Экологическая ф.ч. Конспект лекций. Конспект лекций Донецк 2016
 Скачать 1.94 Mb.
|
|
Влияние естественной гравитации на сердечно-сосудистую систему Влияние естественной гравитации на сердечно-сосудистую систему человека осуществля- ется прямым и опосредованным путем. Прямое действие гравитационных сил связано с непосред- ственным их влиянием на массу крови (т.е. с появлением весомой массы крови под действием си- лы тяжести) и проявляется в возникновении гидростатического давления. Опосредованное дейст- вие гравитации на аппарат кровообращения состоит в том, что механические условия окружаю- щей среды создают определенный запрос на развитие и функционирование антигравитационной мускулатуры, во многом определяющей уровень энергозатрат организма, а, следовательно, и ин- тенсивность работы сердечно-сосудистой системы, от которой зависит доставка к перифериче- ским тканям субстратов окисления и кислорода. Уровень доставки питательных веществ и кислорода, в свою очередь, определяет не только массу циркулирующей крови, но и в определенной мере степень развития всей сердечно- сосудистой системы, в том числе и размеры сердца. Наличие такой взаимосвязи подтверждается четкой взаимозависимостью, существующей у различных представителей позвоночных, между величиной сердца и весовыми особенностями тех отделов скелета, которые обеспечивают уравно- вешивание силы тяжести. Так, с увеличением роста животного организма увеличиваются и размеры сердца, масса циркулирующей крови и величина артериального давления. В частности, у жирафов при росте 3,5- 4 метра давление в артериях дистальных отделов конечностей составляет 350-400 мм рт.ст. Такое высокое гидростатическое давление необходимо для обеспечения достаточного для нормального кровоснабжения давления в артериях головного мозга, поскольку из-за большой удаленности го- ловного мозга от сердца (при расстоянии по вертикали от сердца до головного мозга в 1,2-1,4 мет- ра), величина гидростатического давления на этом участке сосудистого русла падает на 90-100 мм рт.ст. Кроме гораздо более высокого, чем у других млекопитающих, артериального давления, для жирафов характерно наличие клапанов в артериях шеи, препятствующих обратному току крови в период диастолы, который возможен из-за значительного градиента давления в данной части со- судистого русла. Наконец, у этих млекопитающих имеет место более низкое расположение сердца, благоприятствующее венозному притоку к правому предсердию, а также исключительно жесткая 71 кожа на конечностях, практически исключающая возможность растяжения венозных сосудов и депонирования в них крови. В строении сердечно-сосудситой системы тетрапод (ленивцев, летучих мышей и некоторых других), для которых нахождение головой вниз является вполне естественным, имеется также ряд существенных особенностей, предотвращающих развитие у них нарушений мозгового кровообра- щения при необычном направлении действия гидростатических сил. Вертикальная поза человека и достаточно большие конечные размеры его тела обусловили значительные эволюционные перестройки в аппарате кровообращения. Так, в связи с тем, что крупные магистральные сосуды расположены вдоль вертикальной оси тела, наибольшей величины гидростатическое давление при вертикальной позе достигает в сосудах нижних конечностей, что обеспечивает увеличение и венозного давления, а, значит, само по себе облегчает венозный воз- врат от нижних конечностей к сердцу (из-за повышения градиента давления между венами ниж- них конечностей и венами, доставляющими кровь к сердцу). В то же время при одинаковой степени повышении давления в артериях и венах емкость вен в силу большей растяжимости их стенок возрастает в несколько раз больше, чем артерий, что может способствовать возникновению некоторого венозного застоя при длительном вертикальном положении тела. Между тем, препятствуют значительному венозному застою клапаны, имеющие- ся в изобилии в венах нижних конечностей, а способствует венозному оттоку из нижних конечно- стей сдавливающее вены сокращение окружающих их скелетных мышц конечностей, имеющее место при ходьбе, беге, любых позных движениях. В случае же прекращения мышечной активно- сти, в особенности, сочетающейся со снижением тонуса венозных сосудов, длительный ортостаз из-за скопления крови в нижних