фвывфы. Лекция 4 Кислородное голодание организма. Цель интерпритировать понятие гипоксия, гипоксемия, уметь охарактеризовать гипоксию как типовой патологический процесс, объяснить функциональные расстройства в организме и механизмы повреждения и компенсации при кислородном голодании. План
 Скачать 234.35 Kb.
|
|
Цель: интерпритировать понятие «гипоксия», «гипоксемия», уметь охарактеризовать гипоксию как типовой патологический процесс , объяснить функциональные расстройства в организме и механизмы повреждения и компенсации при кислородном голодании. План 1. Гипоксия – типовой патологический процесс. 2. Классификация кислородного голодания по этиологии и патогенезу . 3. Механизмы развития функциональных расстройств в организме при кислородном голодании. 4. Основные патогенетические механизмы развития каждой формы кислородного голодания. Определение и классификация гипоксии Гипоксия - типовой патологический процесс, развивающийся в результате недостаточности биологического окисления. Приводит к нарушению энергетического обеспечения функций и пластических процессов в организме. Гипоксия нередко сочетается с гипоксемией. В эксперименте создают условия аноксии для отдельных органов, тканей, клеток или субклеточных структур, а также аноксемии в пределах небольших участков кровеносного русла (например, изолированного органа). ♦ Аноксия - прекращение процессов биологического окисления, как правило, при отсутствии кислорода в тканях. ♦ Аноксемия - отсутствие кислорода в крови. В целостном живом организме формирование этих состояний невозможно. КЛАССИФИКАЦИЯ Гипоксии классифицируют с учётом этиологии, выраженности расстройств, скорости развития и длительности. • По этиологии выделяют две группы гипоксических состояний: ♦ экзогенные гипоксии (нормо- и гипобарическая); ♦ эндогенные гипоксии (тканевая, дыхательная, субстратная, сердечно-сосудистая, перегрузочная, кровяная). • По критерию выраженности расстройств жизнедеятельности различают лёгкую, среднюю (умеренную), тяжёлую и критическую (летальную) гипоксии. • По скорости возникновения и длительности выделяют несколько разновидностей гипоксии: ♦ Молниеносную (острейшую) гипоксию. Развивается в течение нескольких секунд (например, при разгерметизации летательных аппаратов на высоте более 9 000 м или в результате быстрой массивной потери крови). ♦ Острую гипоксию. Развивается в течение первого часа после воздействия причины гипоксии (например, в результате острой кровопотери или острой дыхательной недостаточности). ♦ Подострую гипоксию. Формируется в течение одних суток (например, при попадании в организм нитратов, окислов азота, бензола). ♦ Хроническую гипоксию. Развивается и длится более чем несколько суток (недели, месяцы, годы), например, при хронической анемии, сердечной или дыхательной недостаточности. ЭТИОЛОГИЯ И ПАТОГЕНЕЗ ГИПОКСИИ Экзогенный тип гипоксии Этиология Причина экзогенных гипоксий - недостаточное поступление кислорода с вдыхаемым воздухом. • Нормобарическая экзогенная гипоксия. Вызвана ограничением поступления в организм кислорода с воздухом в условиях нормального барометрического давления при: ♦ Нахождении людей в небольшом и недостаточно вентилируемом пространстве (например, в шахте, колодце, лифте). ♦ При нарушениях регенерации воздуха или подачи кислородной смеси для дыхания в летательных и глубинных аппаратах, автономных костюмах (космонавтов, лётчиков, водолазов, спасателей, пожарников). ♦ При несоблюдении методики ИВЛ. • Гипобарическая экзогенная гипоксия. Вызвана снижением барометрического давления при подъёме на высоту (более 3000-3500 м, где pO2 воздуха ниже 100 мм рт.ст.) или в барокамере. В этих условиях возможно развитие либо горной, либо высотной, либо декомпрессионной болезни. ♦ Горная болезнь возникает при подъёме в горы, где организм подвергается постепенному уменьшению барометрического давления и pO2 во вдыхаемом воздухе, а также охлаждению и повышенной инсоляции. ♦ Высотная болезнь развивается у людей, поднятых на большую высоту в открытых летательных аппаратах, а также при снижении давления в барокамере. В этих случаях на организм действует относительно быстрое снижение барометрического давления и pO2 во вдыхаемом воздухе. ♦ Декомпрессионная болезнь наблюдается при резком снижении барометрического давления (например, в результате разгерметизации летательных аппаратов на высоте более 9 000 м). Патогенез экзогенных гипоксий
