ПАТОФИЗИОЛОГИЯ ДЫХАТЕЛЬНОЙ НЕДОСТАТОЧНОСТИ

Основной функцией системы дыхания является обеспечение газообмена. В норме в организм за 1 мин поступает 250 мл кислорода, а за сутки - до 360 л. В сутки легкие выводят от 300 до 400 л углекислого газа. Нарушение газообмена может привести к развитию дыхательной недостаточности.

Дыхательная недостаточность - это патологическое состояние, когда кислородтранспортные системы (системы дыхания, кровообращения, крови) не способны обеспечить организм адекватным количеством кислорода. Основой дыхательной недостаточности является гипоксия.

Дыхательная недостаточность характеризуется основными критериями: гипоксемией - уменьшением напряжения кислорода в артериальной крови ниже 60 мм ртутного столба (при норме 85-95 мм рт.ст.) и гиперкапнией - увеличением напряжения углекислого газа в артериальной крови выше 50 мм рт.ст. (при норме 40 мм рт.ст.).

Механизмы развития дыхательной недостаточности

1. Нарушение регуляции дыхания

2. Нарушение биомеханики дыхания

3. Нарушение альвеолярной вентиляции

4. Нарушение диффузии газов

5. Нарушение кровообращения (перфузии) в малом круге

6. Нарушение метаболизма в легких

Нарушение регуляции дыхания

Эти нарушения связаны с расстройством функции дыхательного центра. Причины: черепно-мозговая травма, интоксикации, нейроинфекции, опухоли ЦНС. Среди расстройств регуляции наиболее частыми проявлениями являются одышка, периодическое дыхание, апнейстическое дыхание, апноэ.

Одышка - это изменение ритма и глубины дыхания с чувством недостатка воздуха. В основе развития одышки лежит нарушение регуляции со стороны дыхательного центра. При этом дыхательные нейроны находятся в состоянии возбуждения.

Причины: гипоксемия и гиперкапния, раздражение периферических рецепторов и дыхательного центра продуктами метаболизма и Н⁺ -ионами. По происхождению одышка может быть легочная, сердечная, легочно-сердечная, сердечно-легочная, анемическая, токсическая, неврогенная. При выраженной сердечной недостаточности одышка проявляется в виде приступов удушья (сердечная астма).

По характеру нарушения вдоха или выдоха различают 2 вида одышки: 1) инспираторную (затруднение вдоха). Такая одышка возникает при поражении диафрагмы, сердечной недостаточности; 2) экспираторную (затруднение выдоха). Причиной такого вида одышки является спазм мелких бронхов, сужение просвета мелких бронхов (при бронхиальной астме), накопление в них секрета, набухание слизистой бронхов).

Периодическое дыхание - дыхание с кратковременными остановками, паузами. Является разновидностью интермиттирующих форм диспноэ. В основе развития периодического дыхания лежи снижение возбудимости дыхательных нейронов коры головного мозга к Н⁺ - ионам и СО₂ . Формы периодического дыхания различны: Чейн-Стокса, Биота. Более глубокие нарушения дыхания - дыхание Биота (при гипоксии, черепно-мозговой травме, при коме).

Апноэ - остановка дыхания. Различают сонное и обструктивное апноэ. Сонное апноэ развивается во время сна и связано с резким понижением возбудимости дыхательных к гипоксемии и гиперкапнии. Обструктивное апное: развивается при нарушении носового дыхания. Уменьшение импульсации с рецепторов носоглотки снижает возбудимость дыхательного центра. Снижается тонус гортани, языка, ослабляется тургор ткани носоглотки, тонус занавески мягкого неба. При этом происходит закрытие носоглотки и нарушение (остановка) дыхания.

Нарушение биомеханики дыхания

Биомеханика дыхания - это дыхательные движения грудной клетки, мышц, диафрагмы. Здоровый человек затрачивает на работу дыхательных мышц около 2% кислорода (от 250 мл кислорода, который используется тканями). Воспалительные процессы межреберных мышц, нарушения их иннервации (столбняк, ботулизм, полиомиелит), паразитарные заболевания легочной ткани, высокое стояние диафрагмы, ее повреждения и нарушения иннервации, травмы грудной клетки нарушают экскурсии легких и приводят к ограничению легочной вентиляции. Изменяется работа грудной клетки. Если в норме она равна 0,5 кГм/литр, то при патологии она повышается, возрастает потребность мышц в кислороде, нарушается экскурсии грудной клетки, ограничивается легочная вентиляция. Это вызывает уменьшение поступления кислорода в кровь и к тканям.

