A_D_Ado_-_Patologicheskaya_fiziologia_2000_g

ингаляции отравляющих газов, атакже вблизи огня из-за поглощения кислородапри горении. Например, огонь в закрытом помещении быстро снижает уровень кислорода с 21 % (норма) до 10—15 %. Выраженная артериальная гипоксемия в этом случае является основной причиной смерти людей и в значительной мере ответственна за нарушения функции центральной нервной системы, сердца и почек у ожоговых больных.

щади газообмена и ускоренным прохождения эритроцитов по легочным капиллярам (например, при эмфиземе легких), так и снижением проницаемости альвеолярно-капиллярной мембраны (например, при формировании «гиалиновых мембран» при ОРДС или альвеолярном протеинозе легких), препятствуют выравниванию парциального напряжения кислорода в альвеолах и крови легочных капилляров. Этот феномен получил название альвеолярно-капиллярного блока и при гистологическом исследовании подтверждается выраженным фиброзом или деструкцией межальвеолярных перегородок. Следует отметить, что константадиффу- зии для углекислого газа в 20 раз превышает константу диффузии для кислорода, поэтому диффузные нарушения в первую очередь отражаются на диффузии кислорода.

3. Регионарные нарушения вентиляционно-перфузионного отноше-

ния. Отношение альвеолярной вентиляции к перфузии легочных капилля-

ров называется вентиляционно-перфузионным отношением. Регионарная

патология, вызывающая нарушение вентиляционно-перфузионных отношений в легочной ткани, является основным механизмом, ведущим к развитию артериальной гипоксемии при большинстве заболеваний легких.

Известно, что легкие состоят примерно из 300 млн альвеол, перфузируемых кровью параллельно и последовательно. В норме перфузия осуществляется только в тех участках, которые в это время вентилируются, и именно в них осуществляется газообмен между альвеолярным воздухом и кровью легочных капилляров, поэтому у здорового человека вен- тиляционно-перфузионное отношение (VA/Q) приблизительно равно 1. В невентилируемых участках, находящихся в состоянии физиологического ателектаза, перфузии нет. Если же эти участки начинают вентилироваться (например, при углублении дыхания во время физической нагрузки), то легочный кровоток быстро перераспределяется, а перфузия захватывает и эти зоны (рис. 18.6).

Несколько важных механизмов поддерживают нормальные венти- ляционно-перфузионные отношения в легких: кцллатеральная вентиляция легких, легочная гипоксическая вазоконстрикция и гипокапническая бронхоконстрикция. Их нарушения при различной патологии легких ведут к развитию дыхательной недостаточности.

Коллатеральная вентиляция обеспечивает вентиляцию перфузируемых альвеол воздухом, минуя бронхи (при их обструкции), через альвеолярные поры Кона, бронхиоло-альвеолярные коммуникации Ламберта

448

715

Рис. 18. 6. Вентиляционно-перфузионные отношения в норме (А), при эмфиземе легких (Б), хроническом бронхите (В), исследованные

спомощью метода множественных инертных газов.

имежбронхиальные сообщения Мартина. Объем коллатеральной вентиляции пораженных зон легких может колебаться от 10 до 65 % общей вентиляции, причем главным двигателем коллатерального потока воздуха будет различие в уровне давления связанных коллатералями сегментарных зон.

Легочная гипоксическая вазоконстрикция заключается в том, что в

недостаточно вентилируемых участках легочной ткани происходит спазм легочных сосудов. Впервые этот феномен был подробно описан и подтвержден экспериментально в 1946 г. U.S. Von Euler и G. Liljestrand; он получил название рефлекса Эйлера—Лильестранда. Его механизмы до конца не изучены. Предполагается, что гипоксия (снижение Ра02 до уровня 60—70 мм рт.ст.) непосредственно повышает тонус гладкой мускулатуры легочных капилляров, увеличивая проницаемость их мембран для ионов кальция. Возможно также, что гипоксия вызывает нарушение баланса вазоактивных медиаторов, выделяемых эндотелиальными клетками, в частности оксида азота (NO) и эндотелина. Этот рефлекс легко нарушается при легочной патологии, артериальной легочной гипертензии, высоком положительном давлении в дыхательных путях, а также при использовании некоторых лекарственных препаратов (например, нитратов или ингаляционных симпатомиметиков).

