Эндогенная гипоксия: Гипоксия — кислородное голодание, симптомы и признаки, виды и степени, причины и последствия, лечение и профилактика. – Эндогенные типы гипоксии — Мегаобучалка

Эндогенные типы гипоксии — Мегаобучалка

ГИПОКСИЯ

Гипоксия (кислородное голодание, кислородная недостаточность) – типовой патологический процесс, возникающий в результате недостаточности биологического окисления и обусловленной ею энергетической необеспеченности жизненных процессов.

Гипоксия – типовой патологический процесс, возникающий в результате недостаточного снабжения тканей О2 и (или) нарушения использования его в клетках. Гипоксия нередко сочетается с гипоксемией.

Гипоксемия – уменьшение по сравнению с должным уровнем напряжения и содержания О2 в крови.

Гиперксемия – увеличение по сравнению с должным уровнем напряжения и содержания О2 в крови.

Гипокапния – состояние, вызванное недостаточным количеством СО2 в крови (пониженное напряжение СО2 в артериальной крови)

Гиперкапния – состояние, вызванное избыточным количеством СО2 в крови (повышенное напряжение СО2 в артериальной крови)

 

 

Классификация гипоксий

 

По этиологии и патогенезу:

  1. Экзогенный тип гипоксий:

а) гипобарический

б)нормобарический

2. Эндогенный тип гипоксий:

-респираторный (дыхательный)

-циркуляторный

а) ишемический

б) застойный

-гемический (кровяной)

-тканевой (первично – тканевой)

а) при нарушении способности клеток поглощать кислород

б) повреждение митохондрий

в)при разобщении окисления и фосфорилирования (гипоксия разобщения)

-субстратный

-перегрузочный (гипоксия нагрузки)

-смешанный

По скорости развития и длительности

а) молниеносный

б)острый

в)подострый

г)хронический

По распространенности

а)общий

б)местный

По степени тяжести

А)легкий

Б)умеренный

В)тяжелый

Г)критический (смертельный)

 

 

Экзогенные типы гипоксии

  1. Гипобарическая гипоксия

Возникает при снижении барометрического давления О2 во вдыхаемом воздухе.

 

Причины:

1) в условиях разреженной атмосферы

2) при подъеме в горы

3) при полетах на летательных аппаратах

 

Снижение барометрического давления

Уменьшение напряжения кислорода в артериальной крови



Снижение насыщения гемоглобина кислородом и общее его содержание в крови

Компенсаторная гипервентиляция легких

Выраженная гипокапния

 

1) Респираторный алкалоз => повышенная экскреция бикарбонатного иона почками => снижение содержания натрия в организме => снижение объема внеклеточной жидкости, гиповолемия =>нарушение водно-электролитного баланса

 

 

2) Ухудшение кровоснабжения мозга и сердца => расстройства жизнедеятельности организма (коронарная недостаточность) => гипоксия

 

Нормобарическая гипоксия

Возникает при нормальном общем барометрическом давлении, снижении парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе.

 

Причины:

1) работа в шахтах

2) неисправность в системе кислородного обеспечения кабины летательного аппарата, в подводных лодках, в водолазных костюмах

3) во время операции при неисправности наркозно-дыхательной аппаратуры

4) нахождение в защитных помещениях малого объема

 

Патогенез: гипоксия сопровождается гиперкапнией.

Умеренная гиперкапния оказывает компенсаторный эффект => увеличение кровоснабжения мозга и сердца => значительная гиперкапния => ацидоз, нарушение ионного равновесия, снижение насыщения артериальной крови кислородом.

 

Эндогенные типы гипоксии

 

1.Респираторная гипоксия

 

Возникает при нарушении газообменной функции легких, ведущее к развитию гипоксемии и гиперкапнии.

 

Причины:

1) Нарушение регуляции в системе внешнего дыхания

— поражение ДЦ (травмы, опухоли, воспаление, отек, дегидратация головного мозга, расстройства мозгового кровообращения)

— нарушение иннервации дыхательной мускулатуры,нарушение синаптической передачи (интоксикации: ФОС, миорелаксанты, ботулинический, столбнячный, токсины)

2) поражение исполнительного аппарата системы внешнего дыхания

— обструктивного типа (БА, отек Квинке, инородное тело в воздухоносных путях)

-рестриктивного типа (пневмонии, гидроторакс, пневмоторакс, эмфизема)

-при увеличении толщины альвеоло-гематического барьера (саркоидоз, пневмосклероз, РДС)

3) врожденные пороки сердца (тетрада Фалло, аномалия Эбштейна)

 

Заболевание легких

Альвеолярная гиповентиляция

Недостаточный газообмен в легких

Нарушение вентиляционно – перфузионных отношений

Затруднение диффузии кислорода

Снижение напряжения кислорода в артериальной крови

Артериальная гипоксемия, часто сочетающаяся с гиперкапнией

Гипоксия

 

  1. Циркуляторная гипоксия

 

Возникает при снижении сократительной способности миокарда, уменьшении МОК, уменьшении скорости кровотока через ткани.

Причины:

1)расстройства сердечной деятельности в результате:

-поражения сердечной мышцы

-перегрузки сердца

-нарушения экстракардиальной регуляции

-тампонада, облитерация полости перикарда

2)гиповолемия

3)чрезмерное увеличение емкости сосудистого русла вследствие нарушения вазомоторной регуляции, пареза сосудов, недостаточности катехоламинов и глюкокортикоидов

4)нарушения микроциркуляции

 

Поражение сердечной мышцы

Уменьшение минутного объема крови

Снижение объемной скорости кровотока

Недостаточное кровоснабжение органов и тканей

Недостаточный транспорт кислорода к тканям

Гипоксия

 

При циркуляторной гипоксии, как правило, не снижается парциальное давление О2 в артериальной крови, но падает содержание О2 в венозной крови, т.к в условиях недостатка кровоснабжения ткани максимально утилизируют О2. Все это приводит к повышению артериовенозной разницы по О2, а также снижению насыщения гемоглобина кислородом в венозной + нарушение тканевого метаболизма приводят к развитию негазового ацидоза.

 

  1. Гемическая гипоксия

 

Возникает при снижении эффективной кислородной емкости крови.

Причины:

1)Недостаточное количество переносчиков О2

2)Нарушение способности гемоглобина связывать, транспортировать и отдавать тканям кислород

а)образование патологических форм гемоглобина (карбоксигемоглобин, метгемоглобин, нитроксигемоглобин)

 

Патологические формы гемоглобина

Карбоксигемоглобин. Образуется при взаимодействии окиси углерода с гемоглобином, не способен транспортировать кислород к тканям. Выраженные нарушения жизнедеятельности развиваются при увеличении карбоксигемоглобина в крови до 50%, концентрация 70-75% приводит к выраженной гипоксемии и смерти. Карбоксигемоглобин имеет ярко-красный цвет, придающий алый цвет крови.

Окись углерода содержится в :

-бытовом газе

-выхлопных газах

-газах, образующихся при литейном производстве

 

Метгемоглобин. Отличается тем, что железо гема трехвалентное. Нет способности к транспортировке О2. Образование метгемоглобина – обратимый процесс. Имеет темно – коричневую окраску, кровь и ткани организма приобретают соответствующий оттенок.

Метгемоглобинообразователи – группа веществ, обуславливающих переход иона железа из закисной формы в окисную. К ним относятся:

-нитраты

-нитриты

-оксиды азота

-производные анилина, бензола

-лекарственные средства (амидопирин, феназепам, сульфаниламиды)

 

б) наследственные гемоглобинопатии

3) Нарушение физико-химических свойств, необходимых для нормального поглощения кислорода гемоглобином из плазмы крови легочных капилляров и отдачи кислорода в тканевых капиллярах.

4. Первичная тканевая гипоксия

 

Возникает в результате нарушения процессов биологического окисления в клетках при нормальном функционировании всех звеньев системы транспорта кислорода к месту его утилизации.

 

Утилизация кислорода тканями может затрудняться в случае:

А)при нарушении способности клеток поглощать кислород из крови (снижение активности ферментов окислительного фосфорилирования)

*угнетение биологического окисления различными ингибиторами (отравление цианидами, которые блокируют цитохромоксидазу – конечный фермент дыхательной цепи и подавляют потребление кислорода клетками)

*нарушение синтеза дыхательных ферментов при дефиците некоторых витаминов (тиамина, рибофлавина, пантотеновой кислоты)

*активация процессов свободно-радикального окисления под воздействием ионизирующих излучений, повышенного давления кислорода, дефиците токоферола, естественных антиоксидантов приводят к повреждению мембранных структур клетки.

*изменение физико-химических условий среды существенно сказывается на активности ферментов : рН, температура, концентрация некоторых электролитов. (перегревание, интоксикация, инфекции, уремия, кахексии)

б) повреждение митохондрий

*дестабилизация, дезорганизация, нарушение структурной упорядоченности систем ферментов окислительного фосфорилирования

*тотальное разрушение мембран митохондрий

 

Причины:

-тяжелые инфекционные заболевания

-уремия

-кахексия

-лучевые поражения

-перегревание

-процессы свободно-радикального окисления

 

в) разобщение окисления и фосфорилирования в дыхательной цепи (действие динитрофенола, грамицидина, микробных токсинов, гормонов ЩЖ) => увеличение потребления тканями кислорода , значительное увеличение доли энергии => энергетическое «обесценивание» тканевого дыхания, относительная недостаточность биологического окисления => ресинтез макроэргов не покрывает потребности тканей => гипоксия

 

Таким образом, большая часть энергии выделяется в виде тепла, а не аккумулируется в виде макроэргов, что приводит к энергетической недостаточности.

5. Субстратная гипоксия

Причины:

1) дефицит в клетках глюкозы (СД, голодание)

2) дефицит других субстратов (жирных кислот в миокарде)

 

Нормальная доставка кислорода, но нарушено состояние клеточных мембран и ферментных систем => первичный дефицит субстратов => нарушение всех звеньев биологического окисления

 

6. Перегрузочная гипоксия

 

Причины: напряженная деятельность органа или ткани, когда функциональные резервы систем транспорта и утилизации кислорода при отсутствии в них патологических изменений оказываются недостаточными для обеспечения резко увеличенной потребности в кислороде (чрезмерная мышечная работа, перегрузка сердца)

 

Патогенез: Образование кислородного долга при увеличении скорости доставки и потребления кислорода и скорости продукции и выведения углекислоты => венозная гипоксемия => гиперкапния => изменения КОС

7. Смешанная гипоксия

Причины – факторы, нарушающие два и более механизма доставки и использования О2 и субстратов метаболизма в процессе биологического окисления. Первично возникает один тип гипоксии, а затем по мере развития болезни присоединяются и другие типы.

 

Встречается при:

-шоке

-отравлении наркотиками

-острой массивной кровопотере

-при заболеваниях сердца, коме

 

Гипоксия любого типа приводит к нарушению функций различных органов и систем, участвующих в обеспечении доставки О2 и его утилизации в организме.

