Патофизиология: учебник / Литвицкий П.Ф. - 4-е изд., - 2009. - 496 с.
|
|
|
|
ГЛАВА 15. ГИПОКСИЯ
ТЕРМИНОЛОГИЯ
Гипоксия - типовой патологический процесс, развивающийся в результате недостаточности биологического окисления. Приводит к нарушению энергетического обеспечения функций и пластических процессов в организме.
Гипоксия нередко сочетается с гипоксемией.
В эксперименте создают условия аноксии для отдельных органов, тканей, клеток или субклеточных структур, а также аноксемии в пределах небольших участков кровеносного русла (например, изолированного органа).
♦ Аноксия - прекращение процессов биологического окисления, как правило, при отсутствии кислорода в тканях.
♦ Аноксемия - отсутствие кислорода в крови.
В целостном живом организме формирование этих состояний невозможно.
КЛАССИФИКАЦИЯ
Гипоксии классифицируют с учётом этиологии, выраженности расстройств, скорости развития и длительности.
• По этиологии выделяют две группы гипоксических состояний:
♦ экзогенные гипоксии (нормо- и гипобарическая);
♦ эндогенные гипоксии (тканевая, дыхательная, субстратная, сердечно-сосудистая, перегрузочная, кровяная).
• По критерию выраженности расстройств жизнедеятельности различают лёгкую, среднюю (умеренную), тяжёлую и критическую (летальную) гипоксии.
• По скорости возникновения и длительности выделяют несколько разновидностей гипоксии:
♦ Молниеносную (острейшую) гипоксию. Развивается в течение нескольких секунд (например, при разгерметизации летательных
аппаратов на высоте более 9 000 м или в результате быстрой массивной потери крови).
♦ Острую гипоксию. Развивается в течение первого часа после воздействия причины гипоксии (например, в результате острой кровопотери или острой дыхательной недостаточности).
♦ Подострую гипоксию. Формируется в течение одних суток (например, при попадании в организм нитратов, окислов азота, бензола).
♦ Хроническую гипоксию. Развивается и длится более чем несколько суток (недели, месяцы, годы), например, при хронической анемии, сердечной или дыхательной недостаточности.
ЭТИОЛОГИЯ И ПАТОГЕНЕЗ ГИПОКСИИ Экзогенный тип гипоксии
Этиология
Причина экзогенных гипоксий - недостаточное поступление кислорода с вдыхаемым воздухом.
• Нормобарическая экзогенная гипоксия. Вызвана ограничением поступления в организм кислорода с воздухом в условиях нормального барометрического давления при:
♦ Нахождении людей в небольшом и недостаточно вентилируемом пространстве (например, в шахте, колодце, лифте).
♦ При нарушениях регенерации воздуха или подачи кислородной смеси для дыхания в летательных и глубинных аппаратах, автономных костюмах (космонавтов, лётчиков, водолазов, спасателей, пожарников).
♦ При несоблюдении методики ИВЛ.
• Гипобарическая экзогенная гипоксия. Вызвана снижением барометрического давления при подъёме на высоту (более 3000-3500 м, где pO2 воздуха ниже 100 мм рт.ст.) или в барокамере. В этих условиях возможно развитие либо горной, либо высотной, либо декомпрессионной болезни.
♦ Горная болезнь возникает при подъёме в горы, где организм подвергается постепенному уменьшению барометрического давления и pO2 во вдыхаемом воздухе, а также охлаждению и повышенной инсоляции.
♦ Высотная болезнь развивается у людей, поднятых на большую высоту в открытых летательных аппаратах, а также при снижении давления в барокамере. В этих случаях на организм действует относительно быстрое снижение барометрического давления и pO2 во вдыхаемом воздухе.
♦ Декомпрессионная болезнь наблюдается при резком снижении барометрического давления (например, в результате разгерметизации летательных аппаратов на высоте более 9 000 м).
Патогенез экзогенных гипоксий
К основным звеньям патогенеза экзогенной гипоксии (независимо от её причины) относятся: артериальная гипоксемия, гипокапния, газовый алкалоз и артериальная гипотензия.
♦ Артериальная гипоксемия - инициальное и главное звено экзогенной гипоксии. Гипоксемия ведёт к уменьшению поступления кислорода к тканям, что снижает интенсивность биологического окисления.
