10. Комплексное многопараметрическое исследование системных реакций организма человека при дозированном гипоксическом воздействии

Аннотация:

Рассмотрены особенности реакции организма человека на острую гипоксическую гипоксию. На основании анализа одновременно регистрируемых параметров физиологических систем показано, что включение общей системы антигипоксической защиты организма базируется на формировании сложной структуры внутрисистемных и межсистемных взаимоотношений, включающей как неспецифические, так и специфические компоненты адаптации, обеспечивающие поддержание жизнедеятельности организма при дефиците кислорода в окружающей среде. При прогрессивном нарастании гипоксии роль специфических компонентов зашиты возрастает, приводя не только к снижению метаболизма отдельных органов и тканей за счет перераспределения кровотока, но и к поддержанию жизнедеятельности организма при более низком напряжении кислорода в тканях за счет повышения энергетической эффективности митохондрий, в основе которой лежат изменения кинетических свойств ферментов дыхательной митохондриальной цепи. Показано, что структура внутрисистемных и межсистемных отношений при развитии острой гипоксии имеет сложный характер, в которой иерархия управления поддерживается как за счет усиления амплитудных регулирующих влияний отдельных блоков (звеньев) управления, так и модуляции их фазовых и временных взаимоотношений. На глубоких стадиях гипоксии происходит дезинтеграция центральных механизмов регуляции, что проявляется в нарушении амплитудно-частотных и пространственно-временных параметров биоэлектрической активности головного мозга, изменении фазовых взаимоотношений между отдельными звеньями регуляции, появлении признаков дезрегуляции и декомпенсации жизненно важных функций. Теоретическое обоснование полученных результатов базируется на основных принципах общей теории адаптации, концепции В.И. Медведева о последовательности включения в адаптационный процесс генетически детерминированных и вновь формируемых регулирующих программ мозга, теории функциональных систем П.К. Анохина и современных представлениях о молекулярно-биохимических механизмах развития гипоксии. Подчеркивается, что экспериментальная нормобарическая гипоксия является уникальной биологически адекватной моделью, позволяющей изучать особенности перестроек как системных, так и автономных механизмов регуляции в организме человека при точно дозированных изменениях основного фактора жизни - содержания кислорода в окружающей среде.

