихальних шляхах; механізми розвитку патологічних форм дихання; характеристику та стадії ДН; механізми розвитку інспіраторної та експіраторної задишок. 2. Навчитися: аналізувати параметри, що характеризують ВД та давати висновок про стояння системи ВД, форму порушень газообмінної функції легень; давати патогенетичну оцінку змін параметрів ВД, що відображають порушення системи ВД; характеризувати РН. 3. Набути навички: вирішення ситуаційних завдань, що включають зміни показників ВД та газового складу крові при різних видах порушень системи ВД. 4. Ознайомитись: з клінічними проявами розладів діяльності системи ВД; з принципами діагностики, профілактики та терапії порушень газообмінної функції легень. Вимоги до початкового рівня знань. Для повного засвоєння теми студенту необхідно повторити: курс анатомії: будова повітроносних шляхів та легень; 33
34 з курсу гістології, цитології та ембріології: судинна мережа легень, будова АКМ, структура стінки повітроносних шляхів; з курсу нормальної фізіології: поняття функціональна система регуляції дихання, система ВД та її функції, механізми вдиху та видиху, тиску та градієнти тисків, що створюють потік повітря; функціональні зони легень у положенні стоячи та лежачи, структурно-функціональна характеристика ДЦ, об'ємні та потокові параметри ВД. Контрольні питання на тему заняття 1. Етіологія та патогенез розладів ВД. 2. Альвеолярна гіповентиляція: типи та причини розвитку. 3. Обструктивний тип альвеолярної гіповентиляції: причини та механізми розвитку. 4. Обструкція ВДП. Гостра механічна асфіксія, причини та механізми розвитку. 5. Обструкція НДП: патогенез бронхітичного та емфізематозного типів обструкції. 6. Рестриктивний тип альвеолярної гіповентиляції: причини та механізми розвитку. 7. Альвеолярна гіпервентиляція: причини, механізми розвитку, наслідки. 8. Порушення легеневого кровотоку: види, причини та наслідки. 9. Порушення вентиляційно-перфузійних відносин. 10. Порушення альвеолокапілярної дифузії: причини та наслідки. 11. Порушення регуляції дихання: причини та механізми розвитку. 12. Характеристика та механізми розвитку патологічних форм дихання. 13. ДН: визначення поняття, стадії, прояви. Задишка: види, механізми формування. 14. Етіологія та патогенез ОДН при РДСВ дорослих та РДСВ новонароджених. 15. Зміни вентиляційних показників, газового складу крові та КОС при ДН та при гіпервентиляції. 16. Діагностика типових форм порушення ВД. 17. Принципи профілактики та лікування патологій ВД. ПАТОФІЗІОЛОГІЯ ЗОВНІШНЬОГО ДИХАННЯ Зовнішнє дихання це сукупність процесів, що відбуваються в легенях і забезпечують нормальний газовий склад артеріальної крові. Зовнішнє дихання забезпечується апаратом ВД, який включає дихальні шляхи, респіраторний відділ легень, грудну клітину з кістковохрящовим каркасом та нервово-м'язовою системою та нервові центри регуляції дихання. Апарат ВД здійснює процеси, що підтримують нормальний газовий склад артеріальної крові: • вентиляцію легень; 34
35 кровотік у легенях; дифузію газів через АКМ; Регуляторні механізми. У розвитку патології ВД ключову роль грає порушення процесів, що підтримують нормальний газовий склад артеріальної крові, у зв'язку з чим виділяють п'ять типових форм порушення ВД. Типові форми порушення ВД 1. Порушення вентиляції легень. 2. Порушення легеневого кровотоку. 3. Порушення вентиляційно-перфузійних співвідношень. 4. Порушення дифузії газів через АКМ. 5. Порушення регуляції дихання. ПОРУШЕННЯ АЛЬВЕОЛЯРНОЇ ВЕНТИЛЯЦІЇ Хвилинний об'єм дихання, що в нормальних умовах становить 6 8 л/хв, при патології може збільшуватися та зменшуватися, сприяючи розвитку альвеолярної гіповентиляції або гіпервентиляції, які визначаються відповідними клінічними синдромами. Альвеолярна гіповентиляція – типова форма порушення ВД, при якій реальний обсяг альвеолярної вентиляції за одиницю часу нижчий за необхідну організму в даних умовах. Причини альвеолярної гіповентиляції легень: 1. Розлади біомеханіки дихання: обструкція дихальних шляхів; порушення розтяжності легень. 2. Порушення механізмів регуляції ВД. Залежно від причини виділяють три типи альвеолярної гіповентиляції. Типи альвеолярної гіповентиляції: 1. Обструктивна. 2. Рестриктивна. 3. Внаслідок порушення регуляції дихання. Обструктивна альвеолярна гіповентиляція (від латів. obstructio перешкода) пов'язана зі зниженням прохідності дихальних шляхів. Перешкода руху повітря може бути як у верхніх, так і нижніх дихальних шляхах (таблиця 4). Патогенез обструктивного типу альвеолярної гіповентиляції полягає у підвищенні нееластичного опору повітряному потоку та зниженні прохідності дихальних шляхів. Це призводить до зниження обсягу вентиляції відповідних областей легень, збільшення роботи дихальних м'язів, збільшення споживання кисню та енергії апаратом ВД. 35
36 Таблиця 4 Причини обструкції верхніх і нижніх дихальних шляхів Причини обструкції ВДП НДП Сторонні предмети у просвіті ВДП Блювотні маси, вода, гній у просвіті дрібних бронхів та бронхіол Потовщення стінок ВДП (запальний набряк гортоні) слизової оболонки НДП вслідстійні явища в легенях) Спазм м'язів гортані (ларингоспазм) Спазм мимовільної мускулатури бронхіол, що виникає при дії різних алергенів, деяких подразнюючих речовин, гістаміну, холіноміметиків легеневої тканиниабсцес) Причини та механізм обструкції ВДП розглянуті на прикладі гострої механічної асфіксії. Асфіксія (від грец. а заперечення, sphyxis пульс; синонім ядуха) це загрозливий для життя патологічний стан, обумовлений гостро або підгостро виникає ДН, що досягає такого ступеня, що в кров перестає надходити кисень, а з крові не виводиться вуглекислий газ. Гостра механічна асфіксія може виникати внаслідок механічної перешкоди циркуляції повітря за ДП: закупорка просвіту ВДП (стороннє тіло, запальний набряк, наявність рідини в дихальних шляхах); здавлення шиї, грудної клітки, живота. Механізм розвитку асфіксії. Явлення, що спостерігаються при асфіксії, пов'язані спочатку з накопиченням в організмі 2. Діючи рефлекторно і безпосередньо на ДЦ, 2 збуджує його, доводячи глибину і частоту дихання до максимально можливих величин. Крім того, дихання рефлекторно стимулюється і зниженням у крові напруги кисню. У міру збільшення вмісту СО 2 у крові підвищується і АТ. Підвищення артеріального тиску можна пояснити рефлекторним впливом хеморецепторів на судинно-руховий центр, посиленим викидом адреналіну в кров, збільшенням МОК в результаті підвищення тонусу вен і збільшення припливу крові при посиленні дихання. Подальше збільшення концентрації СО 2 у крові визначає появу його наркотичної дії, ph крові знижується до 6,8 6,5. Посилюється гіпоксемія та, відповідно, гіпоксія головного мозку. Це призводить, у свою чергу, до пригнічення дихання, зниження артеріального тиску. У результаті настає параліч дихання та зупинка серця. Періоди (фази) асфіксії 1-а фаза (фаза інспіраторної задишки); характеризується активуванням діяльності ДЦ: посилюється і подовжується вдих, розвивається об- 36
37 збудження, підвищується симпатичний тонус (розширюються зіниці, виникає тахікардія, підвищується АТ), з'являються судоми. Посилення дихальних рухів викликається рефлекторно. При напрузі дихальних м'язів збуджуються розташовані в них пропріорецептори. Імпульси від рецепторів надходять у ДЦ та активують його. Зниження ра О 2 і підвищення ра СО 2 додатково подразнюють як інспіраторний, так і експіраторний ДЦ. 2-я фаза (фаза експіраторної задишки) дихання стає рідкішим і вимагає докладання зусиль під час видиху. Переважає парасимпатичний тонус, що проявляється брадикардією, звуження зіниць, зниженням АТ. За більшої зміни газового складу артеріальної крові настає гальмування ДЦ та центру регуляції кровообігу. Гальмування експіраторного центру відбувається пізніше, оскільки при гіпоксемії та гіперкапнії його збудження триває довше. 3-я фаза (передтермінальна) дихальні рухи припиняються внаслідок гальмування ДЦ, АТ падає, відбувається втрата свідомості. 4-та фаза (термінальна) характено гаспінг-дихання. Смерть настає від паралічу бульбарного ДЦ. Серце продовжує скорочуватися після зупинки дихання 5-15 хв. У цей час ще можливе пожвавлення задихнутого. Механізми обструкції НДП Обструкція НДП відбувається внаслідок спаду дрібних бронхів, бронхіол та альвеолярних ходів. Спад НДП відбувається в момент, коли видих ще не закінчений тому, таке явище називають раннім експіраторним закриттям дихальних шляхів (РЕЗДП). При цьому подальший видих стає неможливим. Таким чином, повітря виявляється спійманим, як у пастці. Внаслідок цього альвеоли залишаються постійно роздутими, у них збільшується кількість залишкового повітря. Виділяють два механізми РЕЗДП: 1. Бронхітичний (при звуженні вище бронхіоли). 2. Емфізематозний (при зниженні еластичності легеневої тканини). Щоб зрозуміти механізм РЕЗДП під час патології, необхідно розглянути механізм нормального видиху. У нормі при достатньому просвіті бронхіол та еластичній тязі легких видих відбувається пасивно: усередині плевральний тискросте поступово та врівноважується внутрішньоальвеолярним тиском. Тиск усередині бронхіол підпорядковується закону Бернуллі: сума тисків, спрямованих вздовж осі потоку та радіально до стінки бронха, величина стала. Крім того, необхідно підкреслити, що тиск, що діє зсередини на стінку бронхіоли, приблизно дорівнює тиску, що діє ззовні точка рівного тиску (ТРД). 37
