патфиз учебник новый

671

выражающийся в повышении возбудимости центральной нервной системы и усилении ее активности.

Этиология.

Причина глубинного опьянения заключается в действии высоких парциальных давлений азота на ЦНС. Хотя влияние гипербарического азота на организм описано давно, ясного представления о механизме наркотического действия азота нет и сейчас. Большинство исследователей не выделяют гипербарический наркоз в особый вид наркоза и рассматривают его в рамках общей концепции клинического наркоза и анестезии.

Патогенез.

Из теорий, пытавшихся объяснить действие гипербарического азота на организм наиболее аргументированными и важными в историческом плане являются теория накопления СО2 в организме и теории нейтрального газа.

В середине двадцатого столетия было сделано предположение, что накопление СО2 в результате нарушения вентиляции легких вследствие возросшей плотности вдыхаемых газов и высокой скорости компрессии одновременно с высоким парциальным давлением кислорода приводит к токсическому действию на организм. Однако позже проведенные опыты показали, что содержание диоксида углерода в альвеолах не коррелировало со степенью наркотического отравления. Сейчас считается, что СО2 только лишь усиливает наркотическое действие азота, а самостоятельное заболевание – отравление СО2 отличается от отравления кислородом и азотом.

Теории нейтрального газа подразумевают воздействие гипербарического азота на те или иные структуры. Первая из них основана на том, что существует параллель между сродством алифатического наркотика к жирам и его способностью оказывать наркотическое действие. Далее была предпринята попытка связать наркотическое действие гипербарического азота со свойствами летучести газа, а также с величиной физико-химической константы ван-дер- Ваальса. Приведенные зависимости основаны на взаимодействии с жировой фазой ткани нервной системы, которую обычно считают местом приложения действия наркотиков. Теории водной фазы основываются на образовании с участием атомов нейтрального газа гидратов, которые вызывают наркоз за счет увеличения электрического импеданса нервной ткани, задержки заряженных ионов, связанных с проводимостью импульса, и снижения уровня метаболизма. В продолжение этого высказано предположение, что азот, криптон, ксенон, аргон и другие инертные газы способны увеличивать площадь высокоупорядоченной структуры воды. В связи с этим электрическая проводимость ткани мозга будет снижаться, потому что липиды мембран уп-

672

лотнятся. Есть точка зрения, что молекулы нейтрального газа связываются в специальных участках белковых молекул. В других исследованиях показано, что нейтральные газы, как и при клиническом наркозе, воздействуют на синапсы клеток переднего рога спинного мозга, а наиболее вероятной точкой их приложения является граница комплекса «липопротеин – вода».

П.Беннет на основании теоретических и экспериментальных данных предположил, что при азотном наркозе увеличивается проницаемость мембраны клетки для входа электролитов, а также подтвердил, обнаруженную Н.В.Лазаревым, определенную роль коры головного мозга и ретикулярной формации в генезе глубинного опьянения. Работал над проблемой наркоза и В.С.Галкин, возглавлявший кафедру патологической физиологии Военноморской медицинской академии, который считал, что основной точкой приложения наркотиков являются связывающие рецепторы, в том числе и периферические, а не центральные нервные образования и клетки. Г.Л.Зальцман говоря о структурно-функциональных проявлениях азотного наркоза, выдвинул положение о том, что субстратом его являются неспецифические таламо- и ретикуло-кортикальные системы. Основано это заключение на фактах изменения электроэнцефалограммы – подавление альфа ритма и усиление быстрой активности, сменяющейся гиперсинхронной медленной активностью под действием высокого давления.

Несомненно, что молекулярный и клеточный уровни действия гипербарического азота являются основой для реакций на тканевом, органном, системном и организменном уровнях. Наименьшим порогом и наибольшей реакционной способностью к воздействию повышенных рN2 обладает нервная ткань, гетерогенность которой обуславливает самый широкий спектр ответов, зависящий от местоположения и связей мозговых структур.

Отсутствие четкого представления о механизмах наркотического действия азота стимулирует исследователей к выдвижению новых предположений, одним из последних среди которых является концепция электромагнитных (частотно-полевых) механизмов возникновения наркоза, представленная В.В. Довгушей и А.Ю. Следковым.

Токсическое действие кислорода

Отравление кислородом – патологическое состояние, обусловленное воздействием на организм повышенного парциального давления кислорода и проявляющееся нарушением функций прежде всего центральной нервной, сердечно-сосудистой и дыхательной систем.

