Долговременная адаптация

Включение механизмов долговременной адаптации к гипоксии обусловлено повторной или продолжающейся недостаточностью биологического окисления умеренной выраженности. Длительная умеренная гипоксия обеспечивает формирование структурно-функциональной основы для процессов долговременной адаптации к гипоксии (гипоксия слишком малой выраженности не активирует механизмы срочной и долговременной адаптации, а гипоксия чрезмерной выраженности вызывает срыв процесса адаптации, расстройства функций, обмена веществ и повреждение структур организма).

Механизмы долговременной адаптации при гипоксии реализуются на всех уровнях жизнедеятельности организма – от организма в целом до клеточного метаболизма. Ниже приводятся основные особенности механизмов долговременной адаптации к гипоксии:

- во-первых, приспособление к повторной или длительной гипоксии формируется постепенно в результате многократной активации срочной адаптации к гипоксии;

- во-вторых, переход от несовершенной срочной адаптации к устойчивой долговременной адаптации к гипоксии создает условия для оптимальной жизнедеятельности организма в новых, нередко экстремальных условиях существования;

- в-третьих, основу этого перехода составляет активация синтеза нуклеиновых кислот и белков, причем синтетические процессы доминируют в органах, обеспечивающих транспорт кислорода и субстратов обмена веществ;

- в-четвертых, основным звеном долговременной адаптации является повышение эффективности процессов биологического окисления в клетках (при срочной адаптации – активация механизмов транспорта кислорода и субстратов обмена веществ к тканям);

- в-пятых, системы, обеспечивающие доставку кислорода к тканям (кровообращения и внешнего дыхания), приобретают новые свойства: повышенную мощность, экономичность и надежность функционирования.

Механизмы долговременной адаптации к гипоксии реализуются на уровне различных систем организма:

Системы биологического окисления в тканях, как известно, обусловливают оптимальное энергетическое обеспечение функционирующих структур и уровень пластических процессов в них в условиях гипоксии благодаря, во-первых, увеличению числа молекул ферментов тканевого дыхания в каждой митохондрии, а также активности самих ферментов, во-вторых, усилению сопряжения окисления с фосфорилированием, в-третьих, увеличению числа митохондрий и количества крист в них, в-четвертых, повышению эффективности механизмов анаэробного синтеза АТФ в клетках.

Система внешнего дыхания обеспечивает оптимальный уровень газообмена и оптимальное течение пластических процессов в тканях благодаря нескольким факторам:

- гипертрофией легких, вследствие чего увеличивается площадь альвеол, количество капилляров в межальвеолярных перегородках и возрастанию кровотока в этих капиллярах;

- увеличению диффузионной способности аэрогематического барьера и повышению эффективности вентиляционно-перфузионного соотношения;

- гипертрофии дыхательной мускулатуры и увеличению в связи с эти ее мощности и возрастанию жизненной емкости легких.

Сердце. При долговременной адаптации к гипоксии увеличивается сила и скорость процессов сокращения и расслабления, вследствие чего возрастает ударный и минутный объем сердца. Это происходит благодаря:

- умеренной сбалансированной гипертрофии всех структурных элементов сердца (миокарда, сосудистого русла, нервных волокон);

- увеличению числа функционирующих капилляров в сердце и уменьшению расстояния между стенкой капилляра и сарколеммой кардиомиоцита;

- увеличению числа митохондрий в кардиомиоцитах и эффективности процессов биологического окисления (адаптированные сердца затрачивают на 30-35% энергии меньше для выполнения одной и той же функции по сравнению с не адаптированными);

- повышению эффективности транспорта ионов, субстратов, кислорода через мембраны и возрастанию мощности и скорости взаимодействия актина и миозина в миофибриллах кардиомиоцитов;

- повышению эффективности адрен- и холинергических систем регуляции сердца.

Сосудистая система. В адаптированном организме сосудистая система обеспечивает оптимальный уровень перфузии тканей благодаря следующим механизмам:

- увеличению количества функционирующих капилляров в тканях и органах;

- снижению миогенного тонуса артериол и уменьшению реактивных свойств стенок резистивных сосудов к вазоконстрикторам (катехоламинам, АДГ, лейкотриенам, простагландинам), что создает условия для устойчивой артериальной гиперемии в функционирующих органах и тканях.

Система крови. При долговременной адаптации к гипоксии возрастает кислородная емкость крови, скорость диссоциации оксигемоглобина и сродство восстановленного гемоглобина к кислороду в капиллярах легких. Увеличение КЕК – результат стимуляции эритропоэза эритропоэтином и развитие эритроцитоза.

Метаболизм. Метаболические процессы в тканях при долговремнной гипоксии характеризуются снижением их интенсивности, экономным использованием кислорода и субстратом обмена веществ в реакциях биологического окисления, высокой эффективностью реакций анаэробного ресинтеза АТФ, доминированием анаболических процессов в тканях, а также высокой эффективностью и мобильностью механизмов трансмембранного переноса ионов. Это является следствием повышения эффективности работы энергозависимых мембранных АТФаз.