Гипокапническая бронхоконстрикция развивается при нарушении

перфузии вентилируемых альвеол (например, при тромбоэмболии мелких ветвей легочной артерии). Обструкция легочных сосудов тромбом ведет к развитию гипокапнии, которая, в свою очередь, рефлекторно вызывает сужение дыхательных путей. Возможно, что источником бронхоконстрикторных медиаторов (гистамин, серотонин, простагландины) в этом случае являются активированные тромбоциты, участвующие в формировании тромба. Этот рефлекс намного слабее, чем гипоксическая вазоконстрикция, и легко подавляется, например, при увеличении дыхательного объема.

449

При различных заболеваниях легких нормальные вентиляционноперфузионные отношения нарушаются, при этом возможно появление патологических зон с относительным преобладанием как вентиляции, так

иперфузии легочной ткани.

Впервом случае (VA/Q > 1) альвеолы вентилируются при недостатке их перфузии кровью, увеличивая объем «физиологического» мертвого пространства (VD) легких.

Мертвое пространство легких включает в себя воздухоносные пути (анатомическое мертвое пространство) и ту часть альвеол, которые вентилируются, но не перфузируются кровью (физиологическое мертвое пространство). При этом для эффективной вентиляции легких важен не столько объем мертвого пространства, сколько его отношение к дыхательному объему (VD/VT) легких. В норме это отношение не превышает 0,3, т.е. 70 % объема воздуха, вдыхаемого за один вдох, участвует в газообмене, а 30% остается в мертвом пространстве легких (неэффективная вентиляция).

Увеличение отношения VD/VT означает, что организм расходует значительную часть энергии вхолостую, т.е. на вентиляцию мертвого пространства, и в меньшей мере — на альвеолярный газообмен. Для поддержания эффективной вентиляции альвеол при этом происходитувеличение минутного объема дыхания за счет увеличения как дыхательного объема (если это возможно), так и частоты дыхания. При достаточном силовом резерве дыхательной мускулатуры нормальный газовый состав артериальной крови может поддерживаться довольно длительно, однако энергетическая «цена» дыхания при этом значительно возрастает.

Следовательно, вентиляция увеличенного мертвого пространства непосредственно не влияет на оксигенацию артериальной крови, но значительно увеличивает работу дыхания.

На рис. 18.6 представлены характерные изменения вентиляционноперфузионного отношения, наблюдаемые при эмфиземе легких. Редукция капиллярного русла легких вследствие деструктивных процессов, характерных для эмфиземы, обусловливает появление множества вентилируемых, но недостаточно перфузируемых участков легочной ткани. Отсутствие артериальной гипоксемии (цианоза) при эмфиземе легких наряду со снижением эластичности легочной ткани и характерным «пыхтящим» дыханием через полусомкнутые губы, поддерживающим положительное давление в дыхательных путях на выдохе, общим истощением вследствие увеличенной работы дыхательных мышц формируют довольно характерный внешний вид больных этой группы, обозначенный Burrows (1966) как розовые пыхтельщики (англ. pink puffers).

Второй тип патологии характеризуется формированием зоны, где есть кровоток, но практически нет вентиляции (VA/Q < 1), а следовательно, и эффективного газообмена. Притекающая в эти зоны кровь оттекает от них недостаточно артериализованной (увеличивая фракцию «венозного примешивания»), что и является причиной гипоксемии. При компенсаторном усилении вентиляции тех участков, где происходит газообмен, воз-

450

можно усиление элиминации углекислоты, однако дополнительного роста насыщения гемоглобина кислородом при этом не происходит.

