Гипоксия органов и систем

При гемической гипоксии вследствие уменьшения кислородной емкости крови либо кислородсвязывающих свойств гемоглобина снижается содержание кислорода в артериальной и венозной крови. Общий воздушно-венозный градиент рО2; альвеолярного воздуха и артериальной крови в пределах нормы. Уменьшается артерио-венозная разница по кислороду.

Тканевая гипоксия

Различают первичную и вторичную тканевую гипоксию. К первичной тканевой (целлюлярной) гипоксии относят состояния, при которых имеет место первичное поражение аппарата, клеточного дыхания.

а) Гипоксия при нарушении способности клеток поглощать кислород из крови.

Утилизация кислорода тканями может затрудняться в результате 1) угнетения биологического окисления различными ингибиторами, например, отравление цианидами, которые блокируют цитохромоксидазу и подавляют потребление кислорода клетками. Так же действуют ионы сульфида и актиномицин А, передозировка барбитуратов, некоторых антибиотиков, избыток водородных ионов, 0В (льюисит); 2) нарушения синтеза дыхательных ферментов при дефиците некоторых витаминов (тиамина, рибофлавина, пантотеновой кислоты и др.); 3) повреждения мембранных структур клетки, что может быть связано с активацией процессов свободно-радикального окисления под воздействием ионизирующих излучений, повышенного давления кислорода, дефиците токоферола, естественных антиоксидантов; перегревания, интоксикации, инфекции, а также при уремии, кахексии и др.

б) Гипоксия разобщения.

При резко выраженное разобщении процессов окисления и фосфорилирования в дыхательной цепи (действие динитрофенола, грамицидина, микробных токсинов, гормонов щитовидной железы и др.) потребление тканями кислорода может возрастать, но значительное увеличение доли энергии, рассеиваемой в виде тепла, приводит к энергетическому "обесцениванию" тканевого дыхания. Возникает относительная недостаточность биологического окисления, при которой, несмотря на высокую интенсивность функционирования дыхательной цепи, ресинтез макроэргических соединений не покрывает потребности тканей, и они находятся в состоянии гипоксии.

Вторичная тканевая гипоксия может развиться при всех других видах гипоксии, при ухудшении массопереноса кислорода в результате нарушения микроциркуляции, изменения условий для диффузии кислорода из крови капилляров в митохондрии (увеличение радиуса диффузии, замедление кровотока, уплотнений капиллярных и клеточных мембран, межклеточного вещества, скопления жидкости и др.). При этом в результате несоответствия между скоростью доставки кислорода и потребностью в нем клеток напряжение кислорода в тканях опускается ниже критического уровня. Вследствие этого активность дыхательных ферментов снижается, окислительные реакции угнетаются, скорость потребления кислорода падает, уменьшается образование макроэргов, накапливаются недоокисленые продукты, и начинают использоваться анаэробные источники энергии.

При тканевой гипоксии напряжение, насыщение и содержание кислорода в артериальной крови могут до известного предела оставаться нормальными, а в венозной крови значительно превышают нормальные величины; уменьшается артерио-венозная разница по кислороду. При гипоксии разобщения могут складываться другие соотношения.

Субстратная гипоксия.

Развивается в тех случаях, когда при нормальной доставке кислорода, нарушенном состоянии мембран и ферментных систем возникает первичный дефицит субстратов, приводящий к нарушению всех звеньев биологического окисления. В большинстве случаев такая гипоксия связана с дефицитом в клетках глюкозы, например, при расстройствах углеводного обмена (сахарный диабет и др.), а также при дефиците других субстратов (жирных кислот в миокарде), тяжелом голодании.

Перегрузочная гипоксия ("гипоксия нагрузки")

Возникает при напряженной деятельности органа или ткани, когда функциональные резервы систем транспорта и утилизации кислорода при отсутствии в них патологических изменений оказываются недостаточными для обеспечения резко увеличенной потребности в кислороде. Так, при чрезмерной мышечной работе возникает гипоксия скелетных мышц, перераспределение кровотока, гипоксия других тканей, развитие общей гипоксии; при перегрузке сердца развивается относительная коронарная недостаточность, локальная гипоксия сердца, вторичная общая циркуляторная гипоксия. Для перегрузочной гипоксии характерно образование кислородного долга при увеличении скорости доставки и потребления кислорода и скорости продукции и выведения углекислоты, венозная гипоксемия, гиперкапния, изменения кислотно-основного состояния.

Смешанная гипоксия

Гипоксия любого типа, достигнув определенной степени, неизбежно вызывает нарушения функции различных органов и систем, участвующих в обеспечении доставки кислорода и его утилизации в организме. Сочетания различных типов гипоксии наблюдается, в частности, при шоке, отравлении БОВ, заболеваниях сердца, коме и др.

Защитно-приспособительные реакции

С умеренной гипоксией человек встречается еще во внутриутробном периоде. Периодически дефицит кислорода сопровождает человека и в повседневной жизни; он возможен во сне, при физической нагрузке, при многих заболеваниях, и в процессе эволюции живые организмы выработали достаточно мощные механизмы приспособления, направленные на поддержание биологического окисления в неблагоприятных условиях.