38 РЕЗДП відбувається в тому місці, де плевральний тиск у якийсь момент видиху перевищує внутрішньобронхіальний (рисунок 3). Нормальне дихання РЕЗДП А Б Рисунок 3 Механізми раннього експіраторного закриття дихальних шляхів (РЕЗДП): А схема тисків у дихальних шляхах при нормальному диханні; Б схема тисків при РЕЗДП. 1 нормальна часточка із збереженими альвеолярними перегородками; 2 роздуті альвеоли з атрофією альвеолярної тканини; 3 тиск уздовж осі потоку; 4 радіально спрямований тиск, що стабілізує стінку дихальних шляхів; 5 тиск ззовні Бронхітичний механізм обструкції НДП Звуження просвіту НДП, згідно з правилом Бернуллі, призводить до підвищення лінійної швидкості струменя повітря під час вдиху та збільшення тиску, спрямованого вздовж осі бронхіоли. Тиск потоку, спрямований радіально на стінки бронхіол, в результаті зменшується і не може компенсувати тиск ззовні. Стінки бронхіол спадаються, незважаючи на те, що в них ще залишилося повітря. Емфізематозний механізм обструкції Руйнування еластичних волокон строми призводить до зниження еластичності легеневої тканини і видих вже не може протікати пасивно, він здійснюється за допомогою м'язів видиху, як наслідок досить значно і швидше ніж у нормі підвищується тиск, що діє на стінку бронхіоли ззовні. В результаті бронхіоли закриваються, незважаючи на повітря, що залишилося в альвеолах. 38
39 Причиною руйнування еластичних волокон може бути хронічний запальний процес. Окислювальний стрес, що розвивається в результаті запалення, виснажує інгібітори протеаз. В результаті нейтрофільні протеази руйнують еластичні волокна. Рестриктивний тип альвеолярної гіповентиляції (від латів. restrictio обмеження) характеризується зниженням (обмеженням) ступеня розправлення легень внаслідок дії внутрішньолегеневих та позалегеневих причин. Причини рестриктивного типу гіповентиляції легень поділяють на дві групи: внутрішньо- та позалегеневі (таблиця 5). Таблиця 5 Причини рестриктивного типу гіповентиляції Внутрішньолегеневі причини Пов'язані зі зниженням розтяжності легень внаслідок: фіброзу; ателектазів; застою крові у легенях; інтерстиціального набряку; дефіциту сурфактанту; дифузних пухлин. Позалегеневі причини Пов'язані з обмеженням дихальних екскурсій легень внаслідок: перелому ребер; здавлення грудної клітки (кров'ю, ексудатом, транссудатом повітрям); зниження рухливості суглобів грудної клітки; плевриту; фіброзу плеври. Патогенез рестриктивної форми альвеолярної гіповентиляції Обмеження здатності легень розправлятися та збільшення еластичного опору призводять до збільшення роботи дихальних м'язів, підвищення споживання кисню та збільшення витрати енергії працюючими м'язами. Внаслідок зниження розтяжності легень розвивається часте, але неглибоке дихання, що призводить до збільшення фізіологічного мертвого простору. Активна робота системи ВД не усуває порушення газового складу крові, що виникли. Така ситуація може спричинити втому м'язів. Прояви гіповентиляції Порівняльна характеристика проявів обструктивної та рестриктивної гіповентиляції наведена у таблиці 6. Альвеолярна гіпервентиляція – це збільшення обсягу альвеолярної вентиляції за одиницю часу порівняно з необхідною організму в цих умовах. Причини альвеолярної гіпервентиляції 1. Неадекватний режим ШВЛ (під час дачі наркозу). 2. Органічні ушкодження мозку (внаслідок крововиливу, ішемії, внутрішньочерепних пухлин, струсу мозку). 3. Стрес-реакції, неврози. 4. Гіпертермічні стани (гарячка, тепловий удар). 5. Екзогенна гіпоксія. 39
40 Таблиця 6 Прояви альвеолярної гіповентиляції Прояви Задишка Види порушень Гіпоксемія Гіперкапнія Зміни рН Крива дисоціації оксигемоглобіну Статичні об'єми та ємності Динамічні об'єми Примітка. N норма. Альвеолярна гіповентиляція обструктивна рестриктивна Експіраторна Інспіраторна (утруднений видих) (утруднений вдих) Є, тому що зменшується оксигенація крові у легенях. Є, тому що зменшується виведення СО 2 з організму Газовий ацидоз ЖЕЛ N*/збільшена ООЛ збільшена ОЕЛ збільшена ООЛ/ОЕЛ збільшено ІТ знижений ОФВ 1 знижений ПОС знижений МОС знижений СОС знижений Зміщується вправо ЖЕЛ знижена ООЛ N/ знижена ОЕЛ N/ знижена ООЛ/ОЕЛ N ІТ N/збільшений ОФВ 1 знижений ПІС N МОС N СОС N Механізми альвеолярної гіпервентиляції 1. Безпосереднє пошкодження ДЦ при органічних ураженнях головного мозку (травмах, пухлинах, крововиливах). 2. Надлишок збуджуючих аферентних впливів на ДЦ при накопиченні великих кількостей кислих метаболітів при уремії, ЦД). чи післяопераційному періоді. Ця гіпервентиляція досить часто називається пасивною. Основні прояви гіпервентиляції легень: 1. Збільшення МОД, в результаті відзначається надмірне виділення з організму СО 2, це не відповідає продукції СО 2 в організмі і тому відбувається зміна газового складу крові: розвивається гіпокапнія (зниження ра СО 2) та газовий (респіраторний) алкалоз. Може відзначатися деяке збільшення напруги 2 в крові, що відтікає від легень. 2. Газовий алкалоз зміщує криву дисоціації оксигемоглобіну вліво, що означає збільшення спорідненості Hb до кисню та зниження дисоціації оксигемоглобіну в тканинах, що може призвести до зменшення споживання кисню тканинами. 3. Гіпокальціємія (зниження вмісту в крові іонізованого кальцію пов'язане з компенсацією газового алкалозу, що розвивається). Прояви гіпервентиляції легень зумовлені гіпокальціємією та гіпокапнією. Гіпокапнія знижує збудливість ДЦ та у важких випадках може призвести до паралічу дихання; викликає спазм мозкових судин, 40
41 знижує надходження Про 2 тканини мозку (відзначаються запаморочення, зниження уваги і пам'яті, тривожність, розлад сну). Внаслідок гіпокальціємії розвиваються парестезії, поколювання, оніміння, похолодання обличчя, пальців рук, ніг. Відзначається підвищена нервово-м'язова збудливість (судоми, може бути тетанус дихальних м'язів, ларингоспазм, судомні посмикування м'язів обличчя, рук, ніг, тонічна судома кисті «рука акушера»). Серцево-судинні розлади проявляються аритміями через гіпокальціємію та спазм коронарних судин внаслідок гіпокапнії. ПОРУШЕННЯ ЛЕГОЧНОГО КРОВОТОКУ Патогенетичною основою порушення легеневого кровотоку є невідповідність тотального капілярного кровотоку в малому колі кровообігу об'єму альвеолярної вентиляції за певний період. Первинне або вторинне ураження легеневого кровотоку викликає: РН внаслідок вентиляційно-перфузійних розладів, рестриктивні порушення дихання через ішемію альвеолярної тканини, виділення БАВ, підвищення проникності судин, інтерстиціального набряку, зменшення утворення сурфактанту, ателектазу. Види порушення легеневого кровотоку Розрізняють два види порушення перфузії легень легенева гіпотензія та легенева гіпертензія. Легенева гіпотензія - стійке зниження тиску крові в судинах малого кола кровообігу. Найбільш часті причинилегеневої гіпотензії: вади серця (наприклад, зошита Фалло), що супроводжуються шунтуванням крові «праворуч наліво», тобто скиданням венозної крові в артеріальну систему великого коламинаючи капіляри легень; правошлуночкова недостатність; гіповолемії різного генезу, наприклад, при крововтраті; перерозподіл крові при шоці; системна артеріальна гіпотензія внаслідок колапсу Вищевказані причини призводять до зменшення надходження крові до легень, що у свою чергу викликає порушення газообміну та дихального ритмогенезу (вторинно) через хронічні метаболічні зрушення. Легенева гіпертензія - це підвищення тиску в судинах малого кола кровообігу. Форми легеневої гіпертензії: прекапілярна; посткапілярна; змішана. 41
42 Прекапілярна легенева гіпертензія характеризується збільшенням тиску в прекапілярах та капілярах та зменшенням притоку крові до альвеол. Причини та механізми прекапілярної легеневої гіпертензії: 1. Спазм артеріол, зумовлений артеріальною гіпоксемією та гіпоксією. Гіпоксія може чинити прямий вплив, змінюючи функції калієвих каналів клітинних мембран, призводячи до деполяризації міоцитів судинної стінки та їх скорочення. Непрямий механізм дії гіпоксії полягає у підвищенні продукції медіаторів, що мають вазоконстрикторну дію, наприклад, тромбоксану А2, катехоламінів. Спазм артеріол може і рефлекторну природу (рефлекс Ейлера Лильестранда). Так, при хронічній обструктивній емфіземі легень, внаслідок зниження po 2 в альвеолярному повітрі, у значній частині альвеол рефлекторно обмежується кровотік, що призводить до підвищення тонусу артерій малого кола в основній масі структур респіраторної зони, збільшення опору та підвищення тиску в легеневій артерії. Рефлекс Ейлера Лільєстранда (фізіологічне призначення) гіпоксемія в альвеолярному повітрі супроводжується підвищенням тонусу артерій малого кола (місцева вазоконстрикція), тобто якщо в певній ділянці легені вентиляція альвеол зменшується, відповідно повинен зменшитися кровотік, тому що на погано вентиль відбувається належна оксигенація крові. 2. Дисфункція ендотелію легеневих судин різного генезу. Наприклад, при хронічній гіпоксемії чи запаленні у пошкодженому ендотелії знижується продукція ендогенних релаксуючих факторів (оксид азоту, NO). 3. Ремоделювання легеневих судин, що характеризується проліферацією медії, міграцією та проліферацією ГМК в інтимі, фіброеластозом інтими та потовщенням адвентиції. 4. Облітерація судин системи a. pulmonalis (емболія та тромбоз), прикладом може служити ТЕЛА. Найчастіше місцем утворення тромбів є глибокі вени нижніх кінцівок. Найбільшу небезпеку становлять флотуючі тромби, що мають єдину точку фіксації. Після відриву тромб із струмом крові проходить через праві відділи серця і потрапляє в легеневу артерію, що призводить до закупорки її гілок. Обструкція легеневих артерій та вивільнення вазоактивних сполук із тромбоцитів призводять до підвищення легеневого судинного опору. 5. Здавлення судин системи a. pulmonalis пухлинами середостіння або внаслідок підвищення внутрішньоальвеолярного тиску при тяжкому нападі кашлю. Підвищення тиску на видиху при обструктивній патології більш тривале, тому що видих, як правило, затягнутий. Це сприяє обмеженню кровотоку та підвищенню тиску в легеневій артерії. Хронічний кашель може призвести до стійкої гіпертензії у малому колі кровообігу. 42