Гемическая гипоксия: причины и механизмы развития

В силу разных обстоятельств в человеческом организме могут развиваться самые разные патологические процессы. Одним из них является гемическая гипоксия. Из-за этого биологические процессы, которые непрерывно протекают в организме, нарушаются. Это влечет за собой ряд сбоев, плохое самочувствие человека. Особенности гипоксии, ее разновидности и механизмы развития будут рассмотрены далее.

Описание патологии

Довольно распространенной патологией является гемическая гипоксия. Причины и механизмы развития ее заслуживает особого внимания. Стоит отметить, что это патологический процесс, при котором организм начинает испытывать нехватку кислорода. Он развивается в результате недостаточности окислительных биологических процессов. Из-за гипоксии нарушаются энергетический и пластический процессы в организме.

гемическая гипоксия причины

Развиться такое состояние может как из-за внутренних, так и внешних причин. Сбои в обменных процессах организма или недостаточное поступление кислорода при дыхании вызывает подобные отклонения.

Существуют разные причины, вызывающие гемическую гипоксию. При этом подобное состояние нужно рассматривать не как синдром или диагноз, а как общепатологический процесс. Часто его называют в быту кислородным голоданием. Оно приводит к развитию разных заболеваний. Гипоксия не рассматривается как недуг. Это совокупный биологический процесс, который может затрагивать самые разные органы и ткани, как, например, воспаление или дистрофия. Он определяет развитие патологических изменений в дальнейшем.

При развитии гипоксии нарушения определяются на клеточном уровне. Они условно делятся на 2 группы. Это может быть декомпенсация или приспособительные реакции. Вторые проявления возникают в самом начале гипоксии. В это время организм еще способен поддерживать относительно правильное функционирование тканей и органов.

Но при длительном кислородном голодании ресурсы организма истощаются. Приспособительные реакции не могут поддерживаться долго. Дальше наступает декомпенсация. На этом этапе изменения в тканях и органах становятся необратимыми. Сначала наблюдается кислородная недостаточность на уровне органов, а затем наступает смерть.

Механизм развития

Рассматривая патогенез гемической гипоксии, стоит отметить, что компенсаторные реакции происходят на клеточном уровне. Эффекты, которые происходят в это время, направлены на усиление поступления к тканям кислорода. Последовательные компенсаторные реакции обеспечиваются за счет органов дыхательной и сердечно-сосудистой систем. Также биохимические процессы в организме начинают происходить по-другому в тканях, которые больше всего испытывают недостаток в кислороде.

что вызывает гемическую гипоксию

Пока длятся компенсаторные реакции, органы, ткани не испытывают серьезного дефицита кислорода. Но при этом крайне необходимо восстановить нормальное его поступление в организм. Если этого не произойдет, в тканях начнется постепенный, медленный декомпенсаторный процесс. Клетки при этом повреждаются. Весь орган, к которому они относятся, начинает работать неправильно.

Разными проявлениями характеризуется гемическая гипоксия. Патофизиология этого процесса заслуживает особого внимания. Существует острая и хроническая форма гипоксии. Они проявляются по-разному. При острой гипоксии в ходе компенсаторных реакций усиливаются кровообращение и дыхание. Также появляется тахикардия, давление повышается. Человек начинает дышать часто и глубоко. Повышается нагрузка на сердце. Сейчас оно вынуждено перекачивать больший объем крови. Из костного мозга, селезенки при острой гипоксии выходят все запасы эритроцитов.

Такие процессы позволяют усилить процесс доставки кислорода клеткам. Для этого по сосудам проходит больше крови. Если гипоксия не только острая, но и тяжелая, наблюдается перераспределение ресурсов. Кровь приливает к жизненно важным органам, а из иных систем она практически полностью уходит. Поэтому сердце и мозг начинают получать значительную порцию крови. При этом мышцы, органы брюшной полости начинают испытывать острый недостаток кровоснабжения.

Благодаря таким процессам, если острая гипоксия будет устранена своевременно, человек сможет выжить. Все органы и системы, которые недополучали требуемого количества крови, будут со временем работать нормально. Но при длительной гипоксии в острой форме компенсаторные реакции становятся неэффективными. Происходят необратимые изменения, которые останутся даже при возобновлении поступления требуемого количества кислорода.

При хронической форме гипоксии компенсаторные процессы развиваются на фоне разных заболеваний. При этом в крови увеличивается количество эритроцитов. Эти клетки также претерпевают изменения, что облегчает передачу кислорода. При хронической гипоксии в легких увеличивается количество альвеол. Дыхание становится глубоким, а объем грудной клетки увеличивается. Также увеличивается сердце, а в легких растет число кровеносных сосудов.

Претерпевают изменения и клетки тканей. В них увеличивается количество митохондрий, активизируется микроциркуляция крови. Из-за этого на коже появляется розоватый оттенок. Некоторые ошибочно принимают это проявление за здоровый румянец.

Приспособительные реакции при острой гипоксии рефлекторные. Поэтому при возобновлении поступления достаточного количества кислорода в кровь органы и ткани, испытывающие ранее его дефицит, начинают работать нормально. Реакции при хронической форме патологии не рефлекторны. Поэтому даже после устранения кислородного голодания органы и системы не могут сразу вернуться в прежний режим работы. В некоторых случаях организм может так хорошо приспособиться к условиям хронической гипоксии, что не будет страдать от недостатка кислорода.

Разновидности

Чем отличаются гемический и тканевой типы гипоксии? Эти процессы имеют несколько иные причины развития. Чтобы определить основные особенности гипоксии, нужно рассмотреть ее виды. По механизму развития она может быть экзогенной и эндогенной. В первом случае подобное состояние еще называют гипоксической гипоксией. Такой тип кислородного голодания обусловлен особенностями окружающей среды.

гемический тип гипоксии

Эндогенная гипоксия вызвана заболеваниями, которые имеются у человека. Именно к этой категории относится и гемическая (или кровяная) гипоксия. Она может быть анемической или обусловленной инактивацией гемоглобина. В первом случае у человека определяется низкий уровень гемоглобина. При второй форме гемической гипоксии эритроциты не выполняют возложенные на них функции в полном объеме.

Кровяная гипоксия вызвана снижением кислородной емкости крови. Она теряет способность присоединять к гемоглобину кислород. Чаще всего подобное явление наблюдается при отравлении угарным газом. Также привести к этому виду гипоксии может анемия, гемолиз эритроцитов. Кроме кровяного кислородного голодания, бывает:

  • Дыхательная. Она еще называется легочной или респираторной.
  • Циркуляционная. Проявляется в нарушениях функций сердечно-сосудистой системы. Эта разновидность патологии может быть застойной или ишемической.
  • Тканевая. Еще ее называют гистоксической гипоксией.
  • Субстратная.
  • Перегрузочная.
  • Смешанная.

Скорость развития

По скорости развития различают следующие виды гипоксии:

гемическая гипоксия симптомы
  • Мгновенная (молниеносная). Длится не более 2-3 минут, но развивается буквально за несколько секунд.
  • Острая. Развивается за несколько десятков минут, но не больше 2 часов.
  • Подострая. Кислородное голодание длится от 3 до 5 часов.
  • Хроническая. Может длиться годами.

Описание гемического кислородного голодания

гемический и тканевой тип гипоксии

Что вызывает гемическую гипоксию? Это состояние развивается в случае нарушения качественных характеристик крови. В ней снижается количество гемоглобина. В зависимости от провоцирующего фактора этот вид гипоксии может быть обусловленной изменениями характеристик гемоглобина или анемической. От типа патологии зависит и ее лечение.

При анемической гипоксии в крови снижается количество гемоглобина. Причинами такого явления может быть задержка жидкости в организме или анемия любого типа. Эти нарушения происходят в разных обстоятельствах.

Причины, вызывающие гемическую гипоксию второй формы, довольно специфичны. Такая патология развивается из-за отравления ядовитыми газами, веществами. Из-за этого появляются формы гемоглобина, которые теряют способность переносить молекулы кислорода.

При анемической гипоксии гемоглобин связывается нормально. Но его в крови слишком мало, что не позволяет обеспечить нормальное функционирование органов и систем. Из-за этого чаще развивается хроническая гипоксия.

Опасным состоянием для человека является гемическая гипоксия. Причины ее могут быть разными. Это, например, может быть нарушение способности гемоглобина переносить молекулы кислорода, патология проявляется в острой форме. Гемоглобин в достаточном количестве проходит через легкие. Но, поменяв свои свойства, он не может насытиться кислородом. Потому органы испытывают его недостаток. Отравление может произойти такими химическими веществами, как угарный газ, нитраты, сера, нитриты и т. д. Они связываются в организме с гемоглобином, влияя на его свойства.

Причины анемии

В лабораторных условиях можно выявить, что у человека развивается гемическая гипоксия. Причины патологии анемического типа разные. Например, это могут быть определенные заболевания. Так, у мужчин к подобному состоянию может приводить хронический недостаток железа в организме или иных важных микроэлементов, или витаминов. Из-за этого обменные процессы протекают неправильно.

причины вызывающие гемическую гипоксию

Приводить к недостатку гемоглобина в крови у женщин могут гормональные сбои, обильные менструации, беременность и роды, лактация. У представительниц прекрасного пола анемия диагностируется чаще, чем у мужчин.

У представителей обоих полов гемический тип гипоксии, вызванный недостатком гемоглобина, может быть вызван скрытыми заболеваниями ЖКТ, проявляться при эрозии кишечника, геморрое, язвенной болезни. Также к подобному исходу могут приводить паразитарные заболевания, доброкачественные или злокачественные новообразования.

Кроме того, при неправильной диете, голодании развивается анемия у людей любого возраста и пола. Особенно это состояние часто диагностируется у женщин, которые стараются снизить вес. Строгие диеты негативно отражаются на общем самочувствии, приводят к развитию анемии и кислородному голоданию. Поэтому важно включить в рацион мясо, молоко, яйца, бобовые, много зелени, каши. В этом случае неприятные симптомы, которые сопровождают гипоксию, в скором времени пройдут.

Отравление

Признаки гемической гипоксии определяются также при отравлении разными химическими веществами. В этом случае количество гемоглобина в крови достаточное, но он не способен переносить кислород. Отравление может случиться в разных обстоятельствах. Чаще всего подобное случается во время пожара. Если человек вдыхает угарный газ, у него развивается острая гипоксия.

патогенез гемической гипоксии

Однако не многие знают, что, кроме угарного газа, к подобным последствиям приводит вдыхание сигаретного дыма, выхлопов автомобилей, растворителей и т. д. Нитраты и нитриты содержатся в некоторых химических средствах. Так, можно отравиться такими веществами, как анилин, бертолетова соль, метиленовая синька, нафталин, перманганат калия и прочее.

Прочие отравляющие вещества

Гипоксия кровяного типа может диагностироваться после контакта человека с такими веществами:

  • Анестезин.
  • Викасол.
  • Аспирин.
  • Гидроксиламин.
  • Красная кровяная соль.
  • Новокан.
  • Селитра.
  • Оксид азота.
  • Сульфаниламидные препараты (например, бисептол).
  • Фенилгидразин.
  • Фенацетин.
  • Цитрамон.
  • Хиноны.

