9. Гипероксия: определение понятия, роль в патологии. Лечебное действие гипероксии: использование гипербарической оксигенации (гбо) в медицине.

Определение понятия «гипероксия». Патофизиологи определяют гипероксию, как „состояние, возникающее в результате избыточного поступления в организм или отдельную его часть О₂ и приводящее к развитию комплекса физиологических или патологических реакций в тканях”.

То есть гипероксия определяется не только как повышенное содержание О₂ в тканях, а как динамическое состояние, возникновение которого связано с реализацией возможности увеличения массопереноса О₂. Чаще всего гипероксия возникает при вдыхании газа с повышенным парциальным давлением О₂, или в результате увеличении массопереноса кислорода при увеличении скорости кровообращения. Наиболее высокие уровни гипероксии возникают во время гипербарическая оксигенация (ГБО).

Гипероксия [ лат. hyper + oxygenium кислород] – повышенное содержание кислорода О₂ в тканях организма:

рО₂ > 30 мм рт ст.

Гипероксия организма создаётся в лечебных барокамерах, аппаратах глубоководных погружений и космических кораблях.

Гипероксемия [лат. hyper + oxygenium кислород + гр. haima кровь] – повышенное содержание кислорода в артериальной крови:

рО₂ > 100 мм рт.ст.

Использование гипероксии в виде гипербарической оксигенации (ГБО) в клинической практике положило начало развитию новой области естествознания - гипербарической медицины.

Гипербарическая гипоксия (при лечении кислородом под повышенным давлением). При этом устранение нормальной гипоксической активности периферических хеморецепторов ведет к снижению возбудимости дыхательного центра (ДЦ) и угнетение легочной вентиляции. Это ведет к повышению артериального pCO₂, вызывающего расширение кровеносных сосудов мозга. Гиперкапния ведет к увеличению минутного объема дыхания и гипервентиляции. В результате pCO₂ в артериальной крови падает, сосуды мозга суживаются и pO₂ в тканях мозга уменьшается. Начальное токсическое действие O₂ на клетку связано с ингибицией дыхательных ферментов и с накоплением перекисей липидов, вызывающих повреждение клеточных структур (особенно SH ферментные группы), изменением метаболизма в цикле трикарбоновых кислот и нарушением синтеза высокоэнергетических фосфатных соединений и образованием свободных радикалов.

Предполагалось достижение благородной цели:

- повышение эффективности традиционных методов лечения, включающих лекарственные средства;

- применение ГБО, когда существующие методы и средства лечения оказались неэффективными.

Открытие кислорода (Дж. Пристли, 1774) и участие кислорода в жизненном процессе дыхания (А.Лавуазье, 1772/77) предопределили прогресс 300-летней истории развития гипербарической медицины.

Двадцатое столетие ознаменовалось утверждением современной стратегии использования кислорода под повышенным давлением / гипербарической оксигенации в лечении больных, а также в области космических полётов и подводных погружений человека.

В XIX веке в европейских странах, в том числе в России, появились «пневматические лечебницы» с использованием в медицинской практике кислорода под повышенным давлением. Среди первых российских городов, где распространялась ГБО как лечебное мероприятие указываются Санкт-Петербург, Москва, Воронеж.

Теории гипербарической медицины

В поисках решения фундаментальной задачи – раскрыть закономерности и механизмы действия ГБО на организм – определились два научных направления, оформленных, как:

Гипероксическая теория, основанная на анализе механизмов «сверхнасыщения» организма дыхательным газом/кислородом, и Адаптационно-метаболическая теория, объясняющая закономерности приспособления/адаптации организма в условиях гипербарической оксигенации.

Гипероксическая теория – это обобщённое антигипоксическое мировоззрение, объясняющее механизмы «сверхнасыщения» организма кислородом с точки зрения:

1. Физико-химической теории

2. Фармакологической теории

Физико-химическая теория ГБО (J.R. Lambertsen, E.H. Lanphier at all).