♦ Снижение напряжения в крови углекислого газа (гипокапния) возникает в результате компенсаторной гипервентиляции лёгких (в связи с гипоксемией).
♦ Газовый алкалоз является результатом гипокапнии.
♦ Снижение системного АД (артериальная гипотензия), сочетающееся с гипоперфузией тканей в значительной мере являются следствием гипокапнии. Выраженное снижение раС02 является сигналом к сужению просвета артериол мозга и сердца.
Эндогенные типы гипоксии
Эндогенные типы гипоксии являются результатом многих патологических процессов и болезней, а также могут развиться при значительном увеличении потребности организма в энергии.
Дыхательный тип гипоксии
• Причина - дыхательная недостаточность (недостаточность газообмена в лёгких, подробно описана в главе 23) может быть обусловлена:
♦ альвеолярной гиповентиляцией;
♦ сниженной перфузией кровью лёгких;
♦ нарушением диффузии кислорода через аэрогематический барьер;
♦ диссоциацией вентиляционно-перфузионного соотношения.
• Патогенез. Инициальным патогенетическим звеном является артериальная гипоксемия, обычно сочетающаяся с гиперкапнией и ацидозом.
• Изменения газового состава и pH крови: снижаются pa02, pH, Sa02, pv02, Sv02, повышается paC02.
Циркуляторный (гемодинамический) тип гипоксии
• Причина - недостаточность кровоснабжения тканей и органов. Выделяют несколько факторов, приводящих к недостаточности кровоснабжения:
♦ Гиповолемия.
♦ Уменьшение МОК при сердечной недостаточности (см. главу 22), а также при снижении тонуса стенок сосудов (как артериальных, так и венозных).
♦ Расстройства микроциркуляции (см. главу 22).
♦ Нарушение диффузии кислорода через стенку сосудов (например, при воспалении сосудистой стенки - васкулите).
• Патогенез. Инициальным патогенетическим звеном является нарушение транспорта насыщенной кислородом артериальной крови к тканям.
• Виды циркуляторной гипоксии. Выделяют локальную и системную формы циркуляторной гипоксии.
♦ Локальная гипоксия обусловлена местными расстройствами кровообращения и диффузии кислорода из крови в ткани.
♦ Системная гипоксия развивается вследствие гиповолемии, сердечной недостаточности и снижении ОПСС.
• Изменения газового состава и pH крови: снижаются pH, pv02, Sv02, повышается показатель артерио-венозной разницы по кислороду.
Гемический (кровяной) тип гипоксии
• Причина - снижение эффективной кислородной ёмкости крови и, следовательно, её транспортирующей кислород функции вследствие:
♦ Выраженной анемии, сопровождающейся снижением содержания Hb менее 60 г/л (см. главу 22).
♦ Нарушения транспортных свойств Hb (гемоглобинопатии). Оно обусловлено изменением его способности к оксигенации в капиллярах альвеол и дезоксигенации в капиллярах тканей. Эти изменения могут быть наследственными или приобретёнными.
❖ Наследственные гемоглобинопатии обусловлены мутациями генов, кодирующих аминокислотный состав глобинов.
❖ Приобретённые гемоглобинопатии чаще всего являются следствием воздействия на нормальный Hb окиси углерода, бензола или нитратов.
• Патогенез. Инициальным патогенетическим звеном является неспособность Hb эритроцитов связывать кислород в капиллярах лёгких, транспортировать и отдавать оптимальное количество его в тканях.
• Изменения газового состава и pH крови: снижаются V02, pH, pv02, повышается показатель артерио-венозной разницы по кислороду и снижается Va02 при норме pa02.
Тканевой тип гипоксии
• Причины - факторы, снижающие эффективность утилизации кислорода клетками или сопряжения окисления и фосфорилирования:
♦ Ионы циана (CN), специфически ингибирующие ферменты, и ионы металлов (Ag2+, Hg2+, Cu2+), ведущие к ингибированию ферментов биологического окисления.
♦ Изменения физико-химических параметров в тканях (температуры, электролитного состава, pH, фазового состояния мембранных компонентов) в более или менее выраженной мере снижают эффективность биологического окисления.
♦ Голодание (особенно белковое), гипо- и дисвитаминозы, нарушения обмена некоторых минеральных веществ приводят к уменьшению синтеза ферментов биологического окисления.
