Патофиз.Т1. 11.09.2011. Патофиз.Т1. 11.09. Литвицкий Пётр Францевич патофизиология кафедра патофизиологии

• Название: Литвицкий Пётр Францевич патофизиология кафедра патофизиологии
• Анкор: Патофиз.Т1. 11.09.2011.doc
• Дата: 01.02.2017
• Размер: 4.08 Mb.
• Имя файла: Патофиз.Т1. 11.09.2011.doc
• Тип: Учебник; #1627
• страница: 62 из 88

Эндогенные типы гипоксии

Эндогенные гипоксические состояния в большинстве случаев — результат 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 гипоксии (респираторной) — недостаточность газообмена в легких — дыхательная недостаточность.

Патогенез дыхательной гипоксии

Развитие дыхательной недостаточности может быть обусловлено альвеолярной гиповентиляцией, сниженной перфузией кровью легких, нарушением диффузии кислорода через аэрогематический барьер, диссоциацией вентиляционно-перфузионного соотношения. Вне зависимости от происхождения дыхательной гипоксии, инициальным патогенетическим звеном является артериальная гипоксемия, обычно сочетающаяся с гиперкапнией и ацидозом.

Изменения газового состава и рН крови при дыхательной гипоксии

Изменения газового состава и рН крови при дыхательном типе гипоксии (рис. 16-2) включают:

 снижение р_аО₂ и р_vО₂ (артериальная и венозная гипоксемия);

 как правило, увеличение р_аCO₂ (гиперкапния);

 ацидоз (на раннем этапе острой дыхательной недостаточности — газовый, а затем и негазовый);

 снижение показателей S_aO₂ и S_vO₂ (насыщения Hb, соответственно, артериальной и венозной крови).

Ы верстка! вставить рисунок «рис-16-2» Ы

Рис. 16-2. Типичные изменения газового состава и рН крови при гипоксии дыхательного типа.

Циркуляторная гипоксия

Причина сердечно-сосудистой (циркуляторной, гемодинамической) гипоксии — недостаточность кровоснабжения тканей и органов.

Патогенез циркуляторной гипоксии. 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 объема крови в сосудистом русле и полостях сердца. Это один из важных механизмов развития недостаточности кровообращения и циркуляторной гипоксии. Причины гиповолемии: большая кровопотеря или гипогидратация организма (например, при хронических поносах, ожоговой болезни, массивном длительном потоотделении).

Сердечная недостаточность характеризуется снижением выброса крови из желудочков сердца и как следствие — уменьшением ОЦК. Наиболее частые причины сердечной недостаточности:

 прямое повреждение миокарда (например, кардиотропными токсинами, при его инфаркте, диффузном кардиосклерозе);

 перегрузка миокарда (например, увеличенной массой крови или повышенным сосудистым сопротивлением ее току);

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

Снижение тонуса стенок сосудов (как артериальных так и венозных) приводит к увеличению емкости сосудистого русла и уменьшению ОЦК.

Причины гипотонии сосудистых стенок:

 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 КОС);

 дефицит минералокортикоидов в организме.

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

Расстройства микроциркуляции — см. главу 23.

Уменьшение диффузии кислорода через стенку микрососудов, в межклеточной жидкости, через плазмолемму и цитозоль к митохондриям приводит к дефициту кислорода в матриксе митохондрий и, следовательно, к снижению интенсивности тканевого дыхания.

Причины снижения диффузии кислорода:

 уплотнение стенок микрососудов (например, при дистрофиях их стенок, васкулитах, артериолосклерозе, интерстициальном отеке, 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

Важная особенность гипоксии циркуляторного типа — возможность развития локальной и системной ее форм.

 Локальная циркуляторная гипоксия, возникающая по следующим причинам.

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

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

 Системная циркуляторная гипоксия, возникающая по следующим причинам.

 Гиповолемия.

 Сердечная недостаточность.

 Генерализованные формы снижения тонуса сосудов.

Типичные изменения газового состава и рН крови при циркуляторной гипоксии представлены на рисунке 16-3. К ним относят:

 снижение р_vО₂ — венозная гипоксемия;

 нормальное (как правило) р_аО₂;

 увеличение артериовенозной разницы по кислороду (за исключением вариантов с масштабным «сбросом» крови по артериовенозным шунтам минуя капиллярную сеть);

 негазовый ацидоз;

 снижение S_vО₂ (исключение — гипоксия при артериовенозном шунтировании).

Ы верстка! вставить рисунок «рис-16-3» Ы

Рис. 16-3. Типичные изменения газового состава и рН крови при гипоксии сердечно-сосудистого типа. * АВР — артерио-венозная разница по кислороду.

Гемический тип гипоксии

Причина кровяной (гемической) гипоксии — снижение эффективной кислородной емкости крови и, следовательно, ее транспортирующей кислород функции.

Hb — оптимальный переносчик кислорода. Транспорт кислорода от легких 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 емкость артериальной крови (V_aO₂) достигает примерно 20% (объемных). В венозной крови этот показатель приближается к 14% (объемным). Следовательно, артерио-венозная разница по кислороду составляет 6%.

Патогенез гемической гипоксии

Главные звенья механизма снижения кислородной емкости крови — уменьшение содержания Hb в единице объема крови (и, как правило, в организме в целом) и нарушения транспортных свойств Hb, т.е. анемия (см. главу 23).

Гемический тип гипоксии характеризуется снижением способности Hb эритроцитов связывать кислород (в капиллярах легких), транспортировать и отдавать оптимальное количество его в тканях. При этом реальная кислородная емкость крови может снижаться до 5–10 % (объемных).