А = Р х V = 0,05 кГм/литр

Нарушение альвеолярной вентиляции

Нарушение альвеолярной вентиляции встречается при заболеваниях легких и бронхов и проявляется в виде гипервентиляции и гиповентиляции. В норме альвеолярная вентиляция равна 5 литров/ мин.

Альвеолярная гипервентиляция

Гипервентиляция может быть следствием возбуждения дыхательного центра при заболеваниях ЦНС, кровоизлиянии в мозг, при горной и высотной болезни. Гипервентиляция как компенсаторная реакция возникает при уменьшении дыхательной поверхности легких, например, при пневмониях, отеке легких. Длительная гипервентиляция ведет к гипокапнии ( снижению парциального давления углекислого газа ниже 40 мм рт.ст.), что становится причиной угнетения дыхательного центра, и тогда гипервентиляция сменяется гиповентиляцией. У новорожденных при длительной гипервентиляции может возникнуть апноэ.

Альвеолярная гиповентиляция

Гиповентиляция бывает двух типов: обструктивного и рестриктивного.

Обструктивный тип наблюдается при нарушении движения воздуха в дыхательных путях. Причины: бронхоспазм или сдавление бронхов, воспалительные процессы в бронхах, дискинезии дыхательных путей. Дискинезии - это нарушение двигательной функции бронхов. При этом нарушаются свойства эластических волокон, которые поддерживают бронхи в нормальном состоянии. При дискинезии происходит спадение легких и закрытие воздухоносных путей. Большую роль в развитии обструктивного типа играет нарушение образования мокроты - дискриния, в частности, гиперкриния - увеличение вязкости мокроты в 2-3 раза, что вызывает закупорку бронхов. Во всех случаях развивается экспираторная одышка - затруднение выдоха.

Рестриктивный тип (ограничение) наблюдается при ограничении экскурсии легких и уменьшении их дыхательной поверхности. Встречается этот тип при интерстициальной пневмонии, эмфиземе легких, фиброзе, пневмотораксе, абсцессе легких, резекции легкого, спадении альвеол. Все эти причины приводят к гиповентиляции, гипоксемии, уменьшению числа функционирующих альвеол. Гиповентиляционные нарушения можно оценить количественно по индексу Тиффно. Этот показатель позволяет дифференцировать обструктивный и рестриктивный типы гиповентиляции. Он представляет собой отношение объема форсированного выдоха в 1-ю сек к жизненной емкости легких и выражается в процентах:

ОФВыд

Индекс Тиффно = -------------- х 100 = 70-80% , где

ЖЕЛ

ОФВыд - количество воздуха, выдыхаемое за 1-ю сек, ЖЕЛ - максимальное количество воздуха, выдыхаемое после максимального глубокого вдоха.

При обструктивном типе гиповентиляции преимущественно уменьшается ОФВыд. и индекс Тиффно снижается. При рестриктивном типе гиповентиляции могут уменьшаться и ОФВыд. , и ЖЕЛ, поэтому индекс Тиффно практически не меняется.

Нарушение диффузии газов

Диффузия газов (кислорода и углекислого газа) происходит в альвеолах между воздухом альвеол и кровью. В норме из альвеолярного воздуха в кровь поступает кислород, а из крови в альвеолы - углекислый газ.

0₂

АЛЬВЕОЛЫ КРОВЬ

СО₂

Нарушение диффузии газов приводит к развитию дыхательной недостаточности и гипоксемии, так как в основном нарушается диффузия кислорода.

Диффузионная недостаточность встречается при респираторном дистресс-синдроме взрослых, который характеризуется отеком мембран альвеол, спадением альвеол при патологии сурфактантной системы (феномен влажных легких). Респираторный дистресс-синдром новорожденных наблюдается у недоношенных детей. Его развитие связано с ишемией легочной ткани и нарушением образования сурфактанта. Диффузионная недостаточность развивается также при утолщении альвеолярной мембраны (болезнь гиалиновых мембран), пневмосклерозе, воспалении легких, отеке.