Повышенное напряжение кислорода в тканях организма определяется термином гипероксия (от греческого hyper – чрезмерно и от латинского оxygenium

– кислород). Известны три формы отравления кислородом: судорожная (при

674

роксии – барочувствительность – резистентность к повышенному давлению кислорода; были вскрыты компенсаторные реакции организма при физиологическом действии кислорода (антигипоксическое, адаптогенное, саногенетическое и др.). Гипербарический кислород стал широко применяться как лекарственное средство при различных заболеваниях, для повышения умственной и физической работоспособности и реабилитации раненых и больных.

Этиология

Причиной патологического состояния является действие высокого парциального давления кислорода на организм.

Патогенез

Атмосферный кислород является адекватным раздражителем и необходимым химическим элементом метаболизма внутри клеток. Недостаточное поступление кислорода в организм приводит к местной и общей гипоксии, а повышенное – к гипероксии различной степени выраженности. При дыхании человека гипербарическим кислородом происходит выведение из организма физически растворенного в тканях азота в количестве более 1000 см3. Парциальное давление кислорода в атмосферном воздухе составляет на уровне моря 159 мм рт. ст. (21 кПа), в альвеолах легких – около 100 мм рт. ст., напряжение кислорода в артериальной и венозной крови – около 98 и 40 мм рт. ст. соответственно; внутри клеток в митохондриях происходит окислительное фосфорилирование питательных веществ с образованием энергии и конечных продуктов, в частности, диоксида углерода и воды, и почти полное использование кислорода. Оксигенобарочувствительность клеток организма различна; наиболее чувствительными к гипероксии являются нейроны головного мозга и альвеолы легких.

При выраженной гипероксии в клетках органов и тканей происходит инактивация дыхательных ферментов, в результате резко понижается образование энергии (гипоэргоз): при снижении метаболизма до 50% исключается специфическая деятельность органов; ниже 15% в клетках могут возникать однотипные реакции парабиоза (сдвиг рН в кислую сторону, повышение сорбционных свойств цитоплазмы, гидратация, набухание митохондрий и др.), гибель клеток и в крайнем варианте гибель целостного организма. Это состояние классифицируется как гипероксическая гипоксия. Переход на дыхание атмосферным воздухом может восстановить нормальное функционирование клеток и целостного организма.

Для объяснения механизмов отравления кислородом выдвинуто несколько гипотез. Лидирующим является представление о том, что при повышенном напряжении кислорода в мозге усиливается продукция активных форм ки-

675

слорода: супероксиданиона (О2-), перекиси водорода (Н2О2,) и гидроксильного радикала (ОН-). Они усиливают перекисное окисление липидов, инактивируют ферменты, окисляют нуклеиновые кислоты и внутриклеточные белки, что и приводит к нарушению внутриклеточных структур и расстройству функций нейронов и, как следствие, к развитию кислородных эпилептиформных судорог («эффект Поля Бера»). Гипероксическая эпилепсия возникает при запредельном торможении нейронов коры больших полушарий головного мозга (потеря сознания у человека) и при сильном индукционном возбуждении подкорковых вставочных и эфферентных нейронов (гиперсаливация, сокращение скелетной мускулатуры, непроизвольное мочеиспускание и дефекация).

В последнее время доказано участие оксида азота (NO) в нейротоксическом действии экстремальной гипероксии. NO синтезируется в головном мозге путем окисления L-аргинина с участием трех изоформ синтаз оксида азота (NOS): нейрональной (NOS-I), эндотелиальной (NOS-III) и NOS-II, локализованной преимущественно в макрофагах. NO и СО2 являются мощными эндогенными вазодилататорами. Продукция NO в мозге при гипероксии повышается, так как кислород участвует в синтезе оксида азота в качестве косубстрата.

Умеренная гипероксия вызывает массовую генерацию супероксиданионов, которые инактивируют NO и ослабляют его вазодилаторное действие на кровеносные сосуды головного мозга, в результате чего преобладает вазоконстрикция. Дальнейшее увеличение дозы сжатого кислорода приводит к гиперпродукции в эндотелии мозговых сосудов и в нейронах NO, устраняющего защитную реакцию – вазоконстрикцию; гиперемия способствует дополнительному поступлению молекул кислорода к нейронам мозга и вызывает или ускоряет нейротоксический эффект судорожной формы отравления кислородом. Подавление продукции NO путем ингибирования NOS или снижение синтеза L-аргинина предотвращает или ослабляет развитие кислородных судорог за счет уменьшения кровотока и более низкой оксигенации головного мозга.