Гипербарический фактор при оксигенации организма обеспечивает повышенное содержание физически растворённого кислорода в плазме крови согласно закону Генри-Дальтона. При дыхании в кислородной среде под избыточным давлением в артериальной крови возрастает содержание растворённого кислорода, например, при давлении кислорода: 1 ата О₂ до ~ 2 об% , ~ 650 мм рт.ст., при дыхании атмосферным воздухом растворённый кислород в артериальной крови не превышает ~ 0,3 об%, 100 мм рт.ст. 3 ата О₂ до ~ 5 об%, КЁКа ~ 25 об%, ~ 2000 мм рт.ст. этот объём соответствует нормальной доставке к тканям кислорода каждыми 100 мл артериальной крови, т.е. артерио-венозной разнице по О₂. В условиях ГБО гемоглобин фактически не участвует в транспорте О₂ «Жизнь без крови» (Бурема). Параметры ГБО, при которых сохраняются адекватные реакции организма, устанавливаются в следующих границах: 3 ата О₂ ~ 3 часа. При увеличении давления кислорода в барокамере на 1 ата адекватная экспозиция ГБО сокращается на 1 час.

Физико-химическая теория ГБО построена на фундаментальных законах растворимости газов в жидкостях. Однако основополагающие законы раскрывают только явление «сверхнасыщения» плазмы крови кислородом ― гипероксемию! Гипероксемия служит двигательной функцией, обеспечивающей повышенную доставку! кислорода клеткам при прохождении артериальной крови по капиллярам ткани. Заместительное/антигипоксемическое действие ГБО является кратковременным событием, поскольку обнаруживается только в барокамере в периоде гипербарической гипероксигенации. Научная теория, основанная на физических и химических законах, оставляет в неизвестности «судьбу » - эволюционное предопределение О₂, связанное с метаболической потребностью клеток, тканей и каждым органом в кислороде/энергии!

Гипероксическая /фармакологическая теория ГБО

Гипероксическая теория известна также в видоизменённом представлении о гипербарическом кислороде, как фармакологическом агенте (Б.В.Петровский, С.Н. Ефуни, В.Л.Лукич). Фармакологическая теория ГБО формально отчасти априори* признаёт значение лечебных свойств ГБО. Механизмы действия гипербарического и нормобарического кислорода считаются тожественными, несмотря на различие их биологических эффектов!!!

*лат. a priori заранее до опыта, наперёд утверждать.

Теория и практика ГБО показывают, что исходное положение гипероксической /антигипоксической теории вступает в противоречие с объективной реальностью, с наглядно демонстрирующей различие этих двух реакционных состояний кислорода. В связи с этим напрашивается основной вопрос - о происхождении «фармакологического» последствия ГБО.

Патофизиология ГБО

«Основополагающее положение адаптационно-метаболической теории гипербарической медицины рассматривается как прогрессивный шаг на пути раскрытия биологической сущности кислородных эффектов в условиях ГБО» [Руководство по гипербарической медицине. – М.: «Издательство «Медицина», 2008. – 580 с.: ил.].

«Результаты множества исследований, проведённых в различных школах нашей страны по клиническому использованию ГБО, удивительно чётко укладываются в её рамки, а практика, как известно, - критерий истины» // М.: «Гипербарическая физиология и медицина», 3-4. - 2005.

Гипероксическая/антигипоксемическая теория ГБО фактически убеждает в необходимости иных методологических принципов познания общих закономерностей развития гипероксических и постгипероксических состояний организма как в норме, так и патологии.

Методология познания ГБО должна опираться на своеобразие «субстрата потребления О₂», или реактивности организма при воздействии гипербарического кислорода, обладающего повышенной активностью в межмолекулярных взаимодействиях.

Эволюционный детерминизм может служить фундаментальным принципом научного познания закономерностей и механизмов биологических эффектов в условиях изменчивой кислородной среды жизнеобеспечения. Эволюционный детерминизм – это научный принцип миропонимания всеобщей объективной закономерности и причинной обусловленности всех явлений природы, в том числе: приспособительной и наследственной изменчивости биосферы планеты Земля.

