Реакция организма на гипоксию

Другой стороной дыхательной функции крови является характер диссоциации оксигемоглобина, определяющий особенности переноса кислорода из легких в ткани. Кривая диссоциации зависит, с одной стороны, от природных особенностей гемоглобина животного данного вида, а с другой, от среды, в которой происходит реакция окисления гемоглобина и восстановления его (рН плазмы, содержание СО2, содержание Сl в плазме). Кроме того, в последнее время к числу факторов, оказывающих влияние на кривую диссоциации оксигемоглобина, относят также интенсивность гликолиза в эритроцитах и расщепление в них же бикарбонатов карбоангидразой. Следовательно, эритроцит как физико-химическая система оказывает также значительное влияние на дыхательную функцию крови (Ван-Лир и Стикней, 1967).

Особенностям кривой диссоциации оксигемоглобина в приспособлении к высотам организма человека придавалось большое значение (Barcroft a. oth., 1923; Barcroft, 1925; Холден и Пристли, 1936; Барбашова, 1941). Эти авторы наблюдали у человека при восхождении в горы (а также у животных) сдвиги в положении кривой диссоциации. Кривая диссоциации оксигемоглобина зависит от содержания СО2 в крови, веса тела (интенсивности

метаболизма) и условий снабжения тканей кислородом (рис. 54).

На гиссарских овцах на высоте 3000 м н. у. м. не обнаружено изменений положения диссоциационной кривой (Барбашова и Гинецинский, 1942), также не наблюдалось изменений диссоциационной кривой у овец местной породы, а у равнинных овец прекос был сдвиг ее вправо (Избинский, Кезик, Черкович и Чукин, 1949).

То же имело место и у лошадей при подъеме в горы (Филатова, 1946а). Интересно, что эти сдвиги наблюдались только для цельной крови, а не для очищенного диализом гемоглобина. Однако у лошадей, которым производились систематические кровопускания, кривая диссоциации очищенного гемоглобина также сдвигалась вправо. Следовательно, при обильном новообразовании гемоглобина могут изменяться его природные свойства, что, несомненно, имеет место для гемоглобина животных различных видов, для гемоглобина плода и новорожденного. Сдвиг диссоциационной кривой, как и абсолютная величина (%) насыщения кислородом гемоглобина артериальной крови, не могут служить критериями устойчивости его к условиям высокогорья. Это показывают приводимые далее наблюдения на горных породах овец и многие наблюдения на человеке.

Сдвиг кривой диссоциации влево приводит к более полному насыщению кислородом крови, но в то же время затрудняет отдачу его тканям. Поэтому имеет значение не только абсолютное положение диссоциационной кривой НbО2, но и форма последней и ее конфигурация, определяющая положение точек зарядного и разрядного напряжения. Уровень потребления кислорода при гипоксии закономерно не изменяется. Большой материал, собранный исследователями на человеке, главным образом при восхождении в горы, а также экспериментальные исследования гипоксии на лабораторных животных позволяют утверждать, что постоянство кислородного запроса в условиях гипоксии сохраняется. Снижение потребления кислорода при высоких степенях гипоксии обычно вызывает накопление продуктов неполного окисления в организме и последующее возрастание потребления кислорода после возвращения к нормальным условиям дыхания (Giaja, 1938; Шик, 1939).

Способность удерживать потребление кислорода во время гипоксии на одном уровне рассматривается многими авторами (Крепе, Вержбинская, Ченыкаева, Чирковская, Гавурина, 1956) как приспособление к условиям кислородного голодания. Некоторые отмечают явление так называемого гипоксического парадокса, когда при недостатке кислорода кислородный запрос возрастает (Opitz u. Schneider, 1950). В основе лежит проявление действия гипоксии еще до того, как в клетках произойдут гипоксические изменения обмена. Потребление кислорода тканями остается на прежнем уровне или даже слегка повышается, в то время как организм дает отчетливые симптомы кислородного голодания вследствие понижающегося напряжения кислорода в крови и тканях.

Это явление объясняется двояко. Во-первых, рефлексы, вызывающие соответствующие компенсаторные реакции (увеличенное дыхание и кровообращение), возникают и развиваются при таком напряжении кислорода, которое еще не настолько низко, чтобы вызвать непосредственное нарушение аэробных процессов в клетках. Поэтому при наличии выраженного увеличения дыхания, кровообращения и других функций, характеризующих

определенную фазу гипоксии, потребление кислорода может несколько повышаться. Во-вторых, имеется и биохимический аспект этих сдвигов, так как сама по себе величина напряжения кислорода является важным условием деятельности различных ферментных систем. Известно, что при определенных условиях пониженное напряжение кислорода может вызвать усиление аэробного гликолиза без изменений в величине потребления кислорода. Реакцией, очень чувствительной к понижению напряжения кислорода, является, например, синтез ацетилхолина и некоторые другие биохимические процессы.

