 |
Изменение показателей баланса кислорода при основных типах гипоксии
|
|
|
|
| Тип гипоксии | Парциаль-ное напряжение О2 в артериальн. крови | Кислородная емкость крови | Насыщение гемоглобина артериальн. крови О2 | Парциальное напряжение О2 в венозной крови | Артерио-венозная разница по О2 | Объемный % кислорода в крови (мл О2 в 100 мл крови) | ||
| артериальн. | веноз. | арт.-вен. разница | ||||||
| норма | 80-95 мм.рт.ст. | 19 мл О2/100 мл | 96% | 35-40 мм.рт.ст. | ~ 4 (об%) | |||
| Гипокси-ческая | ↓ | норма | ↓ | ↓ | норма | |||
| Циркуля-торная | норма | норма или ↑ | норма | ↓ | ↑ | |||
| Гемичес-кая | ↓ | ↓ | норма или ↓ | норма | норма | |||
| Тканевая | норма | норма | норма | ↑ | ↓ |
Венозная же кровь бывает при этом очень бедна кислородом, а потому она темная. Это обусловлено тем, что кровоток сильно замедлен. Каждые 100 мл крови при таком медленном продвижении по капиллярам отдают ткани уже не 4, а к примеру 9 мл кислорода, и оттекающая кровь очень бедна оксигемоглобином (его уже не 65% всего количества гемоглобина, как обычно в венозной крови, а 40% и ниже).
Причина недополучения кислорода тканью при полной отдачи ее кровью состоит в замедлении кровотока: теперь за тот же срок протекает не 100 мл, а скажем, 40.
Как видно, этот малый объем крови, несмотря на более полную отдачу кислорода, за минуту дает его ткани меньше нормального количества.
Компенсируется возникающее кислородное голодание тканей за счет повышения кислородной емкости крови и благодаря усилению отдачи кислорода гемоглобином при тканевом ацидозе, который возникает за счет накопления недоокисленных метаболитов (снижение рН повышает диссоциацию оксигемоглобина).
4. Гемический (кровяной) тип гипоксии. Сущность патогенеза этого типа кислородной недостаточности состоит в понижении способности крови транспортировать кислород, т. е. в понижении кислородной емкости крови (рис. 4). Это нарушение возникает или вследствие:
|
|
|
Ø снижения концентрации в крови гемоглобина, то есть при любом виде анемии,
Ø при нарушении способности гемоглобина лабильно связывать кислород форме оксигемоглобина.
Такого рода инактивация гемоглобина происходит в случае образования карбоксигемоглобина, метгемоглобина, сульфогемоглобина и др. необычных его соединений.
С угарным газом гемоглобин связывается в 31 раз быстрее, чем с кислородом, а распадается карбоксигемоглобин в 10000 раз медленнее, чем оксигемоглобин. Уже при содержании 0,1% угарного газа в воздухе 50% гемоглобина связываются с окисью углерода и лишаются способности образовывать оксигемоглобин и переносить кислород. Кровь у отравленных угарным газом малинового цвета. Вытеснение из нее окиси углерода может быть ускорено углекислым газом. С этой целью отравленным дают дышать карбогеном (смесью 95% кислорода с 5% СО2).
Метгемоглобин (рис. 5) в отличие от оксигемоглобина (НbО2) представляет очень прочную связь кислорода с кровяным пигментом – истинно окисленную его форму. Образуется метгемоглобин при попадании в кровь сильно окисляющих веществ – нитритов, бертолетовой соли, мышьяковистых соединений. Кровь приобретает коричневатый оттенок – «шоколадная кровь». Превращение более половины гемоглобина в метгемоглобин ускоряет смесь растворов метиленовой сини и глюкозы (хромосмон), которую с этой целью вводят в малых (!) дозах.
