ЛЗ Патофизиология терморегуляции. Лихорадка. Лекция 3 Патофизиология терморегуляции. Лихорадка. Гипертермия
 Скачать 1.34 Mb.
|
|
Лекция 3 Патофизиология терморегуляции. Лихорадка. Гипертермия План лекции: Механизмы теплорегуляции. Теплопродукция и теплоотдача. Лихорадка как типовой патологический процесс. Этиология лихорадки. Пирогены. Патогенез лихорадки. Стадии и виды лихорадки. Обмен веществ при лихорадке. Функционирование органов и систем при лихорадке. Значение лихорадки для организма. Лихорадоподобные состояния. Пиротерапия. Гипертермия. Тепловой удар. Солнечный удар. Механизмы терморегуляции. Теплопродукция и теплоотдача Одной из основных физиологических констант у высших животных является постоянная в норме температура тела. Она поддерживается примерно на одном уровне независимо от условий внешней среды. Это постоянство температуры тела называется изотермией, или тепловым гомеостазом. Всех животных подразделяют на: – пойкилотермных (холоднокровных) – с изменяющейся температурой тела (насекомые, рыбы, земноводные, рептилии); – гомойотермных (теплокровных) – способных поддерживать температуру внутренних частей тела на определенном уровне (птицы, млекопитающие). Сельскохозяйственные животные относятся к гомойотермным животным. При изучении терморегуляции целесообразно организм теплокровного животного условно делить на две части: внутреннюю – гомойотермную, или сердцевину тела, или ядро (это органы грудной и брюшной полостей, мозг и часть скелетных мышц), и поверхностную – оболочку тела (вся кожа и конечности), температура которых изменяется под влиянием среды. Она составляет примерно 25—30 % массы тела, но этот объем непостоянен, он зависит от температуры среды: при ее понижении объем оболочки возрастает, при повышении — уменьшается. Это играет роль буфера, смягчающего резкие температурные колебания. Температура поверхности кожи животного неодинакова на разных участках. Разница температур на туловище и конечностях может достигать 10°С и более. Наиболее высокая температура тела у животных в области паха, брюха, за ушами. Температурный гомеостаз поддерживается преимущественно в сердцевине тела. Теплопродукция. Постоянство температуры тела может поддерживаться лишь при условии равновесия (баланса) между процессами образования тепла и его отдачи во внешнюю среду. Образование тепла происходит постоянно, его важнейшим источником являются окислительные процессы. Примерно 50-60% химической энергии корма, освобождаемой в организме, переходит в химические связи особых органических соединений – макроэргов, важнейшее из которых – АТФ. Остальная энергия в процессе этих превращений переходит в тепловую энергию, которая рассеивается в тканях и нагревает их. Относительно небольшое количество тепла может поступать в организм из внешней среды с солнечной радиацией, подогретым кормом или водой. Поскольку теплопродукция тесно связана с уровнем метаболической активности, ее называют еще химической терморегуляцией. Химическая терморегуляция – совокупность физиологических процессов, обеспечивающих обмен веществ и образование тепла в организме животных при воздействии различных температур. Продуцируют тепло все ткани организма, однако больше его образуется там, где идут интенсивные химические реакции. К таким тканям относятся печень, сердце, головной мозг, эндокринные железы. В покоящихся мышцах скорость теплообразования относительно невелика, но поскольку мышцы занимают 35—50 % массы тела, их вклад в общую теплопродукцию является существенным. В покое органы вносят в образование тепла следующий вклад: мышцы — 25 %, печень — 20, головной мозг — 13, сердце — 11, почки — 7, кожа — 5, остальные органы — 19 %. Во время интенсивной работы вклад мышц в общую теплопродукцию достигает 70—75 %. Теплоотдача. Отдача тепла во внешнюю среду осуществляется физическими процессами, поэтому теплоотдачу называют еще физической терморегуляцией. Физическая терморегуляция – совокупность физиологических процессов, регулирующих отдачу тепла из организма. Пути отдачи тепла организмом: – радиация (отдача тепла телом в виде лучистой энергии