43 6. Підвищення серцевого викиду внаслідок гіперкапнії та ацидозу. 7. Значне скорочення площі капілярного русла при деструкції паренхіми легень (емфізема) може призводити до підвищення судинного опору навіть у стані спокою. У нормі цього не відбувається, тому що при посиленні швидкості кровотоку в легенях пасивно розширюються легеневі судини та розкриваються резервні легеневі капіляри, це дозволяє уникнути значного підвищення опору та тиску в легеневій артерії. Різкий підйом тиску в легеневому стовбурі викликає подразнення барорецепторів і включення рефлексу Швачка Паріна, що характеризується падінням системного артеріального тиску, уповільненням ритму серцевих скорочень. Це захисний рефлекс, спрямований на зменшення припливу крові в мале коло та запобігання набряку легень. При різкій виразності може призвести до зупинки серця. Посткапілярна легенева гіпертензія розвивається при порушенні відтоку крові із системи легеневих вен у ліве передсердя з формуванням застійних явищ у легенях. Причини посткапілярної легеневої гіпертензії: здавлення пухлинних вен, збільшеними лімфовузлами; лівошлуночкова недостатність (при мітральному стенозі, артеріальній гіпертензії, інфаркті міокарда). Змішана легенева гіпертензія поєднання прекапілярної та посткапілярної форм легеневої гіпертензії. Наприклад, при мітральному стенозі (посткапілярна гіпертензія) важко відтік крові в ліве передсердя. Легеневі вени та ліве передсердя переповнюються кров'ю. Внаслідок цього відбувається подразнення барорецепторів у гирлі легеневих вен та рефлекторний спазм судин системи a. pulmonalis малого кола кровообігу (рефлекс Китаєва) варіант прекапілярної гіпертензії. ПОРУШЕННЯ ВЕНТИЛЯЦІЙНО-ПЕРФУЗІЙНИХ СПІВВІДНОШЕНЬ У нормі вентиляційно-перфузійний показник (V/Q) дорівнює 0,8 1,0 (т. е. кровотік здійснюється в тих ділянках легень, в яких є вентиляція, за рахунок цього відбувається газообмін між альве ), де V хвилинний обсяг альвеолярної ветиляції, а Q хвилинний обсяг капілярного кровотоку. Якщо у фізіологічних умовах відносно невеликій ділянці легені відбувається зниження ра О 2 в альвеолярному повітрі, то в цій же ділянці рефлекторно виникає місцева вазоконстрикція, яка призводить до адекватного обмеження кровотоку (рефлекс Ейлера Лільєстранда). В результаті місцевий легеневий кровотік пристосовується 43
44 до інтенсивності легеневої вентиляції та порушень вентиляційно-перфузійних співвідношень не відбувається. Порушення вентиляційно-перфузійних відносин є самостійною формою порушення газообмінної функції системи ВД. Невідповідності між вентиляцією та капілярним кровотоком виникають на регіонарному рівні (на рівні окремих часток, сегментів, субсегментів, окремих груп альвеол). При патології можливі два варіанти порушення вентиляційно-перфузійних співвідношень: 1. Вентиляція ділянок легенів, що слабо забезпечуються кров'ю, призводить до збільшення вентиляційно-перфузійного показника. Причиною є локальне зниження перфузії легень при обтурації, здавленні, спазмі легеневої артерії, шунтуванні крові минаючи альвеоли. В результаті збільшення функціонального мертвого простору та внутрішньолегеневого шунтування крові розвивається гіпоксемія. Напруга CO 2 в крові залишається в нормі, оскільки дифузія вуглекислого газу не знижена. 2. Кровопостачання погано вентильованих ділянок легень призводить до зниження вентиляційно-перфузійного показника. Причиною є локальна гіповентиляція легень внаслідок обтурації, порушення розтяжності легень, порушення регуляції дихання. в альвеолярному повітрі збільшується pco2, що призводить до гіперкапнії. ПОРУШЕННЯ АЛЬВЕОЛОКАПІЛЯРНОЇ ДИФУЗІЇ Дифузія газів через альвеолярно-капілярну мембрану відбувається згідно із законом Фіка. Швидкість перенесення газу через альвеолярно-капілярну мембрану (V) прямо пропорційна дифузійної здатності мембрани (DM) а також різницею парціальних тисків газу по обидві сторони мембрани (P1P2) (формула 2): V = DM (P1P2). (2) Дифузійна здатність мембрани (DM) визначається площею поверхні мембрани (A) та її товщиною (d), молекулярною масою газу (MB) та його розчинністю в мембрані (α). Для легень в цілому використовується термін дифузійна здатність легень (DL), який відображає об'єм газу в мл, що дифузує через АКМ при градієнті тиску 1 мм рт. ст. за 1 хв. У нормі DL для кисню дорівнює 15 мл/хв/мм рт. ст., а для вуглекислого газу близько 300 мл/хв/мм рт. ст. (т.е., дифузія 2 через АКМ відбувається в 20 разів легше, ніж кисню). 44
45 Причини та механізми зниження дифузії газів через АКМ: 1. Збільшення шляху для дифузії газу та зниження проникності АКМ внаслідок потовщення стінки альвеол, збільшення стінки капілярів, появи шару рідини на поверхні альвеол, збільшення кількості сполучної тканини між ними. Прикладом можуть бути дифузні ураження легень (пневмоконіози, пневмонія). Пневмоконіоз це хронічні захворювання, що виникають при тривалому вдиханні різних видів пилу силікоз, азбестоз, беріліоз. 2. Зменшення площі АКМ (резекція частки легені, ателектаз). 3. Зменшення часу контакту крові з альвеолами, при цьому гази не встигають дифундувати через АКМ, знижується кількість оксигенованого Hb (анемія, гірська хвороба). 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 Регулювання дихання здійснюється ДЦ. ДЦ представлений різними групаминейронів, розташованих переважно у довгастому мозку та мосту. Частина цих нейронів здатна спонтанно ритмічно порушуватись. Але активність нейронів може змінюватися під дією аферентних сигналів із рецепторних полів, нейронів кори та інших галузей головного мозку. Це дозволяє адаптувати дихання до поточних потреб організму. 45
46 Порушення функції ДЦ може бути наслідком прямої дії на ЦНС різних патологічних факторів або рефлекторного впливу, що здійснюється через хемо-, барорецептори. Під впливом рефлекторних, гуморальних чи інших впливів на ДЦ може змінюватися ритм дихання, його глибина та частота. Ці зміни можуть бути проявом компенсаційних реакцій організму, спрямованих на підтримку сталості газового складу крові, так і проявом порушень нормальної регуляції дихання, що ведуть до розвитку недостатності дихання. Причини та механізми розладів регуляції дихання 1. Травми та новоутворення, здавлення головного мозку (крововиливи), гостра виражена гіпоксія різного походження, інтоксикації, деструктивні зміни у тканині мозку (розсіяний склероз) безпосередньо ушкоджують ДЦ. 2. Незрілість хеморецепторів у недоношених новонароджених, отруєння наркотичними засобами чи етанолом призводять до дефіциту збуджуючих аферентних впливів на ДЦ. У недоношених дітей спостерігається низька збудливість хеморецепторів, які сприймають вміст кисню та/або вуглекислого газу крові. Для активації ДЦ у цій ситуації впливають на шкірні рецептори (поплескування по ніжках та сідницях дитини), таким чином, викликаючи неспецифічну активацію ретикулярної формації. Отруєння наркотичними засобами, наприклад, при взаємодії опіатів (морфіну, героїну) з рецепторами ЦНС, пригнічення дихання обумовлено зниженням чутливості нейронів ДЦ до pco 2 в крові. Передозування наркотичних анальгетиків, барбітуратів може призвести до зниження неспецифічної тонічної активності нейронів ретикулярної формації стовбура мозку, вибірково заблокувати входи аферентні (вагусний канал) в ДЦ. 3. Надмірне подразнення ноці-, хемо та механорецепторів при травмі органів дихання, черевної порожниниабо опіках призводить до надлишку збудливих аферентних впливів на ДЦ. 4. Сильні болючі відчуття (при плевритах, травмах грудної клітки) супроводжують акт дихання, призводять до виникнення надлишку гальмівних аферентних впливів на ДЦ. 5. Пошкоджень на різних рівняхефекторних шляхів (від ДЦ до діафрагми, дихальних м'язів) призводять до порушення регуляції роботи дихальних м'язів. Прояв порушення регуляції дихання Порушення регуляції проявляється порушенням частоти, глибини та ритму дихальних рухів (рисунок 5). Брадипное рідке дихання, у якому кількість дихальних рухів за хвилину становить менше 12. Апное тимчасова зупинка дихання. 46
47 Рисунок 5 Прояв порушення регуляції дихання В основі виникнення брадипное та апное лежать подібні механізми: подразнення барорецепторів дуги аорти при підвищенні АТ та рефлекторне зменшення частоти дихання; при швидкому підйомі артеріального тиску може статися зупинка дихання; вимикання хеморецепторів, чутливих до зниження р О 2 при гіпероксії; гіпокапнія при гірській хворобі або після пасивної гіпервентиляції пацієнта під наркозом; Зниження збудливості ДЦ при тривалій гіпоксії, вплив наркотичних речовин, органічних ураженнях головного мозку. Стенотичне дихання рідке і глибоке дихання, що виникає при стенозуванні великих дихальних шляхів, внаслідок цього порушується перемикання дихальних фаз при збудженні рецепторів розтягування в трахеї, бронхах, бронхіолах, альвеолах, міжреберних м'язах (запізнюється рефлекс Герінга). Тахіпное часте та поверхневе дихання (більше 24 дихальних рухів за хвилину), сприяє розвитку альвеолярної гіповентиляції внаслідок переважної вентиляції анатомічно мертвого простору. У походження тахіпное має значення більша, ніж у нормі, стимуляція дихального центру. Наприклад, при ателектазі посилюються імпульси з легеневих альвеол, що знаходяться в стані, що спав, і збуджується центр вдиху. Але під час вдиху непоражені альвеоли розтягуються більшою, ніж зазвичай, ступеня, що викликає сильний потік імпульсів з боку рецепторів, що гальмують вдих, які і обривають вдих раніше часу. Гіперпное часто і глибоке дихання, що виникає внаслідок інтенсивної рефлекторної або гуморальної стимуляції ДЦ ацидозу, зниження вмісту кисню у повітрі, що вдихається. Останній ступінь збудження ДЦ проявляється у вигляді дихання Куссмауля. 47
