Реакция организма на гипоксию

ПЛАН

Введение

I. Основные типы гипоксии и их происхождение классификация основных типов

II. Компенсаторно-приспособительные реакции при гипоксии

III. Физиологические процессы в организме при гипоксии

IV. Заключение

Список литературы

Введение

Гипоксия (греч. hypo - под, ниже и лат. oxygen - кислород) является почти универсальным механизмом действия различных патогенных факторов, играющих в той или иной мере важную роль практически при всех болезнях.

Для адекватного энергообеспечения процессов жизнедеятельности необходимо, чтобы для каждой структуры эффективность биологического окисления соответствовала уровню ее функциональной активности. В нормальных условиях такое соответствие обеспечивается координированной деятельностью многочисленных механизмов, обеспечивающих транспорт необходимого количества субстратов биологического окисления и кислорода к месту их использования, эффективную утилизацию этих субстратов и удаление конечного продукта окисления - двуокиси углерода. Если в силу каких-либо причин указанное соответствие нарушается, возникает абсолютная или относительная недостаточность биологического окисления -- гипоксия. Она бывает причиной самых разнообразных структурно-функциональных нарушений. Почти при любом заболевании имеет место гипоксический компонент.

I. Основные типы гипоксии и их происхождение

В настоящее время наиболее распространена классификация основных типов гипоксии, предложенная И.Р.Петровым. Она включает: 1) экзогенный тип гипоксии; 2) дыхательный (респираторный) тип гипоксии; 3) сердечно-сосудистый (циркулярный) тип гипоксии; 4) кровяной (гемический) тип гипоксии; 5) тканевой тип гипоксии; 6) смешанный тип гипоксии. Помимо классификации, основанной на причинах и механизмах возникновения гипоксии, принято различать острую и хроническую гипоксию; иногда выделяют подострые и молниеносные формы. К молниеносной форме обычно относят гипоксию, развившуюся в течение нескольких десятков секунд, к острой -- в течение нескольких минут или десятков минут, подострой -- в течение нескольких часов или десятков часов; к хроническим формам -- гипоксию, продолжающуюся неделями, месяцами и годами.

Экзогенный тип гипоксии возникает вследствие уменьшения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе. Это наблюдается при снижении общего барометрического давления (гипобарическая форма экзогенной гипоксии) и при избирательном уменьшении содержания кислорода при нормальном общем давлении (нормобарическая форма экзогенной гипоксии). Гипобарическая гипоксия наблюдается при подъеме на горы или в открытых летательных аппаратах без индивидуальных кислородных систем и соответственно носит название горной болезни или высотной болезни. Нормобарическая гипоксия встречается в различных производственных условиях (например, при работах в шахтах, замкнутых или плохо вентилируемых пространствах подводных лодок, глубинных аппаратов, водолазных и защитных костюмов и т.п.).

При экзогенной гипоксии уменьшаются парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе, напряжение в артериальной крови, насыщение гемоглобина кислородом и общее его содержание в крови, т.е. развивается гипоксемия. Дополнительное отрицательное влияние на организм может оказывать также гипокапния (пониженное напряжение двуокиси углерода в крови), нередко развивающаяся при экзогенной гипоксии в связи с компенсаторной гипервентиляцией легких и избыточным выведением из организма углекислого газа (например, при подъеме на высоту).

Дыхательный (респираторный) тип гипоксии возникает при недостаточном транспорте кислорода из атмосферного воздуха в плазму крови вследствие нарушений системы внешнего дыхания. Недостаточность газообмена в легких может иметь в своей основе несколько механизмов: альвеолярную гиповентиляцию, нарушения общей легочной перфузии, локальные изменения вентиляционно-перфузионных отношений, избыточное шунтирование венозной крови в легких и затруднение диффузии кислорода через альвеолярно-капиллярную мембрану.

Альвеолярная гиповентиляция может быть обусловлена нарушением проходимости дыхательных путей при воспалительных процессах, опухолях, попадании инородных тел, бронхоспазме и т.д. Важную роль в неполном расправлении альвеол при входе может играть недостаточное образование или нарушение свойств сурфактанта - поверхностно-активного вещества, образующегося в легких и выстилающего альвеолярную стенку.

Нарушения дыхательных экскурсий часто являются следствием расстройств центральной нервной регуляции. Они могут иметь рефлекторный характер, например, при торможении дыхательного центра вследствие сильного раздражения рецепторов верхних дыхательных путей различными газами, дымом и т.п. или при резкой болезненности дыхательных движений.

Нарушения вентиляционно-перфузионных отношений в виде неравномерных вентиляции и перфузии возникают вследствие локальных нарушений проходимости дыхательных путей, растяжимости и эластичности альвеол, неравномерности сил вдоха и выдоха или локальных нарушений легочного кровотока. Это бывает при спазме бронхиол, скоплении в них слизи, эмфиземе легких, пневмокониозах и др. При большом количестве функционирующих легочных артериовенозных анастомозов венозная (по газовому составу) кровь переходит в артериальную систему большого круга кровообращения, минуя альвеолы, по внутрилегочным шунтам: из бронхиальных вен в легочную вену, из легочной артерии в легочную вену и т.п., образуя так называемую венозную примесь -- нарушение перфузии.