Диффузионную способность легких (ДСЛ) можно оценить количественно. Этот показатель отражает то количество кислорода, которое способно пройти через альвеоло-капиллярную мембрану за 1 мин при разности рО по обе стороны мембраны, равной 1 мм рт.ст.. В норме ДСЛ для кислорода составляет:

Количество поглощенного О₂ за 1 мин 250 мл/м ДСЛ = ---------------------------------------------------------- = ---------------- = 25 мл/мин х мм рт.ст.

рО₂ в альвеолах - рО₂ в легочных 10

капиллярах

Чем больше сопротивление диффузии кислорода, тем меньше ДСЛ.

Нарушение кровотока (перфузии) в малом круге

Довольно часто нарушения кровообращения в малом круге проявляются в виде повышения давления в легочной артерии - легочной гипертензии. В норме давление в легочной артерии равно 13-15 мм рт.ст. Если давление повышается в 2 раза, то это свидетельствует о гипертензии. В основе развития легочной гипертензии лежат органические и функциональные факторы.

Легочная гипертензия может быть первичной и вторичной, прекапиллярной и посткапиллярной.

Первичная прекапиллярная гипертензия возникает при воспалении сосудистой стенки, микротромбозе, эмболии, повышении вязкости крови, врожденных структурных изменениях сосудов. Вторичная гипертензия может быть прекапиллярной и посткапиллярной. Вторичная прекапиллярная гипертензия возникает при гипоксемии и гиперкапнии, гиперсекреции норадреналина, воздействии ангиотензина-2, серотонина. При этом происходит спазм легочных сосудов и кровоток уменьшается. Развитие дыхательной недостаточности и гипоксии в этом случае обусловлено нарушением поступления крови в капилляры и открытия артерио-венозных шунтов. По норме по шунтам проходит около 7% крови. При спазме легочной артерии и капилляров открываются артерио-венозные шунты и кровь, обходя обменные капилляры, не насыщается кислородом, нарушается выведение углекислого газа и, как следствие, развивается гипоксемия и гиперкапния, которые усугубляют спазм артериол и усиливают явления легочной гипертензии.

Вторичная посткапиллярная легочная гипертензия развивается при клапанных пороках левого сердца, при митральном стенозе, хронических заболеваниях сердечно-сосудистой системы (гипертоническая болезнь, хроническое легочное сердце), сердечно-сосудистой недостаточности левожелудочкового типа, сдавлении легочных вен опухолью, тромбозе вен. В результате этих процессов возникает застой крови в легочных венах. Кровь не поступает в сосуды большого круга кровообращения, развивается гипоксемия, а затем и гипоксия.

Нарушение метаболизма в легких

Нарушение метаболизма в легких играет большую роль в происхождении дыхательной недостаточности. Легкие участвуют в регуляции практически всех видов обмена веществ, и нарушение обмена веществ отражается на газообмене. Патология сурфактантной системы, возникающая при нарушении белкового и липидного обмена, способствует уменьшению процессов диффузии, гипервентиляции, развитию дистресс-синдрома у взрослых и у новорожденных. Расстройство белкового обмена вызывает осаждение на легочной ткани специфического белка - гиалина и образование гиалиновых мембран. Нарушается диффузия кислорода из легких в артериальную кровь, развиваются гипоксемия и гипоксия. Легкие играют большую роль в обмене жиров. При заболеваниях легких происходит накопление липидов в легких. Эти липиды осаждаются на альвеолах и уменьшают диффузионную способность легких. В легких могут накапливаться специфические липидные вещества. В частности, активация медленно реагирующей субстанции аллергии вызывает спазм мелких бронхов и развитие бронхиальной астмы. Нарушаются процессы вентиляции.

При патологии легких нарушается водный обмен. При гиповентиляции задержка воды в организме приводит к возникновению феномена влажных легких, что нарушает диффузию кислорода из легких в кровь. С другой стороны, при альвеолярной гипервентиляции наблюдается избыточное выведение жидкости из организма. Это приводит к высыханию поверхности альвеол, и легкие становятся более подверженными развитию воспалительных процессов. Кроме того, при гипервентиляции возникает обезвоживание организма. Это вызывает нарушение метаболизма и различных функций организма.