При любом виде гемической гипоксии (и анемической, и вследствие инактивации гемоглобина) кислородная емкость крови снижена. При образований патологических форм гемоглобина снижена насыщенность гемоглобина кислородом (т.к. часть гемоглобина связана с окисью углерода или прочно окислена). При анемической же форме гемической гипоксии гемоглобина в крови мало, но он весь нормально (на 95-98%) насыщен кислородом (см. табл. 1). Во всех случаях к тканям притекает бедная кислородом кровь. Отсюда и возникает кислородная недостаточность. Она компенсируется (более или менее полно) за счет увеличения объемной скорости кровотока.
|
|
|
5. Тканевый (первично-тканевой, гистотоксический) тип гипоксии. Тканевая гипоксия развивается вследствие нарушения способности клеток поглощать кислород или в связи с уменьшением эффективности биологического окисления в результате разобщения окисления и фосфорилирования в тканях. Первично-тканевая гипоксия связана с нарушениями в системе утилизации кислорода.
Основные патогенетические факторы первично-тканевой гипоксии:
Ø снижение активности дыхательных ферментов (цитохромоксидазы при отравлении цианидами), дегидрогеназ (действие больших доз алкоголя, уретана, эфира), снижение синтеза дыхательных ферментов (недостаток рибофлавина, никотиновой кислоты). Ингибирование ферментов может происходить тремя основными путями:
ü специфическое связывание активных центров фермента;
ü связывание функциональных групп белковой части молекулы фермента;
ü конкурентное торможение при блокаде активного центра фермента.
Ø активация перекисного окисления липидов, ведущая к дестабилизации, декомпозиции мембран митохондрий и лизосом (ионизирующее излучение, дефицит естественных антиоксидантов – рутина, аскорбиновой кислоты, глютатиона, каталазы и др.),
Ø разобщение процессов биологического окисления и фосфорилирования, при котором потребление кислорода тканям может возрастать, но значительная часть энергии рассеивается в виде тепла и несмотря на высокую интенсивность функционирования дыхательной цепи, ресинтез макроэргических соединений не покрывает потребностей тканей, возникает относительная недостаточность биологического окисления.
Оксигенация крови в легких при этом типе гипоксии происходит нормально, кислородная емкость крови также нормальна, а кровоток даже ускорен. Артериальная кровь полностью насыщена кислородом (гипоксемии нет), а венозная кровь также алая, мало отличается от артериальной, и артериовенозная разность по кислороду очень низкая: ткани мало захватывают кислорода из притекающей крови, и в ней остается много оксигемоглобина (см. табл. 1).
|
|
|
Компенсировать недостаточность окислительных процессов при этой форме гипоксии может лишь усиление анаэробного пути образования энергии.
Утилизацию кислорода тормозят различные ингибиторы окислительных ферментов, например цианиды, сульфиды, тяжелые металлы, барбитураты, некоторые антибиотики, токсические вещества биологического происхождения и др.
Классическим примером первично-тканевой гипоксии является отравление цианидами. Цианиды инактивируют цитохромоксидазу – конечный фермент дыхательной цепи, клетки теряют способность утилизировать кислород даже в условиях его нормальной доставки к тканям.
Инактивировать цианиды в организме удается путем введения больших количеств метиленовой сини с глюкозой. В высокой концентрации мётиленовая синь переводит часть гемоглобина в метгемоглобин, который связывается с цианидом.
Нарушение синтеза дыхательных ферментов имеет место при дефиците витамина B1 (тиамина) – болезни бери-бери. Это заболевание встречается в странах Юго-Восточной Азии, где основным продуктом питания является очищенный рис, практически полностью лишенный тиамина. В результате недостатка тиамина нарушается утилизация кислорода тканями, поскольку тиаминпирофосфат участвует в качестве коэнзима в прямом окислении глюкозы.
6. Гипоксия нагрузки (перегрузочный тип). Возникает при сверхинтенсивной деятельности какого-либо органа или ткани. Резко возрастающий кислородный запрос таких органов или тканей не обеспечивается даже в условиях полной мобилизации всех функциональных резервов систем транспорта и утилизации кислорода. Подобная гипоксия может возникнуть у спортсменов при чрезмерных физических нагрузках, и стать причиной утомления.
Патогенез перегрузочной гипоксии на примере интенсивной физической нагрузки состоит в следующем (рис. 7). Чрезмерная по уровню и/или длительности нагрузка на мышцу (скелетную или сердца) обусловливает:
|
|
|
Ø относительную (по сравнению с требуемым при данном уровне функции) недостаточность кровоснабжения мышцы.
Ø дефицит кислорода в миоцитах,
Ø что приводит к недостаточности процессов биологического окисления в них.