Следовательно, артериальная гипоксемия возникает при недостаточной вентиляции нормально перфузируемых альвеол.

При этом выраженность артериальной гипоксемии будет определяться величиной участков с низким отношением VA/Q, т.е. степенью снижения их вентиляции, а также уровнем их перфузии.

Пример такого распределения вентиляции и перфузии (хронический обструктивный бронхит) представлен на рис. 18.6: наряду с нормальными участками в легких отмечаются участки с низким вентиляционноперфузионным отношением, ведущим к развитию артериальной гипоксемии и появлению цианоза. Выраженная гипоксия в этом случае будет способствовать увеличению легочного сосудистого сопротивления (рефлекс Эйлера—Лильестранда) и развитию правожелудочковой сердечной недостаточности (легочное сердце) с развитием периферических отеков. Характерный внешний вид (цианоз и отеки) этой группы больных позволил в свое время Burrows и соавт. (1966) охарактеризовать их как

синюшные отечники (blue bloaters).

Другим примером образования регионов с низкими отношениями VA/Q может служить чрезмерная перфузия нормально вентилируемых альвеол. Такая ситуация может возникнуть, например, при тромбоэмболии легочных артерий, когда происходит перераспределение кровотока в неэмболизированные сосудистые регионы легких.

Выраженность вентиляционно-перфузионных нарушений можно косвенно оценить по показателям напряжения кислорода в артериальной крови (Ра02), однако более достоверно — по величине альвеолярно-ар- териальной разницы по кислороду [Р(А_а)02], в норме не превышающей 10— 20 мм рт.ст.

4. Шунтирование крови. Шунт крови справа налево означает прямой сброс венозной крови в артериальную систему кровообращения, При этом бедная кислородом кровь или полностью минует легочное циркуляторное русло (анатомический шунт), или проходит через сосуды в участках легких, в которых отсутствует газообмен ( альвеолярный шунт). По своей сути шунтирование является одним из крайних вариантов вентиляцион- но-перфузионных нарушений, ведущих к развитию артериальной гипоксемии.

Величина нормального анатомического шунта не превышает 10% объема сердечного выброса и обусловлена существованием бронхиальной и коронарной циркуляции, благодаря которым часть крови возвращается в левые отделы сердца неоксигенированной. Его увеличение возможно, например, при врожденных пороках сердца со сбросом-крови справа налево (синдром Эйзенменгера) или наличии артериовенозных фистул (например, у больных телангиэктазией).

Наряду с этим увеличение шунтирования крови отмечено при тромбоэмболии легочной артерии. Установлено, что почти у 25 % людей оваль-

451

ное отверстие остается закрытым только функционально, но не анатомически. При нормальном внутрилегочном давлении нет градиента пра- во-левопредсердного давления, и овальное окно, будучи анатомически открытым, не функционирует. При повышении давления во время тромбоэмболии легочной артерии правый желудочек работает против высокого сопротивления, при этом может происходить сброс крови через овальное отверстие из правого предсердия в левое, т.е. возникает внутрисердечный шунт крови, ведущий к тяжелым нарушениям газообмена и эпизодам «парадоксальной» эмболии сосудов большого круга кровообращения.

Портопульмональное шунтирование, развивающееся при хронических заболеваниях печени, также является примером увеличения анатомического шунтирования крови, которое, например при циррозе печени может достигать 40 % сердечного выброса, однако его механизмы на сегодня неизвестны.

Альвеолярный шунт, в свою очередь, является причиной развития гипоксемии при паренхиматозных заболеваниях легких — массивной пневмонии, ателектазе или отеке легких. Полностью спавшиеся или заполненные экссудатом альвеолы в этом случае не способны участвовать в газообмене даже при значительном повышении парциального напряжения кислорода во вдыхаемом воздухе. Элиминация С02 при этом успешно происходит в основном через регионы, где обеспечивается нормальное отношение вентиляции и перфузии.

