Адаптации к гипоксии

Основным критерием адаптации к гипоксии следует считать устойчивую способность к усвоению кислорода на оптимальном уров­не при его недостатке во вдыхаемом воздухе. Эта способность яв­ляется наследственно обусловленной и может быть создана путем тренировок. Это хорошо можно проследить в эксперименте на жи­вотных.

Вызывает восхищение способность человека адаптироваться к гипоксической гипоксии. Готовя данную лекцию, я познакомился с материалами покорения Эвереста - высота 8848 метров, на этой вы­соте атмосферное давление составляет 250 мм рт. ст., pO₂ - 51 мм рт. столба. Было 127 человек покорителей Эвереста. На путях его штурма погибло 64 человека - дорогая цена. Подробно описаны в этих материалах проявления горной болезни и без кислородной маски немыслимо выполнение такой тяжелой работы, но в 1978 го­ду Р. Месснер и П. Хаблер покорили вершину, не пользуясь кислоро­дом. С тех пор 8 человек провели восхождение без кислородных приборов, среди них достиг вершины, не пользуясь кислородом, наш спортсмен Владимир Балыбердин (1982 г.).

Давайте с вами разберемся в механизмах адаптации к гипоксии.

Функция дыхательной, сердечно-сосудистой и других систем организма при недостатке кислорода.

Компенсаторные механизмы развиваются на всех уровнях инте­грации организма. В организме имеется большой запас адаптацион­ных возможностей.

Дыхательная система

При снижении pO₂ во вдыхаемом воздухе в 2-2,5 раза умень­шение кислорода в крови достигает лишь 15-20%. В борьбу за кисло­род вступает система дыхания: увеличивается МОД (минутный объем дыхания) за счет гипервентиляции и тахипное. Дыхание перестраи­вается на более низкий уровень pCO₂, что поддерживает постоянный уровень гипервентиляции. Возможна перестройка дыхательного центра на pO₂, однако развивающаяся при этом гипокапния может привести к нарушению ритма дыхания.

Улучшает оксигенацию крови замедление кровотока в малом кру­ге кровообращения (рефлекс Геринга-Брейлера).

Система кровообращения

Увеличивается объем циркулирующей крови за счет выхода ее из депо, развивается тахикардия с увеличением минутного объе­ма крови, перераспределение крови с обеспечением жизненно важных органов (коронарный кровоток увеличивается до 50%) путем увели­чения в них микроциркуляции, то есть увеличивается капиллярная емкость органов.

Система крови и кроветворных органов

Реакция системы крови: усиление эритропоэза, повышение срод­ства Нв к кислороду, так на высоте 4000 метров

атмосферное давление 460 мм рт. ст. (норма 760)

pO₂ атмосферного воздуха 92 мм рт. ст. (норма 158)

pO₂ альвеолярного воздуха 45 мм рт. ст. (норма 103)

Насыщение Нв в % 85 (норма 100).

Усилена диссоциация оксигемоглобина. Происходят качественные изменения в цепи дыхательных ферментов (цитохромоксидазы). Увеличивается количество дыхательных ферментов и количество митохондрий.

Резкое увеличение эритропоэза может ухудшить реологические свойства крови из-за ее сгущения.

Пути биохимической адаптации к гипоксии

Вплоть до фосфоенолпирувата (ФЕП) классическая схема фермен­тативных реакций утилизации углеводов не отличается. В присутст­вии O₂ ФЕП превращается в пируват и окисляется до CO₂ и H₂О и образуется 36 молекул АТФ в цикле КРЕБСА. При недостатке O₂ ФЕП переходит не в пируват, а в ЩУК, которая восстанавливается в МАЛАТ. МАЛАТ дает ФУМАРАТ, который восстанавливается в СУКЦИНАТ. В митохондриях образование СУКЦИНАТА (из альфа-кетоглутората) дает дополнительно 4 молекулы макроэргических фосфатов 2 АТФ и 2 ГТФ. Источником глюкозы является гликоген, переход его из глюкозо-1-фосфата в глюкозо-6-фосфат (изомеризация) идет без затра­ты энергии и сохраняется одна молекула ATФ. И в конечном итоге образуется 7 молекул АТФ на одну молекулу субстрата. Превращение СУКЦИНИЛ-КоА до ПРОПИОНАТА дает еще 2 молекулы макроэргов, то есть имеется 9 макроэргов.

У животных, способных длительно жить без кислорода имеют место:

1. Большие запасы гликогена в периферических тканях.

2. Использование более эффективных схем гликолиза (образо­вание СУКЦИНАТА и СУКЦИНИЛ-КоА).

3. Торможение метаболизма (гипотермия, йоги и т.д.).

В живой природе имеется метаболическая стратегия адаптации к гипоксии:

1) эффективный гликолиз,

2) замедление обмена.

Подсчитано, что при классической схеме гликолиза через лактат и сохранении скорости метаболизма, что и при нормоксемии, запасов гликогена хватило бы на 3 дня. При использовании схемы обмена углеводов, конечным продуктом которого является сукцинат, - до 6 дней. Резкое снижение скорости обмена у зимоспящих животных увеличивает расходование запасов гликогена до 60 и более дней. Так у суслика в период спячки происходит снижение температуры тела до +6°, совершается в минуту одно дыхательное движение, 1-2 сокращения сердца.