Гипоксия

Гипоксия — патологический процесс, возникающий в результате недостаточности и/или неэффективности биологического окисления, приводящий к энергетической необеспеченности жизненных процессов. Она сопровождается метаболическими, функциональными и морфологическими нарушениями, а также разнообразными компенсаторными и приспособительными процессами. Гипоксия является одним из самых распространённых патологических процессов и важным компонентом множества заболеваний.

Классификация

Гипоксию классифицируют по распространённости (общая и местная), степени выраженности (лёгкая, средняя, тяжёлая) и скорости развития расстройств (молниеносная, острая, подострая, хроническая). В зависимости от происхождения она может быть экзогенная и эндогенная.

 Экзогенная гипоксия. Возникает вследствие уменьшения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе. Она бывает двух видов: нормобарическая и гипобарическая.

 Нормобарическая гипоксия развивается при нормальном атмосферном барометрическом давлении и сниженном парциальном давлении кислорода во вдыхаемом воздухе. При этом концентрация CO₂ во вдыхаемом воздухе повышена.

 Гипобарическая гипоксия обусловлена снижением общего барометрического давления, что наблюдается при подъёмах в горы или на высоту без кислородообеспечивающих систем. При уменьшении парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе уменьшается его напряжение в артериальной крови, формируется гипоксемия. Она приводит к гипервентиляции лёгких, усиливающей выведение СО₂ из организма. Это вызывает снижение артериального давления и кровоснабжения мозга, миокарда, уменьшение диссоциации оксигемоглобина, газовый алкалоз.

 Эндогенная гипоксия. Развивается в результате нарушения транспорта кислорода к тканям или использования кислорода и субстратов метаболизма, а также может сформироваться при увеличении потребности в энергии в связи с усилением функции органов. Она имеет несколько видов: респираторная, циркуляторная, гемическая, тканевая, субстратная, перегрузочная, смешанная (табл. 1-1).

 Респираторная (дыхательная) гипоксия развивается при недостаточном транспорте кислорода из атмосферного воздуха в кровь, протекающую через сосуды лёгкого, вследствие нарушения функции системы внешнего дыхания. Недостаточность газообмена в лёгких возникает в связи с альвеолярной гиповентиляцией, нарушением лёгочной перфузии, вентиляционно-перфузионных отношений, затруднением диффузии кислорода через альвеолярно-капиллярную мембрану, приводящих к дыхательной недостаточности. Патогенетической основой респираторной гипоксии является артериальная гипоксемия в сочетании с гиперкапнией.

Таблица 1-1. Изменения основных показателей кислородного обеспечения при гипоксии

Р_АО₂ — парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе; Р_аО₂ — парциальное напряжение кислорода в артериальной крови; Р_vО₂ — парциальное напряжение кислорода в венозной крови; S_аО₂ — насыщение гемоглобина кислородом; АВРО₂ — артериовенозная разница по кислороду; КЕК — кислородная ёмкость крови; N — нормальная величина показателя; ­ — увеличение показателя;  — снижение показателя.

 Циркуляторная (сердечно-сосудистая) гипоксия возникает в результате нарушений гемодинамики, приводящих к недостаточному снабжению органов и тканей кислородом при нормальном насыщении им артериальной крови. Гемодинамической основой развития циркуляторной гипоксии является снижение объёмной скорости кровотока. Циркуляторная гипоксия является следствием уменьшения объёма крови (гиповолемия), увеличения ёмкости сосудистого русла, сердечной недостаточности, различных расстройств микроциркуляции. Для этой гипоксии характерным газовым показателем является нормальное напряжение O₂ в артериальной крови и низкое его содержание в венозной, в результате чего увеличивается артериовенозная разница по кислороду.

 Гемическая (кровяная) гипоксия возникает в результате уменьшения кислородной ёмкости крови, которая при нормальном напряжении кислорода в лёгочных капиллярах теряет способность связывать, переносить и отдавать кислород. Причинами этого могут быть уменьшение количества гемоглобина, изменение его свойств и нарушения физико-химических условий, необходимых для нормального поглощения кислорода гемоглобином из плазмы крови лёгочных капилляров и отдачи его в ткани. Газовый состав крови характеризуется сочетанием нормального парциального напряжения кислорода в артериальной крови с пониженным парциальным напряжением кислорода в венозной крови и уменьшением насыщения крови кислородом (см. ).