Низкая температура среды повышает требования организма к минимальному давлению кислорода, при котором могут в полной мере осуществляться окислительные процессы. Это зависит не от возрастания кислородного запроса, а от своеобразных изменений регуляции обмена гипоксии. Факт повышения устойчивости организма к гипоксии при высоких температурах среды и понижения при низких был установлен Е. А. Карташевским (1908) и детально изучен Н.А.Архангельской (1949а, 19496).

В исследованиях Н. А. Архангельской было установлено, что при понижении барометрического давления снижение газообмена у крыс зависит от того, при какой температуре они содержались до опыта. У животных, длительно содержавшихся при температурах среды б — 8° С, снижение обмена при гипоксии выражено при более высоком давлении О2, чем у содержавшихся при 26— 28° С.

На рисунке 54 видно, что уровень потребления кислорода у «холодных» крыс при всех изученных уровнях барометрического давления выше, чем у «теплых». Снижение барометрического давления вызывает у «холодных» крыс понижение потребления кислорода, начиная с давления, соответствующего 1000м н. у. м., а у «теплых» крыс снижение обмена наступает на высоте 2500 м н. у. м. Следовательно, влияние оказывает не только температура среды, но и ее последействие.

Исследованиями югославского физиолога Джайя (Giaja, 1938, 1953, 1957) и его школы выявлены определенные зависимости между уровнем потребления кислорода и интенсивностью охлаждения тела животного в условиях недостатка кислорода. Установлено понятие начального давления, т. е. того давления кислорода, ниже которого начинает снижаться газообмен (при разных температурах среды) и понятие барокоэффициента (Bq), представляющего отношение между потреблением О2 в мл/кг/ч, и напряжением О2 в мм Hg (табл. 16).

Под влиянием гипоксии (вдыхание смеси с 12,5%-ным содержанием кислорода) можно наблюдать уменьшение электрических ответов в мышце кролика (Иванов, 1957). Такое снижение электрической активности сопровождается понижением общего газообмена. Переход от гипоксического состояния к нормальному повышению энергетических затрат сопровождается повышением электрических явлений в покоящейся мышце. Таким образом, поскольку электрические явления в мышце определяются импульсацией из центральной нервной системы, нет оснований считать снижение обмена веществ при гипоксии лишь проявлением подчинения тканевых процессов недостатку кислорода и заменой части окислительных превращений анаэробными. Последнее несомненно имеет место, но сопровождается и глубокими изменениями трофической функции центральной нервной системы.

Температура тела даже при умеренной гипоксии почти всегда снижается. Многие факты понижения кислородного запроса при гипоксии могут, по-видимому, быть поставлены в прямую зависимость от этого снижения температуры тела и тканей и, по-видимому, от общего снижения возбудимости нервной системы. Последнее выражается в снижении величин рефлекторных ответов при глубокой гипоксии. Нарушается также и условно-рефлекторная деятельность. Особенно страдает при этом тормозной процесс (растормаживание дифференцировок). При гипоксии резко нарушается желудочное пищеварение — отделение желудочного сока (Разенков, 1945). Систематическая тренировка собаки в барокамере ведет к нормализации кривой желудочного сокоотделения на высоте (Малкиман, 1948). Лучше всего такой эффект наблюдается у собак с желудочком по Павлову, хуже с желудочком по Гейденгайну. Повторные гипоксические состояния (подъем в барокамере) приводят к образованию весьма стойких условных дыхательных рефлексов (Архангельская и Сегаль, 1954), а также к условнорефлекторному изменению содержания эритроцитов и Нb и к другим реакциям, связанным с острой гипоксией.