инфракрасных лучей) – 44% потерь тепла; – конвекция (переход тепла в поток воздуха, который непрерывно движется вдоль поверхности тела, и, нагреваясь, заменяется новым, более холодным слоем).) – 31% потерь тепла. Конвекция тесно связана с теплопроведением; – испарение влаги с поверхности тела и дыхательных путей – 22% потерь. На испарение 1 г. вода расходуется примерно 2,4 кДж.; – кондукция, или теплопроведение (обмен (передача) тепла между двумя объектами с разной температурой, находящимися в прямом контакте друг с другом); – нагревание пищи – 1,55%; – нагревание воздуха в легких – 1,3%; – потеря тепла с калом и мочой – 0,7% потерь тепла. Удельный вес каждого из перечисленных путей в теплоотдаче зависит от вида животного (наличие шерсти, скорость передвижения, размеры тела, степень развития потовых желез) и условий окружающей среды. Лихорадка как типовой патологический процесс Лихорадка (febris, pyrexia) – общая защитно-приспособительная реакция организма на повреждение, важнейшим признаком которой является повышение температуры тела, не зависящее от температуры окружающей среды. Это типический патологический процесс, в основе которого лежит активная перестройка функции центра теплорегуляции под действием пирогенного фактора. Типичный лихорадочный процесс наблюдается только у высших гомойотермный животных, обладающих достаточно устойчивой температурой тела. Классификация лихорадок. Подобно другим типовым патологическим процессам, лихорадка является полиэтиологичной, т.е. вызывается многими причинами. В зависимости от этиологических факторов выделяют инфекционную и неинфекционную лихорадку. Инфекционная лихорадка возникает при острых и хронических заболеваниях, вызываемых бактериями, вирусами, простейшими, спирохетами, риккетсиями и грибками. Неинфекционная лихорадка наблюдается при: – наличии в том или ином участке тела некротизированных тканей (например, при инфаркте миокарда и других органов); – наличии очагов асептического воспаления (при панкреатите, тромбофлебите и других заболеваниях); – аллергических заболеваниях (поллинозы, сывороточная болезнь и др.); – внутренних кровоизлияниях, усиленном гемолизе эритроцитов; – развитии злокачественных опухолей; – асептической травме тканей (после хирургических операций); – после гемотрансфузий, парентерального введения вакцин, сывороток и других белоксодержащих жидкостей. 3. Этиология лихорадок. Пирогены Непосредственной причиной развития лихорадки являются пирогенные вещества, или пирогены (от греч. pyros – огонь, pyretos – жар). Термин «пироген» впервые применил Бурдон-Зандерсон (1876 г.). Выделяют первичные, или экзогенные, и вторичные, или эндогенные, пирогены. Первичные пирогены могут быть инфекционного и неинфекционного происхождения. Инфекционными первичными пирогенами в основном являются компоненты мембран бактериальных клеток: 1. Липополисахариды. 2. Липотейхоевая кислота. 3. Эндо- и экзотоксины, выступающие в роли суперантигенов. Липополисахариды (ЛПС, эндотоксин) входят в состав мембран микроорганизмов, главным образом грам–. Из трех составных частей ЛПС – липида А, белка и полисахарида – пирогенное действие свойственно липиду А. Липотейхоевая кислота. Грам+ микробы содержат липотейхоевую кислоту и пептидогликаны, обладающие пирогенными свойствами. Суперантигены. Многочисленные эндо- и экзотоксины стафилококков выступают в качестве суперантигенов – поликлональных активаторов рецепторов Т-лимфоцитов. Эффекты активации многочисленны, в т.ч. выброс цитокинов, являющихся вторичными пирогенами (см. ниже). Свойства инфекционных первичных пирогенов: 1. Термостабильны. 2. Не токсичны и не патогенны для организма. Токсичность и патогенность определяется другими (непирогенными) компонентами микробов. Так, высокопатогенные возбудители холеры, столбняка, ботулизма не обладают значительными пирогенными свойствами. Незначительные явления токсичности наблюдаются при дозах, в сотни и тысячи раз превышающих минимальную пирогенную дозу. 3. Антигенные свойствалибо вообще не имеют, либо очень слабые (следовательно, они широко применяются в клинической практике). 