Лекции / Kurs_lektsiy_po_patofiziologii_Ch_2_2018

внутри и вне клеток. Газовый состав в организме нарушается чаще всего в результате расстройств доставки О2 к тканям. Важнейшая роль в этом принадлежит расстройствам функций дыхательной, сердечнососудистой систем, системы крови либо их различным сочетаниям.

Гипоксия также может развиваться по следующим причинам: 1) дефицит субстратов окисления; 2) угнетение или разобщение процессов окисления и фосфорилирования; 3) чрезмерная активация процессов анаэробного гликолиза.

Основное звено патогенеза любого вида гипоксии – абсолютная или относительная недостаточность процессов биологического окисления О2 в клетках и внеклеточных структурах организма, приводящая к расстройству в них энергетического и пластического обменов. Эти нарушения сопровождаются накоплением продуктов неполного окисления, развитием ацидоза, протеолиза, повреждением лизосом, аутолизом клеток.

Дефицит О2 сопровождается снижением ресинтеза различных макроэргических (АТФ, АДФ, КРФ, ГТФ, ГДФ), особенно в митохондриях, что приводит к возникновению дефицита этих соединений в клетках, характеризуется недостатком энергообеспечения различных метаболических, структурных и физиологических процессов в организме. При этом уменьшается не только окислительное фосфорилирование, но и свободное окисление (в силу чего уменьшаются основной обмен, теплопродукция и другие функции), активизируются анаэробные процессы, накапливаются недоокисленные метаболиты в средах организма.

На фоне дефицита макроэргов, особенно АТФ и КРФ (в условиях уменьшения, но не отсутствия О2 в организме), активизируется генетический аппарат, увеличивается интенсивность функционирования структур клеток, повышается биогенез митохондрий и других клеточных органелл, увеличивается их функционирование. Это приводит к устранению дефицита АТФ и развитию гипертрофии, а затем – к уменьшению интенсивности функционирования структур, снижению использования макроэргов, особенно АТФ, ликвидации нарушений жизнедеятельности. В итоге развивается адаптация к недостатку О2.

Можно утверждать, что основу долговременного приспособления организма к гипоксии составляет структурно обеспеченная гиперфункция систем транспорта и утилизации О2, что обусловлено активизацией генетического аппарата клетки, повышением синтеза нуклеиновых кислот, белка, мощности митохондрий и развитием гипер-

149

трофии клеточно-тканевых структур. Но такое приспособление об-

мена веществ возможно главным образом при хронической гипоксии. При острой гипоксии, в силу острого дефицита О2, может про-

изойти резкое нарушение метаболизма, структуры и функций клеток, что нередко приводит к их гибели.

Рассматривая влияние недостатка О2 на организм, необходимо учитывать различную чувствительность его органов и тканей к гипоксии. Обычно характерна следующая закономерность: чем выше об-

менные процессы в тканях и органах, тем ниже их устойчивость к кислородному голоданию. Важную роль в обеспечении устойчивости играет мощность гликолитической системы (способность вырабатывать энергию при низком содержании О2 или даже без его участия), а также запас макроэргов и их субстратов.

Общеизвестно, что при одинаковой степени кислородной недостаточности потенциальные возможности генетического аппарата по обеспечению пластического закрепления гиперфункции существенно различаются.

По степени чувствительности к гипоксии органы можно распределить в следующей убывающей последовательности: 1) кора больших полушарий головного мозга (ее структуры без кислорода погибают в течение 3-6 мин); 2) подкорковые центры (особенно стволовые и спинномозговые могут существовать без кислорода примерно 15-20 мин); 3) миокард (в ответ на гипоксемию, ишемию, венозную гиперемию в нем довольно быстро развиваются дистрофические, некробиотические и некротические процессы); 4) эндокринные железы и паренхиматозные органы (среди них наиболее устойчивы к гипоксии почки и надпочечники); 5) кожа, волосы, сухожилия, хрящи, кости.

При развитии гипоксии в организме формируются различные как компенсаторно-приспособительные, так и патологические реакции.

3.1. Компенсаторно-приспособительные реакции при гипоксии

Бывают двух видов: экстренные и инертные.

Экстренные, лабильные или аварийные компенсаторно-

приспособительные реакции характерны главным образом для острой гипоксии. К ним относят реакции со стороны дыхательной системы (ДС), сердечно-сосудистой системы (ССС) и системы крови

(СК).