♦ Разобщение процессов окисления и фосфорилирования, вызываемое многими эндогенными агентами (например, избытком Ca2+, H+, ВЖК, йодсодержащих гормонов щитовидной железы), а также экзогенными веществами (2,4-динитрофенолом, грамицидином и некоторыми другими).
• Патогенез. Инициальным звеном патогенеза является неспособность систем биологического окисления утилизировать кислород с образованием макроэргических соединений.
• Изменения газового состава и pH крови: снижаются показатели pH и артерио-венозной разницы по кислороду, повышаются показатели SvO2, pvO2, VvO2.
Субстратный тип гипоксии
• Причина - дефицит в клетках субстратов биологического окисления в условиях нормальной доставки кислорода к тканям. В клинической практике наиболее часто вызывается недостатком глюкозы в клетках при сахарном диабете.
• Патогенез. Инициальным звеном патогенеза является торможение биологического окисления вследствие отсутствия необходимых субстратов.
• Изменения газового состава и pH крови: снижаются показатели pH и артерио-венозной разницы по кислороду, повышаются SvO2, pvO2,
VvO2.
Перегрузочный тип гипоксии
• Причина - значительная гиперфункция тканей, органов или их систем. Наиболее часто наблюдается при интенсивном функционировании скелетных мышц и миокарда.
• Патогенез. Чрезмерная нагрузка на мышцу (скелетную или сердца) обусловливает относительную (по сравнению с требуемым при данном уровне функции) недостаточность кровоснабжения мышцы и дефицит кислорода в миоцитах.
• Изменения газового состава и pH крови: снижаются показатели pH, SvO2, pvO2, повышаются показатели артерио-венозной разницы по кислороду и pvCO2.
Смешанный тип гипоксии
Смешанный тип гипоксии - результат сочетания нескольких разновидностей гипоксии.
• Причина - факторы, нарушающие два и более механизмов доставки и использования кислорода и субстратов метаболизма в процессе биологического окисления.
♦ Наркотические вещества в высоких дозах способны угнетать функцию сердца, нейронов дыхательного центра и активность ферментов тканевого дыхания. В результате развиваются гемодинамический, дыхательный и тканевой типы гипоксии.
♦ Острая массивная кровопотеря приводит как к снижению кислородной ёмкости крови (в связи с уменьшением содержания Hb), так и к расстройству кровообращения: развивается гемический и гемодинамический типы гипоксии.
♦ При тяжёлой гипоксии любого происхождения нарушаются механизмы транспорта кислорода и субстратов метаболизма, а также интенсивность процессов биологического окисления.
• Патогенез гипоксии смешанного типа включает звенья механизмов развития разных типов гипоксии. Смешанная гипоксия часто характеризуется взаимопотенцированием отдельных её типов с развитием тяжёлых экстремальных и даже терминальных состояний.
• Изменения газового состава и pH крови при смешанной гипоксии определяются доминирующими расстройствами механизмов транспорта и утилизации кислорода, субстратов обмена веществ, а также процессов биологического окисления в разных тканях. Характер изменений при этом может быть разным и весьма динамичным.
АДАПТАЦИЯ ОРГАНИЗМА К ГИПОКСИИ
В условиях гипоксии в организме формируется динамичная функциональная система по достижению и поддержанию оптимального уровня биологического окисления в клетках.
Выделяют экстренные и долговременные механизмы адаптации к гипоксии.
Экстренная адаптация
Причина активации механизмов срочной адаптации: недостаточное содержание АТФ в тканях.
Механизмы. Процесс экстренной адаптации организма к гипоксии обеспечивают активацию механизмов транспорта O2 и субстратов обмена веществ к клеткам. Эти механизмы предсуществуют в каждом организме и активируются сразу при возникновении гипоксии.
• Система внешнего дыхания
♦ Эффект: увеличение объёма альвеолярной вентиляции.
♦ Механизмы эффекта: увеличение частоты и глубины дыхания, числа функционирующих альвеол.
• Сердце
♦ Эффект: повышение сердечного выброса.
♦ Механизм эффекта: увеличение ударного объёма и частоты сокращений.
• Сосудистая система
♦ Эффект: перераспределение кровотока - его централизация.