Дыхательный тип гипоксии, связанный с затруднением диффузии кислорода, наблюдается при так называемой альвеоло-капиллярной блокаде, когда происходит уплотнение мембран, разделяющих газовую среду альвеол и кровь при саркоидозе легкого, асбестозе, некоторых формах эмфиземы и других легочных заболеваниях, а также при интерстициальном отеке легкого.

Сердечно-сосудистый (циркуляторный) тип гипоксии возникает в результате недостаточности сердца и сосудистого тонуса, приводящей к дефицитному для нормальной жизнедеятельности снабжению органов и тканей кислородом при нормальном насыщении им артериальной крови. Главным гемодинамическим показателем, характеризующим циркуляторную гипоксию, является уменьшение объемной скорости кровотока, т.е. количества крови, протекающей через суммарный просвет обменных микрососудов за единицу времени. Падение притока артериальной крови к ткани называется ишемией, и при этом также возникает кислородная недостаточность.

Одной из частых причин циркуляторной гипоксии служит уменьшение общей массы крови в организме -- гиповолемия, возникающая вследствие массивной острой кровопотери, плазмопотери, сопровождающей обширные ожоги, при холерных поносах и др. Уменьшение объема циркулирующей крови при неизменной общей ее массе бывает следствием депонирования крови (главным образом в сосудах органов брюшной полости), а также сниженной сократительной деятельности миокарда и недостаточности насосной функции сердца.

Нередко изменения сопротивления сосудов неравномерны, что приводит к перераспределению кровотока между различными сосудистыми регионами. В таких случаях некоторые органы и ткани получают преимущественное кровоснабжение за счет ишемизации других структур. Подобная ситуация характерна, в частности, для так называемой централизации кровообращения, возникающей при острых кровопотерях и других состояниях, когда уменьшается сердечный выброс. При этом в результате спазма прекапиллярных сфинктеров происходит артериовенозное шунтирование, т.е. кровь переходит по анастомозам из артериол в венулы, минуя капиллярную сеть. За счет перераспределения крови головной мозг, миокард и отчасти печень снабжаются кровью удовлетворительно, а почки, скелетные мышцы и другие органы и ткани в значительной степени выключаются из кровообращения. Недостаточность кровоснабжения, приводящая к циркуляторной гипоксии, может возникать на уровне микроциркуляторного русла в результате изменения стенок микрососудов и внутрисосудистых нарушений, затрудняющих кровоток. Главная роль среди таких нарушений принадлежит ухудшению реологических свойств (текучести) крови в результате агрегации, т.е. образования конгломератов эритроцитов и других форменных элементов крови.

Особое значение имеет гипоксия, связанная с нарушениями транспорта кислорода в клетки на внесосудистом участке микроциркуляторной системы, включающем периваскулярное и межклеточное пространства, базальные и клеточные мембраны. Такая форма гипоксии возникает при снижении проницаемости мембран для кислорода, при интерстициальном отеке и других патологических изменениях межклеточной среды, приводящих к удлинению диффузионного пути кислорода из капиллярной крови до клетки, а также внутри последних до митохондрий и других ультраструктур при значительной гипертрофии клеток и их гипергидратации.

При гемическом типе гипоксии практически весь кислород, необходимый для биологического окисления, транспортируется из легких к тканям организма в связанной с гемоглобином форме. В основе способности гемоглобина легко присоединять и отдавать О2, лежат несколько механизмов. Главные из них -- так называемое гем-гем-взаимодействие, эффект Бора и влияние 2,3-дифосфоглицерата.

Сущность гем-гем-взаимодействия заключается в том, что по мере присоединения атомов кислорода к железу гемов и превращения гемоглобина в окси-форму сродство его молекулы к кислороду прогрессивно увеличивается. Присоединение первой молекулы кислорода повышает сродство к нему оставшихся трех гемов, присоединение второй молекулы в еще большей степени увеличивает сродство к кислороду оставшихся двух гемов и т.д.

В итоге оксигенация 4-го гема происходит в 500 раз быстрее, чем первого. Таким образом, налицо взаимодействие между центрами субъединиц гемоглобина, связывающими кислород. При диссоциации молекулы гемоглобина и превращении его в дезокси-форму происходит противоположный процесс и сродство к кислороду прогрессивно снижается.

Большое влияние на процессы оксигенации и дезоксигенации гемоглобина оказывают водородные ионы. Зависимость сродства гемоглобина к кислороду (и другим лигандам) от активной реакции среды называется эффектом Бора. Сущность его состоит в том, что Н+ (протон) является лигандом, связывающимся преимущественно с дезоксигемоглобином и тем самым уменьшающим его сродство к кислороду. Поэтому при изменении величины рН в кислую сторону кривая насыщения гемоглобина сдвигается вправо. При «ощелачивании» среды происходит противоположный сдвиг. В нормальных условиях главная роль в этом процессе принадлежит изменениям концентрации двуокиси углерода.