К основным звеньям патогенеза экзогенной гипоксии (независимо от её причины) относятся: артериальная гипоксемия, гипокапния, газовый алкалоз и артериальная гипотензия. ♦ Артериальная гипоксемия - инициальное и главное звено экзогенной гипоксии. Гипоксемия ведёт к уменьшению поступления кислорода к тканям, что снижает интенсивность биологического окисления. ♦ Снижение напряжения в крови углекислого газа (гипокапния) возникает в результате компенсаторной гипервентиляции лёгких (в связи с гипоксемией). ♦ Газовый алкалоз является результатом гипокапнии. ♦ Снижение системного АД (артериальная гипотензия), сочетающееся с гипоперфузией тканей в значительной мере являются следствием гипокапнии. Выраженное снижение раС02 является сигналом к сужению просвета артериол мозга и сердца. Эндогенные типы гипоксии Эндогенные типы гипоксии являются результатом многих патологических процессов и болезней, а также могут развиться при значительном увеличении потребности организма в энергии. Дыхательный тип гипоксии • Причина - дыхательная недостаточность (недостаточность газообмена в лёгких, подробно описана в главе 23) может быть обусловлена: ♦ альвеолярной гиповентиляцией; ♦ сниженной перфузией кровью лёгких; ♦ нарушением диффузии кислорода через аэрогематический барьер; ♦ диссоциацией вентиляционно-перфузионного соотношения. • Патогенез. Инициальным патогенетическим звеном является артериальная гипоксемия, обычно сочетающаяся с гиперкапнией и ацидозом. • Изменения газового состава и pH крови: снижаются pa02, pH, Sa02, pv02, Sv02, повышается paC02. Циркуляторный (гемодинамический) тип гипоксии • Причина - недостаточность кровоснабжения тканей и органов. Выделяют несколько факторов, приводящих к недостаточности кровоснабжения:
♦ Гиповолемия. ♦ Уменьшение МОК при сердечной недостаточности (см. главу 22), а также при снижении тонуса стенок сосудов (как артериальных, так и венозных). ♦ Расстройства микроциркуляции (см. главу 22). ♦ Нарушение диффузии кислорода через стенку сосудов (например, при воспалении сосудистой стенки - васкулите). • Патогенез. Инициальным патогенетическим звеном является нарушение транспорта насыщенной кислородом артериальной крови к тканям. • Виды циркуляторной гипоксии. Выделяют локальную и системную формы циркуляторной гипоксии. ♦ Локальная гипоксия обусловлена местными расстройствами кровообращения и диффузии кислорода из крови в ткани. ♦ Системная гипоксия развивается вследствие гиповолемии, сердечной недостаточности и снижении ОПСС. • Изменения газового состава и pH крови: снижаются pH, pv02, Sv02, повышается показатель артерио-венозной разницы по кислороду. Гемический (кровяной) тип гипоксии • Причина - снижение эффективной кислородной ёмкости крови и, следовательно, её транспортирующей кислород функции вследствие: ♦ Выраженной анемии, сопровождающейся снижением содержания Hb менее 60 г/л (см. главу 22). ♦ Нарушения транспортных свойств Hb (гемоглобинопатии). Оно обусловлено изменением его способности к оксигенации в капиллярах альвеол и дезоксигенации в капиллярах тканей. Эти изменения могут быть наследственными или приобретёнными. ❖ Наследственные гемоглобинопатии обусловлены мутациями генов, кодирующих аминокислотный состав глобинов. ❖ Приобретённые гемоглобинопатии чаще всего являются следствием воздействия на нормальный Hb окиси углерода, бензола или нитратов. • Патогенез. Инициальным патогенетическим звеном является неспособность Hb эритроцитов связывать кислород в капиллярах лёгких, транспортировать и отдавать оптимальное количество его в тканях.