конечностях и нарушения ее притока к правой половине сердца может послужить причиной коллапса. Резкая перемена положения тела в пространстве с горизонтального на вертикальное приво- дит к первоначальному уменьшению венозного возврата по сосудам нижних конечностей и венам туловища, лежащим ниже уровня сердца, что сопровождается уменьшением кровенаполнения правой половины сердца, значительным уменьшением ударного объема сердца (до 45%) и минут- ного объема кровотока (на 20-40%, до 1-1,5 л/мин). Компенсаторно с целью нормализации кислородного снабжения тканей возрастает артерио- венозная разность по кислороду (почти на 70% по сравнению с исходным уровнем) и запускаются рефлекторные реакции в ответ на снижение активности прессорецепторов магистральных сосудов (вследствие снижения системного артериального давления) и повышения активности хеморецеп- торов магистральных сосудов (пониженным рО 2 и повышенным рСО 2 ). Отмеченные рефлекторные реакции проявляются в активации прессорного отдела сосудо- двигательного центра и симпатических центров регуляции деятельности сердца, что приводит к возникновению тахикардии (способствующей нормализации минутного объема кровотока), по- вышению тонуса артериол, преходящим увеличением тонуса вен, а также интенсификацией при- сасывающего действия грудной клетки (вследствие усиления дыхания в ответ на повышение ак- тивности хеморецепторов сосудистого русла). При этом, если сердечный компонент компенсатор- ных реакций начинает проявляться почти одновременно с возникновением изменений гидростати- ческих условий, то сосудистый – достигает своего максимума лишь через 10-20 с, тогда как ос- новную роль в компенсации гемодинамических сдвигов в данный момент времени играет сокра- щение мышц нижних конечностей и живота, которое может обеспечить значительное повышение давление в сосудах брюшной полости и стремление к нормализации венозного возврата крови к сердцу. Сокращение же мышц нижних конечностей (преимущественно экстензорных, т.е. анти- гравитационных) возникает рефлекторно с целью поддержать ортостаз. Если в начальный период ортостаза компенсация гемодинамических сдвигов обеспечивает- ся преимущественно рефлекторным путем, то при длительном пребывании человека в вертикаль- ном положении уравновешивание гидростатического давления достигается благодаря дополни- тельному подключению гуморальных механизмов, действие которых следует рассматривать как проявление адаптационных реакций организма, направленных на изменение емкости сосудистой системы и объема циркулирующей крови до уровня, соответствующего обменным процессам ор- ганизма. 72 Сущность этих гуморальных механизмов, принимающих участие в поддержании необхо- димого уровня артериального давления и объема циркулирующей крови, состоит в увеличении продукции антидиуретического гормона передним гипоталамусом, альдостерона клубочковой зо- ной коры надпочечников (секреция их возрастает в ответ на снижение артериального давления и соответственно активности прессорецепторов магистральных сосудов, способствуют уменьшению диуреза и увеличению объема циркулирующей крови) и активации ренин-ангиотензиновой систе- мы (выброс ренина усиливается в ответ на понижение давления в приносящих артериолах почеч- ных клубочков, оказывает влияние как на тонус артериол, так и на объем циркулирующей крови). ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЧЕЛОВЕКА ПРИ ДЕЙСТВИИ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ ФАКТОРОВ Понятие об экстремальном состоянии и экстремальных факторах Экстремальное состояние – это состояние крайнего напряжения физиологических функ- ций или исчерпания физиологических резервов и срыва адаптационных процессов, возникающее при действии экстремальных факторов. Под экстремальными факторами, в свою очередь, пони- мают естественные или искусственные факторы окружающей среды, неадекватные гено- и фено- типическим свойствам животного организма и представляющие собой крайние, весьма жесткие условия среды, при которых не возможна полная реализация адаптационных возможностей орга- низма либо отсутствует всякая возможность адаптации в силу высокой интенсивности фактора, его новизны и специфичности действия. Следовательно, экстремальные факторы предъявляют к организму требования, превышающие его физиологические адаптационные