• Тканевая гипоксия обусловлена нарушением использования кислорода в клетках, хотя транспорт его к месту утилизации не страдает. Это может быть связано с ингибированием или нарушением синтеза ферментов биологического окисления, раз­общением процессов фос

форилирования и окисления в дыхательной цепи, дезорганизацией мембранных структур клетки, изменением физико-химических параметров внутренней среды. Признаками тканевой гипоксии является нормальное содержание кислорода в артериальной крови, повышенное — в венозной крови и уменьшение артериовенозной разницы по кислороду.

 Субстратная гипоксия обусловлена расстройствами поступления и утилизации основных субстратов биологического окисления при нормальной доставке кислорода в ткани. Веществами, недостаточность которых вызывает гипоксию, являются глюкоза, жирные кислоты и аминокислоты. В клинической практике речь чаще всего идёт о глюкозе. При субстратной гипоксии увеличивается парциальное напряжение кислорода в венозной крови и уменьшается артериовенозная разница по кислороду.

 Перегрузочный тип гипоксии возникает, когда нагрузка на системы обеспечения транспорта и утилизации кислорода оказывается несоразмерной возросшим потребностям организма в результате перехода его на интенсивную работу. При перегрузочной гипоксии снижается парциальное напряжение кислорода в венозной крови и уменьшается степень насыщения гемоглобина в ней, увеличивается артериовенозная разница по кислороду.

 Смешанный тип гипоксии встречается наиболее часто, представляя собой сочетание двух или более основных видов гипоксии.

Изменения метаболизма при гипоксии

Метаболические изменения возникают первоначально в сфере углеводного и энергетического обменов, связанных с биологическим окислением. Во всех вариантах гипоксии её первичным проявлением является дефицит макроэргов, выражающийся в прогрессивном снижении содержания АТФ и креатинфосфата в клетках при одновременном увеличении продуктов его распада — АДФ, АМФ и неорганического фосфата. Преобладание гликолиза приводит к падению содержания гликогена в клетках и возрастанию концентрации лактата и пирувата. При этом угнетается ресинтез жиров и усиливается их распад с образованием большого количества кетоновых тел и накоплением избытка жирных кислот в клетках. Результатом этих изменений является внутриклеточный метаболический ацидоз. При гипоксии активизируется свободнорадикальное окисление липидов мембранных структур. Изменения обмена белков характеризуются усилением катаболических реакций. Уменьшение содержания в клетке нуклеиновых кислот и белков происходит в результате угнетения их биосинтеза и одновременно увели

чения распада вследствие активации лизосомальных протеаз под влиянием ацидоза. Такие изменения белкового обмена проявляются отрицательным азотистым балансом (в тканях увеличивается концентрация аммиака, креатинина и уменьшается содержание глутамина).

Дефицит АТФ, повреждение мембран и их ионных каналов, изменение содержания в организме гормонов, регулирующих обмен ионов, приводит к нарушению обмена электролитов: увеличению внутриклеточных натрия и кальция и внеклеточного калия.

Нарушения работы систем организма

 Высшая нервная деятельность первая реагирует на недостаток кислорода, так как нервная ткань наиболее чувствительна к ней. Появляются эйфория, неадекватное поведение, помрачение сознания. Происходит расстройство координации движений, возникающее вначале моторное возбуждение сменяется гипо- и адинамией. Возможно развитие клонических и тонических судорог.

 Сердечно-сосудистая система. Вначале появляется тахикардия, нарастающая параллельно с ослаблением механической деятельности сердца и уменьшением ударного объёма. Часто появляется аритмия, вплоть до фибрилляции желудочков, являющаяся результатом повреждения проводящей системы сердца. Артериальное давление в начале гипоксии имеет тенденцию к повышению (если гипоксия не вызвана первичной недостаточностью кровообращения), а по мере её прогрессирования снижается, вплоть до развития коллапса.