Величина шунта или та часть сердечного выброса (Q), которая не участвует в газообмене, может быть рассчитана по уравнению :

Qs/Qt = (Сс'02 - Са02)/(Сс'02 - CV02),

где Qt — общий кровоток, который складывается из кровотока по шунту (Qs) и кровотока через вентилируемые зоны; Cc'02, Ca02, Cv02 — содержание кислорода в крови легочных капилляров, артериальной и смешанной венозной крови соответственно.

Содержание кислорода в крови определяется суммой, которую составляет кислород, связанный с гемоглобином (для артериальной крови 1,34 мл 02 х НЬ х Sa02) и растворенный в плазме (для артериальной крови Ра02 (0,0031 мл/мм рт.ст.). Для упрощения расчетов показатель парциального напряжения 02 в крови легочных капилляров принимают равным таковому напряжения 02 в альвеолах, которое рассчитывают по уравнению альвеолярного газа (см. стр. 455), a Cv02 рассчитывают, получив пробу смешанной крови из легочной артерии с помощью специального «плавающего» катетера типа Swan—Ganz.

Отмечено также, что если при дыхании 100 % кислородом в течение 10 мин Ра02 остается ниже 100 мм рт.ст., то величина шунта составляет не менее 35 %.

5. Снижение парциального напряжения кислорода в смешанной веноз-

ной крови. Дополнительным фактором, определяющим уровень оксигенации артериальной крови, является содержание или насыщение кисло-

452

родом смешанной венозной крови (SV02), поступающей в легкие. Насыщение кислородом смешанной венозной крови определяется по уравнению:

SV02 = Sa02 - [V02/Hb х Q],

где SV02 и Sa02 — насыщение гемоглобина смешанной и артериальной крови кислородом; V02 — потребление кислорода; Q — величина сердечного выброса; НЬ — содержание гемоглобина в крови.

Следовательно, насыщение кислородом смешанной венозной крови будет зависеть от баланса факторов, определяющих доставку кислорода и(или) потребление кислорода тканями.

Доставка кислорода (D02) отражает количество кислорода, доставляемого к тканям за 1 мин. Этот показатель рассчитывают как произведение сердечного выброса (индекса) и содержания кислорода в артериальной крови (Са02):

DQ2 = Q х Ca02.

Нормальные показатели доставки кислорода колеблются от 520 до 720 мл/мин/м2.

Потребление кислорода (V02) — количество кислорода, поглощаемого тканями в течение 1 мин. Этот показатель отражает заключительный этап транспорта кислорода и характеризует кислородное обеспечение тканевого метаболизма. Уравнение Фика определяет потребление кислорода как произведение сердечного выброса (индекса) и артериовенозной разницы по кислороду (Са02 — Cv02):

V02 = Q х (Ca02 — Cv02).

Основные проявления гипоксемии обусловлены гипоксией клеток ЦНС, миокарда и почек. Умеренная гипоксемия может проявляться снижением интеллекта, остроты зрения и умеренной гипервентиляцией. При снижении Ра02 до 50 мм рт.ст. у больных могут появиться головная боль, сонливость и помутнение сознания, при более выраженной гипоксемия — судороги и преходящие повреждения головного мозга. Со стороны сер- дечно-сосудистой системы обычно отмечается тахикардия и умеренная артериальная гипертензия, при более тяжелой гипоксемии — брадикардия и гипотензия.

18.4.2. Гиперкапнически-гипоксемический (вентиляционный) тип дыхательной недостаточности

Гиперкапнически-гипоксемическая дыхательная недостаточность обусловлена гиповентиляцией легких (альвеолярной гиповентиляцией), что нарушает выведение С02 и приводит к нарушению кислотно-основ- ного баланса. При этом уровень гиперкапнии прямо пропорционален степени уменьшения альвеолярной вентиляции.