11. Общая характеристика адаптации к гипоксии • При действии даже умеренной гипоксии сразу формируется поведенческая реакция, направленная на поиск среды существования, оптимально обеспечивающей уровень биологического окисления. Человек может направленно менять условия жизнедеятельности с целью устранения состояния гипоксии. • Возникшая гипоксия служит системообразующим фактором: в организме формируется динамичная функциональная система по достижению и поддержанию оптимального уровня биологического окисления в клетках. - Система реализует свои эффекты за счёт активации доставки кислорода и субстратов метаболизма к тканям и включения их в реакции биологического окисления. - В структуру системы входят лёгкие, сердце, сосудистая система, кровь, системы биологического окисления и регуляторные системы. Условно адаптивные реакции подразделены на две группы: экстренной адаптации и долговременной адаптации. Экстренная адаптация к гипоксии Механизмы экстренной адаптации к гипоксии рассмотрены на рисунке. • Причина активации механизмов срочной адаптации организма к гипоксии: недостаточность биологического окисления. Как следствие в тканях снижается содержание АТФ, необходимой для обеспечения оптимальной жизнедеятельности . • Ключевой фактор процесса экстренной адаптации организма к гипоксии — активация механизмов транспорта 02 и субстратов обмена веществ к тканям и органам. Эти механизмы предсуществуют в каждом организме. В связи с этим они активируются сразу (экстренно, срочно) при возникновении гипоксии и снижении эффективности биологического окисления. • Повышенное функционирование систем транспорта -, кислорода и субстратов метаболизма к клеткам сопровождается интенсивным расходом энергии и субстратов обмена веществ. Таким образом, эти механизмы имеют высокую «энергетическую и субстратную цену». Именно это является (или может стать) лимитирующим фактором уровня и длительности гиперфункционирования . Система внешнего дыхания при адаптации к гипоксии Недостаточность биологического окисления при гипоксии ведёт к гипервентиляции — возрастанию объёма альвеолярной вентиляции. Причина: активация афферентной импульсации от хеморецепторов (аорты, каротидной зоны сонных артерий, ствола мозга и других регионов организма) в ответ на изменение показателей газового состава крови (снижение ра02, увеличение РаС02 и др.). Механизм: увеличение частоты и глубины дыхательных движений и числа раскрывшихся резервных альвеол. В результате минутный объём дыхания (МОД) может возрасти более чем на порядок: с 5-6 л в покое до 90-110 л в условиях гипоксии. Сердце при адаптации к гипоксии При острой гипоксии функция сердца значительно интенсифицируется. Причина: активация симпатико-адреналовой системы. Механизмы адаптации к гипоксии • Тахикардия. • Увеличение ударного выброса крови из сердца. • Возрастание интегративного показателя функции сердца — минутного объёма кровообращения (сердечного выброса крови). Если в покое он равен 4—5 л, то при гипоксии может достигать 30-40 л. • Повышение линейной и объёмной скорости кровотока в сосудах. Сосудистая система при адаптации к гипоксии В условиях гипоксии развивается феномен перераспределения, или централизации, кровотока. Причины и механизмы феномена централизации кровотока при адаптации к гипоксии • Активация в условиях гипоксии симпатико-адреналовой системы и высвобождение катехоламинов. Последние вызывают сужение арте-риол и снижение притока крови по ним к большинству тканей и органов (мышцам, органам брюшной полости, почкам, подкожной клетчатке и др.). • Быстрое и значительное накопление в миокарде и ткани мозга метаболитов с сосудорасширяющим эффектом: аденозина, простациклина, ПгЕ, кининов и др. Эти вещества не только препятствуют реализации вазо-констрикторного действия катехоламинов, но и обеспечивают расширение артериол и увеличение кровоснабжения сердца и мозга в условиях гипоксии. Последствия при адаптации к гипоксии • Расширение артериол и увеличение кровоснабжения мозга и сердца. • Одновременное сужение просвета артериол и уменьшение объёма кровоснабжения в других органах и тканях: мышцах, подкожной клетчатке, сосудах брюшной полости, почках. Система крови при адаптации к гипоксии Острая гипоксия любого генеза сопровождается адаптивными изменениями в системе крови: • Активацией выброса эритроцитов из костного мозга и депо крови (в последнем случае — одновременно с другими форменными элементами крови). Причина: высокая концентрация в крови катехоламинов, тиреоидных и кортикостероидных гормонов. В результате при острой гипоксии развивается полицитемия. Следствие: повышение кислородной ёмкости крови. • Повышением степени диссоциации Нb02 в тканях. Причины - Гипоксемия, особенно в капиллярной и венозной крови. В связи с этим именно в капиллярах и посткапиллярных венулах происходит возрастание степени отдачи кислорода Нb02. - Ацидоз, закономерно развивающийся при любом типе гипоксии. - Повышенная в условиях гипоксии концентрация в эритроцитах 2,3-дифосфоглицерата, а также других органических фосфатов: АДФ, пиридоксальфос-фата. Эти вещества стимулируют отщепление кислорода от Нb02. • Увеличением сродства Нb к кислороду в капиллярах лёгких. Этот эффект реализуется при участии органических фосфатов, в основном 2,3-дифос-фоглицерата. При этом важное значение имеет свойство Нb связывать значительное количество кислорода даже в условиях существенно сниженного р02 в капиллярах лёгких. При р02, равном 100 мм рт.ст., образуется 96% Нb02, при р02 80 и 50 мм рт.ст. — 90 и 81% соответственно. Системы биологического окисления при адаптации к гипоксии Активация метаболизма — важное звено экстренной адаптации организма к острой гипоксии. Это обеспечивает: • Повышение эффективности процессов усвоения кислорода и субстратов окисления тканями организма и доставки их к митохондриям. • Активацию ферментов окисления и фосфорилирования, что наблюдается при умеренном повреждении клеток и их митохондрий. • Увеличение степени сопряжения процессов окисления и фосфорилирования адениннуклеотидов: АДФ, АМФ, а также креатина. • Активацию гликолитического пути окисления. Этот феномен регистрируется при всех типах гипоксии, особенно на ранних её этапах. Причины активации гликолиза при адаптации к гипоксии: - Снижение внутриклеточного уровня АТФ и ослабление его ингибирующего влияния на ферменты гликолиза. - Увеличение содержания в клетках продуктов гидролиза АТФ (АДФ, АМФ, неорганического фосфата), активирующих ключевые гликолитические ферменты.