23.2. Общая гипероксия

Гипероксия – повышение давления кислорода в тканях как результат избыточного притока кислорода к клеткам или уменьшения его потребления.

В обычных условиях на уровне моря парциальное давление кислорода в атмосфере около 160 мм рт. ст., а в альвеолярном воздухе, в артериальной крови и интерстициальной жидкости проксимальной области капилляров – только 100 мм рт. ст. Вследствии захвата и потребления кислорода клетками его давление в венозной крови падает до 40 мм рт. ст. Установлено, что давление 100 мм рт. ст. оптимально для биологических структур, а рост оксигенации среды потенциально вреден из-за образования активных форм кислорода и пероксидации веществ организма с индукцией клеточных повреждений. Патогенное действие гипероксии на организм может проявится при техногенном использовании (гипербария на глубине), так и ятрогенным - применение гипероксии в терапевтических целях. Это требует знания патогенеза вредного влияния гипероксии а также изучение внутренних механизмов защиты и выработки принципов коррекции побочных эффектов гипербарического кислорода.

Этиология гипероксии. Все факторы, ведущие к гипоксии, можно классифицировать в зависимости от патогенетического механизма на несколько классов.

1. Факторы, повышающие приток кислорода к клеткам:

а) повышение парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе ассоциированное с нормальным, повышенным или пониженным атмосферным давлением (соответственно гипероксия нормобарическая, гипобарическая и гипербарическая);

б) возрастание транспорта кислорода к тканям в условиях нормального парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе (легочная гипервентиляция, усиление системного или регионального кровотока).

2. Факторы, снижающие потребление кислорода клетками (ферментные и субстратные нарушения).

Патогенез гипероксии различается в зависимости от механизма действия этиологических факторов.

При увеличении парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе наблюдается экзогенная гипероксия, характеризующаяся полным насыщением гемоглобина кислородом на уровне легочных капилляров (концентрация оксигемоглобина становится равной 100% вместо 96% в норме) и кроме того, в крови растворяется дополнительное количество кислорода, пропорциональное степени роста давления кислорода в альвеолах. Так, 100 мл артериальной крови в нормобарических условиях содержит только 0,3 мл растворенного кислорода, в то время как при гипербарии – 2-6 мл О₂/100 мл крови.

Эндогенная гипероксия – рост парциального давления кислорода на уровне клетки в условиях нормального содержания О₂ во вдыхаемом воздухе. Эндогенная гипероксия от гипервентиляции появляется в условиях усиления альвеолярной вентиляции (возможна и в условиях искусственной вентиляции легких смесью газов с повышенным содержанием кислорода), что ведет к росту рО₂ в альвеолярном воздухе (которое может приблизиться к 160 мм рт. ст.), а в артериальной крови имеет место сатурация гемоглобина кислородом и дополнительное растворение кислорода в плазме крови.

Гипердинамическая гипероксия появляется в рамках усиления системной гемодинамики (увеличение сердечного выброса и притока крови к органам вместе с избыточной доставкой кислорода, которая превышает реальные потребности). Характеризуется обычной сатурацией гемоглобина артериальной крови (около 96%), обычным количеством кислорода, растворенным в плазме, но из-за увеличения линейной и объемной скорости кровотока растет концентрация оксигемоглобина в венозной крови (артериализация венозной крови, уменьшение артерио-венозной разницы кислорода).

Реактивная гипероксия развивается при усилении региональной циркуляции крови (артериальная гиперемия) и сходна с гипердинамической гипероксией, но носит локальный характер.

Дисметаболическая гипероксия – результат нарушения утилизации кислорода при адекватном притоке кислорода. Встречается при нарушении активности или синтеза ферментов дыхательной цепи в митохондриях (гистотоксическая гипероксия), при недостаточности окислительного субстрата в клетке (субстратная гипероксия).

Проявления. Гипероксия проявляется компенсаторными, защитными реакциями и патологическими процессами, разворачивающимися на различных уровнях организма.