150

Изменения функций дыхательной системы проявляются развити-

ем одышки в виде глубокого частого дыхания, сопровождающегося гипервентиляцией.

Изменения функций сердечно-сосудистой системы характеризуют-

ся тахикардией, увеличением сердечного выброса и минутного объема крови (МОК), централизацией кровообращения (усилением кровотока в мозге, сердце, легких за счет уменьшения кровотока в коже, подкожной клетчатке, органах брюшной полости и др.), выбросом крови из органов депо (синусов костного мозга, селезенки, печени).

Изменения состояния системы крови проявляются ускорением процесса связывания Hb с О2 крови, активизацией процесса диссоциации HbО2 в капиллярной крови тканей, появлением в крови фетального Hb (способен выполнять дыхательную функцию при относительно низком напряжении О2 в циркулирующей крови).

В результате этих реакций ткани организма, особенно жизненно важные, получают кислород быстрее и в большем количестве, что сопровождается увеличением артерио-венозной разницы по кислороду.

Инертные, стабильные и мощные компенсаторно-

приспособительные реакции характерны главным образом для хронических форм патологии (средне- и высокогорной гипоксии, нарушений дыхания, кровообращения и т.д.).

К ним относят реакции со стороны эндокринной и иммунной систем, а также ряда исполнительных систем (системы крови, энергетического и пластического обеспечения организма, утилизации кислорода тканями и др.).

Изменения функций эндокринной системы проявляются активной перестройкой ряда ее комплексов и звеньев, в частности повышенным синтезом АКТГ, кортизола, тиреотропина (ТТГ) и сниженной секрецией трийодтиронина (Т3) и тироксина (Т4). Эти гормональные сдвиги позволяют тканям организма экономнее использовать кислород, облегчать работу сердца и обеспечивать выполнение значительной физической работы.

Изменения функций иммунной системы характеризуются пере-

стройкой (преимущественно уменьшением) гуморального и клеточного звеньев иммунитета (состояние последних определяют по активности системы комплемента, лизоцима, β-лизинов; количеству нейтрофилов и моноцитов и способности их к адгезии, распластыванию и фагоцитозу; содержанию Ig M и титрам стафилококкового антитоксина, антистрептолизина О; содержанию в крови Т-лимфоцитов,

151

особенно Т-хелперов, и В-лимфоцитов); снижением устойчивости организма к бактериальной и паразитарной инфекциям и повышением в крови количества Т-супрессоров, Ig А, Ig G и устойчивости организма к вирусной (гриппозной) инфекции. В целом гипореактивность иммунной системы можно рассматривать как приспособительный механизм, отражающий более экономное ее функционирование в условиях недостатка кислорода.

Изменения функций системы крови проявляются активизацией кроветворения (главным образом эритропоэза) на фоне недостатка кислорода, увеличения концентрации продуктов распада эритроцитов, недоокисленных метаболитов и различных ФАВ, в том числе эритропоэтинов. Все это сопровождается увеличением количества эритроцитов в крови, повышением содержания гемоглобина и миоглобина в организме, улучшением переноса О2 и снабжения им различных клеточно-тканевых структур организма.

Изменения состояния метаболических систем и процессов

направлены на улучшение энергетического и пластического обеспечения длительной гиперфункции систем транспорта и утилизации кислорода. Постепенно происходит перестройка обмена веществ, сначала активируются процессы анаэробного обмена (анаэробного гликолитического обеспечения жизненных функций), а затем и аэробного обмена. Стимулируется синтез дыхательных ферментов, РНК, ДНК, митохондрий, рибосом, микросом и других органелл, обеспечивающих длительную акклиматизацию организма, прежде всего в сердечно-сосудистой и дыхательной системах. Далее обмен веществ перестраивается, становится более экономным.

Изменения состояния систем утилизации кислорода тканями

проявляются увеличением способности тканевых ферментов утилизировать кислород (качественные изменения конечных ферментов дыхательной цепи – цитохромоксидазы и других; увеличение их сродства к кислороду), повышением эффективности и сопряжения процессов окисления и фосфорилирования, активизацией анаэробного гликолиза.

Все это служит основой для длительного стабильного функционирования клеточно-тканевых структур исполнительных (сердечнососудистой, дыхательной, пищеварительной, выделительной, репродуктивной) и регуляторных (нервной, эндокринной, иммунной, наследственной) систем организма.