возможности. При действии на организм адекватных факторов окружающей среды (адекватных врожден- ным и приобретенным свойствам организма) развивается состояние адекватной стабилизации, ха- рактеризующееся полным соответствием степени мобилизации и напряжения функций требовани- ям, предъявляемым условиями окружающей среды. В случае же нарушения адекватной стабили- зации под влиянием внешних и внутренних факторов возникает состояние динамического рассо- гласования (или экстремальное состояние), при котором ответ организма неадекватен нагрузке или же требуемый (должный) адекватный ответ превышает физиологические возможности орга- низма. В связи с отмеченным развитие экстремального состояния у человека зависит не только от природы, силы и длительности фактора, его вызывающего, но и от функциональных возможно- стей определенных органов и систем организма. Так, например, для людей, страдающих сердеч- ной или легочной недостаточностью, экстремальным фактором окажется подъем в высокогорье на высоту свыше 2000 метров над уровнем моря в связи с ограниченными приспособительными воз- можностями кардиореспираторной системы и соответственно невозможностью в полной мере компенсировать гипоксию, тогда как для людей с нормальным состоянием сердечно-сосудистой и дыхательной систем подъем на высоту от 2000 до 4000 метров над уровнем моря сопровождается развитием срочной и долговременной адаптации, полностью компенсирующей гипоксию и позво- ляющей человеку не просто жить в горах, а жить там, выполняя различные физические нагрузки, требующие еще большей, по сравнению с покоем, интенсификации деятельности кардиореспира- торной системы. Критериями экстремального состояния могут служить такие параметры, как: уровень функционирования, под которым понимают относительно стабильную величину спе- цифических реакций, обусловленную природой раздражителя и свойствами специфической (задействованной в развитии адаптации) физиологической системы. При оценке уровня функ- ционирования используют показатели интегральной деятельности отдельных систем (напри- мер, ударный и минутный объем крови, объем легочной вентиляции, потребление кислорода, мышечную силу, скорость психомоторных актов и т.д.). При этом важное значение приобрета- ет оценка градаций в изменениях каждого показателя, необходимая для распознавания перехо- дов с одного уровня функционирования на другой. В связи с тем, что величина реакции или активность системы тесно связаны с деятельностью местных и центральных механизмов управления, можно полагать, что уровень функционирования физиологических систем зависит 73 от степени централизации управления: чем сильнее действие центрального механизма управ- ления на местный, тем выше уровень функционирования системы в целом. Экстремальные со- стояния характеризуются максимальной централизацией управления, что является вынужден- ной мерой для сохранения целостности и выживания организма в неадекватных существова- нию условиях внешней среды; степень напряжения регуляторных механизмов, определяется как величина затрат вещества, энергии и информации, необходимых для поддержания заданного уровня функционирования физиологической системы. Защитно-приспособительная деятельность целостного организма при смене условий окружающей среды представляет собой непрерывно следующие друг за другом переходные процессы, которые требуют для своей реализации определенного напря- жения механизмов регуляции. Степень напряжения механизмов регуляции при разных состоя- ниях определяется текущим уровнем функционирования, характером воздействия внешних факторов и особенностями комплекса нейрогуморальных реакций организма. Уже при нор- мальной жизнедеятельности человека требуется определенная степень напряжения регулятор- ных механизмов. Различные нагрузки (экологические, производственные, социальные, психо- логические) требуют более высокого уровня функционирования и более высокой степени на- пряженности систем управления. Воздействие же экстремальных факторов требует соответ- ственно максимального напряжения регуляторных механизмов; функциональный резерв физиологических систем, определяется как готовность или способ- ность организма или органа выполнить заданную деятельность с минимальным напряжением регуляторных механизмов и количественно характеризуется