Один из важнейших элементов гомеостаза высших животных и человека — кислородный гомеостаз. Сущность его — создание и поддержание эволюционно закрепленного оптимального уровня напряжения кислорода в структурах, обеспечивающих освобождение энергии и ее утилизацию.
Кислородный гомеостаз создается и поддерживается деятельностью системы обеспечения организма кислородом, включающей внешнее дыхание, кровообращение, кровь, тканевое дыхание, нейрогуморальные регуляторные механизмы.
В нормальных условиях эффективность биологического окисления, соответствует функциональной активности органов и тканей. При нарушении этого соответствия возникает состояние энергетического дефицита, приводящее к разнообразным нарушениям вплоть до гибели ткани. Недостаточное энергетическое обеспечение процессов жизнедеятельности и лежит в основе состояния, называемого гипоксией.
Гипоксия (кислородное голодание, кислородная недостаточность) — типовой патологический процесс, возникающий в результате недостаточности биологического окисления и обусловленной ею энергетической необеспеченности жизненных процессов.
Поскольку в обеспечении тканей кислородом участвует ряд органов и систем (органы дыхания, сердечно-сосудистая система, кровь и др.) нарушения функции каждой из этих систем может привести к развитию гипоксии. Деятельность указанных систем регулируется и координируется центральной нервной системой, в первую очередь, корой головного мозга. Поэтому нарушение центральной регуляции этих систем также приводит к развитию кислородного голодания. Гипоксия является патогенетической основой разнообразных патологических состояний и заболеваний. При любом патологическом процессе присутствуют явления гипоксии. Поскольку смерть является стойким прекращением спонтанного кровообращения и дыхания, значит, в конце любой смертельной болезни, не зависимо от ее причин наступает острая гипоксия. Умирание организма всегда сопровождается тотальной гипоксией с развитием гипоксического некробиоза и гибелью клеток. Кислородное голодание часто является ближайшей причиной расстройств еще и потому, что запасы кислорода у высших организмов ограничены: у человека, примерно, 2-2,5 л.. Этих запасов кислорода, даже при условии полного использования их, достаточно для существования лишь в течение нескольких минут, но нарушение функций возникает при наличии еще значительного содержания кислорода в крови и тканях.
Классификация гипоксии. (Таблица 1)
В зависимости от причин и механизма развития различают следующие основные типы гипоксий.
Дыхательная система
... 1981). .1.1 Изменения показателей дыхательной системы Изменения показателей дыхательной системы при выполнении мышечной деятельности оцениваются по: -частоте дыхания -жизненной емкости легких -потреблению кислорода -кислородному долгу -и другим более сложным лабораторным исследованиям. Определение ...
I. Экзогенные гипоксии, возникающие при воздействии на систему обеспечения
а) гипоксический (гипо- и нормобарический),
б) гипероксический (гипер- и нормобарический).ри
2) дыхательный (респираторный);
3) циркуляторный (сердечно-сосудистый) — ишемический и застойный»;
4) гемический (кровяной): анемический и вследствие инактивации гемоглобина;
5) тканевый (первично-тканевый): при нарушении способности тканей поглощать кислород, или при разобщении окисления и фосфорилирования (гипоксия разобщения).
6).
Субстратный, (при дефиците субстратов).
7) Перегрузочный («гипоксия нагрузки») при увеличении нагрузки на систему
8) Смешанный.
По течению выделяют гипоксии:
а) молниеносную (взрывную), длящуюся несколько десятков секунд,б) острую — десятки минут, в) подострую — часы, десятки часов, г) хроническую — недели, месяцы, годы.
По распространенности различают: а) общую гипоксию и б) регио-нарную; по степени тяжести: а) легкую, б) умеренную, в) тяжелую, г) критическую (смертельную) гипоксии.