 Дыхательная система. Изменения характеризуются первоначальной активацией, проявляющейся углублением и учащением дыхания. По мере прогрессирования гипоксии возникают нарушения ритма и амплитуды дыхательных движений. После кратковременной остановки появляется агональное дыхание в виде редких глубоких вдохов, которые постепенно ослабевают и прекращаются.

 Выделительная система. Функция почек изменяется при гипоксии неоднозначно — от увеличения количества мочи (полиурия) до полного прекращения образования (анурия). Возможно развитие почечной недостаточности.

 Система пищеварения. Наблюдаются потеря аппетита, ослабление секреторной деятельности всех пищеварительных желёз и моторной функции пищеварительного тракта. При глубокой гипоксии могут возникать эрозии и язвы в желудке и кишечнике.

 Иммунная система. Угнетается синтез антител, снижается содержание иммуноглобулинов, падает фагоцитарная активность, уменьшается

количество лизоцима, комплемента и в результате происходит подавление иммуногенной реактивности организма.

Морфологические проявления

Морфологические проявления в органах и тканях при гипоксии неспецифичны. Одним из ранних признаков кислородного голодания является нарушение микроциркуляции (стаз и сладж крови). Гипоксия вызывает деполимеризацию гликозаминогликанов сосудистых стенок, что обусловливает повышение их проницаемости. Это типовая патологическая реакция на недостаток кислорода приводит к выходу плазмы, а иногда и клеток крови в межклеточное пространство. Развиваются точечные периваскулярные кровоизлияния (петехии). При острой гипоксии из клеток паренхиматозных органов в первую очередь исчезает гликоген, падает активность окислительно-восстановительных ферментов, могут возникать участки некроза. В стенках сосудов и экстрацеллюлярном матриксе развиваются отёк, мукоидное или фибриноидное набухание.

Нарушения обмена электролитов сопровождаются избыточным поступлением воды в клетки и развитием внутриклеточного отёка. Цистерны эндоплазматической сети растягиваются жидкостью, приобретая вид вакуолей (гидропическая дистрофия). В цитоплазме резко снижается количество гранул гликогена, иногда они исчезают полностью. Митохондрии набухают и лишаются матрикса. В одних митохондриях на кристах депонируется кальций, и они перестают функ­ционировать («кальциевая смерть» клетки). Другие митохондрии гиперфункционируют, в результате чего вымывается их матрикс и разрушаются кристы. Острая гипоксия лежит в основе таких заболеваний, как инфаркт миокарда, нарушения мозгового кровообращения, гангрены конечностей и ряда внутренних органов; недостаток кислорода является важнейшим звеном в механизмах развития шока, коллапса, комы и внезапной смерти.

Жировая дистрофия. При хронической гипоксии в клетках угнетается образование и резко снижается количество гликогена. Резервным субстратом для образования энергии становятся липиды. Подострая и особенно хроническая гипоксия стимулирует выброс катехоламинов, что приводит к поступлению в кровь липидов из жировых депо. Возникает гиперлипидемия, и путём инфильтрации липиды загружают клетки. Однако для утилизации жиров необходим кислород, дефицит которого испытывает организм. В результате поступившие в клетки нейтральные липиды не могут служить энергетическим субстратом, они загружают клетки, что приводит к жировой дистрофии миокарда, печени, почек и снижает функцию этих органов.

Кроме того, поступающие в цитоплазму гидролазы лизосом способствуют вторичному гипоксическому повреждению клеток.

Фиброз стромы. Хроническая кислородная недостаточность всегда активизирует систему фибробластов, что приводит к нарастанию фиброза стромы органов и постепенному развитию капиллярно-паренхиматозного блока, в результате чего прогрессивно ухудшается кровоснабжение тканей и нарастает их ишемия. Одновременно нарушается отток лимфы. Возникающий лимфостаз также является стимулятором активации фибробластов. Замыкается порочный круг, если не ликвидирована причина гипоксии, то нарастающие метаболические, атрофические и склеротические изменения приведут к прекращению функции органа.

Нарушения метаболизма, обусловленные хронической гипоксией, ухудшают течение многих заболеваний.

Гипоксия, вызывая различные повреждения в органах и тканях, нередко способствует развитию приспособительных реакций организма, позволяющих ему выжить в условиях болезни (см. ).