Адаптация к факторам среды обитания
Практическое занятие № 3 Адаптация системы крови организма человека в различных экологических условиях (2 ч)
Вопросы круглого стола:
Рассмотреть состояние системы крови организма человека при разной физической активности.
Рассмотреть состояние крови организма человека при недостатке и избытке кислорода.
Рассмотреть состояние крови организма человека в условиях воздействия холода высоких температур.
Изучение состояния системы крови организма человека при действии ионизирующей радиации.
Изучение состояния системы крови организма человека при действии гравитационных перегрузок и невесомости.
Представить ответы на вопросы самоконтроля.
1. Изучение состояния системы крови организма человека при разной физической активности.
ПОВЫШЕННАЯ ФИЗИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ
Тренированность - состояние высокой работоспособности, которое достигается в результате высокой и постоянной физической активности. В крови в ходе развития тренированности к высокой физической активности наблюдаются количественные и качественные изменения всех форменных элементов. У человека в состоянии тренированности особенно выражены адаптивные изменения, направленные на оптимизацию кислородного режима, а именно:
- увеличение ОЦК при нормальных относительных показателях содержания гемоглобина и эритроцитов;
- увеличение общего содержания гемоглобина и эритроцитов при сохранении физиологических показателей гематокрита и вязкости крови;
- повышение интенсивности процессов разрушения и продукции эритроцитов. Одновременно наблюдаются активация тромбоцитопоэза и свёртывающей и противосвёртывающих систем, а также увеличение содержания белков плазмы и буферной ёмкости крови.
ПОНИЖЕННАЯ ФИЗИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ
Гиподинамия (греч. hypo - внизу, снизу, под; dinamikos - относящийся к силе, сильный) подразумевает снижение силовых действий в результате малой двигательной активности, а гипокинезия (греч. kinesis - движение) - ограничение объёмов перемещений тела в пространстве и пониженную мышечную деятельность. Изменения красной крови при сниженной физической активности противоположны изменениям при гипердинамии.
• Снижение мышечной активности приводит к уменьшению ОЦК и содержания эритроцитов. Пребывание человека в условиях анти-ортостатической гипокинезии (постельного режима) сопровождается снижением объёма крови до 20% от исходного уровня (уменьшается и объём плазмы, и эритроцитарной массы). Уменьшение этих показателей при гиподинамии отражает общую относительную гипогидратацию организма.
• Снижение гематокритного числа, содержания ретикулоцитов.
• Угнетение эритропоэза идёт до определённого уровня, затем продукция эритроцитов устанавливается в соответствии с потребностями организма, что обеспечивает необходимый кислородный режим, но общая кислородная ёмкость крови при этом снижена.
• Снижение специфического и неспецифического иммунитета характерно как для гипердинамии, так и для гиподинамии.
• Снижение тромбоцитопоэза, количества тромбоцитов и их функциональной активности характерно для лиц с гиподинамией.
• Изменение физико-химические свойств крови при гиподинамии происходит за счёт снижения общей буферной ёмкости крови. Концентрация белка в плазме, несмотря на уменьшение её объёма, остаётся постоянной.
2. Изучение состояния системы крови организма человека при недостатке и избытке кислорода.
ГИПОКСИЯ
Классический пример адаптации к гипоксии - подъём в горы. Адаптивные изменения системы крови в условиях высокогорья могут быть кратковременными, долговременными и естественными.
Кратковременная адаптация к гипоксии
Кратковременная адаптация человека к условиям высокогорья прежде всего проявляется интенсификацией кислород-транспортной функции крови (рис. 1).
Эритроциты при кратковременной адаптации
На ранних этапах адаптации число эритроцитов и содержание гемоглобина увеличивается за счёт перераспределения крови (отно- сительный эритроцитоз), в последующем усиливается кроветворение. В первые дни пребывания в горах, особенно после интенсивной мышечной деятельности, количество эритроцитов и гемоглобина в крови может умеренно снижаться, что связано с повышенным разрушением эритроцитов.
Рис.1. Адаптивные изменения в системе крови (ОЦК - объём циркулирующей крови)
Усиленный гемопоэз приобретает устойчивый характер спустя примерно 3 недели, а масса циркулирующих эритроцитов (на высоте 3200 м) достигает наибольшего уровня на 40-й день адаптации. При этом возрастает ОЦК.
При кратковременной адаптации к высокогорью на высотах до 3000 м происходит преимущественное увеличение количества гемоглобина, тогда как на больших высотах (3600 м и более) проявляется выраженное нарастание числа эритроцитов. Ускоренный эритропоэз и эритроцитоз при этом сопровождаются изменениями структуры эритроцитов и кислород-транспортных свойств гемоглобина.
• Макроцитоз эритроцитов с уплощением кривой распределения диаметра клеток.
• Активация перекисного окисления липидов (ПОЛ) в мембранах эритроцитов. Увеличение реакций ПОЛ в свою очередь ускоряет деградацию мембран эритроцитов.
• Снижение средней продолжительности жизни красных клеток стимулирует эритропоэз за счёт повышенного синтеза эритропоэтина.
• Увеличенная и ускоренная продукция эритроцитов в костном мозге сопровождается снижением доли эффективного и повышением доли неэффективного эритропоэза.
• Накопление 2,3-дигидрофосфоглицерата в эритроцитах снижает сродство гемоглобина к кислороду, облегчая его отдачу тканям.