48 Гіперпное може мати компенсаторний характер і відзначається при підвищенні основного обміну (при фізичному навантаженні, тиреотоксикозі, лихоманці). Якщо гіперпное не пов'язане з необхідністю підвищення споживання кисню та виведення СО 2 та спричинене рефлекторно, то гіпервентиляція призводить до гіпокапнії, газового алкалозу. Патологічні типи дихання пов'язані з порушенням регуляції ритму дихальних рухів. Періодичні типи дихання характеризуються коротким періодом глибокого дихання, який змінюється періодом поверхневого дихання або зупинкою дихання (рисунок 6). В основі розвитку періодичних типів дихання лежить розлад системи автоматичного регулювання дихання. Рисунок 6 Типи періодичного дихання Дихання Чейна Стокса паузи чергуються з дихальними рухами, які спочатку наростають по глибині, потім зменшуються (рисунок 7). Патогенез дихання Чейна Стокса полягає у зменшенні чутливості хеморецепторів довгастого мозку. ДЦ «пробуджується» лише під дією сильної стимуляції артеріальних хеморецепторів наростаючою гіпоксемією та гіперкапнією. Як тільки легенева вентиляція нормалізує газовий склад крові, знову настає апное. Рисунок 7 Дихання Чейна Стокса (за В. В. Новицьким, 2009) Дихання Біота паузи чергуються з дихальними рухами нормальної частоти та глибини (рисунок 8). Малюнок 8 Дихання Біота (за В. В. Новицьким, 2009) Патогенез дихання Біота обумовлений ураженням пневмотаксичної системи, яка стає джерелом власного повільного ритму. У нормі цей ритм пригнічується впливом кори головного мозку, що гальмує. 48
Кров є субстанцією кровообігу, тому оцінка ефективності останнього починається з оцінки обсягу крові у організмі. Кількість крові у новонароджених дітей близько 0,5 л, у дорослих 4-6 л, але
Безперервна професійна освіта DOI: 10.15690/vsp.v15i1.1499 П.Ф. Литвіцький Перший Московський державний медичний університет ім. І.М. Сєченова, Москва, Російська Федерація Гіпоксія Контактна
ТЕСТИ на тему самостійної роботи для студентів 4 курсу лікувального та педіатричного факультетів на тему: «Розлад регіонарного кровообігу. Синдроми ішемічного ушкодження мозку та хронічної
Професор М.М. Абакумов Лекція 2 Адаптація та дизрегуляція. Поняття про стрес В організмі немає спеціального органу, який забезпечує енергетичний гомеостаз Механізми утворення енергії та її розподілу
1 МОДЕЛЮВАННЯ РОЗВИТКУ ВСТАНОВЛЕННЯ ПРИ НАПРУЖЕНОЇ М'ЯЗОВОЇ ДІЯЛЬНОСТІ У СПОРТСМЕНІВ ВИСОКОЇ КВАЛІФІКАЦІЇ АРАЛОВА Н.І., МАШКІН В.І., МАШКІНА І.В. * ІК НАН України, * Університет ім. Б. Грінченка р.
ФІЗІОЛОГІЯ ДИХАННЯ Вибрані лекції з фізіології Єлсукова О.І. Факультет біології, хімії та географії СТАДІЇ ГАЗОПЕРЕНОСУ Транспорт у легені (вентиляція) Дифузія з альвеол у кров Транспорт газів кров'ю
Зразкові питання для підготовки до екзамену дисципліна - ОСНОВИ ПАТОЛОГІЇ спеціальність 34.02.01 Сестринська справа Кваліфікація медична сестра/медичний брат ЗАГАЛЬНА НОЗОЛОГІЯ 1. Патологія як інтегративна
ТЕСТИ на тему самостійної роботи Поняття про недостатність кровообігу; її форми, основні гемодинамічні прояви та показники. Вкажіть одну правильну відповідь 01. Вкажіть правильне твердження.
Сторінка 35 з 228
Гіпоксія навантаження виникає при напруженій м'язовій активності (важка фізична робота, судоми та ін.). Вона характеризується значним посиленням утилізації кисню скелетною мускулатурою, розвитком вираженої венозної гіпоксемії та гіперкапнії, накопиченням недоокислених продуктів розпаду, розвитком помірного метаболічного ацидозу. При включенні механізмів мобілізації резервів настає повна або часткова нормалізація кисневого балансу в організмі за рахунок продукції вазодилататорів, розширення судин, збільшення обсягу кровотоку, зменшення розміру міжкапілярних просторів та термін проходження крові в капілярах. Це призводить до зменшення гетерогенності кровотоку та вирівнювання його в працюючих органах та тканинах.
Гостра нормобарична гіпоксична гіпоксія розвивається при зменшенні дихальної поверхні легень (пневмоторакс, видалення частини легені), «короткому замиканні» (заповнення альвеол ексудатом, транссудатом, погіршення умов дифузії), при зниженні парціальної напруги кисню у повітрі, що вдихається, до 45 мм. і нижче при надмірному відкритті артеріоловенулярних анастомозів (гіпертензія малого кола кровообігу). Спочатку розвивається помірний дисбаланс між доставкою кисню та потребою тканин у ньому (зниження РС2 артеріальної крові до 19 мм рт.ст.). Включаються нейроендокринні механізми мобілізації резервів. Зниження РО2 у крові викликає тотальне збудження хеморецепторів, за допомогою яких стимулюються ретикулярна формація, симпатико-адреналова система, у крові збільшується вміст катехоламінів (у 20-50 разів) та інсуліну. Зростання симпатичних впливів веде до збільшення ОЦК, підвищення насосної функції серця, швидкості та об'єму кровотоку, артеріовенозної різниці по кисню на тлі вазоконстрикції та гіпертензії, поглиблення та почастішання дихання. Інтенсифікація утилізації в тканинах норадреналіну, адреналіну, інсуліну, вазопресину та інших біологічно активних речовин, посилене утворення медіаторів клітинних екстремальних станів (діацилгліцерид, інозитол-трифосфат, простагландин, тромбоксан, лейкотрієн та лейкотрієн, лейкотрієн). зміни концентрації субстратів обміну та коферментів, збільшення активності окисно-відновних ферментів (альдолаза, піруваткіназа, сукциндегідрогеназа) та зниження активності гексокінази. Недостатність енергетичного забезпечення, що виникає, за рахунок глюкози заміщається посиленням ліполізу, зростанням концентрації жирних кислот у крові. Висока концентрація жирних кислот, інгібуючи засвоєння клітинами глюкози, забезпечує високий рівень глюконеогенезу, розвиток гіперглікемії. Одночасно активуються гліколітичне розщеплення вуглеводів, пентозний цикл, катаболізм білків із вивільненням глюкогенних амінокислот. Однак надмірна утилізація АТФ в обмінних процесах не поповнюється. Це поєднується із накопиченням у клітинах АДФ, АМФ та інших аденілових сполук, що веде до недостатньої утилізації лактату, кетонових тіл, що утворюються при активації розщеплення жирних кислот у клітинах печінки, міокарда. Накопичення кетонових тіл сприяє виникненню поза- та внутрішньоклітинного ацидозу, дефіциту окисленої форми НАД, пригніченню активності Na+-К+-залежної АТФази, порушення діяльності Na+/K+-nacoca та розвитку набряку клітин. Сукупність дефіциту макроергів, поза- та внутрішньоклітинного ацидозу веде до порушення діяльності органів, які мають високу чутливість до дефіциту кисню (ЦНС, печінка, нирки, серце та ін.).
Ослаблення скорочень серця знижує величину ударного та хвилинного об'єму, підвищує венозний тиск та судинну проникність, особливо у судинах малого кола кровообігу. Це веде до розвитку інтерстиціального набряку та розладів мікроциркуляції, зменшення життєвої ємності легень, що ще більше посилює порушення діяльності ЦНС та сприяє переходу стадії компенсації в стадію декомпенсованої гіпоксії. Стадія декомпенсації розвивається при різко вираженому дисбалансі між доставкою кисню та потребою тканин у ньому (зниження Р02 артеріальної крові до 12 мм рт.ст. та нижче). У умовах відзначається як недостатність нейроэндокринных механізмів мобілізації, а й майже повне вичерпування резервів. Так, у крові та тканинах встановлюється стійкий дефіцит КТА, глюкокортикоїдів, вазопресину та інших біологічно активних речовин, що послаблює вплив регулюючих систем на органи та тканини та полегшує прогресуючий розвиток розладів мікроциркуляції, особливо у малому колі кровообігу з мікроемболією легеневих судин. У той же час зниження чутливості гладких м'язів судин до симпатичних впливів веде до пригнічення судинних рефлексів, патологічного депонування крові в системі мікроциркуляції, надмірного розкриття артеріоловенулярних анастомозів, централізації кровообігу, потенціювання гіпоксемії, дихання.
В основі зазначеної вище патології лежить поглиблення порушень окиснювально-відновних процесів – розвиток нестачі нікотинамідних коферментів, переважання їх відновлених форм, пригнічення процесів гліколізу та генерації енергії. У тканинах майже повністю відсутня перетворена АТФ, знижується активність супероксиддисмутази та інших ферментних компонентів антиоксидантної системи, різко активується вільнорадикальне окиснення, зростає утворення активних радикалів. У умовах відбувається потужне утворення токсичних перекисних сполук і ішемічного токсину білкової природи. Розвиваються тяжкі ушкодження мітохондрій у зв'язку з порушенням метаболізму довгих ланцюгів ацетил-КоА, гальмується транслокація аденінуклеотидів, збільшується проникність внутрішніх мембран для Са2+. Активація ендогенних фосфоліпаз веде до посилення розщеплення фосфоліпідів мембран, відбувається ушкодження рибосом, придушення синтезу білків та ферментів, активація лізосомальних ферментів, розвиток аутолітичних процесів, дезорганізація молекулярної гетерогенності цитоплазми, перерозподіл електролітів. Пригнічується активний енергозалежний транспорт іонів через мембрани, що веде до незворотної втрати внутрішньоклітинного К+, ферментів та загибелі клітин.