Существенную роль в процессе оксигенации гемоглобина играют органические фосфаты, локализующиеся в эритроцитах. В частности, 2,3-дифосфоглицерат (ДФГ), связываясь преимущественно с дезоксигемоглобином, значительно уменьшает сродство гемоглобина к кислороду и способствует отщеплению последнего от оксигемоглобина. Этот эффект ДФГ возрастает при снижении рН, и поэтому влияние ДФГ на оксигенацию и дезоксигенацию гемоглобина усиливается при сдвигах активной реакции крови в кислую сторону. В итоге под влиянием ДФГ сродство гемоглобина к кислороду может изменяться не менее чем в 30 раз.

Наибольшее значение среди приобретенных нарушений свойств гемоглобина имеет образование метгемоглобина и карбоксигемоглобина. Реакция образования метгемоглобина протекает внутри эритроцитов при воздействии на оксигемоглобин большой группы различных веществ, получивших название метгемоглобинообразователей. К их числу относятся такие окислители, как нитраты и нитриты, хлорновато- и хлорноватистокислые соли, феррицианиды, мышьяковистый водород, некоторые токсины инфекционного происхождения, ряд лекарственных веществ (фенацетин, антипирин, амидопирин, сульфаниламиды) и др. Метгемоглобин образуется в результате окисления гемоглобина, т.е. перехода железа из закисной (Fe2+) в окисную (Fe3+) форму. Лигандом, присоединяющимся к дополнительной валентности атома железа, обычно служит ОН-группа. Метгемоглобин лишен основного свойства, позволяющего гемоглобину переносить кислород, и выключается из транспортной функции крови, тем самым снижая ее кислородную емкость. Процесс образования метгемоглобина в организме имеет обратимый характер: после прекращения действия метгемоглобинообразователя железо тема вновь постепенно переходит из окисной формы в закисную.

Широкое распространение имеет гемическая форма гипоксии, возникающая в результате образования соединения гемоглобина с окисью углерода («угарным газом») - карбоксигемоглобина (НbСО). Интоксикация окисью углерода возможна в различных производственных условиях. Окись углерода обладает чрезвычайно высоким сродством к гемоглобину и при взаимодействии с простетической группой его молекулы вытесняет кислород и образует карбоксигемоглобин, лишенный способности к переносу кислорода. Сродство СО к Fe2+ тема почти в 300 раз превышает сродство последнего к кислороду. При устранении СО из воздуха начинается диссоциация НbСО, которая продолжается в течение многих часов. Кроме метгемоглобина и карбоксигемоглобина, при различных интоксикациях возможно образование и других соединений гемоглобина, способных переносить кислород: нитроксигемоглобина, карбиламингемоглобина и др.

Тканевый тип гипоксии возникает в результате нарушений процесса биологического окисления в клетках при нормальном функционировании всех звеньев системы транспорта кислорода к месту его утилизации. В основе этих нарушений лежит неспособность клеток поглощать и утилизировать кислород, поступающий в них из тканевой жидкости. Утилизация кислорода тканями может затрудняться в результате действия различных ингибиторов ферментов биологического окисления, изменений физико-химических условий, снижающих их активность, нарушения синтеза ферментов и дезорганизации мембранных структур клетки.

Типичным примером тканевой гипоксии, вызванной специфическими ингибиторами, может служить отравление цианидами. Попадая в организм, CN- весьма активно соединяется с окисленной формой геминфермента (Fe3+), препятствуя окислению цитохрома. Тем самым создается препятствие восстановлению железа дыхательного фермента в двухвалентную форму и переносу кислорода на цитохром. Установлено, что «точкой приложения» действия цианидов служит цитохромоксидаза, представляющая собой звено митохондриальной электронтранспортной цепи: цитохромоксидаза способна непосредственно переносить электроны на кислород. Специфическое подавление активных центров дыхательных ферментов вызывают также ион сульфида (S2), некоторые антибиотики (например, актимицин А) и др. Ингибирование дыхательных ферментов происходит в результате обратимого или необратимого связывания с функциональными группами белковой части молекулы ферментов, играющих важную роль в их каталитической активности. К таким ингибиторам относятся, например, ионы тяжелых металлов (Сu2+, Hg2+, Ag2+), обратимо соединяющиеся с SH-группами остатков цистеина, в результате чего образуются меркаптиды.

Показано, что при всем разнообразии заболеваний и патологических процессов, сопровождающихся тканевой гипоксией, имеется сравнительно мало молекулярных механизмов нарушений клеточных мембран. К ним относятся свободнорадикальное (перекисное) окисление ненасыщенных жирных кислот в фосфолипидах мембран, связывание белков поверхностью мембран и конформационные изменения белков, действие избытка Са2+. Наиболее универсальное значение в настоящее время придается свободнорадикальному повреждению мембран.