При гипервентиляции в избытке выводится углекислый газ, развивается газовый алкалоз. При гиповентиляции углекислый газ накапливается в организме, развивается газовый ацидоз. В легких инактивируются биологические активные вещества, такие как норадреналин, серотонин и другие. Если нарушается их активация, происходит спазм сосудов малого круга кровообращения, развивается легочная гипертензия. Нарушение перфузии в легких приводит к развитию дыхательной недостаточности.

Ключевые понятия

1. Дыхательная недостаточность (insufficientia respiratorica) — расстройства функций систем кислородного обеспечения (дыхания, кровообращения и крови), патофизиологическими критериями которой являются снижение напряжения кислорода в артериальной крови ниже 60 мм рт.ст. и часто повышение содержания в ней углекислого газа более 50 мм рт.ст.

2. Цианоз (cyanosis — тёмно-синий) — синевато-красный цвет кожи и слизистых оболочек вследствие недостаточного насыщения крови кислородом (увеличения содержания дезоксигемоглобина).

3. Одышка (dyspnoea — затруднённое дыхание) — нарушение ритма и глубины дыхания с субъективным ощущением нехватки воздуха.

4. Астма (asthma — тяжёлое дыхание, удушье) — приступы сильного удушья (одышки), проявляющиеся острой дыхательной недостаточностью.

5. Периодическое дыхание — затруднённое дыхание с периодами остановки дыхания.

6. Асфиксия (asphyxia — отсутствие пульса) — острая дыхательная недостаточность вследствие расстройств дыхания и кровообращения до полного их прекращения.

7. Дистресс-синдром респираторный (adult respiratory distress-syndrom, ARDS) — острая дыхательная недостаточность, развивающаяся при экстремальных состояниях и характеризующаяся отёком лёгких, микротромбозами лёгочных капилляров, множественными геморрагическими ателектазами, лёгочной гипертензией и истощением функций лёгких.

Патофизиология почечной недостаточности

Заболевания почек различной природы составляют около 5-6% общей заболеваемости населения. Они характеризуются затяжным течением и высокой смертностью. В основе развития заболеваний почек лежат различные по характеру патологические процессы - преимущественно воспалительные процессы и собственно заболевания почек. Наиболее часто встречаются острый и хронический гломерулонефрит, нефротический синдром, почечно-каменная болезнь, опухоли. При этих заболеваниях нарушаются основные функции почек.

Основные функции почек

1. Азотовыделительная - выведение азотистых шлаков

2. Осмоволюморегулирующая - регуляция концентрации солей и содержания воды

3. Регуляторная - почки участвуют в регуляции кислотно-основного состояния, артериального давления, регуляции эритропоэза, свертывания крови.

Расстройства функций почек в конечном счете приводят к развитию:

1. Уремического синдрома

2. Отечного синдрома

3. Расстройству диуреза

Для оценки характера нарушений функций почек используют:

1. Функциональные методы

2. Лабораторные методы

Функциональные методы исследования

1. Клубочковая ультрафильтрация

2. Канальцевая реабсорбция

3. Канальцевая секреция

4. Скорость почечного кровотока

Клубочковая ультрафильтрация

О

сновной функциональной единицей почки является нефрон -капсула Шумлянского. Для исследования клубочковой ультрафильтрации используют вещества, которые только фильтруются, но не реабсорбируются, например, инулин или эндогенный креатинин. С их помощью определяют клиренс (коэффициент очищения). Клиренс — это то количество плазмы, которое очищается от азотистых веществ за 1 минуту. Если этот показатель уменьшается в 3-4 раза, то можно говорить о развитии почечной недостаточности. Расчет клиренса по креатинину проводят по следующей формуле:

U_кр

C_кр = ------------- х V_min = 100-120 мл/мин х м ² ,

P_кр

где U_кр - концентрация креатинина в моче

P_кр - концентрация креатинина в плазме

V_min - минутный диурез

Канальцевая реабсорбция

Реабсобция осуществляется преимущественно в проксимальных канальцах. Реабсорбции подвергаются белки, глюкоза, вода, соли. Процесс реабсорбции отражает концентрационную способность почек. По характеру реабсорбции судят об осмоволюморегулирующей функции почек. В результате реабсорбции из 180 литров первичной мочи образуется 1,2-1,5 литра вторичной мочи в сутки. Это - суточный диурез. Канальцевую реабсорбцию можно оценить по диурезу и относительной плотности мочи. Изменения диуреза проявляются в виде полиурии - увеличения выведения мочи свыше 3 литров/сутки, олигурии - уменьшения суточного диуреза до 500 мл/сут, анурии - cнижение суточного диуреза до 50 мл/сут. Качественные изменения проявляются изменением концентрации осмолярных веществ в моче и относительной плотности мочи.