Хронічна нормобарична гіпоксична гіпоксія розвивається при поступовому зменшенні дихальної поверхні легень (пневмосклероз, емфізема), погіршенні умов дифузії (помірний тривалий дефіцит вмісту О2 у повітрі, що вдихається), недостатності серцево-судинної системи. На початку розвитку хронічної гіпоксії зазвичай підтримується легкий дисбаланс між доставкою кисню та потребою тканин у ньому за рахунок включення нейроендокринних механізмів мобілізації резервів. Невелике зниження РО2 у крові веде до помірного підвищення активності хеморецепторів симпатико-адреналової системи. Концентрація катехоламінів у рідких середовищах та тканинах зберігається близькою до норми за рахунок більш економного їх витрачання в обмінних процесах. Це поєднується з невеликим збільшенням швидкості кровотоку в магістральних та резистивних судинах, уповільненням її у нутритивних судинах внаслідок зростання капіляризації тканин та органів. Відбувається збільшення віддачі та вилучення кисню з крові. На цьому фоні відзначаються помірна стимуляція генетичного апарату клітин, активація синтезу нуклеїнових кислот та білків, збільшення біогенезу мітохондрій та інших клітинних структур, гіпертрофія клітин. Збільшення концентрації дихальних ферментів на кристалах мітохондрій посилює здатність клітин утилізувати кисень при зниженні його концентрації у позаклітинному середовищі внаслідок підвищення активності цитохромоксидаз, дегідраз циклу Кребса, збільшення ступеня сполучення окислення та фосфорилювання. Досить високий рівень синтезу АТФ підтримується також за рахунок анаеробного гліколізу одночасно з активацією окислення, інших енергетичних субстратів – жирних кислот, пірувату та лактату та стимуляцією глюконеогенезу головним чином у печінці та скелетній мускулатурі. В умовах помірної тканинної гіпоксії посилюється продукція еритропоетину, стимулюються розмноження і диференціювання клітин еритроїдного ряду, коротшають терміни дозрівання еритроцитів з підвищеною гліколітичною здатністю, збільшується викид еритроцитів у кровотік, виникає поліцитемія з зростанням кістків.
Посилення дисбалансу між доставкою та споживанням кисню в тканинах та органах у більш пізній періодіндукує розвиток недостатності нейроендокринних механізмів мобілізації резервів Це пов'язано зі зниженням збудливості хеморецепторів, головним чином синокаротидної зони, адаптацією їх до зниженого вмісту кисню в крові, пригніченням активності симпатико-адреналової системи, зниженням концентрацій КТА в рідких середовищах і тканинах, розвитком внутрішньоклітинного дефіциту КТА і вмісту -Відновлювальних ферментів. В органах з високою чутливістю до недоліку О2 це веде до розвитку ушкоджень у вигляді дистрофічних порушень характерними змінамиядерно-цитоплазматичних відносин, пригніченням продукції білків та ферментів, вакуолізацією та іншими змінами. Активація в цих органах проліферації сполучнотканинних елементів та заміщення ними загиблих паренхіматозних клітин веде, як правило, до розвитку склеротичних процесів через розростання сполучної тканини.
Гостра гіпобарична гіпоксична гіпоксія виникає при швидкому перепаді атмосферного тиску - розгерметизації кабіни літака при висотних польотах, сходженні на високі гори без проведення штучної адаптації та ін.
Помірне зниження атмосферного тиску (до 460 мм рт.ст., Висота близько 4 км над рівнем моря) знижує РО2 в артеріальній крові до 50 мм рт.ст. та оксигенацію гемоглобіну до 90%. Виникає тимчасовий дефіцит кисневого постачання тканин, який ліквідується внаслідок порушення ЦНС та включення нейроендокринних механізмів мобілізації резервів – дихального, гемодинамічного, тканинного, еритропоетичного, що здійснюють повноцінну компенсацію потреби тканин у кисні.
Значне зменшення атмосферного тиску (до 300 мм рт.ст., Висота 6-7 км над рівнем моря) веде до зниження РО2 в артеріальній крові до 40 мм рт.ст. і нижче та оксигенації гемоглобіну менше 90%. Розвиток вираженого дефіциту кисню в організмі супроводжується сильним збудженнямЦНС, надмірною активацією нейроендокринних механізмів мобілізації резервів, масивним викидом кортикостероїдних гормонів з переважанням мінералокортикоїдного ефекту. Однак у процесі включення резервів створюються «порочні» кола як посилення і почастішання дихання, зростання втрати СО2 з повітрям, що видихається, при різко зниженому атмосферному тиску. Розвиваються гіпокапнія, алкалоз та прогресуюче ослаблення зовнішнього дихання. Пов'язане з дефіцитом кисню пригнічення окисно-відновних процесів та продукції макроергів заміщується посиленням анаеробного гліколізу, в результаті якого розвивається внутрішньоклітинний ацидоз на тлі позаклітинного алкалозу. У умовах виникають прогресуюче зниження тонусу гладкої мускулатури судин, гіпотонія, збільшується проникність судин, зменшується загальний периферичний опір. Це спричиняє затримку рідини, периферичний набряк, олігурію, розширення судин мозку, посилення кровотоку та розвитку набряку мозку, що супроводжуються головним болем, дискоординацією рухів, безсонням, нудотою, а на стадії тяжкої декомпенсації – втратою свідомості.
Синдром висотної декомпресії виникає при дегерметизації кабін літальних апаратів під час польотів, коли атмосферний тиск становить 50 мм рт.ст. і менше за висоту 20 км і більше над рівнем моря. Дегерметизація веде до швидкої втрати газів організмом і при досягненні їх напруги 50 мм рт.ст. виникає закипання рідких середовищ, оскільки за такого низького парціального тиску точка кипіння води становить 37 °З. Через 1,5-3 хв після початку кипіння розвивається генералізована повітряна емболія судин та блокада кровотоку. Через кілька секунд після цього з'являється аноксія, яка насамперед порушує функцію ЦНС, оскільки в її нейронах протягом 2,5-3 хв настає аноксична деполяризація з масивним виходом К+ та дифузією Сl усередину через цитоплазматичну мембрану. Після закінчення критичного для аноксії нервової системи терміну (5 хв) нейрони незворотно ушкоджуються та гинуть.
Хронічна гіпобарична гіпоксична гіпоксія розвивається в осіб, які тривалий час перебувають на високогір'ї. Вона характеризується тривалою активацією нейроендокринних механізмів мобілізації резервів використання кисню в організмі. Однак і в цьому випадку виникають дискоординація фізіологічних процесів та пов'язані з нею порочні кола.
Гіперпродукція еритропоетину веде до розвитку поліцитемії та змін реологічних властивостей крові, у тому числі в'язкості. У свою чергу, збільшення в'язкості підвищує загальний периферичний опір судин, при якому зростає навантаження на серце і розвивається гіпертрофія міокарда. Поступове посилення втрати СО2 з повітрям, що видихається, супроводжується зростанням її негативного впливуна тонус гладком'язових клітин судин, що сприяє уповільненню кровотоку в малому колі кровообігу та підвищенню РСО2 в артеріальній крові. Уповільнений процес змін вмісту СО2 у позаклітинному середовищі зазвичай слабко впливає на збудливість хеморецепторів та не індукує їх адаптаційну перебудову. Це послаблює ефективність рефлекторної регуляції газового складу крові та завершується виникненням гіповентиляції. Підвищення РСО2 артеріальної крові веде до зростання проникності судин та прискорення транспорту рідини в інтерстиціальний простір. Гіповолемія, що виникає при цьому, рефлекторно стимулює продукцію гормонів, що блокують виділення води. Накопичення її в організмі створює набряклість тканин, порушує кровопостачання ЦНС, що проявляється у вигляді неврологічних розладів. При розрядженні повітря підвищена втрата вологи з слизових оболонок часто призводить до розвитку катара верхніх дихальних шляхів.
Цитотоксичну гіпоксію викликають цитотоксичні отрути, що мають тропність до ферментів аеробного окислення в клітинах. При цьому іони ціанідів зв'язуються з іонами заліза у складі цитохромоксидази, що веде до генералізованої блокади дихання клітини. Цей вид гіпоксії може спричиняти алергічна альтерація клітин негайного типу (реакції цитолізу). 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 процесів у клітині. Результатом таких ушкоджень є розвиток порушень Na+/K+-Hacoca, пригнічення збудливості нервових, міокардіальних та інших типів клітин. При швидкому виникненні дефіциту споживання О2 у тканинах (понад 50 %) знижується артеріовенозна різниця по кисню, збільшується відношення лакчат/піруват, різко збуджуються хеморецептори, що надмірно збільшує легеневу вентиляцію, знижує РСО2 артеріальної крові до 20 мм. і спинномозкової рідиниі спричиняє загибель на тлі вираженого дихального алкалозу.
Гемічна гіпоксія виникає при зменшенні кисневої ємності крові. Кожні 100 мл повністю оксигенованої крові здорових чоловіків та жінок, що містить гемоглобін у кількості 150 г/л, пов'язують 20 мл О2. При зниженні вмісту гемоглобіну до 100 г/л 100 мл крові пов'язують 14 мл О2, а при рівні гемоглобіну 50 г/л відбувається зв'язування лише 8 мл О2. Дефіцит кисневої ємності крові за рахунок кількісної недостатності гемоглобіну розвивається при постгеморагічній, залізодефіцитній та інших видах анемій. Іншою причиною гемічної гіпоксії є карбонмоно-оксидемія, яка легко виникає за наявності значної кількості СО у повітрі, що вдихається. Спорідненість СО до гемоглобіну в 250 разів перевищує спорідненість О2. Тому ЗІ швидше, ніж О2 взаємодіє з гемопротеїнами - гемоглобіном, міоглобіном, цитохромоксидазою, цитохромом Р-450, каталазою та пероксидазою. Функціональні прояви при отруєнні СО залежить від кількості карбоксигемоглобіну в крові. При 20-40% насичення крові СО виникає сильний головний біль; при 40-50% порушуються зір, слух, свідомість; при 50-60% розвивається кома, кардіореспіраторна недостатність, смерть.
Різновидом гемічної гіпоксії є анемічна гіпоксія, за якої РО2 артеріальної крові може бути в межах норми, тоді як вміст кисню знижено. Зменшення кисневої ємності крові, порушення доставки кисню тканинам включає нейроендокринні механізми мобілізації резервів, спрямованих на компенсацію потреб тканин у кисні. Це відбувається в основному за рахунок змін параметрів гемодинаміки - зменшення ОПС, що прямо залежить від в'язкості крові, збільшення серцевого викиду та дихального об'єму. При недостатності компенсації розвиваються дистрофічні процеси, головним чином паренхіматозних клітинах (розростання сполучної тканини, склероз внутрішніх органів - печінки та інших.).