152

3.2. Патологические реакции при гипоксии

Патологические реакции при гипоксии могут проявляться в виде тех или иных расстройств деятельности регуляторных, исполнительных и метаболических систем.

Расстройства функций нервной системы обусловлены высокой чувствительностью, малой устойчивостью, особенно центральных ее отделов, к гипоксии. Скорость и степень из развития находятся в прямой зависимости от скорости и выраженности нарушений центрального мозгового кровообращения (поверхностных, центральных и глубоких слоев коры больших полушарий, особенно области двигательного анализатора и мозжечка, затем гипоталамуса, гиппокампа, ствола мозга и, наконец, спинного мозга). Основу нарушений ЦНС составляют морфологические и метаболические изменения нейронов (увеличение объема и деструкция крист митохондрий, саркоплазматического ретикулума, утолщение их мембран, сдвиг рН в кислую сторону, фрагментация, сморщивание и лизис органелл и целых клеток и др.).

Нарушение деятельности ЦНС проявляется в ослаблении процессов внутреннего торможения, что приводит к развитию эйфории, снижению критического отношения к окружающей действительности, а также к оценке своего состояния (т.е. самокритики), двигательному возбуждению, сменяющемуся грубыми расстройствами координации и активности мышечных сокращений (т.е. движений) вплоть до развития судорог, а также к возникновению нарушения и потери сознания.

Расстройства функций эндокринной системы возникают по мере ослабления адаптивных перестроек и нарастания дизадаптивных сдвигов со стороны гипоталамуса, гипофиза, щитовидной, поджелудочной, надпочечниковых и половых желез. Эти расстройства обусловлены главным образом скоростью и степенью нарушений кровообращения. Сначала выявляют расстройства различных звеньев внежелезистого отдела (гормон-рецепторного взаимодействия, метаболизма, выделения и транспорта гормонов), затем – железистого отдела (в виде снижения и / или качественного расстройства синтеза гормонов), позже всего – центрального отдела того или иного эндокринного комплекса (особенно ответственного за сохранение и поддержание жизни организма).

153

Расстройства функций иммунной системы обусловлены разной устойчивостью и чувствительностью ее центральных и периферических звеньев, как к недостатку кислорода, так и к продуктам промежуточного обмена, особенно к действию стресс-гормонов (особенно глюкокортикоидов коры надпочечников). По мере нарастания гипоксии, метаболических расстройств и чрезмерного синтеза глюкокортикоидов развивается и усиливается иммунодефицит (как клеточный, так и гуморальный) со всеми его отрицательными последствиями (инфекции, интоксикаций и др.).

Расстройства функций системы кровообращения при гипоксии обусловлены нарушениями деятельности сердечно-сосудистого центра, функционирования сердца (например, аритмии и слабость мышечных сокращений, возникающие в результате нарушений возбудимости, автоматизма, проводимости и сократимости сердца), тонуса сосудов (ослабление прессорных и усиление депрессорных нервногуморальных влияний на них), костного мозга, объема и состава крови (например, увеличение депонирования, концентрации и замедление движения крови, уменьшение содержания HbО2, увеличение количества восстановленного Hb). Все это приводит к развитию и усилению расстройств системного, органного кровообращения и, особенно, микроциркуляторного русла, а также снижению способности гемоглобина эритроцитов переносить как О2, так и СО2.

Расстройства функций дыхательной системы при гипоксии проявляются нарушениями активности и взаимосвязи различных отделов дыхательного центра и основных процессов внешнего дыхания (вентиляции, диффузии и перфузии). Сначала возникает одышка в виде частого поверхностного дыхания, развивающаяся в результате повышения возбудимости дыхательного центра к СО2 и недоокисленным метаболитам. Затем появляются периодическое и терминальное дыхание, возникающее вследствие снижения возбудимости и лабильности дыхательного центра. Финалом может стать остановка дыхания в результате дезинтеграции деятельности инспираторных и экспираторных дыхательных нейронов, а также нарушения эфферентации к дыхательным мышцам. Все это приводит к развитию и нарастанию дыхательной недостаточности.

Расстройства функций системы пищеварения при гипоксии, как правило, сопровождаются развитием и усилением нарушений взаимосвязи моторики, секреции соков, образования ФАВ, всасывания питательных и регуляторных веществ в различных отделах пищева-

154

рительного тракта. Последнее завершается развитием и прогрессированием недостаточности системы пищеварения.