Таблица 1
КЛАССИФИКАЦИЯ ГИПОКСИЙ
|
Принципы классификации |
Типы гипоксий |
|
Этиология и патогенез |
Экзогенные
б) нормобарический
б) нормобарический |
|
Дыхательный (респираторный) |
|
|
Сердечно-сосудистый (циркулярный) а) ишемический, б) застойный |
|
|
Гемический (кровяной) а) анемический, б) вследствие инактивации гемоглобина |
|
|
Тканевой (первично-тканевой) а) при нарушении способности клеток поглощать кислород; б) при разобщении окисления и фосфорилирования (гипоксия разобщения) |
|
|
Субстратный |
|
|
Перегрузочный (гипоксия нагрузки) |
|
|
Смешанный |
|
|
Скорость развития и длительность |
а) молниеносный (взрывной), б) острый, в) подострый, г) хронический |
|
Распространенность |
а) общий, б) регионарный |
|
Степень тяжести |
а) легкий, б) умеренный, в) тяжелый, г) критический (смертельный) |
Характеристика отдельных типов гипоксий
Гипоксическая гипоксия
а) Гипобарическая.
Возникает при понижении парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе, в условиях разреженной атмосферы. Встречается при подъеме в горы (горная болезнь) или при полетах на летательных аппаратах (высотная болезнь, болезнь летчиков).
Основными факторами, вызывающими патологические сдвиги являются: 1) понижение парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе (гипоксия); 2) понижение атмосферного давления (декомпрессия или Дизбаризм).
При гипоксической гипоксии уменьшается напряжение кислорода в артериальной крови, насыщение гемоглобина кислородом и общее его содержание в крови. Отрицательное влияние может оказывать и гипокапния, развивающаяся в связи с компенсаторной гипервентиляцией легких. Выраженная гипокапния приводит к ухудшению кровоснабжения мозга и сердца (сужение сосудов), респираторному алкалозу. Респираторный алкалоз компенсируется повышенной экскрецией бикарбонатного аниона почками, а поддержание электронейтральности мочи обеспечивается поступлением катиона натрия; снижается содержание натрия в организме, что влечет за собой снижение объема внеклеточной жидкости вплоть до гиповолемии, нарушается баланс электролитов во внутренней среде организма. В этих случаях добавление к вдыхаемому воздуху небольших количеств углекислого газа, устраняя гипокапнию может существенно облегчить состояние.
б) Нормобарическая.
Развивается в тех случаях, когда общее барометрическое давление нормальное, но парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе понижено; встречается главным образом в производственных условиях — работа в шахтах, неполадках в системе кислородного обеспечения кабины летательного аппарата, в подводных лодках, во время операции при неисправности наркозно дыхательной аппаратуры, нахождений в защитных помещениях малого объема и т.д. В этих случаях гипоксия может сочетаться с гиперкапнией. Умеренная гиперкапния оказывает благоприятный эффект (увеличение кровоснабжения мозга и сердца).
Значительная гиперкапния сопровождается ацидозом, нарушением ионного равновесия, снижением насыщения артериальной крови кислородом.
Критерии гипоксической гипоксии: снижение рО2во вдыхаемом воздухе, снижение рО2 в альвеолярном воздухе, снижение напряжения и содержания кислорода в артериальной крови; гипокапния, сменяющаяся гиперкапнией; уменьшение общего воздушно-венозного градиента рО2
Гипероксическая гипоксия
а) Гипербарическая.
Возникает в условиях избытка кислорода («голод среди изобилия»).
«Лишний» кислород не может потребляться в энергетических и пластических целях. Высокое напряжение кислорода в крови и тканях ведет к окислительной деструкции внутриклеточных митохондириальных структур, что угнетает тканевое дыхание, снижает эффективность улавливания клеткой свободной энергии при биологическом окислении; происходит инактивация многих энзимов, особенно содержащих сульфгидрильные группы. Одно из следствий системной ферментопатии — падение содержания в мозге гамма-аминобутирата, главного тормозного медиатора серого вещества, что обуславливает судорожный синдром кортикального генеза. Высокое напряжение кислорода в тканях приводит к усиленному образованию свободных кислородных радикалов, нарушающих образование дезоксирибонуклеиновой кислоты и тем самым извращающих внутриклеточный синтез белка. Токсическое действие кислорода проявляется, прежде всего, в повреждении тканей, клеток, интерстициальных тканевых структур. Патологические изменения возникают в первую очередь в легочной паренхиме, в которой в наибольшей степени возрастает напряжение кислорода и образование свободных радикалов. Это ведет к дисфункции элементов респиронов (структурно-функциональных единиц легких), возникают воспалительные изменения в легочной ткани, а иногда и некардиогенный отек легких, возможно диффузное микроателектазирование легких из-за разрушения свободно-радикальным окислением системы сурфактанта. Дыхание газовой смесью, парциальное давление кислорода в которой выше, чем 4416 мм рт. ст. приводит к тонико-клоническим судорогам и потере сознания в течение нескольких минут (осложнение при гипербарической оксигенации).