Токсические вещества, контактируя с гемоглобином, меняют его качества. Кроме перечисленных способов отравления, человек может пострадать в ходе производства силоса, при ацетиленовой сварке, а также при контакте с дефолиантами, гербицидами, взрывчаткой и т. д.

Симптоматика

Особыми проявлениями характеризуется гемическая гипоксия. Симптомы проявляются при всех формах, кроме молниеносной. В этом случае симптомы просто не успевают проявиться. При молниеносной гипоксии наступает быстрая смерть (не более 2 минут).

Острая форма длится в течение 2-3 часов. Недостаточность кислорода проявляется сразу в нескольких органах и системах. Дыхание учащается, как и частота биения сердца. Артериальное давление падает. Далее, если не устранить причины гипоксии, человек впадает в кому. Наступает агония с последующим летальным исходом.

Симптом при подострой форме

При подострой форме гемической гипоксии развивается гипоксический синдром. В первую очередь развиваются нарушения со стороны ЦНС. Именно головной мозг наиболее чувствителен к недостатку кислорода. В его тканях быстро появляются некротические очаги. В результате может образоваться кровоизлияние. Человек из-за этого на раннем этапе чувствует эйфорию. Его состояние становится возбужденным, он не может сидеть без движения. При этом человек не понимает обычно, насколько серьезно подобное явление.

Если не устранить гипоксию, появляется угнетение функций коры головного мозга. Проявление этого состояния похоже на алкогольное опьянение. Появляется сонливость, головокружение, вялость и шум в ушах. Человек может чувствовать головную боль и заторможенность. Иногда появляется непроизвольное отхождение кала и мочи, появляется рвота, тошнота. Сначала можно наблюдать расстройство координации движений, а затем судороги. Последние появляются при наличии внешних раздражителей. Сначала начинают подергиваться мышцы лица, затем судороги наблюдаются на руках, ногах. Дальше присоединяются беспорядочные сокращения мышц живота.

При отравлении химическими веществами кожа приобретает розоватый оттенок. Давление падает, человек впадает в кому. При этом функции мозга угасают. Если давление снизится ниже 20 мм рт. ст., человек погибает.

При хронической гемической гипоксии симптомы менее выражены. Со временем они могут пройти совсем. Человек постепенно адаптируется.

Этиология и патогенез различных типов гипоксии

Экзогенный тип гипоксии

К экзогенным типам гипоксии относят нормо‑ и гипобарическую гипоксию. Причина их развития: уменьшение парциального давления кислорода (pO2) в воздухе, поступающем в организм.

• При нормальном барометрическом давлении говорят о нормобарической экзогенной гипоксии.

• При снижении барометрического давления экзогенную гипоксию называют гипобарической.

Нормобарическая экзогенная гипоксия

Причины нормобарической экзогенной гипоксии: ограничение поступления в организм кислорода с воздухом при нормальном барометрическом давлении. Такие условия складываются при:

• Нахождении людей в небольшом и/или плохо вентилируемом пространстве (помещении, шахте, колодце, лифте).

• При нарушениях регенерации воздуха и/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

Причины гипобарической экзогенной гипоксии: снижение барометрического давления при подъёме на высоту (более 3000–3500 м, где pO2 воздуха снижено примерно до 100 мм рт.ст.) или в барокамере. В этих условиях возможно развитие либо горной, либо высотной, либо декомпрессионной болезни.

Горная болезнь наблюдается при подъёме в горы, где организм подвергается воздействию не только пониженного содержания кислорода в воздухе и пониженного барометрического давления, но также более или менее выраженной физической нагрузки, охлажения, повышенной инсоляции и других факторов средне‑ и высокогорья.

Высотная болезнь развивается у людей, поднятых на большую высоту в открытых летательных аппаратах, на креслах‑подъёмниках, а также — при снижении давления в барокамере. В этих случаях на организм действуют в основном сниженные pO2 во вдыхаемом воздухе и барометрическое давление.

Декомпрессионная болезнь наблюдается при резком снижении барометрического давления (например, в результате разгерметизации летательных аппаратов на высоте более 10 000–11 000 м). При этом формируется опасное для жизни состояние, отличающееся от горной и высотной болезни острым или даже молниеносным течением.

Патогенез экзогенных гипоксий

К основным звеньям патогенеза экзогенной гипоксии (независимо от её причины) относятся артериальная гипоксемия, гипокапния, газовый алкалоз, сменяющийся ацидозом; артериальная гипотензия, сочетающаяся с гипоперфузией органов и тканей.

• Снижение напряжения кислорода в плазме артериальной крови (артериальная гипоксемия) — инициальное и главное звено экзогенной гипоксии. Гипоксемия ведёт к уменьшению насыщения кислородом Hb, общего содержания кислорода в крови и как следствие — к нарушениям газообмена и метаболизма в тканях.

• Снижение напряжения в крови углекислого газа (гипокапния). Она возникает в результате компенсаторной гипервентиляции лёгких (в связи с гипоксемией).

• Газовый алкалоз является результатом гипокапнии.

Вместе с тем, следует помнить, что при наличии во вдыхаемом воздухе высокого содержания углекислого газа (например, при дыхании в замкнутом пространстве или в производственных условиях) экзогенная гипоксемия может сочетаться с гиперкапнией и ацидозом. Умеренная гиперкапния (в отличие от гипокапнии) не усугубляет влияний экзогенной гипоксии, а напротив — способствует увеличению кровообращения в сосудах мозга и сердца. Однако значительное увеличение рCO2 в крови приводит к ацидозу, дисбалансу ионов в клетках и биологических жидкостях, гипоксемии, снижению сродства Hb к кислороду и ряду других патогенных эффектов.

• Снижение системного АД (артериальная гипотензия), сочетающееся с гипоперфузией тканей в значительной мере являются следствием гипокапнии. CO2 относится к числу основных факторов регуляции тонуса сосудов мозга. Выраженное снижение раCO2 является сигналом к сужению просвета артериол мозга, сердца и уменьшения их кровоснабжения. Эти изменения служат причиной существенных расстройств жизнедеятельности организма, включая развитие обморока и коронарной недостаточности (проявляющейся стенокардией, а иногда — инфарктом миокарда).

Параллельно с указанными отклонениями выявляются нарушения ионного баланса как в клетках, так и в биологических жидкостях: межклеточной, плазме крови (гипернатриемия, гипокалиемия и гипокальциемия), лимфе, ликворе. Описанные выше отклонения могут быть уменьшены или устранены путём добавления к вдыхаемому воздуху необходимого (расчётного) количества углекислого газа.

Эндогенные типы гипоксии

Эндогенные гипоксические состояния в большинстве случаев являются результатом патологических процессов и болезней, приводящих к недостаточному транспорту к органам кислорода, субстратов обмена веществ и/или использования их тканями. Гипоксия различной выраженности и длительности может также развиться в результате резкого увеличения потребности организма в энергии в связи со значительно возросшими нагрузками (например, при резком повышении физической нагрузки). При этом даже максимальная активация кислородтранспортных и энергопродуцирующих систем не способна ликвидировать энергодефицита (перегрузочная гипоксия).

Дыхательная гипоксия

Причина дыхательной (респираторной) гипоксии — недостаточность газообмена в лёгких — дыхательная недостаточность.

Патогенез

Развитие дыхательной недостаточности может быть обусловлено альвеолярной гиповентиляцией, сниженной перфузией кровью лёгких, нарушением диффузии кислорода через аэрогематический барьер, диссоциацией вентиляционно‑перфузионного соотношения (причины и механизмы развития дыхательной недостаточности см. в главе 23). Вне зависимости от происхождения дыхательной гипоксии, инициальным патогенетическим звеном является артериальная гипоксемия, обычно сочетающаяся с гиперкапнией и ацидозом.

Изменения газового состава и рН крови

Изменения газового состава и рН крови при дыхательном типе гипоксии представлены на рис. 15–2.

Рис. 15–2. Типичные изменения газового состава и рН крови при гипоксии дыхательного типа.

• Снижение раО2 и рvО2 (артериальная и венозная гипоксемия).

• Как правило, увеличение раCO2 (гиперкапния).

• Ацидоз (на раннем этапе острой дыхательной недостаточности — газовый, а затем и негазовый).

• Снижение показателей SaO2 и SvO2 (насыщения Hb, соответственно, артериальной и венозной крови).

Циркуляторная гипоксия

Причина сердечно‑сосудистой (циркуляторной, гемодинамической) гипоксии: недостаточность кровоснабжения тканей и органов.

Патогенез. Недостаточность кровоснабжения формируется на основе гиповолемии, сердечной недостаточности, снижения тонуса стенок сосудов, расстройств микроциркуляции, нарушений диффузии кислорода из капиллярной крови к клеткам.

Гиповолемия — уменьшение общего объёма крови в сосудистом русле и полостях сердца. Это один из важных механизмов развития недостаточности кровообращения и циркуляторной гипоксии. Причины гиповолемии:

† Большая кровопотеря.

† Гипогидратация организма (например, при хронических поносах, ожоговой болезни, массивном длительном потоотделении).

Сердечная недостаточность проявляется снижением выброса крови из желудочков сердца и как следствие — уменьшением ОЦК. Причины:

† Прямое повреждение миокарда (например, кардиотропными токсинами, при его инфаркте, диффузном кардиосклерозе).

† Перегрузка миокарда (например, увеличенной массой крови или повышенным сосудистым сопротивлением её току),

† Нарушение диастолического расслабления сердца (например, при его сдавлении — тампонаде экссудатом или кровью, накопившимися в полости перикарда).

• Снижение тонуса стенок сосудов

Снижение тонуса стенок сосудов (как артериальных так и венозных). Это приводит к увеличению ёмкости сосудистого русла и уменьшению ОЦК. Причины:

† Снижение адренергических влияний на стенки сосудов (например, при надпочечниковой недостаточности, повреждении нейронов кардиовазомоторного центра).

† Доминирование холинергических воздействий (например, при невротических состояниях, на торпидной стадии шока, при отклонениях показателей электролитного баланса и КЩР).

† Дефицит минералокортикоидов в организме.

Гипотония стенок сосудов любого происхождения обусловливает снижение артериального и перфузионного давлений, а также объёма кровотока в сосудах тканей и органов.

• Расстройства микроциркуляции (см. главу 22).

Нарушение диффузии кислорода через стенку микрососудов, в межклеточной жидкости, через плазмолемму и цитозоль к митохондриям. В конечном итоге это приводит к дефициту кислорода в матриксе митохондрий и, следовательно, к снижению интенсивности тканевого дыхания. Причины:

† Уплотнение стенок микрососудов (например, при дистрофиях их стенок, васкулитах, артериолосклерозе, интерстициальном отёке, микседеме).

† Мембранопатии клеток (например, при активации липопероксидного процесса, клеточных дистрофиях, опухолевом росте).

Циркуляторная гипоксия часто является результатом комбинации указанных выше механизмов (например при коллапсе, шоке, надпочечниковой недостаточности и гиперкортицизме различного генеза, артериальной гипер‑ и гипотензии).