Расстройства деятельности метаболических систем и состоя-

ния метаболических процессов сопровождаются нарушениями как энергетического, так и пластического обмена. Практически во всех органах и тканях отмечают нарушения процессов митохондриального и микросомального окисления, а также сопряженного окислительного фосфорилирования (сопровождающегося снижением не только биосинтеза, но и транспорта, и утилизацией различных макроэргов, особенно АТФ и КРФ). Одновременно, хотя и в разной степени, развиваются расстройства практически всех видов обмена веществ, проявляющиеся активизацией катаболических и торможением анаболических процессов. Так, нарушение обмена углеводов, липидов, белков и их комплексных соединений в результате недостаточности кислорода в организме сопровождаются накоплением в тканях и крови их недоокисленных веществ (лактата, пирувата, кетоновых тел, кетокислот и др.) и дефицитом буферных оснований. Это приводит к развитию и прогрессированию метаболического ацидоза, накоплению токсических, особенно азотистых метаболитов, что способствует еще большему повреждению структур и функций клеток, тканей, органов, систем и всего организма.

4. ХАРАКТЕРИСТИКА ЭКЗОГЕННЫХ (ГИПЕРОКСИЧЕСКОГО, ГИПЕРБАРИЧЕСКОГО И ГИПОКСИЧЕСКОГО) ТИПОВ ГИПОКСИИ

4.1. Гипероксическая гипоксия

Гипероксическая гипоксия развивается в результате патогенно высокого парциального давления кислорода (рО2) во вдыхаемом воз-

духе. Это приводит к значительному повышению напряжения О2 в различных тканях организма, что и становится основным звеном патогенеза гипероксической гипоксии.

В патогенезе данной гипоксии основное место отводят следующим факторам: 1) токсическому действию, как на клеточные, так и интерстициальные структуры организма кислорода, его свободных радикалов и перекисей; 2) недостатку (угнетению) антиоксидантной системы (SH-содержащих энзимов, глутатионов, пероксидазы, каталазы, супероксид-дисмутазы и др.); 3) снижению в спинном и голов-

155

ном мозге содержания тормозных медиаторов – глицина и ГАМК (нередко обусловливающему развитие судорожного синдрома, так называемой кислородной эпилепсии); 4) угнетению синтеза ДНК и РНК в тканях, а значит угнетению и извращению образования и действия внутриклеточных белков и различных пептидных ФАВ, в том числе гормонов; повреждению клеточных и субклеточных мембран различных тканей и органов (мозга, печени, почек и, особенно, легких) и т.д.

Известно, что при дыхании чистым кислородом (даже в условиях нормального атмосферного давления) довольно быстро выявляют следующие нарушения: 1) разрушение сурфактанта, альвеолоцитов, эндотелиоцитов микрососудов и других клеточно-тканевых структур;

2)развитие отека и многочисленных участков ателектаза легких;

3)расстройства процессов вентиляции, диффузии, перфузии и величины вентиляционно-перфузионного отношения; 4) утолщение аль- веоло-капиллярных мембран; 5) замещение паренхиматозной ткани соединительной, с развитием фиброза легких.

Наряду с прямым токсическим действием О2, многочисленные расстройства метаболизма, структуры и функций различных субклеточных образований, клеток, тканей и органов организма возникают и усиливаются вследствие увеличения в средах организма количества лизосомальных ферментов (усиливающих аутолиз тканей), гемового железа (активирующего процессы оксигенации клеток и интерстиция), продуктов промежуточного (неполного) окисления, повышения инфильтрации стенок микрососудов, угнетения синтеза простациклина и других ФАВ.

4.2. Гипербарическая гипоксия

Гипербарическая гипоксия возникает вследствие повышенного парциального давления воздуха (смеси газов). Известно, что повыше-

ние давления вдыхаемого воздуха (например, в барокамере) на 1 атм (т.е. при 1 АТИ) при неизмененной температуре среды приводит, согласно закону Генри-Дальтона, к дополнительному растворению в 100 мл крови 2,3 мл О2. Это сопровождается увеличением напряжения О2 как в артериальной крови, так и в тканях.