♦ Механизм эффекта: региональное изменение диаметра сосудов (увеличение в мозге и сердце).
• Система крови
♦ Эффект: увеличение кислородной ёмкости крови.
♦ Механизмы эффекта: выброс эритроцитов из депо, увеличение степени насыщения Hb кислородом в лёгких и диссоциации оксигемоглобина в тканях.
• Система биологического окисления
♦ Эффект: повышение эффективности биологического окисления.
♦ Механизмы эффекта: активация ферментов тканевого дыхания и гликолиза, повышение сопряжённости окисления и фосфорилирования.
Долговременная адаптация
Причина включения механизмов долговременной адаптации к гипоксии: повторная или продолжающаяся недостаточность биологического окисления.
Механизмы. Долговременная адаптация к гипоксии реализуется на всех уровнях жизнедеятельности: от организма в целом до клеточного метаболизма. Эти механизмы формируются постепенно, обеспечивая оптимальную жизнедеятельность в новых, часто экстремальных условиях существования.
Основным звеном долговременной адаптации к гипоксии является повышение эффективности процессов биологического окисления в клетках.
• Система биологического окисления
♦ Эффект: активация биологического окисления, что имеет ведущее значение в долговременной адаптации к гипоксии.
♦ Механизмы: увеличение количества митохондрий, их крист и ферментов в них, повышение сопряжённости окисления и фосфорилирования.
• Система внешнего дыхания
♦ Эффект: увеличение степени оксигенации крови в лёгких.
♦ Механизмы: гипертрофия лёгких с увеличением числа альвеол и капилляров в них.
• Сердце
♦ Эффект: повышение сердечного выброса.
♦ Механизмы: гипертрофия миокарда, увеличение в нём числа капилляров и митохондрий в кардиомиоцитах, возрастание скорости взаимодействия актина и миозина, повышение эффективности систем регуляции сердца.
• Сосудистая система
♦ Эффект: возрастание уровня перфузии тканей кровью.
♦ Механизмы: увеличение количества функционирующих капилляров, развитие артериальной гиперемии в испытывающих гипоксию органах и тканях.
• Система крови
♦ Эффект: увеличение кислородной ёмкости крови.
♦ Механизмы: активация эритропоэза, увеличение элиминации эритроцитов из костного мозга, повышение степени насыщения Hb кислородом в лёгких и диссоциации оксигемоглобина в тканях.
• Органы и ткани
♦ Эффект: повышение экономичности функционирования.
♦ Механизмы: переход на оптимальный уровень функционирования, повышение эффективности метаболизма.
• Системы регуляции
♦ Эффект: возрастание эффективности и надёжности механизмов регуляции.
♦ Механизмы: повышение резистентности нейронов к гипоксии, снижение степени активации симпатико-адреналовой и гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой систем.
ПРОЯВЛЕНИЯ ГИПОКСИИ
Изменения жизнедеятельности организма зависят от типа гипоксии, её степени, скорости развития, а также от состояния реактивности организма.
• Острейшая (молниеносная) тяжёлая гипоксия приводит к быстрой потере сознания, подавлению функций организма и его гибели.
• Хроническая (постоянная или прерывистая) гипоксия сопровождается, как правило, адаптацией организма к гипоксии.
РАССТРОЙСТВА ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ
Расстройства обмена веществ являются одним из ранних проявлений гипоксии.
♦ Содержание АТФ и креатинфосфата при гипоксии любого типа прогрессирующе снижаются вследствие подавления аэробного окисления и сопряжения его с фосфорилированием.
♦ Концентрация неорганического фосфата в тканях увеличивается в результате повышенного гидролиза АТФ, АДФ, АМФ и КФ, подавления реакций окислительного фосфорилирования.
♦ Гликолиз на начальном этапе гипоксии активируется, что сопровождается накоплением кислых метаболитов и развитием ацидоза.
♦ Синтетические процессы в клетках угнетаются вследствие дефицита энергии.
♦ Протеолиз нарастает вследствие активации, в условиях ацидоза, протеаз, а также - неферментного гидролиза белков. Азотистый баланс становится отрицательным.
♦ Липолиз активируется в результате повышения активности липаз и ацидоза, что сопровождается накоплением избытка КТ и ВЖК. Последние оказывают разобщающее влияние на процессы окисления и фосфорилирования, чем усугубляют гипоксию.