4. Развитие толерантности. При повторных многократных инъекциях экзогенных пирогенов способность организма реагировать повышением температуры снижается – развивается толерантность (устойчивость). Из мембран бактериальных клеток выделены очищенные высокоактивные пирогены: – пирогенал (СССР) – из Pseudomonas aeruginosa; – пирогенал (СССР) – из B.typhi abd.; – пироген (СССР) – из Proteus vulgaris; – пиромен (США) – из Pseudomonas aeruginosa; – пирексаль (Швейцария) – из Salmonella abortus equi. Эти пирогены вызывают развитие лихорадки при парентеральном введении в дозе 1 мкг/кг массы тела для человека, а для кролика – в дозах 0,01–0,001мкг/кг. Лихорадка у кролика возникает через короткий латентный период, подъем температуры держится в течение нескольких часов (тестирование пирогенов проводится на кроликах). Выделяют и первичные неинфекционные пирогены. По структуре неинфекционные экзогенные пирогены чаще являются белками, жирами, реже – нуклеиновыми кислотами. Первичные пирогены, как инфекционные, так и неинфекционные, сами по себе не могут вызвать характерную для лихорадки перестройку теплорегуляции. Их действие опосредуется через образование вторичных пирогенов. Вторичные, или эндогенные (истинные, или лейкоцитарные) пирогены образуются в организме после поступления в него экзогенных пирогенов. Местом образования эндогенных пирогенов являются все фагоцитирующие клетки (гранулоциты, клетки системы мононуклеарных фагоцитов, эндотелиоциты, клетки микроглии). Пирогены не содержатся в клетках в готовом виде, а образуются в них под воздействием соответствующего стимула. Стимулом является фагоцитоз различных микроорганизмов, погибших или поврежденных клеток, иммунных комплексов. В лимфоцитах образуются интерферон и ФНО-ά. Кроме того, многие вещества, обладающие свойствами первичных пирогенов, стимулируют Т-лимфоциты к образованию лимфокинов, которые действуют на моноциты и макрофаги таким образом, что они начинают продуцировать вторичные пирогены. К вторичным пирогенам относят: – интерлейкин-1 (ИЛ-1); – интерлейкин-6 (ИЛ-6); – фактор некроза опухоли (ФНО-ά); – альфа-интерферон (ИФН-ά). Свойства вторичных пирогенов:– это вещества белковой природы, относящиеся к классу цитокинов (см. «Словарь терминов»), термолабильны, не обладают видовой специфичностью, при повторном введении толерантности к ним не возникает. Образование эндогенных пирогенов является основным патогенетическим фактором в развитии лихорадки, независимо от вызывающей ее причины. 4. Патогенез лихорадки Постоянство температуры тела у высших животных обеспечивается процессами теплопродукции и теплоотдачи, которые регулируются ЦНС. Главный центр терморегуляции находится в преоптической области переднего отдела гипоталамуса около дна третьего желудочка. Здесь имеется несколько анатомически и функционально раздельных единиц: Термочувствительная область («термостат»). Термоустановочная область («установочная точка» – set point). Центры теплопродукции и теплоотдачи. Нейроны «термостата» регистрируют температуру протекающей через мозг артериальной крови и получают импульсы от терморецепторов кожи и некоторых других органов, а также из различных отделов ЦНС. На основании интеграции этих импульсов определяется температура тела. Информация о ней передается в «установочную точку», которая регулирует функцию центров теплопродукции и теплоотдачи и таким образом поддерживает температуру тела на определенном уровне. Если нейроны «установочной точки» определят, что температура тела ниже желаемой, они активизируют центр теплопродукции и подавляют центр теплоотдачи, а при повышении температуры тела имеет место перестройка обратного характера. Центр теплорегуляции осуществляет свое влияние на процессы теплообразования и теплоотдачи через вегетативную нервную систему и эндокринные железы (гипофиз, надпочечники, щитовидная железа). При возбуждении симпатической нервной системы происходит спазм кожных сосудов, снижение потоотделения, усиливается поступление в кровь и ткани адреналина, норадреналина и гормонов щитовидной железы, которые способствуют повышенному образованию