Эволюционные законы проявляются приспособительной и наследственной изменчивостью биосферы планеты Земля. По ходу эволюции биосферы образовались генетические программы приспособительной и наследственной изменчивости всех биологических видов. Эволюция биосферы создала аэробную клетку, способную к жизнедеятельности по фундаментальным законам приспособительной и наследственной изменчивости её метаболизма, функции и структуры. Основной поворот эволюции биосферы произошёл в связи с появлением кислорода в атмосфере Земли. Атмосферный кислород обеспечил высокоэнергетический потенциал для осуществления специфических функций аэробной клетки! Кислород выступил в качестве естественного преобразователя/адаптогена биологических систем в условиях изменчивости внешней среды.

Эволюция биосферы Земли от бескислородной к кислородной эре была длительной (3·10⁹ лет) и происходила путём сложных процессов приспособления биоорганического мира к нарастающему давлению кислорода в атмосфере. Поступательный период развития биосферы становился гипероксическим по сравнению с предшествующим, пока давление кислорода в атмосфере не достигло ~ 21 кПа, а содержание О₂ ~ 21 об%. Эволюция сформировала высокоорганизованные многоклеточные организации вплоть до человека и обеспечила системой самозащиты в виде функциональных, метаболических и структурных стереотипов адаптации.

Адаптационно-метаболические процессы составили основу первичных механизмов эволюции кислородной биосферы. Защитные, приспособительные и компенсаторные реакции адаптации на атмосферный кислород в последовательно возрастающей концентрации оказались универсальными и предопределили реактивность организма к другим чрезвычайным раздражителям окружающей среды.

В искусственно созданных условиях с избыточным давлением кислорода у аэробных существ неизбежно должен включаться в реальное противодействие весь адаптационный потенциал. Гипербарический кислород способен пробуждать в геноме клетки биологически целесообразные/адаптационные механизмы, сформировавшиеся в аэробных популяциях в прошлые эволюционные эры и периоды биосферы!

Гипербарическая медицина

Гипотеза, возникшая как научное предположение, была предметом экспериментальных и клинических исследований, проверки и доказательства прежде, чем стать теорией или научным законом.

Изменения состояния организма в условиях ГБО и последействия представляют собою трёхступенчатый процесс.

Различаются следующие стадии:

1. Адаптационная: метаболическая, функциональная, структурная;

2. Токсическая: общетоксическая, нейротоксическая, пневмотоксическая;

3. Терминальная: шок, коллапс.

Адаптационно-метаболическая теория

Стадия адаптогенеза ограничивается величиной давления гипербарического кислорода, временем его воздействия и реактивностью организма. Адаптационные процессы являются основными компонентами механизмов выздоровления/оздоровления, или саногенеза. Адаптационно-метаболическая теория гипербарической медицины основывается на фундаментальной закономерности – эволюционной роли кислорода как естественного универсального адаптогена, обеспечившего высокий биоэнергетический потенциал для роста, развития и деятельности эукариотических биологических систем: потребления кислорода, его транспорта и самозащиты организма от окислительного разрушения.

Экспериментальные и клинические исследования отражены в виде логической системы 5-ти научных положений адаптационно-метаболической теории гипербарической медицины:

1. Гипербарический кислород – это естественный универсальный адаптоген прямого, опосредованного и рефлекторного действия на организм в норме и патологии.

2. Форма адаптации – защитная приспособительная, мобилизующее действие ГБО,

компенсаторная; заместительное действие ГБО – определяется оксидантным и гипербарическим свойствами кислорода под повышенным давлением.

3. Тип адаптации – метаболический, функциональный, структурный – находится в прямой зависимости от специфической и неспецифической функций гипербарического кислорода

4. Механизмы адаптации – адаптационно-метаболический, биоэнергетический, дезинтоксикационный, биосинтетический, адаптационно-функциональный, регуляторный, эффекторный, адаптационно-морфогенетический, клеточный, субклеточный, ультраструктурный.

5. Уровень адаптации – нормобиотический (корригирующее действие ГБО), гипербиотический (стимулирующее действие ГБО), гипобиотический (ингибирующее действие ГБО) – реализуется через конформационные изменения реакционных молекул в метаболических процессах.

Гипербарический кислород как физико-химический раздражитель сенсорных (механо- , хеморецепторов) и эффекторных циторецепторов объединяет в адаптационный спектр метаболические, функциональные и морфогенетические процессы, интегрирующиеся в систему общих механизмов выздоровления – саногенез.

Показания к применению ГБО в клинической практике