Основное звено патогенеза гипербарической гипоксии – повышение напряжения О2 в тканях, обусловленное увеличением его растворимости в различных биологических средах организма.

156

4.3. Гипоксическая гипоксия

Гипоксическая гипоксия развивается в результате снижения рО2

во вдыхаемом воздухе, возникающая в следующих случаях:

1)горная болезнь (при длительном подъеме в горы, пребывании в условиях высокогорья или барокамере при сниженном барометрическом давлении, т.е. при гипобарии);

2)высотная болезнь (при быстром подъеме на самые различные высоты разных летательных аппаратов и их разгерметизации);

3)дыхание газовыми смесями с недостаточным pО2, в том числе, при неисправной дыхательной аппаратуре;

4)дыхание в замкнутых помещениях (подводных лодках, танках, бункерах, ангарах, хранилищах).

При гипоксической гипоксии снижение рО2 во вдыхаемом воздухе приводит к уменьшению рО2 в альвеолах, артериальной крови и разных тканях, сопровождающемуся:

уменьшением содержания в крови связанного с гемоглобином и физически растворенного в плазме О2 (в норме составляет 0,3 %);

раздражением чувствительных к недостатку О2 хеморецепторов (особенно синокаротидных образований);

увеличением возбудимости дыхательного центра;

развитием гипервентиляции, приводящей к следующим дополнительным изменениям в организме:

•уменьшению рСО2 в артериальной крови и тканях (т.е. гипокапнии);

•дыхательному алкалозу;

•увеличению экскреции бикарбонатного аниона, затем катиона Na+ и, наконец, воды почками (приводящему к расстройству КОС и снижению ОЦК);

•уменьшению диссоциации оксигемоглобина (HbО2);

•падению тонуса сердечно-сосудистого и дыхательного центров;

•ослаблению кровообращения в мозге, сердце и других органах.

Таким образом, важную роль в патогенезе и клинических прояв-

лениях гипоксической гипоксии играет снижение в биосредах организма и pO2, и pCO2.

При подъеме человека в горы в зависимости от уровня рО2 артериальной крови Н.Н. Сиротинин, А.З. Колчинская с соавт. (19791999) выделяют 5 степеней тяжести гипоксической гипоксии.

157

I степень (латентная гипоксия) развивается при подъеме на высоту до 1,5 км над уровнем моря и характеризуется следующими изменениями: 1) падением pО2 во вдыхаемом воздухе до 150-135 мм рт.ст. (т.е. не более чем на 30 мм рт.ст.); 2) снижением рО2 артериальной крови не более чем на 15 мм рт.ст.; 3) уменьшением насыщения артериальной крови кислородом до 96-94 %; 4) отсутствием субъективных проявлений гипоксии, за исключением ощущения прилива энергии в теле, приподнятого настроения, ускорения речи и движений; 5) развитием одышки и тахикардии только при физической нагрузке.

IIстепень гипоксии (компенсированная гипоксия) развивается при подъеме на высоту от 1,5 до 3,5 км над уровнем моря и характеризуется:

1)падением pО2 во вдыхаемом воздухе до 135-100 мм рт.ст.;

2)снижением рО2 артериальной крови не более чем на 20-30 мм рт.ст.;

3)уменьшением насыщения артериальной крови кислородом до 9490 %;

4)отсутствием субъективных ощущений «нехватки воздуха» (состояние организма оценивают как хорошее);

5)активацией процессов возбуждения в ЦНС;

6)ускорением темпа речи и движений;

7)развитием полипноэ (повышение ДО и МОД);

8)нарушением тонкой координации движений;

9)появлением тахикардии, увеличение МОК;

10)снижением шунтирования крови в легких;

11)выбросом крови из органов депо, повышением ОЦК и кислородной емкости крови;

12)усилением работы дыхательных мышц;

13)повышением потребления кислорода организмом и т.д.

IIIтепень гипоксии (субкомпенсированная гипоксия) развивается при подъеме на высоту от 3,5 до 5 км и характеризуется следующими

изменениями: 1) падением pО2 во вдыхаемом воздухе до 95-85 мм рт.ст.; 2) снижением рО2 артериальной крови на 35-45 мм рт.ст.;

3)уменьшением насыщения артериальной крови кислородом до 8880 % и т.д.

Несмотря на напряженную деятельность компенсаторных механизмов, рО2 снижается до величины ниже критической, уменьшается

158