При эпилепсии локальный мозговой кровоток в зоне эпиактивности может возрастать в 4-6 раз, однако, даже столь увеличенное кровоснабжение активированной зоны не в состоянии полностью удовлетворить кислородный запрос интенсивно работающих нейронов.
Для гипоксии нагрузки характерны значительный кислородный долг, венозная гипоксемия и гипекапния.
7. Субстратная гипоксия. При нормальной доставке клеткам кислорода, нормальном состоянии мембран и ферментных систем может возникнуть первичный дефицит субстратов, приводящий к нарушению работы всех взаимосвязанных звеньев биологического окисления. При этом доставка к клеткам кислорода существенно не нарушена.
Патогенез субстратной гипоксии заключается в следующих процессах (рис. 8):
Ø прогрессирующем торможении биологического окисления,
Ø в связи с чем в клетках быстро снижаются уровень АТФ и креатинфосфата,
Ø снижается величина мембранного потенциала, изменяются и другие электрофизиологические показатели, нарушаются различные пути метаболизма и пластические процессы.
В большинстве случаев такая гипоксия связана с дефицитом глюкозы в клетках. Прекращение поступления глюкозы в головной мозг уже через 5-8 мин (т. е. примерно через такой же срок, как после прекращения доставки кислорода) ведет к гибели наиболее чувствительных нервных клеток.
Углеводное голодание и гипоксия инсулинозависимых тканей возникает при некоторых формах сахарного диабета и других формах расстройств углеводного обмена. Подобная форма гипоксии может развиться в результате дефицита некоторых других субстратов (например, жирных кислот в миокарде, при кахексии и т.п.).
 |
8. Смешанная гипоксия. Наблюдают при сочетании двух и более основных типов гипоксии. Гипоксический фактор сам по себе отрицательно влияет на несколько звеньев транспорта и утилизации кислорода. Так, барбитураты подавляют окислительные процессы в клетках и одновременно угнетают дыхательный центр, вызывая легочную гиповентиляцию.
Аналогичные состояния возникают при действии на организм нескольких различных по точкам приложения гипоксических факторов.
Часто первично возникшая гипоксия любого типа, достигнув определенной степени, вызывает нарушение деятельности других органов и систем, участвующих в обеспечении биологического окисления. Практически любая тяжелая гипоксия носит смешанный характер.
|
|
|
Проявления гипоксии
Чувствительность к кислородной недостаточности возрастает по мере филогенетического развития, и у человека она выше, чем у животных.
По быстроте развития различают следующие формы гипоксии:
Ø молниеносную – может развиваться, например, при так называемой взрывной декомпрессии – при разгерметизации летательного аппарата, находящегося в пространстве, где атмосферное давление близко к нулю. Следует помнить, что от момента попадания человека в условия вакуума до потери сознания есть «резервное время» (около 15 секунд). Поэтому важна автоматическая система мгновенной сигнализации о такой аварии и срочное принятие мер безопасности. Она может быть вызвана в эксперименте также вдыханием инертных газов или метана. Гибель при этом наступает через 60-90 с. Молниеносная гипоксия возможна у человека при погружении в шахту, старую силосную или выгребную яму, колодец, трюм парохода. Это все разновидности гипоксической гипоксии. Возможно также молниеносное развитие тканевой гипоксии при отравлении цианидами;
Ø острую – остро может развиться любой из четырех основных видов гипоксии. Причинами острой гипоксии, например, могут послужить отек легких или гортани, бронхиальная астма, острая сердечно-сосудистая недостаточность, угар, потеря крови, отравление тканевыми ядами и др. Быстрота ее развития зависит не только от степени ограничения притока кислорода к тканям, но и от интенсивности его расхождения. То есть кислородное голодание проявляется быстрее при увеличении физической нагрузки и при эмоциональном напряжении.
