Гипоксия
Гипоксия является наиболее частой причиной гипоэнергетических состояний.
Выделяют гипоксии экзогенные и эндогенные.
Экзогенная гипоксия возникает вследствие пониженного содержания кислорода (сниженное парциальное давление кислорода, рО2) во вдыхаемом воздухе. Это наблюдается при подъеме на значительную высоту или при разгерметизации летательных аппаратов.
Эндогенная гипоксия возникает при наличии патологических процессов, связанных с нарушением снабжения тканей кислородом или вызванных нарушением утилизации (использования) кислорода тканями. Различают несколько видов гипоксии.
1) Дыхательная гипоксия возникает в результате снижения вентиляции альвеол легких (обструкция дыхательных путей инородным телом, отек легкого, спазм бронхов при астме, воспалительные процессы – пневмонии, бронхиты, плевриты).
2) Сердечно-сосудистая (циркуляторная) гипоксия возникает при нарушении кровообращения, что приводит к недостаточному поступлению крови к органам и тканям (сердечная недостаточность, выраженная кровопотеря, тромбозы, спазм артерии).
3) Гемическая гипоксия наблюдается при анемии и связана с уменьшением количества эритроцитов или сниженным содержанием гемоглобина в эритроцитах. Причины гемической гипоксии:
а) гемоглобинопатии (генетические дефекты гемоглобина, такие как серповидноклеточная анемия, талассемия и др.);
б) отравление угарным газом, СО (в результате образуется карбоксигемоглобин, который не способен переносить кислород);
в) отравление метгемоглобин-образующими агентами, такими как нитраты, анилиновые красители, некоторые лекарства (сульфаниламиды, амилнитрит и др.).
4) Гистотоксическая гипоксия возникает при нарушении поступления кислорода из крови в ткани. Этот тип гипоксии вызывается ингибиторами ЦТД, например, при отравлении цианидами. После проникновения в клетку ионов CNˉ они взаимодействуют с Fe3+ и приводят к ингибированию цитохромоксидазы, что в свою очередь снижает потребление кислорода клеткой.
Нарушение энергетического обмена при дефиците витаминов
Дефицит витаминов, которые участвуют в наработке энергии (в ЦТД), может приводить к нарушению энергетического обмена. Например, НАД является коферментной формой витамина РР; ФАД и ФМН являются производными витамина В2. Недостаточность этих витаминов в организме вызывает развитие гипоэнергетического состояния.
ЦИКЛ ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ
Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК), или цитратный цикл, был открыт английским биохимиком Г. Кребсом, в связи с чем и называется именем ученого. Этот метаболический путь локализуется в матриксе митохондрий. Реакции цикла Кребса представлены на рис. 10.
ЦТК – это путь окисления ацетил-КоА (остатков уксусной кислоты), который образуется при катаболизме большей части основных органических соединений, используемых клеткой в энергетических целях – углеводов, жиров, белков (аминокислот).
Рис. 10. Реакции цикла трикарбоновых кислот
Цикл Кребса начинается с соединения ацетил-КоА со ЩУК (щавелевоуксусной кислотой, или оксалоацетатом), в результате чего образуется трикарбоновая кислота цитрат (лимонная кислота). В ходе ряда последовательных реакций происходит дегидрирование и декарбоксилирование субстратов с образованием доноров водорода (НАДН2, ФАДН2) и выделением двух молекул СО2. Доноры водорода поставляют протоны и электроны в ЦТД (цепь тканевого дыхания), участвуя в наработке АТФ. Образование двух молекул СО2 означает «сгорание» в цикле Кребса двууглеродного скелета остатка уксусной кислоты молекулы ацетил-КоА. Таким образом, ацетильный остаток окисляется в ЦТК до СО2 и Н2О, и при этом происходит регенерация молекулы ЩУК.