Одно из проявлений токсического действия кислорода при гипероксии — гиперкапния, возникающая вследствие угнетения внешнего дыхания и уменьшения удаления СО2через легкие, а так же вследствие нарушения транспорта СО2от ткани к легочным капиллярам и скопление СО2в тканях, что связано со спазмом мелких артерий и артериол, вызванного гипероксией.
Гипероксия, в особенности, гипербароксия при неправильном использовании может вызвать тяжелые расстройства — угнетение внешнего дыхания, возникновение чрезмерной гиперкапнии и кислородной интоксикации. Угнетение внешнего дыхания проявляется резким уменьшением объема легочной вентиляции вплоть до остановки дыхания — «апное сонных телец» (синокаротидных зон).
Последнее связано с падением возбуждающей афферентацией и активности респираторных нейронов бульварного дыхательного центра и с их повреждением радикалами кислорода, двуокисью углерода при чрезмерной гиперкапнии и микроциркуляторными расстройствами в мозговой ткани.
Кислородная интоксикация может проявляться в трех клинических формах: общетоксической, легочной и мозговой. Общетоксическая форма возникает при остром воздействии гипероксии высокой степени, проявляется полиорганностью поражения. Повреждается миокард (изменение зубцов ЭКГ, экстрасистолия), возникают спазмы периферических артерий, акропарестезии, снижается осмотическая резистентность эритроцитов, ослабляется фагоцитоз, нарушается микроциркуляция в тканях. При легочной форме кроме расстройств вентиляции наблюдается раздражение слизистых оболочек дыхательных путей (сухость во рту, полости носа, трахеи, сухой кашель, боль и жжение в грудной клетке), токсический бронхит, падение уровня сурфантанта, микро- и макротелектазы, уменьшение дыхательной поверхности легких, повреждение альвеолярно-капиллярных мембран, возможен некардиогенный отек легких. При мозговой форме развиваются судороги, протекающие в две фазы. В первую фазу возникает фибриллярные мышечные подергивания на губах, веках, шее; возможно онемение пальцев рук и ног, потемнение в глазах, сужение полей зрения, головная боль, тошнота, рвота. Во вторую фазу — внезапное развитие эпилептифорных судорог, потеря сознания, последующая амнезия. Судороги длятся одну-две минуты, могут возобновляться после короткой паузы.
б) Нормобарическая.
Может развиться как осложнение при кислородной терапии, когда длительно используются высокие концентрации кислорода, особенно у пожилых людей, у которых со старением падает активность антиоксидантной системы, в частности, ферментов.
При гипероксической гипоксии в результате увеличения рО2во вдыхаемом воздухе увеличивается общий воздушно-венозный градиент р02, но снижается скорость транспорта кислорода артериальной кровью и скорость потребления кислорода тканями, накапливаются недоокисленные продукты, изменяется кислотно-основное состояние крови.
Дыхательная (легочная, респираторная) гипоксия
Развивается в результате недостаточности газообмена в легких в связи с альвеолярной гиповентиляцией, нарушением вентиляционно-перфузионных отношений, затруднении диффузии кислорода. Это наблюдается при болезнях легких, трахеи, бронхов, нарушении функции дыхательного центра; при пневмотораксе, гидротораксе, гемотораксе, воспалении легких, эмфиземе легких, саркоидозе, асбестозе легких; механической препятствии для поступления воздуха; локальном запустевании сосудов легких, врожденных пороках сердца, избыточном шунтировании легких, недостаточном образовании или нарушении свойств сурфактанта (поверхностно-активного вещества, образующегося в легких и выстилающего альвеолярную стенку).
