патфиз учебник новый

71

Глава 5. ГИПОКСИЯ

На Земле жизнь возникла в результате прогрессивного развития углеродных соединений, органических веществ, формировавшихся из надмолекулярных, а в дальнейшем более сложных систем.

Эволюция живого тесно связана с появлением и наполнением в атмосфере земли кислорода. До возникновения фотосинтеза парциальное давление кислорода в атмосфере составляло только 0,15 мм рт. ст.

Кислород - скорее следствие, чем условие возникновения жизни на Земле. Он стал совершенно необходим для большинства видов живых организмов. Сейчас аэробиоз уже не может полностью замениться анаэробным типом обмена («... ан и аэробиоз не являются путями выбора для получения энергии. Это совершенно различные способы жизни», - Сент-Дьёрди 1964).

Проблема гипоксии рассматривается в науке уже более 300 лет. Кислород научился получать ещё изобретатель подводной лодки Корнелий Дреббель (1574-1634), великий голландец, проработавший большую часть жизни придворным механиком в Англии. Однако, его работы, были засекречены (как и многие последующие, относящиеся к рассматриваемой проблеме),и принципиальное открытие кислорода произошло во второй половине 18 века шведом К.В. Шесле и англичанином Джозефом Пристли. Вернее сказать, они «описали, но не догадались, что описывают», - как позднее писали классики. Более 200 лет назад А. Лавузье ввел термин «кислород» для обозначения «дефлогистированного воздуха» Джозефа Пристли. Определённую роль кислорода прояснили работы М.В. Ломоносова.

Понятие «гипоксия» (происходит от греч. hypо - мало, oxia - кислород) - типический патологический процесс, возникающий в результате недостаточного снабжения тканей кислородом или нарушения использования его тканями.

С развитием представлений о гипоксии, естественно, изменилась и терминология. Вначале существовал термин «аноксия» (замененный по предложению Виггерса термином «гипоксия» в 1940 году), который означал все те состояния организма, при которых по тем или иным причинам изменялись параметры доставки кислорода к тканям.

Начальник кафедры патофизиологии Медико-хирургической академии В.В. Пашутин внес значительный вклад в изучение механизмов развития гипоксии. В 1880-1890 гг. классифицируя гипоксию, он выделял 2 группы гипоксических расстройств:

экзогенная гипоксия;

эндогенная гипоксия.

72

К первой группе относились гипоксические состояния, возникающие в результате снижения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе.

Эндогенная гипоксия характеризовалась нарушением доставки кислорода к тканям.

Ученик В.В. Пашутина и его преемник П.М. Альбицкий расширил представления о кислородном голодании. В 1905 году он предложил различать виды кислородного голодания в зависимости от причин, которые его вызывают:

нарушение доставки кислорода к тканям;

нарушение процессов утилизации кислорода.

В 1922 году М. Питерс и Ван Слайк в понятие гипоксия (в тот период использовался термин «аноксия») как и П.М. Альбицкий включили «гистотоксическую аноксию», то есть состояние, при котором доставка кислорода к тканям не изменена, но нарушена его утилизация. Введение термина «тканевая гипоксия» вызвала значительные дискуссии, которые не прекращаются и до настоящего времени. Существенный вклад в изучение механизмов гипоксических расстройств внесли И.Р. Петров и его сотрудники.

Гипоксия (hypoxia; гип- + лат. охуgеniит, кислород) - типовой патологический процесс, который вызывают недостаточное поступление кислорода в ткани и клетки организма или нарушения его использования при биологиче-

ском окислении. Гипоксия всегда приводит к недостатку свободной энергии, гипоэргозу.

Классификация гипоксических состояний

ГИПОКСИЯ, возникающая в результате возмущающих воздействий на входе функциональной системы, ответственной за кислородное обеспечение организма:

гипоксический тип (возникает при снижении парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе);

гипероксический тип (возникает при повышении парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе);

гипербарический тип (возникает при гипербарии).

ГИПОКСИЯ, возникающая в результате изменений в отдельных звеньях функциональной системы, ответственной за кислородное обеспечение организма:

респираторный тип (возникает при патологии органов дыхания);

73

циркуляторный тип (возникает в результате нарушения сердечной деятельности, патологии сосудов, сердечно-сосудистой патологии);

гемический тип (возникает в результате патологии системы крови, снижения кислородной емкости крови);

тканевой тип:

первичная тканевая гипоксия (цитотоксическая) - возникает в результате патологических изменений в аппарате клеточного дыхания;

вторичная тканевая гипоксия - возникает в результате несоответствия между скоростью доставки кислорода и потребностью в нем тканей (рО2 ткани падает ниже критического уровня);

смешанный тип (возникает в результате сочетания нескольких из перечисленных типов гипоксии).