Виды циркуляторной гипоксии

Важной особенностью гипоксии циркуляторного типа является возможность развития локальной и системной её форм.

• Локальная гипоксия

Причины

† Местные расстройства кровообращения (венозная гиперемия, ишемия, стаз).

† Регионарные нарушения диффузии кислорода из крови к клеткам и их митохондриям.

• Системная гипоксия

Причины

† Гиповолемия.

† Сердечная недостаточность.

† Генерализованные формы снижения тонуса сосудов.

Изменения газового состава и рН крови

Изменения газового состава и рН крови при гипоксии циркуляторного типа представлены на рис. 15–3.

Рис. 15–3. Типичные изменения газового состава и рН крови при гипоксии сердечно‑сосудистого типа. *АВР — артерио‑венозная разница по кислороду.

• Снижение рvО2 (венозная гипоксемия).

• Нормальное (как правило) раО2.

• Увеличение артериовенозной разницы по кислороду (за исключением вариантов с масштабным «сбросом» крови по артериовенозным шунтам минуя капиллярную сеть).

• Негазовый ацидоз.

• Снижение SvО2 (исключение — гипоксия при артериовенозном шунтировании).

Гемический тип гипоксии

Причина кровяной (гемической) гипоксии: снижение эффективной кислородной ёмкости крови и, следовательно, её транспортирующей кислород функции.

Hb является оптимальным переносчиком кислорода. Транспорт кислорода от лёгких к тканям почти полностью осуществляется при участии Hb. Наибольшее количество кислорода, которое способен переносить Hb, равно 1,39 мл газообразного O2 на 1 г Hb. Реально транспортная способность Hb определяется количеством кислорода, связанного с Hb, и количеством кислорода, отданного тканям. При насыщении Hb кислородом в среднем на 96% кислородная ёмкость артериальной крови (VaO2) достигает примерно 20% (объёмных). В венозной крови этот показатель приближается к 14 % (объёмным). Следовательно, артерио‑венозная разница по кислороду составляет 6%.

Патогенез. Главными звеньями механизма снижения кислородной ёмкости крови являются уменьшение содержания Hb в единице объёма крови (и, как правило, в организме в целом) и нарушения транспортных свойств Hb — т.е. анемия (см. гл. 22).

В целом гемический тип гипоксии характеризуется снижением способности Hb эритроцитов связывать кислород (в капиллярах лёгких), транспортировать и отдавать оптимальное количество его в тканях. При этом реальная кислородная ёмкость крови может снижаться до 5–10 % (объёмных).

• Уменьшение содержания Hb в единице объёма крови

Ведущее к гипоксии уменьшение содержания Hb в единице объёма крови и в организме в целом наблюдается при:

† Весьма существенном уменьшении числа эритроцитов и/или

† снижении содержания Hb (иногда до 40–60 г/л), т.е. при выраженных анемиях.

• Нарушения транспортных свойств Hb

Нарушения транспортных свойств Hb (гемоглобинопатии) обусловлены изменением его способности к оксигенации в крови капилляров альвеол и дезоксигенации в капиллярах тканей. Эти изменения могут быть наследуемыми или приобретёнными.

Наследуемые гемоглобинопатии. Причиной наследуемого снижения свойства Hb транспортировать кислород к тканям чаще всего являются мутации генов, сопровождающиеся нарушением аминокислотного состава глобинов. Существует множество наследственных гемоглобинопатий. Так, в каталоге OMIM наследственных болезней человека (каталог проф. Виктора МакКьюсика) зарегистрировано не менее 700 аллелей глобинов. См. также статьи «Гемоглобин» и «Гемоглобинопатии» в приложении «Справочник терминов».

Приобретённые гемоглобинопатии. Причинами приобретённых гемоглобинопатий чаще всего является повышенное содержание в крови метгемоглобинообразователей, окиси углерода, карбиламингемоглобина, нитроксигемоглобина.

‡ Метгемоглобинообразователи — группа веществ, обусловливающих переход иона железа из закисной формы (Fe2+) в окисную (Fe3+). Последняя форма обычно находится в связи с OН. К метгемоглобинообразователям относятся нитраты, нитриты, хиноны, соединения хлорноватистой кислоты, некоторые ЛС (сульфаниламиды, фенацетин, амидопирин), эндогенные перекисные соединения. Образование метгемоглобина (MetHb) — обратимый процесс. Устранение метгемоглобинообразователя из организма сопровождается переходом (в течение нескольких часов) железа Hb в закисную форму. Участвующая в этом процессе МК дегидрируется в пировиноградную. MetHb не способен переносить кислород. В связи с этим кислородная ёмкость крови снижается. Учитывая, что MetHb имеет тёмно‑коричневую окраску, кровь и ткани организма также приобретают соответствующий оттенок.

‡ Окись углерода обладает высоким сродством (почти в 300 раз больше по сравнению с кислородом) к Hb. Окись углерода содержится в достаточно высокой концентрации в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания, работающих на бензине или керосине; в бытовом газе; в составе многих газов, образующихся в литейном производстве; при обжиге кирпича; при получении ацетона, метанола, аммиака и ряда других веществ. При взаимодействии окиси углерода с Hb образуется карбоксигемоглобин (HbCO), теряющий способность транспортировать кислород к тканям. Количество образующегося HbCO прямо пропорционально рCO и обратно пропорционально рО2 в воздухе. Выраженные нарушения жизнедеятельности организма развиваются при увеличении содержания HbCO в крови до 50% (от общей концентрации Hb). Повышение его уровня до 70–75% приводит к выраженной гипоксемии и смерти. Устранение CO из вдыхаемого воздуха обусловливает диссоциацию HbCO, но этот процесс протекает медленно и занимает несколько часов. HbCO имеет ярко‑красный цвет. В связи с этим при его избыточном образовании в организме кожа и слизистые оболочки становятся красными.

‡ Другие соединения Hb (например, карбиламингемоглобин, нитроксигемоглобин) образующиеся под влиянием сильных окислителей, также снижают транспортную способность Hb и вызывают развитие гемической гипоксии.

‡ Образование и диссоциация HbO2 во многом зависят от физико‑химических свойств плазмы крови. Изменения рН, осмотического давления, содержания 2,3‑дифосфоглицерата, реологических свойств снижает транспортные свойства Hb и способность HbO2 отдавать кислород тканям.

Изменения газового состава и рН крови

Изменения газового состава и рН крови при гемической гипоксии представлены на рис. 15–4.

Рис. 15–4. Типичные изменения газового состава и рН крови при гипоксии гемического типа. АВР — артерио‑венозная разница по кислороду.

• Снижение объёмного содержания кислорода в артериальной крови (VaO2 в норме равно 19,5–21 объёмных %).

• Нормальное (!) парциальное напряжение кислорода в артериальной крови.

• Снижение рvO2 (венозная гипоксемия).

• Уменьшение VvO2.

• Негазовый ацидоз.

• Снижение артерио‑венозной разницы по кислороду.

Тканевая гипоксия

Причины тканевой гипоксии: факторы, снижающие эффективность утилизации кислорода клетками тканей и/или сопряжения окисления и фосфорилирования.

Патогенез

Снижение эффективности усвоения кислорода клетками наиболее часто является результатом ингибирования активности ферментов биологического окисления, значительного изменения физико‑химических параметров в тканях, торможения синтеза ферментов биологического окисления и повреждения мембран клеток.

† Подавление активности ферментов биологического окисления наблюдается при:

‡ Специфическом ингибировании ферментов. Примером могут служить ионы циана (CN), препятствующие окислению цитохрома. В результате блокируется восстановление железа дыхательного фермента и транспорта кислорода к цитохрому. При этом реакции тканевого дыхания, активируемые другими агентами (не содержащими железо), не ингибируются. Однако, эффективность этих реакций весьма мала и не предотвращает развития гипоксии и нарушений жизнедеятельности.

Аналогичные последствия вызывает блокада активных центров ферментов тканевого дыхания антимицином А, соединениями, содержащими сульфид‑ион S2– и некоторыми другими веществами.

‡ Неспецифическом ингибировании ферментов биологического окисления ионами металлов (Ag2+, Hg2+, Cu2+). При этом указанные металлы обратимо взаимодействуют с SH–группами фермента с образованием его неактивной меркаптоидной формы.

‡ Конкурентном ингибировании ферментов биологического окисления. Оно заключается в блокировании активного центра фермента веществом, имеющим структурную аналогию с естественным субстратом реакции. Эффект конкурентного ингибирования фермента может быть устранён или снижен при возрастании содержания в клетке истинного субстрата. В роли конкурентных ингибиторов могут выступать оксалат и малонат, блокирующие взаимодействие сукцината с сукцинатдегидрогеназой в цикле трикарбоновых кислот; фторлимонная кислота, конкурирующая за активный центр аконитазы с цитратом.

† Изменения физико‑химических параметров в тканях (температуры, электролитного состава, рН, фазового состояния мембранных компонентов) в более или менее выраженной мере снижают эффективность биологического окисления. Отклонение от нормы указанных и других параметров наблюдается при многих болезнях и патологических состояниях: гипертермиях и гипотермиях, недостаточности различных органов (сердца, почек, печени), анемиях и ряде других).

† Торможение синтеза ферментов биологического окисления может наблюдаться при общем или частичном (особенно белковом) голодании; при большинстве гипо‑ и дисвитаминозов; нарушении обмена минеральных веществ, необходимых для синтеза ферментов.

† Повреждение мембран. В наибольшей мере это относится к мембранам митохондрий. Важно, что выраженная гипоксия любого типа сама по себе активирует многие механизмы, приводящие к повреждению мембран и ферментов клеток с развитием тканевой гипоксии.

• Снижение степени сопряжения окисления и фосфорилирования макроэргических соединений в дыхательной цепи.

† В этих условиях увеличиваются расход кислорода тканями и интенсивность функционирования компонентов дыхательной цепи. Однако, большая часть энергии транспорта электронов трансформируется в тепло и не используется для ресинтеза макроэргов. Эффективность биологического окисления снижается. Клетки не получают энергетического обеспечения. В связи с этим нарушаются их функции и нарушается жизнедеятельность организма в целом.

† Выраженной способностью разобщать процессы окисления и фосфорилирования обладают многие эндогенные агенты (например, избыток Ca2+, H+, ВЖК, йодсодержащие гормоны щитовидной железы), а также экзогенные вещества (2,4‑динитрофенол, дикумарин, пентахлорфенол, грамицидин и другие).

Изменения газового состава и рН крови

Изменения газового состава и рН крови при тканевой гипоксии представлены на рис. 15–5.

Рис. 15–5. Типичные изменения газового состава и рН крови при гипоксии тканевого типа. *При действии разобщающих агентов может меняться незначительно.

• Увеличение парциального напряжения кислорода в венозной крови.

• Повышение сатурации Hb кислородом в венозной крови.

• Увеличение объёмного содержания кислорода в венозной крови.

• Нормальный диапазон рО2, SO2 и VO2 в артериальной крови (в типичных случаях).