Специфическая роль эндокринных регуляций и, в частности, щитовидной железы в приспособлении организма к гипоксии остается еще не ясной. В настоящее время можно считать установленным, что тиреоидэктомия приводит к повышению устойчивости организма к недостатку кислорода (Streuly, 1918; Веселкин, 1942 и др.). С другой стороны, имеются указания на то, что гипоксические состояния, например отравление окисью углерода, могут быть причиной гипертиреоидизма (Raab, 1934; Schultze, 1936). По некоторым данным (цит. по: Grandjean, 1948), на высотах понижается интенсивность действия тиреотропного гормона гипофиза. Ряд клиницистов наблюдали в горах снижение симптомов гипертиреоидизма (Grandjean, 1948). В последнее время появились определенные указания на зависимость устойчивости организма к острой гипоксии от функции щитовидной железы и коры надпочечников. Угнетение этих функций или тиреоидэктомия и адреналэктомия приводят к увеличению времени выживания животных при пониженном барометрическом давлении (Debias, 1966).

Адаптация к высоте угнетает активность щитовидной железы, а искусственное введение тироксина замедляет адаптацию. У адаптированных крыс тироксин оказывает большее влияние на потребление корма (увеличивает его), чем у животных на уровне моря (Weihe 1966).

Экспериментальный подъем животных в барокамере приводит к заметным изменениям поведения. Они выражаются в прекращении активности на высоте. Адаптация мышей к высоте постепенно уменьшает этот эффект и активность становится нормальной. Вместе с тем не наблюдается никакой зависимости между реакцией крови и изменениями активности. Так, если животным вводить эритропоэтины и вызвать без подъема на высоту увеличение гематокрита с 45 до 70% эритроцитов (что имеет место и при высотной адаптации), то такое возрастание гематокрита не снимает снижения активности мышей при подъеме на высоту. Следовательно, одна дыхательная функция крови не обеспечивает адаптации к высоте, а является лишь одним из ее компонентов. Двигательная активность на высоте при адаптации восстанавливается раньше, чем наступают изменения в крови (Klighley, Lowy a. McCune, 1968).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Таким образом, гипоксия - это типовой патологический процесс, возникающий вследствие кислородного голодания клеток и ведущий к деструктивным изменениям в тканях.

Гипоксия возникает или за счет нарушения доставки кислорода к тканям или в результате нарушений его утилизации дыхательными системами клеток.

Периодический дефицит кислорода - это эволюционно древний фактор, к которому у человека сформировалась многогранная адаптивная реакция. Она направлена на повышение мощности системы транспорта и утилизации кислорода в ответ на умеренную гипоксию. Умеренная гипоксия порождает нормальную адаптивную физиологическую реакцию организма и является одним из важнейших стимулов его развития. напротив, при тяжелой гипоксии адаптивные реакции мене выражены, преобладают глубокие диструктивные изменения. Именно тяжелая гипоксия является тем патогенным фактором, который может играть важную роль в развитии повреждения при многих заболеваниях.

Таким образом, в развитии гипоксии можно условно выделить две стадии. Первоначально, благодаря компенсаторно-приспособительным реакциям организм способен поддерживать нормальное снабжение тканей кислородом. При истощении приспособительных механизмов развивается стадия декомпенсации, или собственно кислородное голодание клеток.

В настоящее время гипоксия остается одной из ключевых проблем теоретической и практической медицины. Знания о механизмах развития гипоксических состояний, а также адаптации к ним организма существенно расширились и углубились, появились новые теоретические подходы и методы изучения гипоксии на разных уровнях жизнедеятельности -- молекулярном, субклеточном, клеточном, тканевом, органном, системном. Возникли новые направления в учении о гипоксических состояниях, например такие, как высокогорная, спортивная, авиационная, космическая, подводная медицина и др. На этой основе развивается клиническая патология гипоксических состояний, формирующая новые принципы и методы их диагностики, профилактики и терапии.

 

Список литературы

1. Патологическая физиология. Учебник. / Под ред. А.Д.Адо, М.А.Адо, В.И.Пыцкого, Г.В.Порядина, Ю.А.Владимирова. - М.: Триада-Х, 2008.

2. Саркисов Д.С., Пальцев М.А., Хитров  Н.К. Общая патология человека: Учебник (2-е изд., перераб. и доп.) - М.: Медицина, 2007. - 608 с.: ил.

3. Литвицкий П.Ф. Патофизиология. Учебник для вузов. Москва, Гэотар-Мед, 2009.

4. Шифман Ф.Дж. Патофизиология крови (перевод с англ.) Москва, 2008.

5. Основы физиологии человека (ред. Б.И.Ткаченко). С-Пб., 1994.

6. Физиология человека (Ред. В.М.Покровский, Г.Ф.Коротько). М., Медицина, 2008.

7. Красик Я.Д. Основы терапии с патологической анатомией и патологической физиологией. Евпатория, 1999.