• Изменения газового состава и pH крови: снижаются V02, pH, pv02, повышается показатель артерио-венозной разницы по кислороду и снижается Va02 при норме pa02. Тканевой тип гипоксии • Причины - факторы, снижающие эффективность утилизации кислорода клетками или сопряжения окисления и фосфорилирования: ♦ Ионы циана (CN), специфически ингибирующие ферменты, и ионы металлов (Ag2+, Hg2+, Cu2+), ведущие к ингибированию ферментов биологического окисления. ♦ Изменения физико-химических параметров в тканях (температуры, электролитного состава, pH, фазового состояния мембранных компонентов) в более или менее выраженной мере снижают эффективность биологического окисления. ♦ Голодание (особенно белковое), гипо- и дисвитаминозы, нарушения обмена некоторых минеральных веществ приводят к уменьшению синтеза ферментов биологического окисления. ♦ Разобщение процессов окисления и фосфорилирования, вызываемое многими эндогенными агентами (например, избытком Ca2+, H+, ВЖК, йодсодержащих гормонов щитовидной железы), а также экзогенными веществами (2,4-динитрофенолом, грамицидином и некоторыми другими). • Патогенез. Инициальным звеном патогенеза является неспособность систем биологического окисления утилизировать кислород с образованием макроэргических соединений. • Изменения газового состава и pH крови: снижаются показатели pH и артерио-венозной разницы по кислороду, повышаются показатели SvO2, pvO2, VvO2. Субстратный тип гипоксии • Причина - дефицит в клетках субстратов биологического окисления в условиях нормальной доставки кислорода к тканям. В клинической практике наиболее часто вызывается недостатком глюкозы в клетках при сахарном диабете. • Патогенез. Инициальным звеном патогенеза является торможение биологического окисления вследствие отсутствия необходимых субстратов.
• Изменения газового состава и pH крови: снижаются показатели pH и артерио-венозной разницы по кислороду, повышаются SvO2, pvO2, VvO2. Перегрузочный тип гипоксии • Причина - значительная гиперфункция тканей, органов или их систем. Наиболее часто наблюдается при интенсивном функционировании скелетных мышц и миокарда. • Патогенез. Чрезмерная нагрузка на мышцу (скелетную или сердца) обусловливает относительную (по сравнению с требуемым при данном уровне функции) недостаточность кровоснабжения мышцы и дефицит кислорода в миоцитах. • Изменения газового состава и pH крови: снижаются показатели pH, SvO2, pvO2, повышаются показатели артерио-венозной разницы по кислороду и pvCO2. Смешанный тип гипоксии Смешанный тип гипоксии - результат сочетания нескольких разновидностей гипоксии. • Причина - факторы, нарушающие два и более механизмов доставки и использования кислорода и субстратов метаболизма в процессе биологического окисления. ♦ Наркотические вещества в высоких дозах способны угнетать функцию сердца, нейронов дыхательного центра и активность ферментов тканевого дыхания. В результате развиваются гемодинамический, дыхательный и тканевой типы гипоксии. ♦ Острая массивная кровопотеря приводит как к снижению кислородной ёмкости крови (в связи с уменьшением содержания Hb), так и к расстройству кровообращения: развивается гемический и гемодинамический типы гипоксии. ♦ При тяжёлой гипоксии любого происхождения нарушаются механизмы транспорта кислорода и субстратов метаболизма, а также интенсивность процессов биологического окисления. • Патогенез гипоксии смешанного типа включает звенья механизмов развития разных типов гипоксии. Смешанная гипоксия часто характеризуется взаимопотенцированием отдельных её типов с развитием тяжёлых экстремальных и даже терминальных состояний.
• Изменения газового состава и pH крови при смешанной гипоксии определяются доминирующими расстройствами механизмов транспорта и утилизации кислорода, субстратов обмена веществ, а также процессов биологического окисления в разных тканях. Характер изменений при этом может быть разным и весьма динамичным. АДАПТАЦИЯ ОРГАНИЗМА К ГИПОКСИИ В условиях гипоксии в организме формируется динамичная функциональная система по достижению и поддержанию оптимального уровня биологического окисления в клетках. Выделяют экстренные и долговременные механизмы адаптации к гипоксии. Экстренная адаптация Причина активации механизмов срочной адаптации: недостаточное содержание АТФ в тканях. Механизмы. Процесс экстренной адаптации организма к гипоксии обеспечивают активацию механизмов транспорта O2 и субстратов обмена веществ к клеткам. Эти механизмы предсуществуют в каждом организме и активируются сразу при возникновении гипоксии. • Система внешнего дыхания ♦ Эффект: увеличение объёма альвеолярной вентиляции. ♦ Механизмы эффекта: увеличение частоты и глубины дыхания, числа функционирующих альвеол. • Сердце ♦ Эффект: повышение сердечного выброса. ♦ Механизм эффекта: увеличение ударного объёма и частоты сокращений. • Сосудистая система ♦ Эффект: перераспределение кровотока - его централизация. ♦ Механизм эффекта: региональное изменение диаметра сосудов (увеличение в мозге и сердце). • Система крови ♦ Эффект: увеличение кислородной ёмкости крови. ♦ Механизмы эффекта: выброс эритроцитов из депо, увеличение степени насыщения Hb кислородом в лёгких и диссоциации оксигемоглобина в тканях. • Система биологического окисления ♦ Эффект: повышение эффективности биологического окисления. ♦ Механизмы эффекта: активация ферментов тканевого дыхания и гликолиза, повышение сопряжённости окисления и фосфорилирования.