• Уменьшение артерио‑венозной разницы по кислороду (исключение — тканевая гипоксия, развившаяся при действии разобщителей окисления и фосфорилирования).

• Негазовый ацидоз.

Субстратный тип гипоксии

Причины: дефицит в клетках субстратов биологического окисления. В клинической практике речь чаще всего идёт об глюкозе. При этом доставка к клеткам кислорода существенно не нарушена.

Патогенез субстратной гипоксии заключается в прогрессирующем торможении биологического окисления. В связи с этим в клетках быстро снижается уровень АТФ и креатинфосфата, величина МП. Изменяются и другие электрофизиологические показатели, нарушаются различные пути метаболизма и пластические процессы.

Изменения газового состава и рН крови при субстратной гипоксии представлены на рис. 15–6.

Рис. 15–6. Типичные изменения газового состава и рН крови при гипоксии субстратного типа *АВР — артерио‑венозная разница по кислороду.

• Увеличение парциального напряжения кислорода в венозной крови.

• Повышение сатурации кислородом Hb эритроцитов венозной крови.

• Возрастание объёмного содержания кислорода в венозной крови.

• Уменьшение артерио‑венозной разницы по кислороду.

• Нормальные значения paO2, SaO2, VaO2.

• Ацидоз, развивающийся в результате нарушений обмена веществ, гемодинамики, внешнего дыхания и других изменений, обусловленных болезнью или патологическим процессом, вызвавшим гипоксию субстратного типа. Например, при СД — дефицит глюкозы в клетках, в организме накапливаются КТ, лактат, пируват (в связи с нарушением липидного и углеводного обмена), что приводит к метаболическому ацидозу.

Перегрузочный тип гипоксии

Причины перегрузочной гипоксии: значительное и/или длительное увеличение функции тканей, органов или их систем. При этом интенсификация доставки к ним кислорода и субстратов метаболизма, обмена веществ, реакций сопряжения окисления и фосфорилирования не способны устранить дефицита макроэргических соединений, развившегося в результате гиперфункции клетки. Наиболее часто речь идёт о ситуациях, вызывающих повышенное и/или продолжительное функционирование скелетных мышц и миокарда.

Патогенез. Чрезмерная по уровню и/или длительности нагрузка на мышцу (скелетную или сердца) обусловливает:

• Относительную (по сравнению с требуемым при данном уровне функции) недостаточность кровоснабжения мышцы.

• Дефицит кислорода в миоцитах. Последнее вызывает недостаточность процессов биологического окисления в них.

Изменения газового состава и рН крови при перегрузочной гипоксии приведены на рис. 15–7.

Рис. 15–7. Типичные изменения газового состава и рН крови при гипоксии перегрузочного типа. АВР — артерио‑венозная разница по кислороду.

• Снижение парциального напряжения кислорода в венозной крови (венозная гипоксемия), оттекающей от гиперфункционирующей мышцы.

• Уменьшение степени сатурации Hb эритроцитов в венозной крови.

• Увеличение артерио‑венозной разницы по кислороду.

• Увеличение парциального напряжения углекислого газа (гиперкапния) в венозной крови, что является результатом активированного метаболизма в ткани мышцы.

• Ацидоз в пробах крови, взятой из вены гиперфункционирующей мышцы.

Смешанный тип гипоксии

Смешанный тип гипоксии является результатом сочетания нескольких разновидностей гипоксии.

Причины

• Факторы, нарушающие два и более механизмов доставки и использования кислорода и субстратов метаболизма в процессе биологического окисления.

† Примером могут служить наркотические вещества, способные в высоких дозах угнетать функцию сердца, нейронов дыхательного центра и активность ферментов тканевого дыхания. В результате развивается смешанная гипоксия гемодинамического, дыхательного и тканевого типов.

† 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.

• Последовательное влияние факторов, ведущих к повреждению различных механизмов транспорта кислорода и субстратов метаболизма, а также процессов биологического окисления. Такая картина наблюдается при развитии тяжёлой гипоксии любого происхождения.

Например, острая массивная потеря крови приводит к гемической гипоксии. Снижение притока крови к сердцу ведёт к уменьшению выброса крови, расстройствам гемодинамики, в том числе — коронарного и мозгового кровотока. Ишемия ткани мозга может обусловить расстройство функции дыхательного центра и вызвать респираторный тип гипоксии. Взаимное потенцирование нарушений гемодинамики и внешнего дыхания приводит к значительному дефициту в тканях кислорода и субстратов метаболизма, к грубым повреждениям мембран клеток, а также ферментов биологического окисления и, как следствие — к гипоксии тканевого типа.

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 рН 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.

Этиология и патогенез различных типов гипоксии

Экзогенный тип гипоксии

К экзогенным типам гипоксии относят нормо‑ и гипобарическую гипоксию. Причина их развития: уменьшение парциального давления кислорода (pO2) в воздухе, поступающем в организм.

• При нормальном барометрическом давлении говорят о нормобарической экзогенной гипоксии.

• При снижении барометрического давления экзогенную гипоксию называют гипобарической.

Нормобарическая экзогенная гипоксия

Причины нормобарической экзогенной гипоксии: ограничение поступления в организм кислорода с воздухом при нормальном барометрическом давлении. Такие условия складываются при:

• Нахождении людей в небольшом и/или плохо вентилируемом пространстве (помещении, шахте, колодце, лифте).

• При нарушениях регенерации воздуха и/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

Причины гипобарической экзогенной гипоксии: снижение барометрического давления при подъёме на высоту (более 3000–3500 м, где pO2 воздуха снижено примерно до 100 мм рт.ст.) или в барокамере. В этих условиях возможно развитие либо горной, либо высотной, либо декомпрессионной болезни.

Горная болезнь наблюдается при подъёме в горы, где организм подвергается воздействию не только пониженного содержания кислорода в воздухе и пониженного барометрического давления, но также более или менее выраженной физической нагрузки, охлажения, повышенной инсоляции и других факторов средне‑ и высокогорья.

Высотная болезнь развивается у людей, поднятых на большую высоту в открытых летательных аппаратах, на креслах‑подъёмниках, а также — при снижении давления в барокамере. В этих случаях на организм действуют в основном сниженные pO2 во вдыхаемом воздухе и барометрическое давление.

Декомпрессионная болезнь наблюдается при резком снижении барометрического давления (например, в результате разгерметизации летательных аппаратов на высоте более 10 000–11 000 м). При этом формируется опасное для жизни состояние, отличающееся от горной и высотной болезни острым или даже молниеносным течением.

Патогенез экзогенных гипоксий

К основным звеньям патогенеза экзогенной гипоксии (независимо от её причины) относятся артериальная гипоксемия, гипокапния, газовый алкалоз, сменяющийся ацидозом; артериальная гипотензия, сочетающаяся с гипоперфузией органов и тканей.

• Снижение напряжения кислорода в плазме артериальной крови (артериальная гипоксемия) — инициальное и главное звено экзогенной гипоксии. Гипоксемия ведёт к уменьшению насыщения кислородом Hb, общего содержания кислорода в крови и как следствие — к нарушениям газообмена и метаболизма в тканях.

• Снижение напряжения в крови углекислого газа (гипокапния). Она возникает в результате компенсаторной гипервентиляции лёгких (в связи с гипоксемией).

• Газовый алкалоз является результатом гипокапнии.

Вместе с тем, следует помнить, что при наличии во вдыхаемом воздухе высокого содержания углекислого газа (например, при дыхании в замкнутом пространстве или в производственных условиях) экзогенная гипоксемия может сочетаться с гиперкапнией и ацидозом. Умеренная гиперкапния (в отличие от гипокапнии) не усугубляет влияний экзогенной гипоксии, а напротив — способствует увеличению кровообращения в сосудах мозга и сердца. Однако значительное увеличение рCO2 в крови приводит к ацидозу, дисбалансу ионов в клетках и биологических жидкостях, гипоксемии, снижению сродства Hb к кислороду и ряду других патогенных эффектов.

• Снижение системного АД (артериальная гипотензия), сочетающееся с гипоперфузией тканей в значительной мере являются следствием гипокапнии. CO2 относится к числу основных факторов регуляции тонуса сосудов мозга. Выраженное снижение раCO2 является сигналом к сужению просвета артериол мозга, сердца и уменьшения их кровоснабжения. Эти изменения служат причиной существенных расстройств жизнедеятельности организма, включая развитие обморока и коронарной недостаточности (проявляющейся стенокардией, а иногда — инфарктом миокарда).

Параллельно с указанными отклонениями выявляются нарушения ионного баланса как в клетках, так и в биологических жидкостях: межклеточной, плазме крови (гипернатриемия, гипокалиемия и гипокальциемия), лимфе, ликворе. Описанные выше отклонения могут быть уменьшены или устранены путём добавления к вдыхаемому воздуху необходимого (расчётного) количества углекислого газа.

Эндогенные типы гипоксии

Эндогенные гипоксические состояния в большинстве случаев являются результатом патологических процессов и болезней, приводящих к недостаточному транспорту к органам кислорода, субстратов обмена веществ и/или использования их тканями. Гипоксия различной выраженности и длительности может также развиться в результате резкого увеличения потребности организма в энергии в связи со значительно возросшими нагрузками (например, при резком повышении физической нагрузки). При этом даже максимальная активация кислородтранспортных и энергопродуцирующих систем не способна ликвидировать энергодефицита (перегрузочная гипоксия).

Дыхательная гипоксия

Причина дыхательной (респираторной) гипоксии — недостаточность газообмена в лёгких — дыхательная недостаточность.

Патогенез

Развитие дыхательной недостаточности может быть обусловлено альвеолярной гиповентиляцией, сниженной перфузией кровью лёгких, нарушением диффузии кислорода через аэрогематический барьер, диссоциацией вентиляционно‑перфузионного соотношения (причины и механизмы развития дыхательной недостаточности см. в главе 23). Вне зависимости от происхождения дыхательной гипоксии, инициальным патогенетическим звеном является артериальная гипоксемия, обычно сочетающаяся с гиперкапнией и ацидозом.

Изменения газового состава и рН крови

Изменения газового состава и рН крови при дыхательном типе гипоксии представлены на рис. 15–2.

Рис. 15–2. Типичные изменения газового состава и рН крови при гипоксии дыхательного типа.

• Снижение раО2 и рvО2 (артериальная и венозная гипоксемия).

• Как правило, увеличение раCO2 (гиперкапния).

• Ацидоз (на раннем этапе острой дыхательной недостаточности — газовый, а затем и негазовый).

• Снижение показателей SaO2 и SvO2 (насыщения Hb, соответственно, артериальной и венозной крови).

Циркуляторная гипоксия

Причина сердечно‑сосудистой (циркуляторной, гемодинамической) гипоксии: недостаточность кровоснабжения тканей и органов.

Патогенез. Недостаточность кровоснабжения формируется на основе гиповолемии, сердечной недостаточности, снижения тонуса стенок сосудов, расстройств микроциркуляции, нарушений диффузии кислорода из капиллярной крови к клеткам.