В норме осмотическая плотность мочи - 600-800 мосм/литр, относительная плотность мочи в среднем равна 1,015-1,025. В зависимости от приема воды или при потреблении сухой пищи относительная плотность мочи колеблется в широких пределах – от 1,002 до 1,035. При патологии осмотические вещества не выделяются и моча становится гипоосмотической или изоосмотической. При снижении относительной плотности мочи до 1,005 говорят о гипостенурии. Осмотическая плотность мочи становится ниже 250 мосм/литр. Если относительная плотность мочи становится равной 1,010-1,012, то говорят об изостенурии. При изостенурии относительная плотность мочи становится равной относительной плотности безбелковой плазмы - 300 мосм/литр.

Канальцевая секреция

Секреция осуществляется преимущественно в дистальных почечных канальцах. Секретируются ионы водорода, натрия, калия, антибиотики, красители. Для определения процессов секреции используется краситель фенолрот (0,5% раствор), который секретируется, но не фильтруется. В норме через 1 час выводится 60% фенолрота. При заболеваниях почек секреторная функция снижается.

Скорость почечного кровотока

Изменения скорости почечного кровотока отражают нарушение всех процессов. Скорость почечного кровотока определяют по парааминогиппуровой кислоте (ПАГ). Важно определять скорость почечного плазмотока, так как плазма очищается от азотистых веществ. Для определения скорости плазмотока используют ту же формулу, что и при расчете клубочковой ультрафильтрации:

U_паг

Плазмоток = ---------- х V_min = 600 мл/мин

P_паг

где: U_паг - концентрация ПАГ в моче

P_паг - концентрация ПАГ в плазме

V_min - минутный диурез

Для определения почечного кровотока определяют гематокрит - соотношение объема плазмы и эритроцитов. Величина его в норме равна 50%. В этом случае почечный кровоток будет равен 1200 мл/мин. При спазме почечных сосудов, заболеваниях почек кровоток снижается.

Лабораторные методы исследования

Одним из методов лабораторного исследования является микроскопия мочевого осадка. В мочевом осадке можно обнаружить эритроциты, лейкоциты, цилиндры. В моче здоровых лиц могут встречаться 1-2 эритроцита в поле зрения. Они имеют дискообразную форму, окрашены в желто-зеленый цвет, приобретают звездчатую форму. Увеличение количества эритроцитов в моче - эритроцитурия - возникает при остром гломерулонефрите, повреждении мочеточников и мочевого пузыря. В моче у здоровых лиц обнаруживается 1-2 лейкоцита в поле зрения. Увеличение количества лейкоцитов в моче - лейкоцитурия - характерна для воспалительных процессов в почках и мочевыводящих путях. Цилиндрурия - это появление в моче различного рода цилиндров. Так, гиалиновые цилиндры образуются в результате свертывания белка в просвете канальцев (например, при воспалении). Эпителиальные и зернистые цилиндры встречаются при воспалительных и дистрофических процессах в почках.

Важным показателем поражения почек при гломерулонефрите является увеличение белка в моче - протеинурия - до 1-2 грамм/сутки (при норме 0,1 грамм/сутки). Выраженная протеинурия (до15-20грамм/сутки) встречается при нефротическом синдроме. При сахарном диабете, алиментарной гипергликемии в моче может обнаруживаться глюкоза.

Различные заболевания почек, в первую очередь, гломерулонефрит часто сопровождается нарушением функций почек и развитием почечной недостаточности. Почечная недостаточность - это угасание всех функций почек с преимущественным нарушением клубочковой ультрафильтрации. Она бывает острой и хронической.