При действии гипоксического фактора первые изменения в организме связаны с включением реакций, направленных на сохранение гомеостаза. Если приспособительные реакции оказываются недостаточными, в организме развиваются структурно-функциональные нарушения.

Различают реакции, направленные на приспособление к кратковременной острой гипоксии (срочные реакции) и реакции, обеспечивающие устойчивое приспособление к менее выраженной, но длительно существующей или многократно повторяющейся гипоксии (реакции долговременного приспособления)

Срочные реакции осуществляются на базе имеющихся в организме физиологических механизмов и возникают немедленно или вскоре после начала действия гипоксического фактора. Снижение напряжения кислорода в артериальнойкрови вызывает возбуждение хеморецепторов (в первую очередь синокаротидной зоны, дуги аорты, сосудов малого круга), мощную афферентацию в ЦНС, резко выраженную активацию ретикулярной формации, усиление ее активирующего влияния на жизненно важные центры коры и ствола головного мозга, спинного мозга, активацию симпатоадреналовой системы, выброс большого количества катэхоламинов и включение механизмов мобилизации резервов - дыхательного, гемодинамического, эритропонтического, тканевого.

Реакции системы дыхания проявляются в увеличении альвеолярной вентиляции за счет углубления дыхания, учащения дыхательных экскурсий, мобилизации резервных альвеол. Возникает компенсаторная одышка. Минутный дыхательный объем может увеличиться до наибольшего своего резерва - 120 л/мин (в покое - 8 л/мин).

Увеличение вентиляции сопровождается усилением легочного кровообращения, повышением перфузионного давления в капиллярах легких и нарастание проницаемости альвеолярно-капиллярных мембран для газа. В условиях тяжелой гипоксии дыхательный центр может становиться практически реактивным по отношению к любым внешним регуляторным влияниям, как возбуждающим, так и тормозным. В критических ситуациях происходит переход на автономный максимально экономичный для нейронов дыхательного центра режим деятельности по критерию расхода энергии на единицу вентиляции. Компенсаторная гипервентиляция может вызвать гипокапнию, которая в свою очередь компенсируется обменом ионов между плазмой и эритроцитами, усиленным выведением бикарбонатов и основных фосфатов с мочой и др.

Реакции системы кровообращения выражаются в учащении сердечных сокращений, увеличении массы циркулирующей крови за счет опорожнения кровяных депо; увеличении венозного притока, ударного и минутного объема сердца, скорости кровотока; происходит перераспределение крови в организме - увеличение кровоснабжения мозга и сердца - возрастает объем коронарного и мозгового кровотока (расширение артерий и капилляров) и др. жизненно важных органов и уменьшение кровоснабжения мышц, кожи и др. (централизация кровообращения). При глубокой гипоксии сердце может подобно дыхательному центру в значительной степени освободиться от внешней регуляции и перейти на автономную деятельность. Конкретные параметры последней определяются метаболическим статусом и функциональными возможностями проводящей системы, кардиомиоцитов и других структурных компонентов сердца. Функциональная изоляция сердца в условиях тяжелой гипоксии аналогично дыхательной системе является крайней формой адаптации в критическом состоянии, способной в течение некоторого времени поддерживать необходимый для жизни коронарный и мозговой кровоток. Существенное значение имеет активность симпатоадреналовой системы, вызывающей гиперфункцию сердца, сужение артериол, шунтирование кровотока в органах со сниженной функцией (мышцы, кожа, ЖКТ и др.). Наряду с этим усиливается активность и парасимпатической системы – в миокарде повышается содержание ацетилхолина, который снижает высвобождение норадреналина из нервных окончаний сердца, уменьшает чувствительность адренорецепторов, предупреждая возникновение стрессорного перенапряжения и метаболических микрозов миокарда в условиях гипоксии.

Реакции системы крови характеризуются повышением ее кислородной емкости за счет выхода эритроцитов из синусов костного мозга, а затем и активации эритропоэза, обусловленной усиленным образованием эритропоэтических факторов в почках при их гипоксии. Большое значение имеют резервные свойства гемоглобина, позволяющие связывать почти нормальное количество кислорода при снижении его парциального давления в альвеолярном воздухе и в крови легочных сосудов. Кроме того, оксигемоглобин способен отдавать тканям большое количество кислорода даже при умеренном снижении напряжения кислорода в тканевой жидкости, чему способствует развивающийся в тканях ацидоз, т.к. при повышении концентрации водородных ионов оксигемоглобин легче отщепляет кислород. Приспособительное значение имеет и увеличение в мышечных органах миоглобина, который также обладает способностью связывать кислород даже при низком его напряжении в крови. Образующийся оксимеоглобин служит резервом кислорода, который способствует поддержанию окислительных процессов.