♦ Водно-электролитный баланс нарушен в связи с подавлением активности АТФаз, повреждением мембран и ионных каналов, а также изменением содержания в организме ряда гормонов (минералокортикоидов, кальцитонина и др.).
НАРУШЕНИЯ ФУНКЦИЙ ОРГАНОВ И ТКАНЕЙ
При гипоксии нарушения функций органов и тканей выражены в разной мере, что определяется различной их резистентностью к гипоксии. Наименьшей устойчивостью к гипоксии обладает ткань нервной системы, особенно нейроны коры больших полушарий. При прогрессировании гипоксии и её декомпенсации угнетается функционирование всех органов и их систем.
Нарушения ВНД в условиях гипоксии выявляются уже через несколько секунд. Это проявляется:
♦ снижением способности адекватно оценивать происходящие события и окружающую обстановку;
♦ ощущениями дискомфорта, тяжести в голове, головной боли;
♦ дискоординацией движений;
♦ замедлением логического мышления и принятия решений (в том числе простых);
♦ расстройством сознания и его потерей в тяжёлых случаях;
♦ нарушением бульбарных функций, что приводит к расстройствам функций сердца и дыхания и может послужить причиной летального исхода.
Сердечно-сосудистая система
♦ Снижение сократительной функции миокарда и уменьшение, в связи с этим, ударного и сердечного выбросов.
♦ Расстройство кровотока в сосудах сердца с развитием коронарной недостаточности.
♦ Нарушения ритма сердца, включая мерцание и фибрилляцию предсердий и желудочков.
♦ Развитие гипертензивных реакций (за исключением отдельных разновидностей гипоксии циркуляторного типа), сменяющиеся артериальной гипотензией, в том числе - острой (коллапсом).
♦ Расстройства микроциркуляции, проявляющиеся чрезмерным замедлением тока крови в капиллярах, турбулентным его характером и артериолярно-венулярным шунтированием.
Система внешнего дыхания
♦ Увеличение объёма альвеолярной вентиляции на начальном этапе гипоксии с последующим (при нарастании степени гипоксии и повреждении бульбарных центров) прогрессирующим снижением по мере развития дыхательной недостаточности.
♦ Уменьшение общей и регионарной перфузии ткани лёгких вследствие нарушений кровообращения.
♦ Снижение диффузии газов через аэрогематический барьер (в связи с развитием отёка и набуханием клеток межальвеолярной перегородки).
Система пищеварения
♦ Расстройства аппетита (как правило, его снижение).
♦ Нарушение моторики желудка и кишечника (обычно - снижение перистальтики, тонуса и замедление эвакуации содержимого).
♦ Развитие эрозий и язв (особенно при длительной тяжёлой гипоксии).
ПРИНЦИПЫ УСТРАНЕНИЯ ГИПОКСИИ
• Коррекция гипоксических состояний базируется на этиотропном, патогенетическом и симптоматическом принципах. Этиотропное лечение направлено на устранение причины гипоксии. При гипоксии экзогенного типа необходимо нормализовать содержание кислорода во вдыхаемом воздухе.
♦ Гипобарическую гипоксию устраняют путём восстановления нормального барометрического и, как следствие, парциального давления кислорода в воздухе.
♦ Нормобарическую гипоксию предотвращают посредством интенсивного проветривания помещения или подачи в него воздуха с нормальным содержанием кислорода.
• Эндогенные типы гипоксии устраняют путём лечения заболевания
или патологического процесса, приведшего к гипоксии. Патогенетический принцип обеспечивает устранение ключевых звеньев и разрыв цепи патогенеза гипоксического состояния. Патогенетическое лечение включает следующие мероприятия:
♦ Ликвидацию или снижение степени ацидоза в организме.
♦ Уменьшение выраженности дисбаланса ионов в клетках, межклеточной жидкости, крови.
♦ Предотвращение или снижение степени повреждения ферментов и клеточных мембран.
♦ Снижение расхода энергии макроэргических соединений за счёт ограничения функционирования организма.
Симптоматическое лечение имеет целью ликвидацию усугубляющих состояние пациента ощущений и осложнений гипоксии. Для этого применяют анестетики, анальгетики, транквилизаторы, кардио- и вазотропные ЛС.