Острая почечная недостаточность

Различают следующие формы острой почечной недостаточности:

1. Преренальную (предпочечную) форму

2. Ренальную. (почечную) форму

3. Постренальную (постпочечную) форму

Преренальная форма

Она возникает при уменьшении объема циркулирующей крови, снижении артериального давления, тромбозе приносящих почечных артерий, массивной кровопотере, шоке, обезвоживании. В основе механизмов ее развития лежит снижение фильтрационного давления (ФД):

ФД = АД - (ОД +ВК) = 80 - (30 + 10) = 40 мм рт.ст.

где: АД - артериальное давление в почечной артерии,

ОД - онкотическое давление крови

ВК - внутриканальцевое давление

В результате снижения артериального давления (АД) уменьшается и фильтрационное давление. Например, если фильтрационное давление снижается на 20 мм рт.ст, то ФД будет равно:

ФД = 60 - (30 + 10) = 20 мм рт.ст.

В этом случае снижается диурез, развивается олигурия, нарушаются функции почек.

Ренальная форма острой почечной недостаточности (ОПН)

Эта форма связана с патологией самих почек и встречается при нефропатиях. По происхождению ренальная форма ОПН бывает гломерулярной (клубочковой) и тубулярной (канальцевой).

Гломерулярная форма ОПН. Она бывает приобретенной и наследственной. Приобретенная форма встречается при поражении клубочков (гломерулонефрит, инфекционно-аллергические процессы). При воздействии стрептококка А происходит конформация белков мембраны клубочка. Они становятся аллергенами. Происходит образование антител и на базальной мембране клубочка фиксируется патоиммунный комплекс, который вызывает ее повреждение.

Стрептококк А ----+ белки мембраны ----Антиген ----Физиологическая система иммунного ответа (ФСИО) ---Антитела ---АГ + АТ ----ПИК

Поражение мембраны может возникать при заболеваниях легких. В этом случае протеины поврежденной легочной ткани становятся чужеродными для организма и способны вызывать образование аутоантител. Протеины легочной ткани и образовавшиеся аутоантитела в виде патоиммунного комплекса повреждают базальную мембрану нефрона. Эти патологические процессы ограничивают площадь фильтрационной поверхности , процессы ультрафильтрации уменьшаются, повышается проницаемости мембран, развиваются протеинурия, гематурия, олигурия. Гломерулярная форма ОПН может быть наследственного происхождения. Тип наследования - доминантный сцепленный с полом. Проявляется гематурическим нефритом.

Тубулярная форма ОПН. Выделяют приобретенные и наследственные формы. Приобретенные формы возникают при нефротическом синдроме, отравлении солями тяжелых металлов, синдроме длительного раздавливания, тромбозе внутрипочечных сосудов, при некротических повреждениях и дистрофических изменениях в канальцах, шоке ("шоковая" почка). Нарушаются процессы фильтрации, реабсорбции, снижается концентрационная способность почек. Повышается реактивность почечного эпителия к антидиуретическому гормону (АДГ), развивается олигурия. Наследственные формы: причиной их может быть врожденная дистрофия или атрофия канальцев, дефицит ферментов – энзимопатии. Нарушается реабсорбция различных веществ. Так, вследствие дефицита глюкозо-6-фосфатазы и гексокиназы нарушается реабсорбция глюкозы в кровь, развивается глюкозурия. Тип наследования - рецессивный, сцепленный с полом. Дефицит аминотранспортных систем почечного эпителия у новорожденных приводит к развитию гипераминоацидурии. Одним из вариантов первичных тубулопатий является витамин-D-резистентный рахит или гипофосфатемический семейный рахит. Тип наследования - доминантный, сцепленный с полом. Заболевание характеризуется нарушением реабсорбции фосфатов в почечных канальцах, гиперфосфотурией, снижением концентрации фосфатов в крови. Нарушается фосфорно-кальциевый обмен, происходит задержка роста, деформация костей. В основе заболевания лежит наследственный дефект синтеза метаболитов витамина D в почечных канальцах - 1,25-диоксикальциферола и 1,25-дигидролксикальциферола.

Нарушение функции канальцев наследственного характера проявляется в виде синдрома Фанкони. Тип наследования - аутосомно-рецессивный. Заболевание проявляется аминоацидурией, почечным канальцевым ацидозом, почечной глюкозурией, фосфатурией, гипофосфатемией, гипофосфатемическим рахитом, протеинурией тубулярного происхождения.