тепла в клетках. В результате происходит снижение теплоотдачи и повышение теплообразования. При возбуждении парасимпатического отдела повышается объем теплоотдачи за счет усиления потоотделения, расширения сосудов кожи и слизистых. Пирогенные цитокины (вторичные пирогены), синтезированные лейкоцитами, из крови проникают через гематоэнцефалический барьер и в переднем гипоталамусе взаимодействуют с рецепторами нервных клеток центра терморегуляции. Вторичные пирогены активируют фермент фосфолипазу А2, которая расщепляет фосфолипиды мембран нейронов с образованием арахидоновой кислоты; из нее при участии фермента циклооксигеназы образуются простагландины типа Е – ПгЕ1 и ПгЕ2. Образование ПгЕ – одно из ключевых звеньев развития лихорадки. Простагландиныв данном случае играют роль медиаторов (подавление синтеза простагландинов аспирином или парацетамолом снижает температуру тела при лихорадке, но не изменяет нормальную температуру). ПгЕ2 понижают в нейронах активность фермента фосфодиэстеразы, что сопровождается повышением содержания цАМФ и перестройкой в нейронах обмена веществ. Это, в свою очередь, приводит к изменению порогов чувствительности «холодовых» и «тепловых» нейронов к температурным влияниям – нормальная температура крови воспринимается как пониженная; импульсация холодочувствительных нейронов в адрес эффекторных нейронов заднего гипоталамуса значительно возрастает. В связи с этим температурная «установочная точка» (set point) центра терморегуляции смещается на более высокий уровень. Эти изменения являются центральным звеном механизма развития стадии Ι лихорадки (см. ниже). Позднее присоединяются и периферические механизмы. Итак, изменение теплообмена при лихорадке заключается в том, что теплорегуляция «переключается» (П.Н. Веселкин) на новый, более высокий температурный уровень. Механизм повышения температуры тела при лихорадке совершенно не идентичен таковому при перегревании. При лихорадке перестройка функции терморегуляторного центра направлена на активную задержку тепла в организме независимо от температуры окружающей среды. При перегревании организм стремится освободиться от лишнего тепла путем максимального напряжения процессов теплоотдачи, чему препятствует повышенная температура окружающей среды. 5. Стадии и виды лихорадки По критерию изменения температуры тела выделяют три стадии лихорадки: 1. Стадия подъема температуры (стадия Ι, st. incrementi). 2. Стадия стояния температуры на повышенном уровне (стадия ΙΙ, st. fastigii). 3. Стадия снижения температуры до значений нормального диапазона (стадия ΙΙΙ, st. decrementi). Стадия подъема температуры (стадия Ι, st. incrementi) Стадия характеризуется накоплением в организме дополнительного количества тепла за счет преобладания теплопродукции над теплоотдачей. С момента сдвига «установочной точки» эффективность механизмов теплопродукции доминирует над эффективностью процессов теплоотдачи. Теплопродукцию (термогенез) в начале развития лихорадки обеспечивает тоническое напряжение скелетных мышц, получившее название терморегуляторного миотонического состояния. Эти сопровождается активацией экзотермического обмена веществ в мышцах, повышенному выделению тепла. Нарастание импульсации нейронов центра теплопродукции ведет к появлению синхронных сокращений отдельных мышечных пучков скелетной мускулатуры (включая жевательную, что сопровождается феноменом «стучания зубов»), которая проявляется как мышечная дрожь. Дрожь обеспечивает интенсивное образование тепла. Так называемый сократительный термогенез, включающий терморегуляторное миотоническое состояние и мышечную дрожь скелетных мышц, является одним их главных механизмов теплопродукции в организме и повышения температуры тела при лихорадке. Несократительный термогенез является другим важным механизмом теплопродукции. Его причинами являются активация симпатических влияний на метаболические процессы и повышение уровня тиреоидных гормонов в крови. Сократительный термогенез доминирует на начальном этапе стадии Ι лихорадки, а в последующем постепенно нарастает доля несократительного образования тепла. |