Гиповолемия — уменьшение общего объёма крови в сосудистом русле и полостях сердца. Это один из важных механизмов развития недостаточности кровообращения и циркуляторной гипоксии. Причины гиповолемии:

† Большая кровопотеря.

† Гипогидратация организма (например, при хронических поносах, ожоговой болезни, массивном длительном потоотделении).

Сердечная недостаточность проявляется снижением выброса крови из желудочков сердца и как следствие — уменьшением ОЦК. Причины:

† Прямое повреждение миокарда (например, кардиотропными токсинами, при его инфаркте, диффузном кардиосклерозе).

† Перегрузка миокарда (например, увеличенной массой крови или повышенным сосудистым сопротивлением её току),

† Нарушение диастолического расслабления сердца (например, при его сдавлении — тампонаде экссудатом или кровью, накопившимися в полости перикарда).

• Снижение тонуса стенок сосудов

Снижение тонуса стенок сосудов (как артериальных так и венозных). Это приводит к увеличению ёмкости сосудистого русла и уменьшению ОЦК. Причины:

† Снижение адренергических влияний на стенки сосудов (например, при надпочечниковой недостаточности, повреждении нейронов кардиовазомоторного центра).

† Доминирование холинергических воздействий (например, при невротических состояниях, на торпидной стадии шока, при отклонениях показателей электролитного баланса и КЩР).

† Дефицит минералокортикоидов в организме.

Гипотония стенок сосудов любого происхождения обусловливает снижение артериального и перфузионного давлений, а также объёма кровотока в сосудах тканей и органов.

• Расстройства микроциркуляции (см. главу 22).

Нарушение диффузии кислорода через стенку микрососудов, в межклеточной жидкости, через плазмолемму и цитозоль к митохондриям. В конечном итоге это приводит к дефициту кислорода в матриксе митохондрий и, следовательно, к снижению интенсивности тканевого дыхания. Причины:

† Уплотнение стенок микрососудов (например, при дистрофиях их стенок, васкулитах, артериолосклерозе, интерстициальном отёке, микседеме).

† Мембранопатии клеток (например, при активации липопероксидного процесса, клеточных дистрофиях, опухолевом росте).

Циркуляторная гипоксия часто является результатом комбинации указанных выше механизмов (например при коллапсе, шоке, надпочечниковой недостаточности и гиперкортицизме различного генеза, артериальной гипер‑ и гипотензии).

Виды циркуляторной гипоксии

Важной особенностью гипоксии циркуляторного типа является возможность развития локальной и системной её форм.

• Локальная гипоксия

Причины

† Местные расстройства кровообращения (венозная гиперемия, ишемия, стаз).

† Регионарные нарушения диффузии кислорода из крови к клеткам и их митохондриям.

• Системная гипоксия

Причины

† Гиповолемия.

† Сердечная недостаточность.

† Генерализованные формы снижения тонуса сосудов.

Изменения газового состава и рН крови

Изменения газового состава и рН крови при гипоксии циркуляторного типа представлены на рис. 15–3.

Рис. 15–3. Типичные изменения газового состава и рН крови при гипоксии сердечно‑сосудистого типа. *АВР — артерио‑венозная разница по кислороду.

• Снижение рvО2 (венозная гипоксемия).

• Нормальное (как правило) раО2.

• Увеличение артериовенозной разницы по кислороду (за исключением вариантов с масштабным «сбросом» крови по артериовенозным шунтам минуя капиллярную сеть).

• Негазовый ацидоз.

• Снижение SvО2 (исключение — гипоксия при артериовенозном шунтировании).

Гемический тип гипоксии

Причина кровяной (гемической) гипоксии: снижение эффективной кислородной ёмкости крови и, следовательно, её транспортирующей кислород функции.

Hb является оптимальным переносчиком кислорода. Транспорт кислорода от лёгких к тканям почти полностью осуществляется при участии Hb. Наибольшее количество кислорода, которое способен переносить Hb, равно 1,39 мл газообразного O2 на 1 г Hb. Реально транспортная способность Hb определяется количеством кислорода, связанного с Hb, и количеством кислорода, отданного тканям. При насыщении Hb кислородом в среднем на 96% кислородная ёмкость артериальной крови (VaO2) достигает примерно 20% (объёмных). В венозной крови этот показатель приближается к 14 % (объёмным). Следовательно, артерио‑венозная разница по кислороду составляет 6%.

Патогенез. Главными звеньями механизма снижения кислородной ёмкости крови являются уменьшение содержания Hb в единице объёма крови (и, как правило, в организме в целом) и нарушения транспортных свойств Hb — т.е. анемия (см. гл. 22).

В целом гемический тип гипоксии характеризуется снижением способности Hb эритроцитов связывать кислород (в капиллярах лёгких), транспортировать и отдавать оптимальное количество его в тканях. При этом реальная кислородная ёмкость крови может снижаться до 5–10 % (объёмных).

• Уменьшение содержания Hb в единице объёма крови

Ведущее к гипоксии уменьшение содержания Hb в единице объёма крови и в организме в целом наблюдается при:

† Весьма существенном уменьшении числа эритроцитов и/или

† снижении содержания Hb (иногда до 40–60 г/л), т.е. при выраженных анемиях.

• Нарушения транспортных свойств Hb

Нарушения транспортных свойств Hb (гемоглобинопатии) обусловлены изменением его способности к оксигенации в крови капилляров альвеол и дезоксигенации в капиллярах тканей. Эти изменения могут быть наследуемыми или приобретёнными.

Наследуемые гемоглобинопатии. Причиной наследуемого снижения свойства Hb транспортировать кислород к тканям чаще всего являются мутации генов, сопровождающиеся нарушением аминокислотного состава глобинов. Существует множество наследственных гемоглобинопатий. Так, в каталоге OMIM наследственных болезней человека (каталог проф. Виктора МакКьюсика) зарегистрировано не менее 700 аллелей глобинов. См. также статьи «Гемоглобин» и «Гемоглобинопатии» в приложении «Справочник терминов».

Приобретённые гемоглобинопатии. Причинами приобретённых гемоглобинопатий чаще всего является повышенное содержание в крови метгемоглобинообразователей, окиси углерода, карбиламингемоглобина, нитроксигемоглобина.

‡ Метгемоглобинообразователи — группа веществ, обусловливающих переход иона железа из закисной формы (Fe2+) в окисную (Fe3+). Последняя форма обычно находится в связи с OН. К метгемоглобинообразователям относятся нитраты, нитриты, хиноны, соединения хлорноватистой кислоты, некоторые ЛС (сульфаниламиды, фенацетин, амидопирин), эндогенные перекисные соединения. Образование метгемоглобина (MetHb) — обратимый процесс. Устранение метгемоглобинообразователя из организма сопровождается переходом (в течение нескольких часов) железа Hb в закисную форму. Участвующая в этом процессе МК дегидрируется в пировиноградную. MetHb не способен переносить кислород. В связи с этим кислородная ёмкость крови снижается. Учитывая, что MetHb имеет тёмно‑коричневую окраску, кровь и ткани организма также приобретают соответствующий оттенок.

‡ Окись углерода обладает высоким сродством (почти в 300 раз больше по сравнению с кислородом) к Hb. Окись углерода содержится в достаточно высокой концентрации в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания, работающих на бензине или керосине; в бытовом газе; в составе многих газов, образующихся в литейном производстве; при обжиге кирпича; при получении ацетона, метанола, аммиака и ряда других веществ. При взаимодействии окиси углерода с Hb образуется карбоксигемоглобин (HbCO), теряющий способность транспортировать кислород к тканям. Количество образующегося HbCO прямо пропорционально рCO и обратно пропорционально рО2 в воздухе. Выраженные нарушения жизнедеятельности организма развиваются при увеличении содержания HbCO в крови до 50% (от общей концентрации Hb). Повышение его уровня до 70–75% приводит к выраженной гипоксемии и смерти. Устранение CO из вдыхаемого воздуха обусловливает диссоциацию HbCO, но этот процесс протекает медленно и занимает несколько часов. HbCO имеет ярко‑красный цвет. В связи с этим при его избыточном образовании в организме кожа и слизистые оболочки становятся красными.

‡ Другие соединения Hb (например, карбиламингемоглобин, нитроксигемоглобин) образующиеся под влиянием сильных окислителей, также снижают транспортную способность Hb и вызывают развитие гемической гипоксии.

‡ Образование и диссоциация HbO2 во многом зависят от физико‑химических свойств плазмы крови. Изменения рН, осмотического давления, содержания 2,3‑дифосфоглицерата, реологических свойств снижает транспортные свойства Hb и способность HbO2 отдавать кислород тканям.

Изменения газового состава и рН крови

Изменения газового состава и рН крови при гемической гипоксии представлены на рис. 15–4.

Рис. 15–4. Типичные изменения газового состава и рН крови при гипоксии гемического типа. АВР — артерио‑венозная разница по кислороду.

• Снижение объёмного содержания кислорода в артериальной крови (VaO2 в норме равно 19,5–21 объёмных %).

• Нормальное (!) парциальное напряжение кислорода в артериальной крови.

• Снижение рvO2 (венозная гипоксемия).

• Уменьшение VvO2.

• Негазовый ацидоз.

• Снижение артерио‑венозной разницы по кислороду.

Тканевая гипоксия

Причины тканевой гипоксии: факторы, снижающие эффективность утилизации кислорода клетками тканей и/или сопряжения окисления и фосфорилирования.

Патогенез

Снижение эффективности усвоения кислорода клетками наиболее часто является результатом ингибирования активности ферментов биологического окисления, значительного изменения физико‑химических параметров в тканях, торможения синтеза ферментов биологического окисления и повреждения мембран клеток.

† Подавление активности ферментов биологического окисления наблюдается при:

‡ Специфическом ингибировании ферментов. Примером могут служить ионы циана (CN), препятствующие окислению цитохрома. В результате блокируется восстановление железа дыхательного фермента и транспорта кислорода к цитохрому. При этом реакции тканевого дыхания, активируемые другими агентами (не содержащими железо), не ингибируются. Однако, эффективность этих реакций весьма мала и не предотвращает развития гипоксии и нарушений жизнедеятельности.

Аналогичные последствия вызывает блокада активных центров ферментов тканевого дыхания антимицином А, соединениями, содержащими сульфид‑ион S2– и некоторыми другими веществами.

‡ Неспецифическом ингибировании ферментов биологического окисления ионами металлов (Ag2+, Hg2+, Cu2+). При этом указанные металлы обратимо взаимодействуют с SH–группами фермента с образованием его неактивной меркаптоидной формы.

‡ Конкурентном ингибировании ферментов биологического окисления. Оно заключается в блокировании активного центра фермента веществом, имеющим структурную аналогию с естественным субстратом реакции. Эффект конкурентного ингибирования фермента может быть устранён или снижен при возрастании содержания в клетке истинного субстрата. В роли конкурентных ингибиторов могут выступать оксалат и малонат, блокирующие взаимодействие сукцината с сукцинатдегидрогеназой в цикле трикарбоновых кислот; фторлимонная кислота, конкурирующая за активный центр аконитазы с цитратом.