Чувствительность разных тканей к недостатку кислорода очень различна. Наибольшей переносимостью к его дефициту обладают кости, хрящ, соединительная ткань, скелетная мускулатура, а из внутренних органов – печень. Поэтому-то и допустимо наложение жгута на конечности на 1-1,5 часа. Значительно более губительно нехватка кислорода сказывается на тканях таких паренхиматозных органов, как мозг, сердце, почки, бедные резервом углеводов, которые могут послужить источником компенсаторного усиления гликолитического пути образования энергии. В целом переносимость гипоксии организмом зависит от чувствительности мозговой ткани. Мозговая ткань отличается наивысшим уровнем потребления кислорода: на 1 кг веса мозг потребляет кислорода в 10 раз больше печени и в 22 раза больше мышечной ткани. Углеводные же резервы ее ничтожно малы. Поэтому нехватка кислорода ранее всего отражается на функциях ЦНС. Наиболее ранимы при гипоксии кора мозга и мозжечок: очаги некроза в них появляются уже через 2,5-3 минуты после прекращения кровотока.
В обычных условиях (без гипотермии) предельный срок выключения кровообращения мозга без необратимых последствий – 5-6 минут. Нарушения же функции головного мозга после прекращения притока к нему кислорода наступают еще быстрее. Так, например, пережатие сонных артерий мгновенно вызывает потерю сознания.
При меньшей степени тяжести острой гипоксии первые признаки кислородной недостаточности также появляются со стороны нервной системы. Возникают проявления понижения силы внутреннего торможения, нарушается психическая деятельность, теряется критическое отношение к своим действиям, возникает неразумное упорство, эйфория или подавленность. Эти нарушения психической сферы опасны при работе на горных высотах и при полетах на большой высоте. Полагают, что иногда внезапно наступающее заметное облегчение самочувствия у тяжелых, агонирующих больных в последние моменты жизни есть проявление эйфории в результате сдвигов в коре мозга на почве предсмертного усиления гипоксии.
После продолжительного состояния тяжелой гипоксии, например, когда долго не удается вывести больного из состояния клинической смерти, поражение высших отделов мозга становится необратимым.
Нарушение функции нервной системы очень быстро проявляется также в потере тонкой регуляции двигательной функции. Нарушается почерк. При испытаниях (во время профессионального отбора летчиков) в барокамере используют «писчую пробу» на устойчивость к гипоксии. Постепенно развивается резкая мышечная слабость и боли в мышцах.
Ниже приведены данные о характере влияния острой гипоксии на функциональную активность некоторых систем внутренних органов:
ü нарушения функции кровообращения ранее всего проявляются в тахикардии (увеличение ЧСС), причем сильная тахикардия является признаком угрожающего появления недостаточности кровообращения; нарушается сердечный ритм, вплоть до фибрилляции желудочков; бывает подъем давления, а при тяжелой гипоксии падает давление (вплоть до коллапса);
ü дыхательная система реагирует на гипоксию увеличением объема вентиляции за счет учащения дыхания, чрезмерное его учащение – плохой прогностический признак; в связи с одышкой развивается гипокапния (состояние, вызванное недостаточностью СО2 в крови) и дыхательный алкалоз (избыток оснований), который по мере углубления гипоксии и накопления недоокисленных метаболитов сменяется метаболическим ацидозом (снижения концентрации бикарбоната в плазме крови). Мерилом тяжести гипоксии считается избыток в тканях молочной кислоты. Может развиться отек легких (при подъеме в горы он обусловлен легочной гипервентиляцией, а на уровне моря – левожелудочковой недостаточностью);
Для тяжелой и более продолжительной гипоксии очень характерно появление периодического дыхания типа Чейн-Стокса – дыхание, при котором поверхностные и редкие дыхательные движения постепенно учащаются и углубляются и, достигнув максимума на пятый – седьмой вдох, вновь ослабляются и урежаются, после чего наступает пауза. Затем цикл дыхания повторяется в той же последовательности и переходит в очередную дыхательную паузу;
ü В состоянии гипоксии бывают, угнетены секреторная и двигательная функции пищеварительных органов. Аппетит чрезвычайно капризен, и организация питания людей, работающих в условиях гипоксии, – непростая задача для врача. Нарушается также функция почек.
ü Обмен веществ вначале усилен, температура может повышаться до 37,5. Затем обмен снижается.
Ø хроническую – для которой характерна очень быстро наступающая физическая и умственная утомляемость. Преобладающими являются признаки недостаточности миокарда. При хронической гипоксии, развивающейся на горных высотах, характерно развитие легочной гипертонии.
|
|
|