ГИПОКСИЯ НАГРУЗКИ, возникающая в результате увеличения нагрузки на функциональную систему, ответственную за кислородное обеспечение организма.

По времени развития гипоксия классифицируется:

молниеносная;

острая;

хроническая.

По характеру развития:

скрытая;

компенсированная;

некомпенсированная.

Этиология и патогенез отдельных форм гипоксии

Гипоксический тип гипоксии (экзогенная гипоксия) развивается в результате снижения рО2 во вдыхаемом воздухе. Наиболее типичным ее проявлением являются горная и высотная болезни. Гипоксическая гипоксия может возникнуть во всех случаях, когда осуществляется дыхание газовыми смесями с недостаточным парциальным давлением кислорода. Необходимо помнить, что гипоксическая гипоксия может возникнуть при дыхании в замкнутом

74

пространстве (отсеки подводной лодки, хранилища, бункера, ангары), а также при неисправности дыхательной аппаратуры.

При гипоксической гипоксии рО2 снижается как в альвеолярном воздухе, так и в артериальной крови, тканях. Уменьшается общий венозно-воздушный градиент.

Выделяют 4 степени тяжести гипоксии в зависимости от рО2 артериальной крови:

1 степень - рО2 - 60-45 мм рт. ст. Появляются первые видимые признаки нарушения функций сердечно-сосудистой и дыхательной систем в виде тахикардии, тахипноэ, нарушение координации движений, развитие мышечной слабости.

2 степень - рО2 - 50-40 мм рт. ст. Прекоматозное состояние, нарушение психики и эмоциональной сферы в виде немотивированной эйфории (по причине гипоксии коры головного мозга), дальнейшее нарушение координации движений, потеря чувствительности, выраженные признаки сердечной и дыхательной недостаточности.

3 степень - рО2 - 40-20 мм рт. ст. Характеризуется потерей сознания. У пострадавшего церебральная кома, ригидность мышц, может произойти остановка сердца.

4 степень - рО2 меньше 20 мм рт. ст. Характеризуется развитием терминального состояния со всеми признаками данного процесса и гибелью пострадавшего.

Из приведенных данных видно, что летальным считается рО2, соответствующее нескольким десяткам мм рт. ст., то есть когда содержание кислорода во вдыхаемом воздухе 3 уменьшается на 60% и более.

Одной из распространенных форм гипоксической гипоксии является высотная болезнь - остро развивающееся состояние, в котором выделяют 2 формы:

коллаптоидная форма (характеризуется прогрессирующим падением артериального давления);

обморочная форма (сопровождается потерей сознания в течение 10-15 секунд).

Горная болезнь развивается при пребывании в условиях высокогорья или при длительном нахождении в барокамере в условиях гипобарии. Помимо парциального давления кислорода в механизмах развития горной болезни существенное значение имеют влажность воздуха, инсоляция, сильные ветры, низкая минерализация питьевой воды (см. таблицу 5.1).

75

Таблица 5.1

Группировка компонентов горного комплекса по постоянству воздействия на человека

Поэтому течение горной болезни отличается на одних и тех же высотах, но в разной местности.

Выделяют следующие формы горной болезни:

высокогорный отек легких;

высокогорный отек головного мозга;

геморрагический синдром;

нарушение свертывающей системы крови с преимущественной гиперкоагуляцией.

По длительности течения выделяют:

молниеносная (обморочная форма горной болезни) – развивается в течение нескольких секунд;

76

острая (коллаптоидная форма горной болезни) – в течение нескольких нут;

хроническая (при пребывании в условиях высокогорья в течение многих часов и суток).

Основной этиологический фактор горной болезни – это снижение парциального давления кислорода в альвеолярной газовой смеси, обусловленное низким парциальным давлением кислорода во вдыхаемой газовой смеси. От горной болезни страдают 30% неадатированных к высотной гипоксемии людей после быстрого подъема на высоту большую, чем 3000 м над уровнем моря. У 75% неприспоболенных субъектов симптомы острой горной болезни выявляют после быстрого подъема на высоту, превышающую 4500 м над уровнем моря. Головная боль как первый признак начала развития горной болезни связана со спазмом сосудов головного мозга в ответ на падение напряжения углекислого газа в артериальной крови в результате компенсаторной гипервентиляции, обусловливающей гипокапнию, но не устраняющей артериальной гипоксемии. Когда напряжение кислорода в артериальной крови не больше, чем 60 мм рт.ст., то значительный гипоэргоз церебральных нейронов, несмотря противодействие системы ауторегуляции локальной скорости мозгового кровотока, обусловливает расширение артериол и раскрытие прекапилярных сфинктеров в системе микроциркуляции мозга. В результате увеличивается кровоснабжение головного мозга, что повышает внутричерепное давление и проявляет себя головной болью.

