Компенсаторно-адаптационные реакции при гипоксии

Гипоксия вызывает сложную перестройку функционирования различных систем организма, направленную на борьбу за поддержание парциального давления кислорода и общего количества кислорода в крови от слишком резкого его снижения. Выделяют дыхательные, гемодинамические, гемические и тканевые компенсаторно-адаптационные реакции:

1. Дыхательные:

Увеличение объема легочной вентиляции. За счет возбуждения дыхательного центра импульсами с хеморецепторов синокаротидной и аортальной зон в ответ на понижение р0₂ в альвеолярном воздухе и/или в крови и накопления в крови СО2 развивается гипервентиляция, благодаря которой минутный дыхательный объем может возрастать до 80-120 л/мин (в состоянии покоя этот показатель равен 20-25 л/мин).

2. Гемодинамические:

а) перераспределение крови за счет централизации кровообращения (преимущественное кровоснабжение головного мозга, сердца, легких);

б) увеличение минутного объема крови (тахикардия, увеличение ударного объема);

в) повышение тонуса периферических сосудов. Компенсаторное повышение сосудистого тонуса и компенсаторная тахикардия возникают рефлекторно в ответ на раздражение рецепторов сосудов.

3. Гемические:

а) увеличение количества эритроцитов крови за счет мобилизации их из депо (перераспределительный эритроцитоз, относительный);

б) абсолютный эритроцитоз за счет усиления эритропоэза в костном мозге вследствие выработки почками в условиях гипоксии эритропоэтина - развивается при относительно длительном течении гипоксии;

в) ускорение диссоциации оксигемоглобина (развивается при накоплении С0₂ и Н+);

г) увеличение сродства кислорода к гемоглобину.

4. Тканевые:

а) активация тканевых дыхательных ферментов; увеличение их количества;

б) переход на анаэробное окисление;

в) снижение основного обмена;

г) увеличение массы митохондрий;

д) повышение чувствительности тканей к действию ацетилхолина, которому присуще кислородосберегающее действие. Перечисленные компенсаторно-приспособительные механизмы носят аварийный характер, они эффективны в условиях острой гипоксии.

Патогенез гипоксии

Хроническая гипоксия требует увеличения интенсивности функционирования структур, ответственных за поддержание клеточного гомеостаза. Со временем в этих структурах осуществляются процессы гипертрофии (это стадия стойкой адаптации по Ф.З.Меерсону) - увеличивается масса дыхательных мышц, легочных альвеол, миокарда, нейронов дыхательного центра, наблюдается увеличение количества функционирующих капилляров, увеличивается содержание миоглобина, количество и масса митохондрий.

При гипоксии включаются факторы, индуцируемые гипоксией, называемые HIFs (сокр. от англ. Hypoxia-inducible factors) — группа транскрипционных факторов, которая реагируют на уменьшение количества кислорода в клетках или на гипоксию.

Каскад сигнализации HIF опосредует влияние гипоксии на клетку. Гипоксия часто препятствует дифференцировке клеток. Однако гипоксия способствует образованию кровеносных сосудов и имеет важное значение для формирования сосудистой системы у эмбрионов и злокачественных опухолей. Гипоксия в ранах также способствует миграции кератиноцитов и восстановлению эпителия.

Факторы, индуцируемые гипоксией, способствуют экспрессии генов, отвечающих за синтез ферментов дыхательной цепи, неоваскуляризации, факторов роста сосудов, фибробластов и других ростовых факторов.

Т.о. гипоксия – это сложный типовой патологический процесс, в котором, по сути, задействованы все органы и системы организма и, в первую очередь, системы крови, кровообращения и дыхания.

Кислород, необходимый организму для функционирования, является одновременно и токсическим веществом, если из него образуются так называемые активные формы. К активным формам кислорода относят:

- ОН· - гидроксильный радикал;

- О· ₂- супероксидный анион;

- Н₂О₂ - пероксид водорода.

Реакции перекисного окисления липидов (ПОЛ) являются свободнорадикальными и постоянно происходят в организме. Свободнорадикальное окисление нарушает структуру многих молекул. В белках окисляются некоторые аминокислоты. В результате разрушается структура белков, между ними образуются ковалентные «сшивки», всё это активирует протеолитические ферменты в клетке, гидролизирующие поврежденные белки.

ПОЛ - цепные реакции, обеспечивающие расширенное воспроизводство свободных радикалов, частиц, имеющих неспаренный электрон, которые инициируют дальнейшее распространение перекисного окисления.

Активные формы кислорода повреждают структуру ДНК, белков и различные мембранные структуры клеток. В результате появления в гидрофобном слое мембран гидрофильных зон за счёт образования гидропероксидов жирных кислот в клетки могут проникать вода, ионы натрия, кальция, что приводит к набуханию клеток, органелл и их разрушению. Активация перекисного окисления характерна для многих заболеваний: дистрофии мышц (болезнь Дюшенна), болезни Паркинсона, при которых ПОЛ разрушает нервные клетки в стволовой части мозга; атеросклероза, развития опухолей. Перекисное окисление активируется также в тканях, подвергшихся сначала ишемии, а затем реоксигенации, что происходит, например, при спазме коронарных артерий и последующем их расширении.

Такая же ситуация возникает при образовании тромба в сосуде, питающем миокард. Формирование тромба приводит к окклюзии просвета сосуда и развитию ишемии в соответствующем участке миокарда (гипоксия ткани). Если принять быстрые лечебные меры по разрушению тромба, то в ткани восстанавливается снабжение кислородом (реоксигенация). Показано, что в момент реоксигенации резко возрастает образование активных форм кислорода, которые могут повреждать клетку. Таким образом, даже несмотря на быстрое восстановление кровообращения, в соответствующем участке миокарда происходит повреждение клеток за счёт активации перекисного окисления.

Изменение структуры тканей в результате ПОЛ можно наблюдать на коже: с возрастом увеличивается количество пигментных пятен на коже, особенно на дорсальной поверхности ладоней. Этот пигмент называют липофусцин, представляющий собой смесь липидов и белков, связанных между собой поперечными ковалентными связями и денатурированными в результате взаимодействия с химически активными группами продуктов ПОЛ. Этот пигмент фагоцитируется, но не гидролизуется ферментами лизосом, и поэтому накапливается в клетках, нарушая их функции.

ПОЛ происходит не только в живых организмах, но и в продуктах питания, особенно при неправильном приготовлении и хранении пищи. Прогоркание жиров, образование более тёмного слоя на поверхности сливочного масла, появление специфического запаха у молочных продуктов - всё это признаки ПОЛ. В продукты питания, содержащие ненасыщенные липиды, обычно добавляют антиоксиданты - вещества, иигибирующие ПОЛ и сохраняющие структуру компонентов пищи.