Компенсаторные реакции при гипероксии состоят в сохранении нормального давления кислорода в клетках в условиях гипероксии на различных уровнях транспорта кислорода. Например, гипероксия ведет к спазму мозговых сосудов. Защитные реакции против гипоксии состоят в инактивации активных форм кислорода, образующихся при гипоксии. Защитные механизмы включают различные ферменты и антиоксидантные вещества эндогенного и экзогенного происхождения – супероксиддисмутаза, каталаза, пероксидазы, глютатионредуктаза, церулоплазмин, α-токоферол, селениты.

Гипероксия компенсирована тогда, когда рост парциального давления кислорода на различных уровнях его транспорта не ведут к росту содержания О₂ в клетках (существует гипероксемия, но не развивается клеточная гипероксия). Субкомпенсированная гипероксия представляет собой состояние, когда наблюдается клеточная гипероксия, однако усиление антиоксидантной системы позволяет нейтрализовать активные формы кислорода, предотвращая клеточные повреждения. Декомпенсированная гипероксия наблюдается при истощении антиоксидантной системы, свободные радикалы кислорода не нейтрализуются и продукты перекисного окисления липидов, протеинов, нуклеопротеидов накапливаются, обуславливая повреждение клетки.

В лечебных целях гипероксия применяется только в условиях гипероксибарии – вдыхание кислорода под терапевтическими давлениями в 2, максимум 3 атмосферы. При гипероксибарии, наряду с полной сатурацией гемоглобина кислородом, растет и количество кислорода, физически растворенного в плазме, что позволяет обогатить ткани кислородом даже в условиях, когда скорость кровотока в капиллярах мала (венозная гиперемия, ишемия). Так, гипербарическая оксигенация компенсирует любой тип гипоксии (за исключением гистотоксической), особенно гипоксии, обусловленные уменьшением или при блокировании молекулы гемоглобина (гемоглобинотоксическая анемическая гипоксия), за счет повышения содержания кислорода, растворенного в плазме, лимфе, тканевой жидкости. Посредством гипербарической оксигенации обеспечиваются метаболические потребности клеток, даже в условиях снижения тока крови на уровне микроциркуляции.

Кислород под давлением действует на все органы, ткани, клетки и внутриклеточные структуры. В зависимости от интенсивности кислородозависимых реакций, гипероксия может иметь как положительные, так и токсические эффекты, определяемые возросшим окислительным потенциалом кислорода под давлением.

Патогенное действие гипероксии заключается в избыточном образовании активных форм кислорода, пероксидации эндогенных веществ, изменении структуры и функциональных нарушениях клеток, органов, систем.

В условиях гипероксии интенсивно образуются свободные радикалы кислорода – супероксидный анионрадикал (О₂^-), синглетный кислород (¹О₂), гидроксильный радикал (ОН^-), которые повреждают мембранные фосфолипиды с образованием липидных перекисей и инициацией цепных перекисных реакций. Вредные эффекты состоят в разрушении цитоплазматических мембран и внутриклеточных структур, изменение конформационной структуры белков, нарушение структуры ДНК, РНК, повреждается цитоплазматическая мембрана с нарушениями осмотического, электролитного клеточного гомеостаза, с нарушениями электрогенеза, набуханием и цитолизом клеток.

Повреждение митохондриальных мембран, саркоплазматического ретикулума и лизосом ведут соответственно к нарушению процессов окислительного фосфорилирования и энергогенеза, к деградации рибосом с нарушением синтеза белка, к выделению лизосомальных ферментов с аутолизом и индукцией необратимых нарушений в клетках до некроза.

Одновременно с этим, под влиянием гипербарического кислорода блокируются ферменты дыхательной цепи (цитохромоксидаза, дегидразы), ингибируется активность оксидоредуктаз, вследствие чего клетки теряют способность утилизировать кислород – наступает тканевая гипоксия, которая ведет к нарушению функций и структуры клеточных мембран и внутриклеточных органелл.

Клеточные патологические гипероксические процессы (повреждения клетки, некроз) ведут к патологическим процессам в тканях, органах и системах с последствиями для всего организма (воспаление, реакция острой фазы, лихорадка).