Тканевые механизмы реализуются на уровне системы утилизации кислорода, синтеза макроэргов и их расходования. Это ограничение активности, а следовательно энергозатраты и потребление кислорода органов и тканей, непосредственно не участвующих в обеспечении транспорта кислорода (пищеварительная, выделительная и др.), увеличение сопряженности окисления и фосфорилирования, усиление анаэробного синтеза АТФ за счет активации гликолиза. Активация гликолиза – важный компенсаторно-приспособительный механизм на молекулярно-клеточном уровне, который происходит «автоматически» во всех случаях гипоксии. Важной приспособительной реакцией является также возбуждение гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы (стресс - синдром) и усиление выделения кортикотропина, глюкокортикоидов и адреналина. Глюкокортикоиды стабилизируют мембрану лизосом, снижают, тем самым, повреждающее действие гипоксического фактора, повышая устойчивость тканей к недостатка кислорода. Одновременно глюкокортикоиды активируют некоторые ферменты дыхательной цепи и способствуют ряду других метаболических эффектов приспособительного характера. В тканях обнаружено повышенное содержание глютациона, ткани в большей степени поглощают кислород из притекающей крови. Кроме того, в различных тканях увеличивается продукция оксидоазота, что ведет к расширению прикапиллярных сосудов, снижению адгезии и агрегации тромбоцитов, активации синтеза, стресс-белков, которые вначале защищают клетки от повреждения.

Общая регуляция деятельности систем организма, обеспечивающих приспособление его при гипоксии совершается центральной нервной системой и прежде всего корой больших полушарий. Центральная нервная система не только обеспечивает координацию функций систем организма, снабжающих органы и ткани кислородом, но и сама обладает собственным механизмом приспособления к действию неблагоприятных условий среды – охранительным торможениям. Общая заторможенность, вялость, апатия, возникающие при нарастании кислородного голодания – следствие запредельного торможения, развивающегося в коре головного мозга, имеющая охранительно-целебное значение. искусственное усиление этого торможения при помощи наркотических средств оказывает благоприятное влияние на течение кислородного голодания.

Нарушений функция организма

Последовательность и выраженность нарушений при гипоксии зависит от этиологического фактора, темпа развития гипоксии, чувствительности ткани и др. В различных тканях нарушения неодинаковы.

Чувствительность тканей к гипоксии определяется:

• интенсивностью обмена веществ, т.е. потребностью тканей в кислороде;
• мощностью гликолитической системы, т.е. способностью вырабатывать энергию без участия кислорода;
• запасами энергии в виде макроэргических соединений;
• обеспеченностью субстратами;
• потенциальной возможностью генетического аппарата обеспечивать пластическое закрепление гиперфункции.

Так, например, кости, хрящ, сухожилие мало чувствительны к гипоксии и могут сохранять нормальную структуру и жизнеспособность в течение многих часов при полном прекращении снабжения кислородом – скелетные мышцы 2 часа; миокард – 20-40 мин (тоже печень и почки). Наиболее чувствительна к кислородному голоданию нервная система. При полном прекращении снабжения кислородом признаки нарушения в коре головного мозга обнаруживаются через 2,503 мин. Через 6-8 мин – массовая гибель корковых клеток; в продолговатом мозге – через 10-15 мин; в ганглиях симпатической нервной системы и нейронах кишечных сплетений – примерно через 1 час. Отделы мозга, находящиеся в возбужденном состоянии страдают в большей степени, чем заторможенные.

Расстройства функций организма особенно ярко проявляются при острой гипобарической гипоксической гипоксии и зависят от высотной зональности. Выделяют следующие высотные зоны:

-острой  гипобарической гипоксической гипоксии и зависят от высоткой зональности. Выделяют следующие высотные зоны:

1) индифферентная  зона (1500-2000 м). В=760-576 мм рт.ст.; рО2- 159 мм рт.ст. Самочувствие, работоспособность нормальные, изменений функций нет.

2) Зона  полной компенсации (2000-4000 м). В=490-466 мм рт.ст.; рО2-100 мм рт.ст. Работоспособность сохраняется за счет увеличения легочной вентиляции, минутного объема крови, перераспределения кровотока. Большая физическая нагрузка затруднена. Появляются первые признаки кислородного голодания - изменения со стороны высшей нервной деятельности. Они связаны с нарушениями процессов внутреннего торможения. Наблюдаются расстройства наиболее сложных аналитико-синтетических функций, возбуждение ЦНС, эйфория, напоминающая легкое алкогольное опьянение; появляется ощущение самодовольства и собственной силы, человек становится веселым, поет или кричит; могут быть эмоциональные расстройства; затем развиваются расстройства почерка (рис. 16.4.1.), пропуски букв, притупление и потеря самокритики, способности реально оценивать события; могут совершаться необдуманные поступки. Через некоторое время первоначальное возбуждение сменяется депрессией, к худшему меняется личность человека; веселое состояние постепенно сменяется угрюмостью, сварливостью, даже драчливостью или опасными приступами раздражительности.