Долговременная адаптация Причина включения механизмов долговременной адаптации к гипоксии: повторная или продолжающаяся недостаточность биологического окисления. Механизмы. Долговременная адаптация к гипоксии реализуется на всех уровнях жизнедеятельности: от организма в целом до клеточного метаболизма. Эти механизмы формируются постепенно, обеспечивая оптимальную жизнедеятельность в новых, часто экстремальных условиях существования. Основным звеном долговременной адаптации к гипоксии является повышение эффективности процессов биологического окисления в клетках. • Система биологического окисления ♦ Эффект: активация биологического окисления, что имеет ведущее значение в долговременной адаптации к гипоксии. ♦ Механизмы: увеличение количества митохондрий, их крист и ферментов в них, повышение сопряжённости окисления и фосфорилирования. • Система внешнего дыхания ♦ Эффект: увеличение степени оксигенации крови в лёгких. ♦ Механизмы: гипертрофия лёгких с увеличением числа альвеол и капилляров в них. • Сердце ♦ Эффект: повышение сердечного выброса. ♦ Механизмы: гипертрофия миокарда, увеличение в нём числа капилляров и митохондрий в кардиомиоцитах, возрастание скорости взаимодействия актина и миозина, повышение эффективности систем регуляции сердца. • Сосудистая система ♦ Эффект: возрастание уровня перфузии тканей кровью. ♦ Механизмы: увеличение количества функционирующих капилляров, развитие артериальной гиперемии в испытывающих гипоксию органах и тканях. • Система крови ♦ Эффект: увеличение кислородной ёмкости крови. ♦ Механизмы: активация эритропоэза, увеличение элиминации эритроцитов из костного мозга, повышение степени насыщения Hb кислородом в лёгких и диссоциации оксигемоглобина в тканях. • Органы и ткани
♦ Эффект: повышение экономичности функционирования. ♦ Механизмы: переход на оптимальный уровень функционирования, повышение эффективности метаболизма. • Системы регуляции ♦ Эффект: возрастание эффективности и надёжности механизмов регуляции. ♦ Механизмы: повышение резистентности нейронов к гипоксии, снижение степени активации симпатико-адреналовой и гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой систем ПРОЯВЛЕНИЯ и РАССТРОЙСТВА ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ ПРИ ГИПОКСИИ Изменения жизнедеятельности организма зависят от типа гипоксии, её степени, скорости развития, а также от состояния реактивности организма. • Острейшая (молниеносная) тяжёлая гипоксия приводит к быстрой потере сознания, подавлению функций организма и его гибели. • Хроническая (постоянная или прерывистая) гипоксия сопровождается, как правило, адаптацией организма к гипоксии. РАССТРОЙСТВА ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ Расстройства обмена веществ являются одним из ранних проявлений гипоксии. ♦ Содержание АТФ и креатинфосфата при гипоксии любого типа прогрессирующе снижаются вследствие подавления аэробного окисления и сопряжения его с фосфорилированием. ♦ Концентрация неорганического фосфата в тканях увеличивается в результате повышенного гидролиза АТФ, АДФ, АМФ и КФ, подавления реакций окислительного фосфорилирования. ♦ Гликолиз на начальном этапе гипоксии активируется, что сопровождается накоплением кислых метаболитов и развитием ацидоза. ♦ Синтетические процессы в клетках угнетаются вследствие дефицита энергии. ♦ Протеолиз нарастает вследствие активации, в условиях ацидоза, протеаз, а также - неферментного гидролиза белков. Азотистый баланс становится отрицательным. ♦ Липолиз активируется в результате повышения активности липаз и ацидоза, что сопровождается накоплением избытка КТ и ВЖК. Последние оказывают разобщающее влияние на процессы окисления и фосфорилирования, чем усугубляют гипоксию.