Компенсаторная гипервентиляция у страдающих горной болезнью на высотах в диапазоне 3000-4500 м над уровнем моря вызывает респираторный алкалоз и бикарбонатурию как компенсаторную реакцию на снижение содержания протонов и рост бикарбонатного аниона во внеклеточной жидкости и клетках. Бикарбонатурия усиливает натрийурез и, снижая содержание в организме натрия, уменьшает объем внеклеточной жидкости и даже обусловливает гиповолемию. При подъеме на высоты, на которых компенсаторные реакции в ответ на гипоксическую гипоксию не в состоянии предотвратить связанного с ней гипоэргоза клеток, гипервентиляция через повышение потребления кислорода организмом обостряет системный гипоэргоз. Усиление системного гиперэргоза на уровне всего организма повышает интенсивность анаэробного гликолиза, что вызывает метаболический лактатный ацидоз типа А.

Патологически низкое парциальное давление кислорода во вдыхаемой газовой смеси служит стимулом для «альвеоло-капиллярного рефлекса» с еще не выявленным центральным звеном. В эфферентном звене, на уровне эффектора, рефлекс сужает легочные венулы и артериолы, что обусловливает легочную первичную как венозную, так и артериальную гипертензию. Легочная артериальная гипертензия может приводить к острой правожелудочковой не-

77

достаточности в результате патогенно высокой постнагрузки правого желудочка.

Полагают, что легочная венозная гипертензия и отрицательные нервные влияния на легочную паренхиму в ответ на гипоксическую гипоксию обуславливают некардиогенный отек легких как осложнение горной болезни. При этом отрицательные нервные влияния на легкие в частности приводят к росту экспрессии флогогенного потенциала клеточных эффекторов воспаления, локализованных в легких, то есть эндотелиоцитов, нейтрофилов, тучных клеток и клеток мононуклеарных фагоцитов (не имеющее биологического смысла нейрогенное воспаление).

Гипербарическая гипоксия развивается в условиях повышенного парциального давления воздуха (например, при дыхании в барокамере). Известно, что повышение давления вдыхаемого воздуха на каждую атмосферу при неизменной температуре влечет за собой дополнительное растворение в 100 мл крови 2,3 мл кислорода (закон Генри-Дальтона). Высокое парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе приводит к увеличению его напряжения в артериальной крови и тканях. Таким образом, основным звеном патогенеза гипербарической гипоксии является повышение напряжения кислорода в тканях организма. Гипероксическая гипоксия возникает вследствие патогенно высокого парциального давления кислорода во вдыхаемой смеси газов, которое обуславливают: а) рост содержания кислорода во вдыхаемой газовой смеси; б) увеличение давления (барометрического, атмосферного) смеси газов.

Гипероксическая гипоксия - возникает при дыхании газовыми смесями, содержащими кислорода больше, чем во вдыхаемом атмосферном воздухе (при нормальном атмосферном давлении –760 мм рт. ст., парциальное давление кислорода в окружающем нас воздухе равно 159 мм рт.ст.).

Основным звеном патогенеза развивающимся в данном случае является повышение напряжения кислорода в тканях.

Гипероксическая гипоксия - это следствие токсичного действия кислорода при его аномально высоких парциальном давлении в альвеолярной газовой смеси и напряжении в артериальной крови и в тканях. Под токсичным действием кислорода понимают повреждения тканей, клеток и интерстициальных тканевых структур, обусловленные свободнорадикальным окислением. Токсическому действию кислорода особенно подвержены старики, у которых со старением падает активность антиоксидантных систем, в частности ферментов супероксиддисмутазы, каталаз и пероксидазы. Циркуляторная гипоксия при травматическом шоке предрасполагает к токсическому эффекту кислорода, вызывая через свободнорадикалыюе окисление и дефицит свободной энергии недостаточность антиоксидантных систем. При гипероксической гипоксии высокое напряжение кислорода в тканях ведет к окислительной дест-