Місцева циркуляторна гіпоксія виникає при накладенні на кінцівку кровоспинне джгута (турнікета), синдрому тривалого роздавлювання тканин, реплантації органів, особливо печінки, при гострій кишковій непрохідності, емболіях, тромбозі артерій, інфаркті міокарда.
Короткочасна блокада циркуляції крові (турнікет до 2 год) веде до різкого збільшення артеріовенозної різниці внаслідок повноцінного вилучення тканинами з крові кисню, глюкози та інших поживних продуктів. Одночасно активується глікогеноліз і в тканинах підтримується близька до норми концентрація АТФ на тлі зниження вмісту інших макроергів - фосфокреатину, фосфоенолпірувату та ін. - та двовалентних іонів. Нормалізація тканинного обміну після відновлення кровотоку настає протягом 5-30 хв.
Тривала блокада циркуляції крові (турнікет понад 3-6 год) викликає глибоку недостатність Р02 у рідких середовищах, майже повне зникнення запасів глікогену, надмірне накопичення продуктів розпаду та води у тканинах. Це відбувається внаслідок пригнічення активності у клітинах ферментних систем аеробного та анаеробного обміну, гальмування синтетичних процесів, різко вираженої недостатності АТФ, АДФ та надлишку АМФ у тканинах, активації у них протеолітичних, ліполітичних процесів. При порушеннях метаболізму послаблюється антиоксидантний захист та посилюється вільнорадикальне окислення, що веде до підвищення іонної проникності мембран. Накопичення в цитозолі Na+ і особливо Са2+ активує ендогенні фосфоліпази. У цьому випадку розщеплення мембран фосфоліпідів веде до появи в зоні порушення циркуляції великої кількості нежиттєздатних клітин з ознаками гострого пошкодження, з яких у позаклітинне середовище вивільняється надмірна кількість токсичних продуктів перекисного окислення ліпідів, ішемічних токсинів білкової природи (гістаміну, кінінів) та води. У цій зоні відбувається також глибока деструкція судин, особливо мікроциркуляторного русла. Якщо на тлі таких тканинних та судинних ушкоджень відновлюється кровообіг, то він здійснюється головним чином за розкритими артеріоловенулярними анастомозами. Ішемізовані тканини в кров резорбують велику кількість токсичних продуктів, що провокують розвиток загальної циркуляторної гіпоксії. У самій зоні циркуляторної гіпоксії після відновлення кровотоку індукуються постішемічні порушення. У ранньому періоді реперфузії відбувається набухання ендотелію, тому що доставлений з кров'ю О2 є вихідним продуктом для утворення вільних радикалів, що потенціюють руйнування клітин мембран шляхом перекисного окислення ліпідів. У клітинах та міжклітинній речовині порушується транспорт електролітів, змінюється осмолярність. Тому у капілярах збільшується в'язкість крові, відбувається агрегація еритроцитів, лейкоцитів, зменшується осмотичний тиск плазми. У сукупності ці процеси можуть призводити до некрозу (реперфузійні некрози).
Гостра загальна циркуляторна гіпоксія типова для шоку – турнікетного, травматичного, опікового, септичного, гіповолемічного; для тяжких інтоксикацій. Цей вид гіпоксії характеризується комбінацією недостатності оксигенації органів та тканин, зменшення кількості циркулюючої крові, неадекватністю судинного тонусу та серцевого викиду в умовах надмірного посилення секреції КТА, АКТГ, глюкокортикоїдів, реніну та інших вазоактивних продуктів. Спазм резистивних судин викликає різке збільшення потреби тканин у кисні, розвиток дефіциту оксигенації крові в системі мікроциркуляції, збільшення капіляризації тканин та уповільнення кровотоку. Виникненню застою крові та підвищенню проникності судин у системі мікроциркуляції сприяє адгезія активованих мікро- та макрофагів на ендотелії капілярів та посткапілярних венул за рахунок експресії на цитолемі адгезійних глікопротеїдів та утворення псевдоподій. Неефективність мікроциркуляції збільшується через розкриття артеріоловенулярних анастомозів, зниження ОЦК, пригнічення діяльності серця.
Вичерпування резервів кисневого забезпечення клітин органів та тканин веде до порушення функцій мітохондрій, збільшення проникності внутрішніх мембран для Са2+ та інших іонів, а також до пошкодження ключових аеробних ферментів. обмінних процесів. Пригнічення окисно-відновних реакцій різко посилює анаеробний гліколіз та сприяє виникненню внутрішньоклітинного ацидозу. У той же час ушкодження цитоплазматичної мембрани, підвищення в цитозолі концентрації Са, активація ендогенних фосфоліпаз ведуть до розщеплення фосфоліпідних компонентів мембран. Активація вільнорадикальних процесів в альтерованих клітинах, надмірне накопичення продуктів перекисного окислення ліпідів викликають гідроліз фосфоліпідів з утворенням моноацил-гліцерофосфатів та вільних полієнових жирних кислот. Їх аутоокислення забезпечує включення окислених полієнових жирних кислот у сітку метаболічних перетворень через пероксидазні реакції.
Таблиця 7. Час переживання клітин органів при гострій циркуляторній гіпоксії за умов нормотермії
Орган |
Час |
Пошкоджені |
Головний мозок |
||
Кора великого мозку, амонів ріг, мозок (клітини Пуркіньє) |
||
Базальні ганглії |
||
Спинний мозок |
Клітини передніх рогів та гангліїв |
|
Серце |
Провідна система |
|
Сосочкові м'язи, |
||
лівий шлуночок |
||
Клітини периферичної частини ацинусів |
||
Клітини центральної частини ацинусів |
||
Епітелій канальців |
||
Клубочки |
||
Альвеолярні перегородки |
||
Епітелій бронхів |
В результаті досягається високий ступінь поза- та внутрішньоклітинного ацидозу, що інгібує активність ферментів анаеробного гліколізу. Ці порушення поєднуються з майже повною відсутністю синтезу у тканинах АТФ та інших видів макроергів. Інгібування метаболізму в клітинах при ішемії паренхіматозних органів викликає тяжкі пошкодження не тільки паренхіматозних елементів, а й ендотелію капілярів у вигляді набряку цитоплазми, втягування мембрани ендотеліоцитів у просвіт судини, різкого збільшення проникності при зменшенні числа піноцитарних вез. венулах . Ці порушення набувають найбільш вираженого характеру при реперфузії. Мікроваскулярні реперфузійні ушкодження, як і ішемічні, супроводжуються надмірним утворенням продуктів окиснення ксантиноксидазою. Реперфузія веде до швидкої активації вільнорадикальних реакцій та вимивання в загальний кровотік проміжних продуктів обмінних процесів та токсичних речовин. Значне підвищення вмісту в крові та тканинах вільних амінокислот, тканинних токсинів білкової природи пригнічує насосну діяльність серця, спричиняє розвиток гострої ниркової недостатності, порушує синтез протеїнів, антитоксичну та видільну функції печінки, пригнічує активність ЦНС аж до летального результату. Терміни переживання різних органів при гострій циркуляторній гіпоксії наведено у табл. 7.
Лекція №21
Гіпоксія
Добові потреби: 1 кг їжі, 2 літри води + 220 літрів кисню – пропустити 12 000 літрів повітря.
Вперше про гіпоксію заговорив Віктор Васильович Пашутін (1845-1901) – один із засновників патофізіології. Іван Михайлович Сєченов – роль системи крові як переносника кисню та Петро Михайлович Альбицький – жив у Томську – розробляв питання щодо компенсації гіпоксії.
Гіпоксія– стан, що виникає внаслідок недостатнього забезпечення тканин організму киснем та/або порушення його засвоєння під час біологічного окислення.
Гіпоксія – типовий патологічний процес, що розвивається внаслідок недостатності біологічного окислення, що призводить до порушення енергетичного забезпечення функцій та пластичних процесів в організмі.
Гіпоксемія – зниження, порівняно з належним, рівнів напруги та вмісту кисню крові.
Типи гіпоксії з етіології:
Екзогенна – зниження кисню в навколишньому повітрі. Може бути гіпобаричне зниження атмосферного тиску та зниження рО 2 (висотна хвороба та гірська хвороба). Гірська хвороба розвивається у різних горах на різній висоті: на Кавказі, Альпах розвиток гірничої хвороби визначатиметься 3 тисячами. Чинники, що впливають виникнення гірської хвороби: вітер, сонячна радіація, вологість повітря, наявність снігу, високий перепад нічних і денних температур + індивідуальна чутливість: стать, вік, тип конституції, тренованість, минулий висотний досвід, фізичний і психічний стан. Тяжка фізична робота. Швидкість набору висоти:
Нормобарична;
Гіпобарична;
Ендогенна:
Дихальна;
Циркуляторна;
Гемічна;
Тканинна (гістотоксична);
Змішана.
Місцева (регіонарна):
Циркуляторна;
Тканинна (гістотоксична);
Змішана.
Нормобарична гіпоксія розвивається за нормального атмосферного тиску:
Замкнений або погано вентильований простір;
Гіповентиляція при ШВЛ.
Критерії екзогенної гіпоксії:
Зниження Нb O 2 (артеріальної крові) – артеріальна гіпоксемія;
Зниження ра СО 2 (гіпокапнія) - при гіпобаричній гіпоксії;
Підвищення ра СО 2 (гіперкапнія) у замкнутому просторі.
Механізм екстреної адаптації організму до гіпоксії. Гостра гіпоксія:
Системи кисневого бюджету;
Система зовнішнього дихання: збільшено обсяг альвеолярної аентиляції, збільшення частоти та глибини дихання;
ССС: збільшення МОС (збільшення ударного викиду та числа скорочень), централізація кровообігу (збільшення кровотоку в життєво важливих органах).
Система червоної крові: збільшення кисневої ємності крові (КЕК) за рахунок редепонування крові та посилення дисоціації оксигемоглобіну в тканинах.
Тканинне дихання: підвищення ефективності біологічного окислення – активація ферментів тканинного дихання, стимуляція гліколізу, підвищення сполучення окислення та фосфорилювання.
Хронічна гіпоксія: системи кисневого бюджету організму, ефекти, механізми ефектів:
Система зовнішнього дихання: збільшення ступеня оксигенації крові у легенях – гіпертрофія дихальних м'язів, гіпертрофія легень.