Физиологическое действие гипероксии характеризуется повышением тонуса парасимпатической иннервации (сужение бронхов, урежение дыхательных движений и минутного объема дыхания, брадикардия, уменьшение минутного объема кровообращения и др.). Эти компенсаторные реакции направлены на значительное уменьшение поступления сжатого кислорода в организм. При этом в крови возникает гипероксемия: полная оксигенация гемоглобина и возрастание физически растворенного в плазме кислорода соответственно его парциальному давлению в дыхательной смеси.

В организме человека, имеющего 5 литров крови, при дыхании атмосферным воздухом (рО2 = 21 кПа) содержится около 15 см3 физически растворенного кислорода; при дыхании воздухом на глубине 40 м (500 кПа, рО2 = 105 кПа) –

676

в 5 раз больше. При дыхании медицинским кислородом на глубине 10 м (рО2 = 200 кПа) физически растворенного кислорода в 5 литрах крови будет уже 150 см3, а на глубине 20 м (предельно допустимое рО2 = 300 кПа) – 225 см3. Таким образом, при рО2 300 кПа потребность организма в кислороде в покое может полностью покрываться за счет физически растворенного в плазме кислорода и система «гемоглобин-оксигемоглобин» с практически недиссоциирующимся оксигемоглобином как переносчик кислорода к клеткам не функционирует.

В случае пребывания человека в газовой среде с повышенным парциальным давлением кислорода проникновение кислорода в организм происходит в основном через легкие (ингаляционно), но частично и через кожу. У здоровых людей в условиях покоя диффундирует через кожу при температуре окружающей среды около 20 С° в среднем 175 см3 кислорода в час, при температуре 40 С° – в 2,45 раза больше. Общее поглощение кислорода в покое при комфортной температуре составляет в среднем 15000 см3 в час.

Судорожная форма отравления кислородом у человека возникает при рО2 более 300 кПа в течение нескольких десятков минут. Ускоряют её возникновение низкие и высокие температуры, тяжелая физическая работа, ослабление антиоксидантной защиты клеток, повышение тонуса симпатической иннервации, стресс и др. Все перечисленные факторы, усугубляющие кислородную эпилепсию, воздействуют на работающего под водой водолаза и, особенно на подводника, находящегося в полузатопленном отсеке затонувшей подводной лодки. С.И.Прикладовицкий на животных доказал роль коры больших полушарий головного мозга в генезе кислородных судорог. У кроликов в наркозе эпилептиморфные кислородные судороги не возникали.

При гипероксии, вызванной высокими дозами кислорода (рО2 100 и 250 кПа при экспозиции 8-16 и 3-6 часов соответственно), у человека может возникнуть легочная форма отравления («эффект Л. Смита»).

По современным представлениям основным патогенетическим звеном кислородной бронхопневмонии является уменьшение количества сурфактанта в альвеолах легких. Сурфактант, располагающийся в виде пленки внутри альвеол, поддерживает стабильность альвеолярной структуры легких путем понижения поверхностного натяжения в альвеолах при уменьшении их объема на выдохе. При выраженной гипероксии именно сурфактант становится locus minoris resistentia; воздействие активных форм гипербарического кислорода на альвеолоциты, синтезирующие и секретирующие сурфактант, приводит к уменьшению его продукции. В результате развивается очаговый ателектаз, заполнение альвеол жидкостью, отек легких, а в дальнейшем при участии микробов – воспаление легких.

В целостном организме гипероксия может вызвать уменьшение продукции юкстамедуллярными нефронами почек эритропоэтина – гуморального сти-

677

мулятора эритропоэза – и, как следствие, эритропению.

В зависимости от дозы гипербарического кислорода изменяются микроструктура и функции многих органов и систем.

Одним из основных показателей гомеостаза является динамическое постоянство суммарной антиоксидантной активности клеток. Антиоксидантная защита поддерживает на низком стационарном уровне свободнорадикальные сбалансированные окислительные процессы. Для повышения устойчивости к выраженной гипероксии необходимы вещества, обладающие антиокислительным действием: токоферолы (витамин Е), фосфолипиды (лецитин, кефалин), витамины С, К и др.