† Изменения физико‑химических параметров в тканях (температуры, электролитного состава, рН, фазового состояния мембранных компонентов) в более или менее выраженной мере снижают эффективность биологического окисления. Отклонение от нормы указанных и других параметров наблюдается при многих болезнях и патологических состояниях: гипертермиях и гипотермиях, недостаточности различных органов (сердца, почек, печени), анемиях и ряде других).

† Торможение синтеза ферментов биологического окисления может наблюдаться при общем или частичном (особенно белковом) голодании; при большинстве гипо‑ и дисвитаминозов; нарушении обмена минеральных веществ, необходимых для синтеза ферментов.

† Повреждение мембран. В наибольшей мере это относится к мембранам митохондрий. Важно, что выраженная гипоксия любого типа сама по себе активирует многие механизмы, приводящие к повреждению мембран и ферментов клеток с развитием тканевой гипоксии.

• Снижение степени сопряжения окисления и фосфорилирования макроэргических соединений в дыхательной цепи.

† В этих условиях увеличиваются расход кислорода тканями и интенсивность функционирования компонентов дыхательной цепи. Однако, большая часть энергии транспорта электронов трансформируется в тепло и не используется для ресинтеза макроэргов. Эффективность биологического окисления снижается. Клетки не получают энергетического обеспечения. В связи с этим нарушаются их функции и нарушается жизнедеятельность организма в целом.

† Выраженной способностью разобщать процессы окисления и фосфорилирования обладают многие эндогенные агенты (например, избыток Ca2+, H+, ВЖК, йодсодержащие гормоны щитовидной железы), а также экзогенные вещества (2,4‑динитрофенол, дикумарин, пентахлорфенол, грамицидин и другие).

Изменения газового состава и рН крови

Изменения газового состава и рН крови при тканевой гипоксии представлены на рис. 15–5.

Рис. 15–5. Типичные изменения газового состава и рН крови при гипоксии тканевого типа. *При действии разобщающих агентов может меняться незначительно.

• Увеличение парциального напряжения кислорода в венозной крови.

• Повышение сатурации Hb кислородом в венозной крови.

• Увеличение объёмного содержания кислорода в венозной крови.

• Нормальный диапазон рО2, SO2 и VO2 в артериальной крови (в типичных случаях).

• Уменьшение артерио‑венозной разницы по кислороду (исключение — тканевая гипоксия, развившаяся при действии разобщителей окисления и фосфорилирования).

• Негазовый ацидоз.

Субстратный тип гипоксии

Причины: дефицит в клетках субстратов биологического окисления. В клинической практике речь чаще всего идёт об глюкозе. При этом доставка к клеткам кислорода существенно не нарушена.

Патогенез субстратной гипоксии заключается в прогрессирующем торможении биологического окисления. В связи с этим в клетках быстро снижается уровень АТФ и креатинфосфата, величина МП. Изменяются и другие электрофизиологические показатели, нарушаются различные пути метаболизма и пластические процессы.

Изменения газового состава и рН крови при субстратной гипоксии представлены на рис. 15–6.

Рис. 15–6. Типичные изменения газового состава и рН крови при гипоксии субстратного типа *АВР — артерио‑венозная разница по кислороду.

• Увеличение парциального напряжения кислорода в венозной крови.

• Повышение сатурации кислородом Hb эритроцитов венозной крови.

• Возрастание объёмного содержания кислорода в венозной крови.

• Уменьшение артерио‑венозной разницы по кислороду.

• Нормальные значения paO2, SaO2, VaO2.

• Ацидоз, развивающийся в результате нарушений обмена веществ, гемодинамики, внешнего дыхания и других изменений, обусловленных болезнью или патологическим процессом, вызвавшим гипоксию субстратного типа. Например, при СД — дефицит глюкозы в клетках, в организме накапливаются КТ, лактат, пируват (в связи с нарушением липидного и углеводного обмена), что приводит к метаболическому ацидозу.

Перегрузочный тип гипоксии

Причины перегрузочной гипоксии: значительное и/или длительное увеличение функции тканей, органов или их систем. При этом интенсификация доставки к ним кислорода и субстратов метаболизма, обмена веществ, реакций сопряжения окисления и фосфорилирования не способны устранить дефицита макроэргических соединений, развившегося в результате гиперфункции клетки. Наиболее часто речь идёт о ситуациях, вызывающих повышенное и/или продолжительное функционирование скелетных мышц и миокарда.

Патогенез. Чрезмерная по уровню и/или длительности нагрузка на мышцу (скелетную или сердца) обусловливает:

• Относительную (по сравнению с требуемым при данном уровне функции) недостаточность кровоснабжения мышцы.

• Дефицит кислорода в миоцитах. Последнее вызывает недостаточность процессов биологического окисления в них.

Изменения газового состава и рН крови при перегрузочной гипоксии приведены на рис. 15–7.

Рис. 15–7. Типичные изменения газового состава и рН крови при гипоксии перегрузочного типа. АВР — артерио‑венозная разница по кислороду.

• Снижение парциального напряжения кислорода в венозной крови (венозная гипоксемия), оттекающей от гиперфункционирующей мышцы.

• Уменьшение степени сатурации Hb эритроцитов в венозной крови.

• Увеличение артерио‑венозной разницы по кислороду.

• Увеличение парциального напряжения углекислого газа (гиперкапния) в венозной крови, что является результатом активированного метаболизма в ткани мышцы.

• Ацидоз в пробах крови, взятой из вены гиперфункционирующей мышцы.

Смешанный тип гипоксии

Смешанный тип гипоксии является результатом сочетания нескольких разновидностей гипоксии.

Причины

• Факторы, нарушающие два и более механизмов доставки и использования кислорода и субстратов метаболизма в процессе биологического окисления.

† Примером могут служить наркотические вещества, способные в высоких дозах угнетать функцию сердца, нейронов дыхательного центра и активность ферментов тканевого дыхания. В результате развивается смешанная гипоксия гемодинамического, дыхательного и тканевого типов.

† 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.

• Последовательное влияние факторов, ведущих к повреждению различных механизмов транспорта кислорода и субстратов метаболизма, а также процессов биологического окисления. Такая картина наблюдается при развитии тяжёлой гипоксии любого происхождения.

Например, острая массивная потеря крови приводит к гемической гипоксии. Снижение притока крови к сердцу ведёт к уменьшению выброса крови, расстройствам гемодинамики, в том числе — коронарного и мозгового кровотока. Ишемия ткани мозга может обусловить расстройство функции дыхательного центра и вызвать респираторный тип гипоксии. Взаимное потенцирование нарушений гемодинамики и внешнего дыхания приводит к значительному дефициту в тканях кислорода и субстратов метаболизма, к грубым повреждениям мембран клеток, а также ферментов биологического окисления и, как следствие — к гипоксии тканевого типа.

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 рН 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.

Этиология и патогенез различных типов гипоксии Экзогенный тип гипоксии Гипоксическая гипоксия

1. Нормобарическая

Причины: ограничение поступления в организм кислорода с воздухом при нормальном барометрическом давлении. Такие условия складываются при:

• Нахождении людей в небольшом и/или плохо вентилируемом пространстве (помещении, шахте, колодце, лифте).

• При нарушениях регенерации воздуха и/или подачи кислородной смеси для дыхания в летательных и глубинных аппаратах, автономных костюмах (космонавтов, лётчиков, водолазов, спасателей, пожарников).

• При несоблюдении методики ИВЛ.

2. Гипобарическая

Причины: снижение барометрического давления при подъёме на высоту (более 3–3,5 тыс. м, где pO2 воздуха снижено примерно до 100 мм рт.ст.) или в барокамере. В этих условиях возможно развитие либо горной, либо высотной, либо декомпрессионной болезни.

Горная болезнь наблюдается при подъёме в горы, где организм подвергается воздействию не только пониженного содержания кислорода в воздухе и пониженного барометрического давления, но также более или менее выраженной физической нагрузки, охлаждения, повышенной инсоляции и других факторов средне‑ и высокогорья.

Высотная болезнь развивается у людей, поднятых на большую высоту в открытых летательных аппаратах, на креслах-подъёмниках, а также — при снижении давления в барокамере. В этих случаях на организм действуют в основном сниженные pO2 во вдыхаемом воздухе и барометрическое давление.

Декомпрессионная болезнь наблюдается при резком снижении барометрического давления (например, в результате разгерметизации летательных аппаратов на высоте более 10-11 тыс м). При этом формируется опасное для жизни состояние, отличающееся от горной и высотной болезни острым или даже молниеносным течением.

Патогенез: основные звенья патогенеза экзогенной гипоксии артериальная гипоксемия, гипокапния, газовый алкалоз, сменяющийся ацидозом; артериальная гипотензия, сочетающаяся с гипоперфузией органов и тканей.

При наличии во вдыхаемом воздухе высокого содержания углекислого газа экзогенная гипоксемия может сочетаться с гиперкапнией и ацидозом. Умеренная гиперкапния способствует увеличению кровообращения в сосудах мозга и сердца. Однако значительное увеличение рCO2 в крови приводит к ацидозу, дисбалансу ионов в клетках и биологических жидкостях, гипоксемии, снижению сродства Hb к кислороду и ряду других патогенных эффектов.

Гипероксическая гипоксия

1. Гипербарическая. Возникает в условиях избытка кислорода. Избыточный кислород не потребляется в энергетических и пластических целях; угнетает процессы биологического окисления; подавляет тканевое дыхание является источником свободных радикалов, стимулирующих перекисное окисление липидов, вызывает накопление токсических продуктов, а также вызывает повреждение легочного эпителия, спадение альвеол, снижение потребления кислорода, и в итоге нарушается обмен веществ, возникают судороги, коматозное состояние (осложнения при гипербарической оксигенации).

2. Нормобарическая. Развивается как осложнение при кислородной терапии, когда длительно используются высокие концентрации кислорода, особенно у пожилых людей, у которых с возрастом падает активность антиоксидантной системы.

При гипероксической гипоксии в результате увеличения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе увеличивается его воздушно венозный градиент, но снижается скорость транспорта кислорода артериальной кровью и скорость потребления кислорода тканями, накапливаются недоокисленные продукты, возникает ацидоз.

Лекция №21 Гипоксия

Суточные потребности: 1 кг еды, 2 литра воды + 220 литров кислорода – пропустить 12000 литров воздуха.

Впервые о гипоксии заговорил Виктор Васильевич Пашутин (1845-1901) – один из основателей патофизиологии. Иван Михайлович Сеченов – роль системы крови как переносчика кислорода и Петр Михайлович Альбицкий – жил в Томске – разрабатывал вопросы по компенсации гипоксии.

Гипоксия – состояние, возникающее в результате недостаточного обеспечения тканей организма кислородом и /или нарушения его усвоения в ходе биологического окисления.

Гипоксия – типовой патологические процесс, развивающийся в результате недостаточности биологического окисления, приводящий к нарушению энергетического обеспечения функций и пластических процессов в организме.

Гипоксемия – снижение, по сравнению с должным, уровней напряжения и содержания кислорода крови.