ССС: збільшення МОС за рахунок гіпертрофії міокарда, збільшення числа мітохондрій у кардіоміоцитах, зростання швидкості взаємодії актину та міозину, збільшення кількості капілярів, підвищення активності систем регуляції серця, артеріальна гіперемія у функціонуючих органах та тканинах.
Система червоної крові: збільшення кисневої ємності крові за рахунок активації еритропоезу, збільшення 2,3-ДФГ в еритроцитах, посилення дисоціації оксигемоглобіну в тканинах;
Тканинне дихання: збільшення ефективності біологічного окислення – мітохондріогенез, підвищення сполучення окислення та фосфорилювання, перехід на оптимальний рівень функціонування, підвищення ефективності метаболізму.
Ефекти дозованої гіпоксії:
Зменшення чутливості організму до іонізуючої радіації;
Зменшення токсичних ефектів цитостатиків;
Зменшення побічних ефектіврентгено-контрастних речовин, глюкокортикоїдів;
Ослаблення дії галюциногенів та судомних речовин.
Дозована гіпоксія при вагітності:
Корекція фето-плацентарної недостатності;
Профілактика гіпотрофії плода;
Прискорення дозрівання плода:
Збільшення поверхні та ваги плаценти, ємності її капілярної мережі;
Зростання об'ємної швидкості матково-плацентарного кровотоку;
прискорення дозрівання ферментних систем печінки;
Швидка заміна HbF та HbA.
Ендогенна
Дихальна гіпоксія – порушення вентиляції, дифузії, перфузії – дихальна недостатність.
Критерії дихальної гіпоксії: артеріальна гіпоксемія, ра СО 2 в нормі або гіперкапнія.
Циркуляторна гіпоксія:
Серцева недостатність - зниження швидкості кровотоку, збільшення часу контакту крові з навколишніми тканинами, у пацієнта венозна гіпоксемія, а також збільшення артеріовенозної різниці за киснем;
Судинна недостатність – зниження швидкості кровотоку, збільшення часу контакту крові з оточуючими тканинами, у пацієнта венозна гіпоксемія, а також збільшення артеріовенозної різниці за киснем;
Серцево-судинна недостатність.
Гемічна гіпоксія – розвивається і натомість порушення кровотворення, внаслідок підвищеного кроворазрушения, крововтрата, анемія. А також коли утворюються патологічні форми гемоглобіну, які не пов'язують або погано зв'язують кисень, тобто. порушення транспорту гемоглобіном кисню.
Види гемоглобіну у дорослої людини:
HbA – альфа2 та бета 2 ланцюга – основний гемоглобін дорослого;
HbA2 – альфа 2, гама 2
HbH – гомотетрамер, що утворюється при інгібуванні синтезу альфа ланцюга. Транспорт О2 неефективний.
HbM – група аномальних гемоглобінів, у яких заміщена 1 амінокислота, що сприяє.
Hb Bart - гомотетрамер, що зустрічається у раннього ембріона і при альфа-таласемії, не ефективний як переносник О2;
MetHb – метгемоглобін, що містить у геме Fe3+; не переносить О2. Утворюється при отруєннях сильними окислювачами та при деяких спадкових хворобах;
HbCO – карбоксигемоглобін.
Критерії гемічної гіпоксії. Один грам чистого гемоглобіну може зв'язати 139 мл О2. Ця киснева ємність залежить від кількості та якості гемоглобіну. При зменшенні кількості гемоглобіну або форми його знижується КЕК. Норма 19-21. Компенсація за рахунок непошкоджених систем: задишка, почастішання ЧСС, збільшення тканинного дихання.
Гістотоксична гіпоксія розвивається при блокаді різних ланок біологічного окиснення. Це можуть бути тканинні дихальні ферменти, які пригнічуються барбітуратами, актиноміцином А, ціаніди. Тканинна гіпоксія розвивається при гнобленні ферментів ЦТК (сульфіди, алкоголь, арсеніти, сульфаніламідні препарати, малонат, авітамінози).
При гнобленні тканинного дихання рівень венозного кисню збільшується і зменшення артеріовенозної різниці по кисню.
Можливе роз'єднання окисного фосфорилювання: 2,4-динітрофенол, дикумарини, граміцидин, тироксин, адреналін, СЖК, надлишок Са2+, Н+, Токсини мікроорганізмів, продукти перикисного окиснення ліпідів. Венозна гіпоксемія.
Етіологія та патогенез змішаної гіпоксії
При отруєнні чадним газом. Зв'язується з гемоглобіном – гемічна гіпоксія, блок цитохромоксидази – тканинна гіпоксія. Компенсація за рахунок дихання та роботи серця. Дуже тяжка гіпоксія.
Отруєння нітритами (добривами) – освіта метгемоглобіну – гемічна гіпоксемія. Роз'єднання окисного фосфорилювання – тканинна гіпоксія.
Отруєння барбітуратами: мають центральну дію, пригнічують дихальний центр – дихальна гіпоксія; пригнічення судинно-рухового центру – циркуляторна гіпоксія; пригнічення ферментів тканинного дихання – тканинна гіпоксія. Лише одна компенсаторна система залишається.
Лівошлуночкова серцева недостатність. При серцевій недостатності як тканинної веде до розвитку циркуляторної гіпоксії.
Гостра крововтрата також супроводжується розвитком гіпоксії, зниження КЕК веде до розвитку гемічної гіпоксії, а зменшення ОЦК та порушення гемодинаміки – циркуляторна гіпоксія.
Гіпоксія-гіпоксій - шок, т.к. можливі всі 4 форми гіпоксії. При шоці порушується гемодинаміка (циркуляторна гіпоксія); зменшення ОЦК (гемічна гіпоксія);
Розвиток «шокової легені» – дихальна гіпоксія; зниження активності тканинного дихання – тканинна гіпоксія.
Механізм порушень обміну речовин
При гіпоксії порушується обмін речовин. При гіпоксії формується дефіцит макроергів та надлишок АДФ та АМФ. В анаеробних умовах (голодування субстратне) активується гліколіз, який дає мало АТФ і щоб він підтримував життя йому необхідні субстрати, тому активується глюконеогенез (утворення глюкози з органічних речовин) та розвивається негативний азотистий баланс та гіперазотемія, а також гіперкетонемія. Кінцевий продукт гліколізу – молочна кислота, яка в нормі згоряє у ЦТК або йде на синтез глікогену. Але ЦТК не працює в анаеробних умовах і порушується метаболізм або синтез лактату. В результаті азотистих шлаків, кетонових тіл у пацієнта інтоксикація та метаболічний ацидоз, який сприяє набуханню та дистрофії мітохондрій, що посилює порушення енергетики ще більшою мірою, збільшення внутрішньоклітинного калію, метаболічний ацидоз сприяє вакуолізації лізосомальних мембран та пошкодження клітин. Метаболічні порушення зумовлюють зміну порушення функцій органів та систем:
Порушується вища нервова діяльність:
Зниження критики;
Відчуття дискомфорту;
Дискоординація рухів;
Порушення логіки мислення;
Розлади свідомості;
"Бульбарні розлади";
Система кровообігу:
гіпертензивні реакції;
Розлади мікроциркуляції;
Зниження серцевого викиду;
Коронарна недостатність;
Зовнішнє дихання:
Порушення вентиляції, дифузії, перфузії;
Гостра дихальна недостатність;
Система травлення:
Розлад апетиту;
Зниження секреторної та моторної функції шлунка та кишечника;
Виразки, ерозії слизової оболонки;
Гостра ниркова недостатність;
Гостра печінкова недостатність.
Принципи терапії гіпоксії
При атреріальній гіпоксемії до 90 і нижче показано оксигенацію
Введення кисню при HbO2 менше 90%
Нормобарична;
Гіпербарична оксигенація;
Вплив на системи транспорту О2 до тканин;
Антигіпоксанти, що покращують транспорт О2:
Підвищують КЕК переносники О2;
Змінюючі спорідненість гемоглобіну до О2: стимулятори синтезу 2,3-ДФГ, фіцинова кислота, В6.
Антишипоксанти, що зберігають енергетику в клітинах при дефіциті О2:
Глюкзо+інсулін+К+;
Нікотинамід - джерело НАД;
Бурштинова кислота – індуктор окиснення НАД;
Натрію оксибутират – відновлення фумарату сукцинат – АТФ;
Активатори гліколізу (гутимін) та глюконеогенез (ГКС).
Штучні переносники електронів:
Цитохром З;
Бензохінони;
Антиоксиданти.
Гіпоксії(Лекція №XIV).
1. Класифікація та характеристика окремих видів гіпоксій.
2. Пристосувальні та компенсаторні реакції при гіпоксії.
3. Діагностика, терапія та профілактика гіпоксій.
Гіпоксія(Hypoxia) - порушення окисних процесів у тканинах, що виникає при недостатньому надходженні кисню або порушенні його утилізації в процесі біологічного окиснення (киснева недостатність, голодування).
Залежно від етіологічного фактора, темпу наростання та тривалості гіпоксичного стану, ступеня гіпоксії, реактивності організму тощо. Вияв гіпоксії може значно варіювати. Зміни, що виникають в організмі, є сукупністю:
1) безпосередніх наслідківвпливу гіпоксичного фактора,
2) повторних порушень,
3) що розвиваються компенсаторнихі пристосувальнихреакцій. Ці явища перебувають у тісному зв'язку і який завжди подаються чіткому розмежування.
Класифікація основних типів гіпоксій (1979):
1. гіпоксична
2. дихальна
3. кров'яна
4. циркуляторна
5. тканинна
6. гіпербарична
7. гіпероксична
8. гіпоксія навантаження
9. змішана – поєднання різних видів гіпоксій.
Класифікація гіпоксій за тяжкістю:
1) прихована (виявляється лише при навантаженні),
2) компенсована - тканинної гіпоксії в стані спокою немає за рахунок напруги систем доставки кисню,
3) виражена – з явищами декомпенсації (у спокої – недостатність кисню у тканинах),
4) некомпенсована – виражені порушення обмінних процесів з явищами отруєння,
5) термінальна – незворотня.
Класифікація за течією: за темпом розвитку та тривалості перебігу:
а) блискавична - протягом кількох десятків секунд,
б) гостра – кілька хвилин або десятків хвилин (гостра серцева недостатність),
в) підгостра - кілька годин,
г) хронічна – тижні, місяці, роки.