Велика роль ЦНС, горомонально-ферментативного статуса и энергетиских резервов организма в адаптации к гипероксии. Оптимальное функционирование регуляторных (нервной, гормональной и иммунной) и регулируемых (внешнего дыхания, кровообращения, пищеварения, выделения, обмена веществ и энергии и др.) систем целостного организма существенно увеличивает время физиологического действия гипероксии. Сниженное функциональное состояние организма приводит к более выраженному токсическому действию гипербарического кислорода. Допустимые дозы гипербарического кислорода для здорового и больного человека существенно различаются, и это необходимо учитывать при медицинском обеспечении водолазных и кессонных работ и оксигенобаротерапии.

Баротравма легких

Баротравма легких – заболевание, характеризующееся повреждением и разрывом легочной ткани с последующим поступлением альвеолярного газа в ткань легкого, средостения, подкожную клетчатку груди и в кровеносное русло.

В30-х годах ХХ столетия во флотах ряда стран появились изолирующие дыхательные аппараты, предназначенные для дыхания медицинским кислородом под водой на глубинах до 20 метров. Широкое использование их привело к возникновению новой нозологической формы специфического заболевания водолазов и подводников – баротравме легких.

В1932 году Полак и Адамс впервые описали баротравму легких, которая по этиопатогенезу и клинической картине не походила на известные тогда декомпрессионную болезнь, гипероксию, гиперкапнию и гипоксию.

Выделяют следующие клинические формы баротравмы легких: баротравматическую эмфизему (интерстициальную, средостения и подкожной клетчатки); баротравматический пневмоторакс (открытый, закрытый и клапанный); баротравматическую газовую эмболию. Большой вклад в исследование этиопатогенеза, разработку методов профилактики и лечения баротравмы легких

678

внес В.Я. Назаркин.

Этиология

Причиной баротравмы легких является быстрое повышение или понижение внутрилегочного давления, ведущее к травмированию легких вплоть до нарушения их целостности (разрыву). Величины давления газовой смеси в легких человека, приводящие к их разрыву, составляют от 10,5-13 кПа (80-100 мм рт.ст.) выше или ниже давления окружающей среды.

Патогенез

У 80% пострадавших баротравма легких возникает в результате резкого одностороннего повышения внутрилегочного давления при быстром всплытии с глубины на поверхность в изолирующих средствах дыхания, произвольной или непроизвольной (кашель, астматический приступ) задержке дыхания при выходе с глубины, форсированном выравнивании давления в воздухоносных пазухах носа (с задержкой дыхания), при избыточной подаче газовой смеси для дыхания и ударах по наполненному газовой смесью дыхательному мешку аппарата. Возникновение баротравмы легких при резком понижении внутрилегочного давления составляет 20% случаев заболевания и обусловлено «дыханием» водолаза из пустого дыхательного мешка аппарата. Случаи баротравмы легких возможны у больных при интратрахеальном наркозе и производстве искусственного дыхания с нарушением эксплуатации различных аппаратов.

В замкнутой (изолирующие средства дыхания) и полузамкнутой (акваланг) системах дыхания «дыхательный аппарат-легкие-дыхательный аппарат» или «дыхательный аппарат-легкие-окружающая среда» динамически поддерживается одинаковое общее давление газовой среды на любой глубине. В случае резкого повышения или понижения давления в системах дыхания местом наименьшего сопротивления оказываются легкие. Пострадавший иногда отмечает удар, «толчок в грудь». При этом травмируются все ткани легкого, сердца, кровеносных сосудов грудной полости и средостения.

При повышении внутрилегочного давления расширяется грудная полость, легкие растягиваются, следуя за движением грудной клетки и диафрагмы. Механическое сдавление полых вен приводит к резкому снижению притока крови к правому предсердию и желудочку сердца, повышению венозного давления в нижней половине тела и в венах головы. При этом существенно повышается внутричерепное давление с характерной микросимптоматикой и возникает острая гипоксия мозга. Систолическое артериальное давление в большом круге кровообращения резко падает.

При понижении внутрилегочного давления приток крови к сердцу по полым

679

венам увеличивается и существенно возрастает систолическое артериальное давление, а в сосудах головного мозга гипертензия может достигать критических величин.

У ныряльщиков на глубину без дыхательного аппарата баротравма легких никогда не возникает, так как при погружении объем воздуха в легких уменьшается, а при всплытии на поверхность снова достигает исходной величины вслед за изменениями давления, так как дополнительного вдыхания газовой смеси на глубине нет.