Самые чувствительные структуры к действию гипероксии (в порядке убывания чувствительности): нервная система, печень, яички, почки, легкие, мышцы. Этот феномен определяется различным уровнем метаболизма в этих органах, состоянием антиоксидантных систем каждого вида клеток.

При действии гипероксии нарушается функция ЦНС как следствие нейрональных нарушений, появляются очаги некроза, нарушаются электрофизиологические процессы, возможны судороги.

Клеточные гипероксические повреждения в легких проявляются снижением сурфактанта на поверхности альвеол, снижением содержания фосфолипидов в клеточной мембране, окислением сульфгидрильных групп белков, деструкцией эпителиоцитов воздухоносных путей и альвеолоцитов с последующим воспалением (бронхиты, альвеолиты), отеком легкого, нарушением процесса диффузии на уровне альвеоло-капиллярного барьера. Так, гипероксия может вести к респираторной гипоксии.

Проведенные исследования определили клеточные повреждения со снижением функции сердца в условиях гипероксии, снижение систолического объема, рост периферического сопротивления сосудов, уменьшение скорости кровотока на уровне микроциркуляции. Гипероксибария повышает проницаемость сосудов, индуцирует дистрофические изменения на уровне эндотелиоцитов и миоцитов сосудов, изменяет реологические свойства крови с агрегацией эритроцитов.

В системе крови повышается проницаемость мембраны эритроцита вплоть до гемолиза. В условиях гипероксии повышается сродство гемоглобина к кислороду. Кривая диссоциации оксигемоглобина в перенасыщенной кислородом среде сдвигается влево, так как отдача кислорода оксигемоглобином зависит от содержания кислорода в тканях. В условиях гипероксии ткани насыщены кислородом растворенным в плазме крови, в то время как оксигемоглобин не диссоциирует и, будучи связанным с кислородом, способствует накоплению в тканях диоксида углерода с развитием ацидоза. Этот процесс происходит и благодаря снижению активности гликолитических систем в эритроцитах и снижению содержания в них 2,3-глицерофосфата.

Описанные патологические процессы на уровне органа (легкие, сердце, костный мозг и др.), в свою очередь, ведут к интегральным патологическим процессам – респираторная, циркуляторная, анемическая, гипоксия, гиперкалиемия за счет выхода ионов калия из поврежденных клеток.

Особую важность при экстремальной гипероксии (при превышении терапевтического режима) занимает ацидоз, патогенез которого следующий: при избыточном давлении кислорода во вдыхаемом воздухе имеет место растворение его в плазме крови в количестве, достаточном для обеспечения окислительных процессов в тканях. По этой причине, на уровне капилляров большого круга оксигемоглобин не диссоциирует и, соответственно, не образуется карбгемоглобин – транспортная форма диоксида углерода. Наступает гиперкапния, которая ведет к опасному ацидозу.

Итак, гипероксия индуцирует рост парциального давления кислорода в крови с насыщением тканей кислородом, но при длительном действии наступает смешанная гипоксия со всеми специфическими последствиями. Этот факт требует особого внимания со стороны врача, а также и защитных терапевтических мер при применении гипероксибарии, так как наряду с положительными эффектами появляются и многие опасные эффекты, обусловленные высоким окислительным потенциалом кислорода с необратимыми клеточными повреждениями и патологическими процессами в органах.

24. Гормональные дисгомеостазы

24.1. Гипо- и гиперкортицизм

24.2. Гипо- и гипертиреоидизм

24.3. Гипо- и гиперпаратиреоидизм

Нарушения гормоналной секреции – гиперсекреция и гипосекреция гормонов, изменение чувствительности рецептивных структур по отношению к гормонам вызывают тяжелые нарушения жизнедеятельности всего организма и могут быть рассмотрены как общие дисгомеостазы, интегральные патологические процессы. Однажды появившись, гормональные дисгомеостазы приводят к различным последствиям в виде клеточных, тканевых, органных патологических процессов, которые, в свою очередь, усулубляют интегральные процессы, и тем самым дают начало автокаталитическим (самоусиливающимся), порочным кругам, которые могут привести даже к смерти организма.