как разность между максимально достижимым уровнем специфической функции и уровнем этой функции в состоянии физиоло- гического покоя. Формирование экстремального состояния включает ряд стадий, на которых организм пыта- ется приспособиться к новым для него условиям путем изменения функций отдельных систем и напряжения соответствующих регуляторных механизмов. Но при этом гомеостатические наруше- ния в организме, возникающие под действием экстремальных факторов, в одном случае могут компенсироваться максимальным напряжением функций, которое не может долго поддерживать- ся, а в другом – полная компенсация не достигается или вообще невозможна, что и обуславливает первоначальное чрезмерно сильное напряжение определенных органов, их систем и нейрогумо- ральных регуляторных механизмов, но в дальнейшем их быстрое истощение и неспособность про- тивостоять нарушениям гомеостаза, индуцируемым действием экстремального фактора. Тем не менее, при действии экстремальных факторов организм предпринимает попытки восстановить развившиеся гомеостатические нарушения путем включения различных защитных и приспособи- тельных механизмов. Следовательно, экстремальные состояния следует рассматривать как результат полностью нереализованных приспособительных реакций, а механизмы их развития – исходя из общих прин- ципов развития адаптивных процессов в организме. При этом начальный этап развития экстре- мальных состояний связан с формированием общего адаптационного синдрома, направленного на мобилизацию энергетических и структурных ресурсов организма. Такой общий адаптационный синдром не только мобилизует резервные возможности организма, но и играет важную роль в формировании и поддержании высокого уровня активности специфических реакций, направлен- ных на устранение или ослабление гомеостатических сдвигов, вызванных действием экстремаль- ных факторов. Характеризуясь высокой эффективностью, общий адаптационный синдром в целом и спе- цифические адаптационные реакции в частности могут на начальных этапах действия экстремаль- ного фактора поддерживать в пределах нормы отклоняемые параметры гомеостаза, однако, орга- низм продолжает находиться в состоянии напряжения, поскольку полной долговременной адапта- ции (обусловленной развитием структурных перестроек в специфических органах адаптации) не развивается в связи с тем, что максимальная степень функциональной активности специфического органа и соответственно максимально возможной его гипертрофии ниже требований, предъявляе- мых экстремальным фактором. 74 В связи с отмеченным организм при действии экстремального фактора в конечном итоге переходит в стадию декомпенсации с последующим развитием патологических процессов. Более того, даже формирование механизмов долгосрочной адаптации к жестким факторам среды "не страхует" организм от развития экстремального состояния в условиях пролонгированного дейст- вия факторов, изменения их интенсивности и истощения физиологических резервов организма. Таким образом, экстремальное состояние может развиваться на фоне различных адаптаци- онных процессов как следствие исчерпания их компенсаторных возможностей или неспособности организма реализовать их на уровне, адекватном жестким требованиям, предъявляемым экстре- мальным фактором. Общие закономерности патогенеза экстремальных состояний Экстремальные состояния могут развиваться в результате: резкого изменения как условий внешней среды (резкие колебания концентрации кислорода в воздухе, значительные изменения температуры воздуха, пребывание в очень холодной или го- рячей воде, физическая перегрузка, ожоги и отморожения, массивная кровопотеря, травмы, действие электротока, экзогенные интоксикации и др.), неблагоприятного течения хронических заболеваний (недостаточность кровообращения, острая дыхательная недостаточность, почечная недостаточность, сахарный диабет, анемии и др.). При этом при развитии экстремальных состояний любого генеза происходит динамическое рассогласование между потребностью организма в степени напряжения определенных специфи- ческих механизмов адаптации и максимально возможной степенью этого напряжения, опреде- ляемой функциональными резервами специфических органов адаптации. Отмеченное приводит к нарушению функций многих органов и систем. Но при этом, в первую очередь, страдают