Всплытие водолаза в изолирующем дыхательном аппарате с глубины на поверхность при задержке дыхания может закончиться возникновением тяжелой формы баротравмы легких и, возможно, его гибелью. На глубине 10 м объем газовой смеси в легких будет составлять, например, 6 л, но под давлением около 200 кПа. По закону Бойля-Мариотта внутрилегочный объем при всплытии на поверхность должен увеличиться с 6 до 12 л, чтобы давление внутри легких уменьшилось в два раза до 100 кПа. А так как при всплытии нет выдоха и объем грудной клетки не может удвоиться, то в легких произойдет резкое повышение давления вплоть до их разрыва. В результате механического воздействия возникают обширные разрушения альвеол, бронхиол и кровеносных сосудов на границах соприкосновения двух сред (газовой и тканевой), резко отличающихся по своему физическому состоянию друг от друга.

Гистологическими исследованиями доказано, что внутрилегочный газ разрывает стенки альвеол и бронхиол, попадая прямым путем в кровеносные сосуды малого круга кровообращения и далее по сосудам большого круга кровообращения ко всем органам и тканям. Артериальная газовая эмболия приводит к местному и общему кислородному голоданию, закупорке многих кровеносных сосудов легких, головного мозга, сердца и других органов. Иногда газ под давлением поступает в плевральные полости с образованием пневмоторакса, в средостение и подкожно жировую клетчатку шеи, реже происходит распространение газа в брюшную полость с образованием пневмоперитонеума.

Причиной потери сознания при баротравме легких являются, в основном, газовая эмболия сосудов головного мозга, а также гипертензивное или гипотензивное изменение артериального давления и плевро-пульмональный шок при разрыве тканей легких.

Важно отметить, что особой тяжестью отличается баротравма легких, полученная при нахождении в условиях повышенного давления, так как в этих условиях ткани насыщены дополнительным количеством азота, и он при образовании аэроэмболов диффундирует в них. Размеры газовых пузырьков увеличиваются, а, следовательно, повышается вероятность нарушения кровообращения. Увеличение размеров газовых пузырьков связано и со сниже-

680

нием окружающего давления. Этим объясняют факт постоянного ухудшения самочувствия пострадавшего с баротравмой легких, находящегося на поверхности. Баротравма легких, возникшая в условиях атмосферного давления, например, при анестезиологическом пособии, не имеет таких тяжелых последствий.

Кровотечение из разорванных кровеносных сосудов при баротравме легких небольшое, до 50-100 мл, и не угрожает жизни. Однако прожилки крови со слизью вызывают защитную рефлекторную реакцию-кашель, при котором сильной струей выдыхаемого воздуха удаляется из организма кровянистая пена. При кашле быстро возрастает внутрилегочное давление, которое является этиопатогенетическим звеном баротравмы легких, утяжеляя ее течение и исход. Поэтому необходимо применять противокашлевые препараты.

В связи с тем, что при осложненной баротравме легких потеря сознания, парезы и параличи, гипоксемия, цианоз кожных покровов и видимых слизистых оболочек возникают в ближайшие минуты после разрыва легких, при оказании медицинской помощи пострадавшему необходима ингаляция медицинского кислорода, который кроме непосредственного устранения гипоксии приводит к увеличению рассыщающего перепада (разность между парциальным давлением в газовом пузырьке и альвеолярном воздухе) и создает условия для растворения аэроэмболов.

Подводник во время свободного всплытия из аварийного отсека подводной лодки и водолаз при аварийном выходе на поверхность должны постоянно выдыхать расширяющуюся в легких газовую смесь, чтобы внутрилегочное давление не превысило критической величины.

Основным патогенетическим методом лечения баротравмы легких является лечебная рекомпрессия – помещение больного под повышенное давление воздуха в барокамере. Чем раньше будет начата лечебная рекомпрессия, тем лучшего терапевтического эффекта можно ожидать. При гипербарии 0,8 -1,1 МПа объем аэроэмболов уменьшается, восстанавливается кровообращение, ликвидируется местная и общая гипоксия за счет повышенного парциального давления кислорода воздуха. В период лечебной компрессии и изопрессии (пребывания в барокамере под высоким давлением воздуха) в организме больного происходит насыщение тканей индифферентным газом азотом, а во время медленной многочасовой декомпрессии – рассыщение тканей от молекул N2. Медленное снижение давления по специальным режимам предупреждает возможное возникновение декомпрессионной болезни у больного баротравмой легких, а также снижает риск возникновения развития пневмоторокса. Во время лечебной рекомпрессии необходимо начинать введение антибиотиков для профилактики частого осложнения баротравмы легких – бронхопневмонии.