Системы регуляции адаптированного к гипоксии организма обеспечивают достаточную эффективность, экономичность и надежность управления его жизнедеятельностью, что достигается включением механизмов нервной и гуморальной регуляции функций.

Особенностями нервной регуляции адаптированного к гипоксии организма является повышенная резистентность нейронов к гипоксии и дефициту АТФ, гипертрофией нейронов и увеличением числа нервных окончаний в тканях и органах, а также повышенной чувствительностью рецепторных структур к нейромедиаторам. Кроме того, в процессе адаптации повышается устойчивость нервной системы к патогенным воздействиям, отмечается переход приобретенных навыков из кратковременных в долговременные, а также наблюдается быстрая выработка и сохранение новых условных рефлексов.

Гуморальная регуляция. Перестройка функционирования эндокринной системы при гипоксии уменьшает стимуляцию мозгового вещества надпочечников, гипоталамо-гипофизано-надпочечниковой систем, что ограничивает активацию механизмов сресс-реакции и ее патогенные эффекты. Повышение чувствительности рецепторов клеток к гормонам способствует уменьшению их синтеза в железах внутренней секреции.

Таким образом, изменения в системах регуляции потенцирует как системные, так и органные приспособительные реакции организма в условиях гипоксии.

Принципы устранения и профилактики гипоксии

Устранение или снижение выраженности гипоксических состояний базируется на трех принципах: этиотропном, патогенетическом и симптоматическом.

Этиотропный принцип включает мероприятия, направленные на ликвидацию, либо снижение степени или длительности воздействия на организм причины гипоксии. Этиотропная терапия осуществляется с учетом типа гипоксии.

При гипоксии экзогенного типа следует нормализовать содержание кислорода во вдыхаемом воздухе. При гипобарической гипоксии необходимо восстановить оптимальное парциальное давление кислорода во вдыхаемой газовой смеси (при разгерметизации летательных аппаратов, индивидуальных скафандром, дыхательных приборов и т.д.). Это достигается путем снижения высоты полета, восстановления герметичности летательных аппаратов и необходимых условий подачи воздуха для дыхания в индивидуальном дыхательном приборе или кабине аппарата.

При нормобарической гипоксии необходимо проветривание помещения или подачи в него воздуха с нормальным содержанием кислорода. Можно добавить во вдыхаемый воздух с нормальным содержанием кислорода малые количества углекислого газа (до3-7% СО₂). Это обеспечивает стимуляцию инспираторных нейронов дыхательного центра и активацию дыхания; расширение артериол мозга и сердца (что способствует нормализации газообмена в них, доставки субстратов и оттоку углекислого газа). Кроме того, уменьшается степень гиперкапнии и ее патогенные последствия (нарушения кровоснабжения мозга, сердца, расстройств ВНД, респираторного ацидоза и др.).

При экзогенных типах гипоксии необходимо осуществлять лечение заболевания или патологического процесса, вызвавшего гипоксию, обеспечить организм оптимальным содержанием кислорода во вдыхаемом воздухе. Это достигается путем дыхания газовыми смесями, обогащенными кислородом. Гипероксигенация нормализует объем альвеолярной вентиляции (в основном за счет снижения частоты дыхания), оптимизирует сердечный выброс в связи с урежением сокращений сердца, уменьшает ОЦК вследствие редепонирования крови. Однако следует помнить о нежелательных последствиях гипероксигенации, проявляющихся развитием патогенных реакций, усугублением гипоксического состояния и расстройствами жизнедеятельности организма, что обусловлено токсическим действием кислорода. Это происходит за счет образования избытка активных форм кислорода и их прямого повреждающего действия на мембраны клеток, ферменты, нуклеиновые кислоты, белки и их соединения с другими веществами.

Токсическое действие избытка кислорода проявляется тремя синдромами:

1. Судорожным, возникающим вследствие преимущественного повреждения нейронов головного и спинного мозга;

2. Гиповентиляционным – симптомами дыхательной недостаточности, обусловленными ателектазами легких, снижением проницаемости аэрогематического барьера, отеком легких;

3. Общетоксическим вследствие развивающейся полиорганной недостаточности.

Устраняется кислородное отравление путем перехода на дыхание воздухом с нормальным содержанием кислорода.

Патогенетический принцип

Патогенетическая терапия направлена на устранение главного звена гипоксии, разрыв сложной цепи прчинно-следственных отношений и устранение ключевых звеньев патогенеза гипоксии. Патогенетическая терапия включает снижение степени ацидоза в организме; уменьшение ионного дисбаланса в клетках, межклеточной жидкости и крови; снижение степени повреждения клеточных мембран, профилактику или уменьшение выраженности альтерации ферментов в клетках и биологических жидкостях и, наконец, снижения расхода энергии макроэргических соединений за счет ограничения интенсивности жизнедеятельности организма.

Симптоматический принцип

Цель симптоматической терапии – устранить или уменьшить тягостные, усугубляющие состояние пациента, ощущения и вторичные симптомы, связанные с последствиями эффектов гипоксии на организм. С этой целью применяются анестетики, анальгетики, транквилизаторы, кардиотропные и вазотропные лекарственные средства.

15