жизнен- но важные физиологические системы: система кровообращения, дыхания, центральная нервная система и отчасти почки и печень, как органы работающие с высокой интенсивностью и тре- бующие высокого уровня кровоснабжения. Нарушения в системе кровообращения при развитии экстремальных состояний проявляют- ся в уменьшении сердечного выброса, развитии недостаточности коронарного кровотока и связан- ном с этим возникновении различных видов аритмий. Кроме того, зачастую происходит падение тонуса артерий и вен и возникают признаки сер- дечной недостаточности: нарушается микроциркуляция в тканях и органах, отмечается агрегация и агглютинация эритроцитов («сладж-синдром»), что увеличивает вязкость крови, затрудняет ее движение (вызывает развитие застойных явлений в большом и малом кругах кровообращения) и приводит к ухудшению условий кровоснабжения многих периферических органов. Расстройство кровотока в тканях, в свою очередь, вызывает нарушение снабжения их ки- слородом и субстратами окисления, что обуславливает активацию анаэробного гликолиза. При этом в тканях и крови накапливаются недоокисленные продукты, в результате чего рН в них сдви- гается в кислую сторону (развивается ацидоз, нарушающий нормальное течение метаболизма в тканях и приводящий к денатурации белков). Кроме того, в тканях накапливаются биологически активные вещества (гистамин, гепарин, кинины), способствующие изменению просвета кровеносных сосудов, проницаемости их стенки и кровотока в них, что обуславливает падение суммарного периферического сосудистого сопротив- ления и артериального давления, а также усиление транссудации плазмы крови в ткани и возмож- ный их отек и может послужить причиной шока и коллапса. При развитии разнообразных экстремальных состояний часто наблюдается денатурация белков в клетках и межклеточных пространствах и гибель клеток. Нарушение внешнего дыхания при развитии экстремальных состояний проявляется разно- образными изменениями ритма, глубины и частоты дыхательных движений, соотношениями фаз вдоха и выдоха, что может быть вызвано как нарушением деятельности дыхательного центра (вследствие нарушения его кровоснабжения), так и застойными процессами и отеком самих лег- ких. Могут возникать патологические формы дыхания типа периодического дыхания Биота, Чей- на-Стокса, дыхание Куссмауля и др. Одно из наиболее тяжелых расстройств дыхания наблюдается 75 при так называемом «шоковом легком», приводящем к нарушению его газообменной функции и кровообращения в нем. Наряду с расстройствами внешнего дыхания, нарушения органно-тканевой гемодинамики могут привести и к почечной или печеночной недостаточности, нарушениям работы головного мозга. Отрицательным патогенетическим фактором, усугубляющим течение экстремальных со- стояний служит появление т.н. «порочных кругов». Так, в результате уменьшения транспорта ки- слорода к тканям страдает нервная система и нарушаются функции сосудодвигательного и дыха- тельного центра, что приводит к падению артериального давления и нарушению внешнего дыха- ния, влекущими за собой нарастание явлений гипоксии в тканях, в том числе в сердце. Усиление гипоксии в сердце обуславливает, в свою очередь, усиление сердечной недостаточности, сопрово- ждающееся еще большим усугублением состояния организма. Если этот порочный круг не будет разорван, то нарастающие нарушения могут привести к терминальному состоянию. Описанные выше изменения обмена веществ и физиологических функций при экстремаль- ных состояниях, вызванных разнообразными факторами, имеют сходные черты и во многом опре- деляются наличием и степенью гипоксии. При этом гипоксия, как правило, носит смешанный ха- рактер: вызывается различными комбинациями расстройств дыхания и кровообращения, оксиге- нации гемоглобина в легких и его дезоксигенацией в тканях. Зачастую экстремальные состояния отягощаются действием других факторов, к которым, в частности, относят стресс, боль, ожоги дыхательных путей, общее переохлаждение, чувство за- труднения дыхания при попадании в замкнутое пространство и т.д. Развитие порочных кругов приводит к нарастанию явлений гипоксии в периферических органах и, прежде всего, жизненно важных, что обуславливает нарастание патологических процессов в них, вплоть до прекращения их деятельности, что приводит к смерти организма. |