• Поддержание равновесия между распадом и продукцией эритроцитов на новом, более высоком уровне при экзогенной кислородной недостаточности достигается путём увеличения метаболических запросов; в частности, увеличивается потребление аминокислот, жирных кислот, витаминов, железа и микроэлементов. В связи с этим в условиях высокогорья чаще возникают железодефицитные состояния и гиповитаминозы.
Лейкоциты при кратковременной адаптации. В процессе адаптации к гипоксии система белой крови изменяется менее заметно.
• В первые дни происходит увеличение количества нейтрофильных лейкоцитов, но снижается содержание эозинофилов, моноцитов и лимфоцитов.
• В первые две недели (вследствие иммунодепрессивного эффекта глюкокортикоидов) ухудшаются функции T- и В-лимфоцитов, но через 3-4 недели функции T- и В-лимфоцитов восстанавливаются до исходного уровня. При этом наблюдается выраженное повышение уровня IgA, IgG и IgM. В ходе адаптации возможно появление аутоантител.
Гемостаз при кратковременной адаптации. При кратковременной адаптации к высокогорью активируется тромбоцитопоэз и наблюдается повышенная свёртываемость крови. Одновременно активируется противосвёртывающая система, в частности, фибринолиз
20-й день 30-й день 40-й день
Рис. 2. Реакции свёртывания крови в процессе адаптации к высокогорью: 1 - время рекальцификации, 2 - протромбиновый индекс, 3 - толе- рантность плазмы к гепарину, 4 - свободный гепарин, 5 - фибриноген, 6 - фибринолитическая активность (выход показателей за пределы круга - повышение свёртывающего потенциала, сдвиг в обратном направлении - понижение).
Физико-химические свойства крови при кратковременной адаптации. Происходит снижение напряжения СО2 в артериальной крови (гипокапния), что вызывает сдвиг pH крови в сторону ощелачивания (алкалоза). По мере увеличения высоты над уровнем моря наблюдается снижение щелочного резерва в результате увеличенного выделения СО2 лёгкими, а также повышенной экскреции бикарбонатов через почки.
Длительная адаптация к гипоксии
Длительная (более двух лет) адаптация к высокогорью характеризуется стабилизацией показателей крови на новом уровне.
• Эритроциты. Происходит увеличение ОЦК, гематокрита, эритроцитарной массы (на высоте 3000 м на 10%, 4000 м - до 8х1012/л), гемоглобина (от 155 до 174 г/л).
• Лейкоциты. После двух лет пребывания в горах количество моноцитов и лимфоцитов остаётся в пределах нормы, иногда может наблюдаться незначительный лимфоцитоз.
• Гемостаз. Тромбоцитопоэз при длительной адаптации остаётся повышенным. В течение первого месяца на высоте 2500 м преобладают показатели антикоагулянтной, а спустя год - коагулянтной системы. На высотах 3600 м и более увеличивается фибринолиз, что характерно и для аборигенов.
• Физико-химические свойства крови. Происходит повышение концентрации белков плазмы и снижение альбумино-глобулинового коэффициента.
В целом можно констатировать, что у мигрантов с длительной высокогорной адаптацией усиливается гемопоэз (в основном эритро- и тромбоцитопоэз), что отвечает потребностям организма в обеспечении эффективного и экономичного кислородного режима, а следовательно, ведёт к повышению работоспособности.
ГИПЕРОКСИЯ
В природных условиях гипероксия не встречается, она создаётся человеком искусственно:
- для предупреждения гипоксии;
- десатурации организма от азота;
- в медицинской практике для лечения всевозможных гипоксических состояний и проведения специализированных хирургических вмешательств. Различают нормобарическую (давление 760 мм рт.ст.), гипербарическую и гипобарическую гипероксии. Изменения крови при гипероксии зависят от напряжения О2 и длительности гипероксии. Нормобарическая гипероксия. Первой реакцией является депонирование крови в паренхиматозных органах и уменьшение ОЦК и снижение осмотической резистентности эритроцитов (средний объём эритроцитов увеличивается). При нарастании напряжения О2нарушается диссоциация оксигемоглобина, поэтому в венозной крови снижается содержание восстановленного гемоглобина, а транспорт СО2 затруднён (за счёт этого в тканях увеличивается рСО2).
Гипербарическая оксигенация (давление вдыхаемого кислорода 3 атм). Напряжение О2 в артериальной крови повышается до 1100-1400 мм рт.ст. (исходное 90-95 мм рт.ст.). При этом количество растворённого О2 достигает 6 объёмных % (норма 0,3 объемных %), что соответствует нормальному потреблению О2организмом в покое, т.е. без участия гемоглобина кислородная ёмкость крови вполне достаточна для поддержания жизни (феномен «жизнь без крови»). На этом основана терапевтическая ценность гипербарической оксигенации. Использование режима оксигенации при 2-3 атм с экспозицией 1-2 ч практически исключает развитие патологических явлений в организме.
Кислородное отравление. С увеличением в крови и удлинением экспозиции в гипероксической газовой среде развивается токсический эффект кислорода, т.е. кислородное отравление. При рO2более 3 атм симптомы кислородного отравления могут развиться через несколько минут. При этом возникает избыток активных форм О2, которые активируют реакции перекисного окисления липидов, подавляется тканевое дыхание, нарушается структура клеточных мембран и значительно увеличивается распад эритроцитов. Токсический эффект кислорода прекращается с нормализацией режима дыхания.