78

рукции внутриклеточных митохондриальных структур, что угнетает тканевое дыхание или снижает эффективность улавливания клеткой свободной энергии при биологическом окислении. Патогенез гипероксической гипоксии весьма сложен, так как этот вид кислородной недостаточности сопровождается разнообразными сдвигами обмена веществ под влиянием высокого напряжения кислорода в тканях. Прежде всего происходит инактивация многих энзимов, особенно тех, что содержат сульфгидрильные группы. Одним из следствий системной ферментопатии при гипероксической гипоксии выступает падение содержания в мозге гамма-аминобутирата, главного тормозного медиатора серого вещества, что обуславливает судорожный синдром кортикального генеза. Высокое напряжение кислорода в тканях приводят к усиленному образованию свободных кислородных радикалов, нарушающих образование дезоксирибонуклеиновой кислоты, и тем самым извращающих внутриклеточный синтез белка. Кроме того, свободнорадикальное окисление фосфолипидов клеточных мембран как фактор первичной альтерации тканей служит инициирующим моментом воспаления. При увеличении парциального давления кислорода во вдыхаемой газовой смеси в первую очередь патологические изменения возникают в легочной паренхиме, в которой в наибольшей степени возрастают напряжение кислорода и образование свободных кислородных радикалов. Токсический эффект кислорода может клинически значимо проявить себя уже при возрастании парциального давления кислорода во вдыхаемой газовой смеси до 200 мм рт. ст., если больной непрерывно дышит такой смесью в течение нескольких часов. При парциальных давлениях кислорода во вдыхаемой смеси газов меньших, чем 736 мм рт. ст., гистотоксический эффект высокого напряжения кислорода в тканях приводит в основном к воспалительным изменениям легочной ткани, а у некоторых больных и к некардиогенному отеку легких. Кроме того, у больных выявляют диффузное микроателектазирование легких из-за разрушения свободнорадикальным окислением системы сурфактанта. Дыхание газовой смесью, парциальное давление кислорода в которой выше, чем 4416 мм рт. ст., приводит к тоникоклоническим судорогам и потере сознания в течение нескольких минут. Резистентность по отношению к гистотоксическому эффекту высокого напряжения кислорода в тканях снижает наследственная недостаточность антиоксидантных систем клетки, в частности низкая активность ферментов глютатионпероксидазы и супероксиддисмутазы. Высокие парциальное давление кислорода в альвеолах и его напряжений в артериальной крови и тканях являются патогенными раздражителями, которые вызывают дисфункции элементов респиронов. В основном эти расстройства складываются из нарушений легочной микроциркуляции, обусловленных спазмом микрососудов в ответ на избыточные нервные регуляторные влияния. Это индуцирует патологическую вариабельность вентиляционно-перфузионных отношений структурно-функциональных элементов легких, а через активацию эндотелия легочных микрососудов предположительно предрасполагает

80

нарушение оксигенации крови;

снижение доставки кровью кислорода к тканям;

снижение его напряжения в тканях;

уменьшение доли окислительного фосфорилирования в метаболизме клеток;

активирование бескислородных путей метаболизма;

нарушений функций клеток и тканей.

Циркуляторный тип гипоксии развивается при местных и общих нарушениях кровообращения.

Выделяют ишемическую и застойную формы циркуляторной гипоксии.

В случае, если нарушение гемодинамики развивается в сосудах большого круга кровообращения, насыщение крови кислородом может быть нормальным, однако, страдает его доставка к тканям.

При нарушении кровообращения в сосудах малого круга страдает оксигенация крови.

Этиологическими факторами циркуляторной гипоксии являются:

сердечная недостаточность (вследствие перегрузки сердца давлением или объемом, при коронарогенных и не коронарогенных повреждениях миокарда);

сосудистая недостаточность;

сердечно-сосудистая недостаточность.

Циркуляторная гипоксия может возникнуть не только вследствие абсолютной, но и относительной недостаточности кровообращения, когда потребность тканей в кислороде превышает его доставку, примером может служить относительная недостаточность кровообращения в условиях стресса.

Отличительной особенностью циркуляторной гипоксии является снижение массопереноса кислорода артериальной кровью и скорости его доставки к тканям.

Содержание и напряжение кислорода при этой форме гипоксии может находиться в пределах нормооксических величин. Напряжение кислорода в венозной крови снижено. Вследствие этого венозно-альвеолярный и общий воздушно-венозный градиенты увеличены.

При циркуляторной гипоксии выделяют:компенсированную форму;