Типы гипоксии по этиологии:

  1. Экзогенная — снижение кислорода в окружающем воздухе. Может быть гипобарической снижение атмосферного давления и снижение рО2 (высотная болезнь и горная болезнь). Горная болезнь развивается в разных горах на разной высоте: на Кавказе, Альпах развитие горной болезни будет определяться 3 тысячами. Факторы, влияющие на возникновение горной болезни: ветер, солнечная радиация, влажность воздуха, наличие снега, высокий перепад ночных и дневных температур + индивидуальная чувствительность: пол, возраст, тип конституции, тренированность, прошлый высотный опыт, физическое и психическое состояние. Тяжелая физическая работа. Скорость набора высоты:

  1. Эндогенная:

  1. Местная (регионарная):

Нормобарическая гипоксия развивается при нормальном атмосферном давлении:

Критерии экзогенной гипоксии:

  • Снижение Нb O2 (артериальной крови) – артериальная гипоксемия;

  • Снижение раСО2 (гипокапния) – при гипобарической гипоксии;

  • Повышение раСО2 (гиперкапния) в замкнутом пространстве.

Механизм экстренной адаптации организма к гипоксии. Острая гипоксия:

  1. Системы кислородного бюджета организма;

  2. Эффекты

  • Система внешнего дыхания: увеличен объема альвеолярной аентиляции, увеличение частоты и глубины дыхания;

  • ССС: увеличение МОС (увеличение ударного выброса и числа сокращений), централизация кровообращения (увеличение кровотока в жизненноважных органах).

  • Тканевое дыхание: повышение эффективности биологического окисления – активация ферментов тканевого дыхания, стимуляция гликолиза, повышение сопряжения окисления и фосфорилирования.

Хроническая гипоксия: системы кислородного бюджета организма, эффекты, механизмы эффектов:

  • Система внешнего дыхания: увеличение степени оксигенации крови в легких – гипертрофия дыхательных мышц, гипертрофия легких.

  • ССС: увеличение МОС за счет гипертрофии миокарда, увеличение числа митохондрий в кардиомиоцитах, возрастания скорости взаимодействия актина и миозина, увеличения количества капилляров, повышение активности систем регуляции сердца, артериальная гиперемия в функционирующих органах и тканях.

  • Система красной крови: увеличение кислородной емкости крови за счет активации эритропоэза, увеличения 2,3-ДФГ в эритроцитах, усиление диссоциации оксигемоглобина в тканях;

  • Тканевое дыхание: увеличение эффективности биологического окисления – митохондриогенез, повышение сопряжения окисления и фосфорилирования, переход на оптимальный уровень функционирования, повышение эффективности метаболизма.

Эффекты дозированной гипоксии:

  • Уменьшение чувствительности организма к ионизирующей радиации;

  • Уменьшение токсических эффектов цитостатиков;

  • Уменьшение побочных эффектов рентгено-контрастных веществ, глюкокортикоидов;

  • Ослабление действия галлюциногенов и судорожных веществ.

Дозирвоанная гипоксия при беременности:

  • Коррекция фето-плацентарной недостаточности;

  • Профилактика гипотрофии плода;

  • Ускорение созревания плода:

  • Увеличение поверхности и веса плаценты, емкости её капиллярной сети;

  • Рост объемной скорости маточно-плацентарного кровотока;

  • Ускорение созревания ферментных систем печени;

  • Быстрая замена HbF и HbA.

84. Гипоксия. Роль гипоксии в патогенезе различных патологических процессов и болезней. Устойчивость отдельных органов и тканей к кислородному голоданию.

Гипоксия или кислородное голодание– типический патологический процесс, развивающийся в результате недостаточного снабжения тканей кислородом или нарушения использования его тканями.

Виды гипоксии:

Гипоксическая или экзогенная гипоксияразвивается при снижении парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе. Наиболее типичным примером гипоксической гипоксии может служить горная болезнь. Ее проявления находятся в зависимости от высоты подъема.

Дыхательная, или респираторная, гипоксия возникает в результате нарушения внешнего дыхания, в частности нарушения легочной вентиляции, кровоснабжения легких или диффузии в них кислорода, при которых нарушается оксигенация артериальной крови.

Кровяная, или гемическая, гипоксия возникает в связи с нарушениями в системе крови, в частности с уменьшением ее кислородной емкости. Гемическая гипоксия подразделяется на анемическую и гипоксию вследствие инактивации гемоглобина.

Циркуляторная гипоксия развивается при местных и общих нарушениях кровообращения, причем в ней можно выделить ишемическую и застойную формы.Циркуляторная гипоксия может быть вызвана не только абсолютной, но и относительной недостаточностью кровообращения, когда потребность тканей в кислороде превышает его доставку. Такое состояние может возникнуть, например, в сердечной мышце при эмоциональных напряжениях, сопровождающихся выделением адреналина, действие которого хотя и вызывает расширение венечных артерий, но в то же время значительно повышает потребность миокарда в кислороде.

К этому виду гипоксии относится кислородное голодание тканей в результате нарушения микроциркуляции, которая, как известно, представляет собой капиллярный крово- и лимфоток, а также транспорт через капиллярную сеть и мембраны клеток.

Тканевая гипоксия — нарушения в системе утилизации кислорода. При этом виде гипоксии страдает биологическое окисление на фоне достаточного снабжения тканей кислородом. Причинами тканевой гипоксии являются снижение количества или активности дыхательных ферментов, разобщение окисления и фосфорилирования.

Смешанная гипоксия –комбинации различных видов гипоксий. Например, хроническая гипоксия любого генеза обычно осложняется поражением дыхательных ферментов и присоединением кислородной недостаточности тканевого характера.

Выделяют еще гипоксию нагрузки, которая развивается на фоне достаточного или даже повышенного снабжения тканей кислородом. Однако повышенное функционирование органа и значительно возросшая потребность в кислороде могут привести к неадекватному кислородному снабжению и развитию метаболических нарушений, характерных для истинной кислородной недостаточности. Примером могут служить чрезмерные нагрузки в спорте, интенсивная мышечная работа. Этот вид гипоксии является пусковым механизмом развития утомления.

Патологические нарушения при гипоксии.

При недостатке О2 происходит нарушение обмена веществ и накопление продуктов неполного окисления, многие из которых являются токсическими. В печени и мышцах, например, уменьшается количество гликогена, а образующаяся глюкоза не окисляется до конца. Молочная кислота, которая при этом накапливается, может изменять кислотно-основное состояние в сторону ацидоза. Обмен жиров также происходит с накоплением промежуточных продуктов — ацетона, ацетоуксусной и β-оксимасляной кислот (кетоновых тел). Появление продуктов перекисного окисления липидов (ПОЛ) — один из важнейших факторов гипоксического повреждения клетки. Нейтрализация их происходит средствами естественной антиоксидантной защиты, механизмы которой мы стремимся воспроизвести искусственно с целью коррекции гипоксических состояний на тканевом уровне. Накапливаются промежуточные продукты белкового обмена. Увеличивается содержание аммиака, снижается содержание глутамина, нарушается обмен фосфопротеидов и фосфолипидов, устанавливается отрицательный азотистый баланс. Синтетические процессы снижены. Изменения электролитного обмена заключаются в нарушении активного транспорта ионов через биологические мембраны, снижении количества внутриклеточного калия. Важная роль ионов кальция, накопление которых в цитоплазме клеток считается одним из основных звеньев гипоксического повреждения клетки, доказана положительным влиянием блокаторов кальциевых каналов. К метаболическим нарушениям при гипоксии следует отнести и нарушение синтеза медиаторов нервной системы.

Чувствительность различных тканей к недостатку кислорода неодинакова и находится в зависимости от следующих факторов:

  • интенсивности обмена веществ, т.е. потребности ткани в кислороде;

  • мощности ее гликолитической системы, т. е. способности вырабатывать энергию без участия кислорода;

  • запасов энергии в виде макроэргических соединений;

  • потенциальной возможности генетического аппарата обеспечивать пластическое закрепление гиперфункции.

Нарушения в органах и физиологических системах. Первыми признаками кислородного голодания являются нарушения нервной деятельности. Еще до появления грозных симптомов кислородного голодания возникает эйфория. Это состояние характеризуется эмоциональным и двигательным возбуждением, ощущением собственной силы или, наоборот, потерей интереса к окружающему, неадекватностью поведения. Причина этих явлений лежит в нарушении процессов внутреннего торможения.

При длительной гипоксии наблюдаются более тяжелые обменные и функциональные нарушения в нервной системе. Развивается торможение, нарушается рефлекторная деятельность, расстраивается регуляция дыхания и кровообращения. Потеря сознания и судороги являются грозными симптомами тяжелого течения кислородного голодания.

По чувствительности к кислородному голоданию второе место после нервной системы занимает сердечная мышца. Проводящая система сердца более устойчива, чем сократительные элементы. Нарушения возбудимости, проводимости и сократимости миокарда клинически проявляются тахикардией и аритмией. Недостаточность сердца, а также снижение тонуса сосудов в результате нарушения деятельности вазомоторного центра приводят к гипотензии и общему нарушению кровообращения. Последнее обстоятельство сильно осложняет течение патологического процесса, какой бы ни была первоначальная причина гипоксии.

Нарушение внешнего дыхания заключается в нарушении легочной вентиляции. Изменение ритма дыхания часто приобретает характер периодического дыхания Чейна — Стокса. Особое значение имеет развитие застойных явлений в легких. При этом альвеолярно-капиллярная мембрана утолщается, в ней развивается фиброзная ткань, ухудшается диффузия кислорода из альвеолярного воздуха в кровь.

В пищеварительной системе наблюдается угнетение моторики, снижение секреции пищеварительных соков желудка, кишок и поджелудочной железы.

Первоначальная полиурия сменяется нарушением фильтрационной способности почек.

В тяжелых случаях гипоксии снижается температура тела, что объясняется понижением обмена веществ и нарушением терморегуляции.

В коре надпочечных желез первоначальные признаки активации сменяются истощением.

Устойчивость к гипоксии зависит от многих причин, в том числе от возраста. Известно, что существуют индивидуальные различия чувствительности к гипоксии. В основе этого, по-видимому, лежит много факторов, но один из них интересно привести. Ключевой фермент антиокислительной защиты эритроцитов — супероксиддисмутаза — обладает разной активностью у индивидуумов с различным уровнем устойчивости к гипоксии. У лиц с пониженной устойчивостью к гипоксии наблюдается снижение фонда этого эндогенного антиоксиданта и высокий уровень перекисного метаболизма.

Некоторые состояния, характеризующиеся глубоким торможением ЦНС и снижением обмена веществ (сон, наркоз, гипотермия, зимняя спячка) способствуют снижению чувствительности организма к недостатку кислорода.

Устойчивость к гипоксии можно повысить искусственно. Первый способ заключается в снижении реактивности организма и его потребности в кислороде (наркоз, гипотермия), второй — в тренировке, укреплении и более полном развитии приспособительных реакций в условиях барокамеры или высокогорья.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.