Гиповентиляция является следствием нарушения сложных взаимоотношений между центральной регуляцией дыхания и механической рабо-

453

той, совершаемой грудной клеткой по раздуванию легких. Вентиляционная ДН может развиваться вследствие различных причин, связанных с нарушением центральной регуляции дыхания, нервно-мышечной патологией, дефектами грудной клетки и заболеваниями верхних дыхательных путей.

Гиперкапния (РаС02 более 45 мм рт.ст.) является кардинальным признаком ДН этого типа. Величина РаС02 зависит от метаболических и вентиляционных факторов:

РаС02 = К х VC02/VA,

где К — коэффициент 0,863, VC02 — продукция углекислоты; VA — альвеолярная вентиляция.

В свою очередь, альвеолярная вентиляция представляет собой разницу между общей вентиляцией легких (VE) и вентиляцией мертвого пространства (VD):

VA = V E - V D = VE (1-VD /VT ),

где VD/VT — отношение «мертвого» пространства к дыхательному объему. В связи с этим выделяют три основных механизма задержки С02 в организме: повышение продукции углекислоты, гиповентиляцию легких

(VE) и значительное увеличение объема мертвого пространства (VD/VT). Увеличение продукции С02 может быть вызвано лихорадкой (повы-

шение температуры на каждый градус ведет к повышению VC02 на 9— 14%), усилением мышечной активности (судороги, конвульсии, ажитация), усиленным питанием, особенно с высоким содержанием углеводов. Однако гиперпродукция С02 редко является изолированной причиной развития гиперкапнии, так как практически всегда сопровождается ростом минутной вентиляции легких («гиперкапнический драйв»).

Гиповентиляция легких — основная причина развития гиперкапнии. Эффективная альвеолярная вентиляция может нарушаться при снижении минутной вентиляции легких (VE), например вследствие передозировки наркотических анальгетиков, или при увеличении объема мертвого пространства. Последний вариант может быть легко продемонстрирован при изменении характера дыхания, например при снижении дыхательного объема и увеличении частоты дыхания (частое и поверхностное дыхание). При увеличении частоты дыхания большая часть дыхательного объема будет вентилировать лишь анатомическое мертвое пространство, а объем альвеолярной вентиляции при этом пропорционально снизится. В связи с этим у больных с низким дыхательным объемом вследствие развития мышечной слабости или рестриктивного заболевания легких газообмен может значительно улучшиться после наложения трахеостомы, уменьшающей объем анатомического мертвого пространства выше голосовой щели.

Для вычисления объема мертвого пространства используют уравнение Кристиана Бора:

VD/VT = (РаС02 - PetC02)/PaC02,

где PetC02 — напряжение углекислого газа в конечной порции выдыхаемого воздуха.

454

У здоровых лиц почти все мертвое пространство представлено анатомическим мертвым пространством, которое обычно не превышает 30 % дыхательного объема. Гиперкапния развивается при отношении VD/VT > 0,5 как за счетувеличения анатомического мертвого пространства (например, при неправильном подключении больного к внешнему контуру респиратора), так и за счетувеличения объема физиологического мертвого пространства (например, при эмфиземе легких).

В связи с тем что суммарное давление газов в альвеолах всегда остается постоянным, то чем больше в них будет С02, тем ниже окажется парциальное напряжение кислорода, что следует из известного уравнения альвеолярного газа:

P A 0 2 = P A - P a c o 2 / R ,

где РА02 — парциальное давление 02 в альвеолах; Р^ — парциальное давление 02 во вдыхаемом воздухе; R — дыхательное газообменное отношение, равное 0,8.

В клинических условиях альвеолярное напряжение углекислоты (РАС02) обычно заменяют на РаС02, а парциальное напряжение кислорода во вдыхаемом воздухе (Р102) рассчитывают по формуле:

Р102 = (РЬ — 47) х F102,

где РЬ — барометрическое давление, 47 мм рт.ст. — давление водяных паров, a F^ — процентное содержание кислорода во вдыхаемом воздухе.