♦ Водно-электролитный баланс нарушен в связи с подавлением активности АТФаз, повреждением мембран и ионных каналов, а также изменением содержания в организме ряда гормонов (минералокортикоидов, кальцитонина и др.). НАРУШЕНИЯ ФУНКЦИЙ ОРГАНОВ И ТКАНЕЙ При гипоксии нарушения функций органов и тканей выражены в разной мере, что определяется различной их резистентностью к гипоксии. Наименьшей устойчивостью к гипоксии обладает ткань нервной системы, особенно нейроны коры больших полушарий. При прогрессировании гипоксии и её декомпенсации угнетается функционирование всех органов и их систем. Нарушения ВНД в условиях гипоксии выявляются уже через несколько секунд. Это проявляется: ♦ снижением способности адекватно оценивать происходящие события и окружающую обстановку; ♦ ощущениями дискомфорта, тяжести в голове, головной боли; ♦ дискоординацией движений; ♦ замедлением логического мышления и принятия решений (в том числе простых); ♦ расстройством сознания и его потерей в тяжёлых случаях; ♦ нарушением бульбарных функций, что приводит к расстройствам функций сердца и дыхания и может послужить причиной летального исхода. Сердечно-сосудистая система ♦ Снижение сократительной функции миокарда и уменьшение, в связи с этим, ударного и сердечного выбросов. ♦ Расстройство кровотока в сосудах сердца с развитием коронарной недостаточности. ♦ Нарушения ритма сердца, включая мерцание и фибрилляцию предсердий и желудочков. ♦ Развитие гипертензивных реакций (за исключением отдельных разновидностей гипоксии циркуляторного типа), сменяющиеся артериальной гипотензией, в том числе - острой (коллапсом). ♦ Расстройства микроциркуляции, проявляющиеся чрезмерным замедлением тока крови в капиллярах, турбулентным его характером и артериолярно-венулярным шунтированием.
Система внешнего дыхания ♦ Увеличение объёма альвеолярной вентиляции на начальном этапе гипоксии с последующим (при нарастании степени гипоксии и повреждении бульбарных центров) прогрессирующим снижением по мере развития дыхательной недостаточности. ♦ Уменьшение общей и регионарной перфузии ткани лёгких вследствие нарушений кровообращения. ♦ Снижение диффузии газов через аэрогематический барьер (в связи с развитием отёка и набуханием клеток межальвеолярной перегородки). Система пищеварения ♦ Расстройства аппетита (как правило, его снижение). ♦ Нарушение моторики желудка и кишечника (обычно - снижение перистальтики, тонуса и замедление эвакуации содержимого). ♦ Развитие эрозий и язв (особенно при длительной тяжёлой гипоксии). ПРИНЦИПЫ УСТРАНЕНИЯ ГИПОКСИИ • Коррекция гипоксических состояний базируется на этиотропном, патогенетическом и симптоматическом принципах. Этиотропное лечение направлено на устранение причины гипоксии. При гипоксии экзогенного типа необходимо нормализовать содержание кислорода во вдыхаемом воздухе. ♦ Гипобарическую гипоксию устраняют путём восстановления нормального барометрического и, как следствие, парциального давления кислорода в воздухе. ♦ Нормобарическую гипоксию предотвращают посредством интенсивного проветривания помещения или подачи в него воздуха с нормальным содержанием кислорода. • Эндогенные типы гипоксии устраняют путём лечения заболевания или патологического процесса, приведшего к гипоксии. Патогенетический принцип обеспечивает устранение ключевых звеньев и разрыв цепи патогенеза гипоксического состояния. Патогенетическое лечение включает следующие мероприятия: ♦ Ликвидацию или снижение степени ацидоза в организме. ♦ Уменьшение выраженности дисбаланса ионов в клетках, межклеточной жидкости, крови.
♦ Предотвращение или снижение степени повреждения ферментов и клеточных мембран. ♦ Снижение расхода энергии макроэргических соединений за счёт ограничения функционирования организма. Симптоматическое лечение имеет целью ликвидацию усугубляющих состояние пациента ощущений и осложнений гипоксии. Для этого применяют анестетики, анальгетики, транквилизаторы, кардио- и вазотропные ЛС.    |