При респираторной гипоксии в результате нарушения газообмена в легких снижается напряжение кислорода в артериальной крови, возникает артериальная гипоксемия, в большинстве случаев сочетающаяся с гиперкапнией.
Сердечно-сосудистая (циркуляторная) гипоксия
Возникает при нарушениях кровообращения, приводящих к недостаточному кровоснабжению органов и тканей, недостаточному транспорту кислорода к тканям. Важнейший показатель и патогенетическая основа — уменьшение минутного объема сердца. Проявляется в двух формах: ишемической и застойной. Причины: расстройства сердечной деятельности в результате поражения сердечной мышцы (инфаркт, кардиосклероз), перегрузки сердца, нарушении электролитного баланса, экстракардиальной регуляции; действия механических факторов, затрудняющих работу сердца (тампонада, облитерация полости перикарда); гиповолемия (массивная кровопотеря, обезвоживание при ожоге, холере), падение сердечной деятельности; чрезмерное увеличение емкости сосудистого русла вследствие нарушения вазомоторной регуляции, пареза сосудов, недостаточности катехоламинов, глюкокортикоидов, что ведет к нарушению сосудистого тонуса; нарушения микроциркуляции, повышение вязкости крови и др., факторы, препятствующие продвижению крови через капилляры. Комбинация многих факторов наблюдается при шоке, острой сердечно-сосудистой недостаточности.
При циркуляторной гипоксии снижается скорость транспорта кислорода артериальной, капиллярной кровью при нормальном или сниженном содержании в артериальной крови кислорода, наблюдается снижение этих показателей в венозной крови и, вследствие этого, увеличение венозно-артериального и общего воздушно-венозного градиентов кислорода, высокая артериовенозная разница по кислороду. Исключение: распространенное прекапиллярное шунтирование, когда кровь переходит из артериальной системы в венозную, минуя обменные микрососуды, в результате чего в венозной крови остается много кислорода, хотя ткани при этом испытывают гипоксию.
Кровяная (гемическая) гипоксия
Развивается при уменьшении кислородной емкости крови в двух формах — анемической и при инактивации гемоглобина. Причины: анемия, гидремия; нарушение способности гемоглобина связывать, транспортировать и отдавать тканям кислород при качественных изменениях гемоглобина, например, при отравлении окисью углерода с образованием карбоксигемоглобина. Интоксикация окисью углерода возможна в различных производственных условиях. Окись углерода обладает чрезвычайно высоким сродством гемоглобину и при взаимодействии с простатической группой его молекулы вытесняют кислород и образуют карбоксигемоглобин, лишенный способности к переносу кислорода. При устранении СО из воздуха начинается диссоциация НвСО, которая продолжается в течение многих часов. Качественные изменения гемоглобина происходят и при медгемоглобино образованиях. Реакция образования медгемоглобина протекает внутри эритроцитов при воздействии различных медгемоглобинообразователей (нитраты, нитриты, мышьяковистый водород, некоторые токсины инфекционного и неинфекционного происхождения, ряд лекарственных веществ – фенацетин, антиперин, сульфаниламиды и др.).
Медгемоглобин образовывается в результате окисления гемоглобина (перехода железа из закисной формы в окисную).
Он лишен основного свойства, позволяющего гемоглобину переносить кислород и выключается из транспортной функции крови, снижая ее кислородную емкость. Процесс образования медгемоглобина имеет обратимый характер: после прекращения действия медгемоглобинообразователей железогема вновь переходит из окисной формы в закисную. Уменьшение сродства гемоглобина кислороду обнаруживается и при ряде генетически обусловленных аномалиях гемоглобина, в частности, при серповидноклеточной анемии и таляссемии. Серповидноклеточная анемия возникает вследствие аномалии структурного гена, что ведет к замене в β-цепях гемоглобина остатка глютаминовой кислоты на остаток валина. В результате появляется аномальный НвS. При таляссемии вследствие дефицита генов-регуляторов нарушается пропорциональность в синтезе α и β-цепей гемоглобина.