Гіпоксична гіпоксія- екзогенний тип розвивається при зменшенні барометричного тиску O 2 (висотна та гірська хвороба) або при зниженні парціального тиску O 2 у повітрі, що вдихається. При цьому розвивається гіпоксемія(знижується pO 2 в артеріальній крові, насичення гемоглобіну (Hb) киснем (O 2) та загальний вміст його в крові. Негативний вплив має і гіпокапнія, що розвивається у зв'язку з компенсаторною гіпервентиляцією легень Гіпокапнія призводить до погіршення кровопостачання мозку та серця, алкалозу, порушення балансу електролітів у внутрішньому середовищі організму та підвищення споживання тканинами O 2 .
Дихальний (легеневий)тип гіпоксії виникає в результаті недостатності газообміну в легенях у зв'язку з альвеолярною гіповентиляцією, порушеннями вентиляційно-перфузійних відносин або при утрудненні дифузії O 2 порушення прохідності дихальних шляхів або розлади центральної регуляції дихання.
Зменшується хвилинний обсяг вентиляції, знижується парціальний тиск O 2 в альвеолярному повітрі та напруга O 2 у крові та до гіпоксії приєднується гіперкапнія.
Кров'яна гіпоксія(гемічний тип) виникає як наслідок зменшення кисневої ємності крові при анеміях, гідремії та порушенні здатності Hb зв'язувати, транспортувати та віддавати тканинам O 2 при отруєнні CO, при утворенні метгемоглобіну (MetHb) та деяких аномаліях Hb. Для гемічної гіпоксії характерне поєднання нормальної напруги O 2 в артеріальній крові зі зниженим вмістом у важких випадках до 4-5 об%. При утворенні карбоксигемоглобін (COHb) і MetHb насичення Hb, що залишився, і дисоціація оксиHb в тканинах можуть бути утруднені і тому напруга O 2 в тканинах і венозної крові виявляється значно зниженою при одночасному зменшенні артеріо-венозної різниці вмісту кисню.
Циркуляторна гіпоксія(Серцево-судинний тип) виникає при порушеннях кровообігу, що призводять до недостатнього кровопостачання органів і тканин при масивній крововтраті, зневодненні організму, падінні серцево-судинної діяльності. Циркуляторна гіпоксія судинногопоходження розвивається при надмірному збільшенні ємності судинного русла внаслідок рефлекторних та центрогенних порушень вазомоторної регуляції недостатності глюкокортикоїдівпри підвищенні в'язкості крові та наявності інших факторів, що перешкоджають нормальному просуванню крові через капілярну мережу. Для газового складу крові характерна нормальна напруга та вміст O 2 в артеріальній крові, зниження їх у венозній та висока артеріо-венозна різниця по O 2 .
Тканинна гіпоксія(гістотоксична) виникає внаслідок порушення здатності тканин поглинати O 2 з крові або у зв'язку зі зменшенням ефективності біологічного окислення через різке зменшення сполучення окислення та фосфорилювання через пригнічення біологічного окислення різними інгібіторами, порушення синтезу ферментів або пошкодження мембранних структур клітини, наприклад, отруєння ціанідами, важких металів, барбітуратів. При цьому напруга, насичення та вміст O 2 в артеріальній крові може до певного моменту бути нормальними, а у венозній крові значно перевищують нормальні величини. Зменшення артеріо-венозної різниці O 2 характерне для порушення тканинного дихання.
Гіпербарична гіпоксія(При лікуванні киснем під підвищеним тиском). При цьому усунення нормальної гіпоксичної активності периферичних хеморецепторів веде до зниження збудливості ДЦ та пригнічення легеневої вентиляції. Це веде до підвищення артеріального pCO2, що викликає розширення кровоносних судин мозку. Гіперкапнія веде до збільшення хвилинного об'єму дихання та гіпервентиляції. В результаті pCO 2 в артеріальній крові падає, судини мозку звужуються і pO 2 у тканинах мозку зменшується. Початкова токсична дія O 2 на клітину пов'язана з інгібіцією дихальних ферментів і накопиченням перекисів ліпідів, що викликають пошкодження клітинних структур (особливо SH ферментні групи), зміною метаболізму в циклі трикарбонових кислот і порушенням синтезу високоенергетичних фосфатних сполук та утворенням вільних радикалів.
Гіпероксична гіпоксія(В авіації, при киснедотерапії) - можуть бути 2 форми кисневого отруєння - легенева і судомна. Патогенез легеневіформи пов'язують із зникненням "опорної" функції іннертного газу, токсичною дією O 2 на ендотелій судин легень - підвищенням їх проникності, вимиванням сурфактанту, спадом альвеол та розвитком ателектазу та набряку легень. Судомнаформа пов'язана з різким збудженням усіх відділів ЦНС, особливо стовбура мозку + порушення тканинного дихання.
Змішаний тип гіпоксії- спостерігається дуже часто і представляє поєднання 2-х чи більше основних типів гіпоксії. Часто гіпоксичний чинник сам собою впливає кілька ланок фізіологічних систем транспорту та утилізації O 2 . Чадний газактивно вступає у зв'язок з 2-х валентним залізом Hb, у підвищених концентраціях надає безпосередню токсичну дію на клітини, інгібуючи цитохромензимну систему; барбітурати пригнічують окисні процеси в тканинах і одночасно пригнічують ДЦ, викликаючи гіповентиляцію.
Зміни обміну речовинНасамперед виникає з боку вуглеводного та енергетичного обміну. У всіх випадках гіпоксії первинним зрушенням є дефіцит макроергів. Посилюється гліколіз, це призводить до падіння вмісту глікогену, наростання пірувату та лактату. Надлишок молочної, піровиноградної та інших органічних кислот сприяє розвитку метаболічного. ацидозу. Виникає негативний баланс азоту. Внаслідок розладів ліпідного обміну розвивається гіперкетонемія.
Порушується обмін електролітів і насамперед процеси активного переміщення та розподілу іонів на біологічних мембранах, зростає кількість позаклітинного калію.
Послідовність змін у клітині: підвищення проникності клітинної мембрани → порушення іонної рівноваги → набухання мітохондрій → стимуляція гліколізу → зменшення глікогену → придушення синтезу та посилення розпаду білків → деструкція мітохондрій → ергастоплазми - аутоліз та повний розпад клітини.
Пристосувальні та компенсаторні реакції.
При вплив факторів, що викликають гіпоксію, відразу ж включаються реакції, спрямовані на збереження гомеостазу. Розрізняють реакції, спрямовані на пристосування до щодо короткочасної гостроїгіпоксії (виникають негайно) та реакції, що забезпечують пристосування до менш вираженої, але тривало існуючої або повторюваної гіпоксії.
Реакція системи диханняна гіпоксію - це збільшення альвеолярної вентиляції за рахунок поглиблення та почастішання дихальних екскурсій та мобілізації резервних альвеол. Збільшення вентиляції супроводжується посиленням легеневого кровотоку. Компенсаторна гіпервентиляція може спричинити гіпокапнію, яка у свою чергу компенсується обміном іонів між плазмою та еритроцитами, посиленим виведенням бікарбонатів та основних фосфатів із сечею.
Реакція системи кровообігувиражаються почастішанням серцевих скорочень, збільшенням маси циркулюючої крові за рахунок спорожнення кров'яних депо, збільшення венозного припливу, ударного та хвилинного ОЗ, швидкості кровотоку та перерозподілу крові на користь мозку та серця. При адаптації до тривалої гіпоксії може відбуватися утворення нових капілярів. У зв'язку з гіперфункцією серця та змінами нейро-ендокринної регуляції може настати гіпертрофія міокарда, що має компенсаторно-пристосувальний характер.
Реакція системи кровіпроявляються підвищенням кисневої ємності крові за рахунок посиленого вимивання еритроцитів з кісткового мозку та активації еритропоезу за рахунок посиленого утворення еритропоетичних факторів. Велике значення мають властивості Hb пов'язувати майже нормальну кількість O 2 навіть при значному зниженні парціального тиску O 2 в альвеолярному повітрі та крові легеневих капілярів. Разом з тим Hb здатний віддавати більше O 2 навіть при помірному зниженні pO 2 в тканинній рідині. Посилення дисоціації O 2 Hb сприяє ацидозу.
Тканинні пристосувальні механізми- обмеження функціональної активності органів і тканин, які безпосередньо не беруть участь у забезпеченні транспорту O 2 , збільшення сполученості окислення та фосфорилювання, посилення анаеробного синтезу АТФ за рахунок активації гліколізу. Збільшується синтез глюкокортикоїдів, які стабілізують мембрани лізосом, активують ферментні системи дихального ланцюга. Збільшується кількість мітохондрій на одиницю маси клітини.
Принципи діагностики
Діагностика ґрунтується на ознаках ураження головного мозку та динаміці неврологічних розладів, даних дослідження гемодинаміки (АТ, ЕКГ, серцевий викид), газообміну, визначення O 2 у повітрі, що вдихається, вмісту газів в альвеолах, дифузії газів через мембрану альвеол; визначення транспорту O2 з кров'ю; визначення pO 2 у крові та тканинах, визначення КЩР, буферних властивостей крові, біохімічних показників (молочна та піровиноградна кислота, цукор та сечовина крові).
Терапія та профілактика.
У зв'язку з тим, що в клінічній практиці зазвичай зустрічаються змішані форми гіпоксії, лікування її має бути комплексним і пов'язаним з причиною гіпоксії в кожному конкретному випадку.
У всіх випадках гіпоксії - дихальної, кров'яної, циркуляторної універсальним прийомом є гіпербарична оксигенація. Необхідно розірвати хибні кола при ішеміях, серцевої недостатності. Так, при тиску 3 атмосфери в плазмі розчиняється достатня кількість O 2 (6 об'ємних %) навіть без участі еритроцитів, у ряді випадків буває необхідно додати 3-7 % CO 2 для стимуляції ДЦ, розширення судин мозку та серця, запобігання гіпокапнії.
При циркуляторній гіпоксії призначають серцеві та гіпертензійні засоби, переливання крові.
При гемічному типі:
● переливають кров або еритромасу, стимулюють гемопоез, застосовують штучні переносники O 2 - субстрати перфовуглеводів (перфторан- "блакитна кров"),
● видалення продуктів метаболізму – гемосорбція, плазмофорез,
● боротьба з осмотичним набряком - розчини з осмотичними речовинами,
● при ішемії - антиоксиданти, стабілізатори мембран, стероїдні гормони,
● введення субстратів, що замінюють функцію цитохромів - метиленова синь, вітамін С,
● підвищення енергетичного постачання тканин - глюкоза.