Если в норме при дыхании атмосферным воздухом РА02 = 150 — 40/ 0, 8 = 100 мм рт.ст., то у пациента с РаС02 60 мм рт.ст., РА02 = 150 — 60/ 0,8 = 75 мм рт.ст. При нормальной альвеолярно-артериальный разнице по кислороду (10—20 мм рт.ст.) парциальное напряжение кислорода в артериальной крови в этом случае снизится до 55—65 мм рт.ст. Гипоксемия в этом случае будет легко корригироваться кислородотерапией. Следует учитывать, что в ряде случаев, например при нарушении центральной регуляции дыхания, когда вентиляция легких стимулируется исключительно гипоксемией, может отмечаться декомпенсация газообмена вплоть до полной остановки дыхания при назначении кислорода даже в небольших дозах. Вдыхание кислорода в этом случае будет подавлять инспираторную активность дыхательного центра, усугубляя дальнейшую задержку С02.

Наконец, увеличение парциального напряжения двуокиси углерода приводит к снижению рН артериальной крови (респираторный ацидоз). В редких случаях компенсаторная гиповентиляция наблюдается в ответ на метаболический алкалоз. При острой гиповентиляции рН снижается от нормального уровня (7,40) на 0,0075 при превышении нормального РаС02 на 1 мм рт.ст., т.е. при острой задержке С02 с повышением РаС02 с 40 до 60 мм рт.ст. можно ожидать снижения рН приблизительно до 7,25. Если же ретенция углекислоты развивается постепенно, происходит лишь незначительное изменение рН. Причиной этого является компенсаторная

455

Глава 19. Патологическая физиология крови

19.1. Основы регуляции клеточного цикла

Кровь — существует в виде жидкого компонента и солидных образований. Жидкая ее часть — собственно кровь — состоит из клеточного и неклеточного отделов. Солидная часть представлена кроветворными органами, определяющими ее клеточный состав (костный мозг, лимфатические узлы, вилочковая железа), очагами скопления форменных элементов в других местах (пейеровы бляшки кишечника и пр.) и органом, где происходит разрушение отдельных форменных элементов крови (селезенка). Считается, что крови присущи три функции — транспортная, определяющая перенос кислорода, энергетического и пластического материала, а также, регулирующих субстанций — гормонов и некоторых биологически активных субстанций к отдельным клеткам организма и удаление от них продуктов метаболизма (углекислого газа и пр.); защитная, характеризующаяся проявлениями клеточного и гуморального иммунитета, и функция поддержания гомеостаза, т.е. обеспечения поддержания постоянства внутренней среды организма. Последняя функция крови несколько неотчетлива.

Кровь — это среда, представляющая возможность клеткам организма осуществлять процессы их жизнедеятельности.

Раздел «Патологическая физиология крови» имеет целью рассмотреть те ее изменения, отличия от ее нормальных констант, которые происходят вследствие болезней или различных жизненных ситуаций. При анализе изменений клеточного состава крови следует иметь в виду, что они должны рассматриваться с учетом показателей периферической крови, состояния продуцирующих органов и органов, где происходит ее разрушение.

Форменные элементы крови, подразделяющиеся в периферической крови на ядросодержащие (это практически исключительно клетки лейкоцитарного ряда) и безъядерные — гемоглобинсодержащие клетки (эритроциты) и пластинкообразные клетки (тромбоциты), берут свое начало исключительно в структурах костного мозга длинных костей конечностей, черепа, тел позвонков, грудины, ребер, таза. Ежесуточно костный мозг вырабатывает около 3,7х1011 клеток крови. Происходя из полипотентной стволовой клетки, каждая клетка крови также проходит стадии предшественников полиолигопотентного и монопотентного коммитированного. Но в этих стадиях клетки еще не имеют характерных от-

457