Уменьшение содержания Hb в единице объема крови наблюдается при существенном уменьшении числа эритроцитов и/или снижении содержания Hb (иногда до 40–60 г/л), т.е. при выраженных анемиях.

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

Наследуемые гемоглобинопатии вызваны мутациями генов, сопровождающимися нарушением аминокислотного состава глобинов. Существует множество наследственных гемоглобинопатий. Так, в каталоге OMIM наследственных болезней человека (каталог профессора Виктора МакКьюсика) зарегистрировано не менее 700 аллелей глобинов. См. также статьи «Гемоглобин» и «Гемоглобинопатии» в приложении «Справочник терминов».

Приобретенные гемоглобинопатии чаще всего вызваны повышенным содержанием 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 относят нитраты, нитриты, хиноны, соединения хлорноватистой кислоты, некоторые ЛС (сульфаниламиды, фенацетин^, Ы автору! препарата нет в реестре зарегистрированных лекарственных средств! Ы амидопирин^ Ы автору! препарата нет в реестре зарегистрированных лекарственных средств! Ы), 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 емкость крови снижается. Учитывая, что MetHb имеет темно-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 при гемической гипоксии

Изменения газового состава и рН крови при гемической гипоксии представлены на рисунке 16-4. Они включают:

 снижение объемного содержания кислорода в артериальной крови (V_aO₂ в норме равно 19,5–21 объемных %);

 снижение р_vO₂ (венозная гипоксемия);

 уменьшение V_vO₂;

 негазовый ацидоз;

 снижение артерио-венозной разницы по кислороду.

Важно заметить, что при гемической гипоксии сохраняется нормальное (!) парциальное напряжение кислорода в артериальной крови.

Ы верстка! вставить рисунок «рис-16-4» Ы

Рис. 16-4. Типичные изменения газового состава и рН крови при гипоксии гемического типа. АВР — артерио-венозная разница по кислороду.

Тканевая гипоксия

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

Патогенез тканевой гипоксии включает несколько ключевых звеньев. К их числу относят следующие.

 Снижение эффективности усвоения кислорода клетками. Наиболее часто это результат следующих процессов.

 Подавление активности ферментов биологического окисления.

 Значительное изменение физико-химических параметров в тканях.

 Торможение синтеза ферментов биологического окисления и повреждения мембран клеток.

 Подавление активности ферментов биологического окисления наблюдается при следующих процессах.

 Специфическое ингибирование ферментов биологического окисления. 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 S^2– и некоторыми другими веществами.

 Неспецифическое подавление активности ферментов ионами металлов (Ag²⁺, Hg²⁺, Cu²⁺). При этом указанные металлы обратимо взаимодействуют с SH-группами фермента с образованием его неактивной меркаптоидной формы.

 Конкурентное ингибирование ферментов биологического окисления. Оно заключается в блокировании активного центра фермента веществом, имеющим структурную аналогию с естественным субстратом реакции. Эффект конкурентного ингибирования фермента может быть устранен 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 при тканевой гипоксии представлены на рисунке 16-5. Они характеризуются:

 увеличением парциального напряжения кислорода в венозной крови;

 повышением сатурации Hb кислородом в венозной крови;

 увеличением объемного содержания кислорода в венозной крови;

 нормальным диапазон рО₂, SO₂ и VO₂ в артериальной крови (в типичных случаях);

 уменьшением артерио-венозной разницы по кислороду (исключением является тканевая гипоксия, развившаяся при действии разобщителей окисления и фосфорилирования);

 негазовым ацидозом.

Ы верстка! вставить рисунок «рис-16-5» Ы

Рис. 16-5. Типичные изменения газового состава и рН крови при гипоксии тканевого типа. * При действии разобщающих агентов может меняться незначительно.

Субстратный тип гипоксии

Причины — дефицит в клетках субстратов биологического окисления. В клинической практике речь чаще всего идет о 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 содержание 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 рисунке 16-6. Они заключаются в:

 увеличении парциального напряжения кислорода в венозной крови;

 повышении сатурации кислородом Hb эритроцитов в венозной крови;

 возрастании объемного содержания кислорода в венозной крови;

 уменьшении артерио-венозной разницы по кислороду;

 сохранении нормальных значений p_aO₂, S_aO₂, V_aO₂;

 развитии ацидоза 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.

Ы верстка! вставить рисунок «рис-16-6» Ы

Рис. 16-6. Типичные изменения газового состава и рН крови при гипоксии субстратного типа; * АВР — артерио венозная разница по кислороду.

Перегрузочный тип гипоксии

Причины перегрузочной гипоксии заключаются в значительном и/или длительном увеличении функций 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 это наблюдается в ситуациях, вызывающих повышенное и/или продолжительное функционирование скелетных мышц и/или миокарда.

Патогенез перегрузочной гипоксии

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, что вызывает недостаточность процессов биологического окисления в них.

Изменения газового состава и рН крови при перегрузочной гипоксии приведены на рисунке 16-7. Они заключаются в:

 снижении парциального напряжения кислорода в венозной крови (венозная гипоксемия), оттекающей от гиперфункционирующей мышцы;

 уменьшении степени сатурации Hb эритроцитов венозной крови;

 увеличении артерио-венозной разницы по кислороду;

 повышении парциального напряжения углекислого газа (гиперкапния) в венозной крови, что является результатом активированного метаболизма в ткани мышцы;

 развитии ацидоза в пробах крови, взятой из вены гиперфункционирующей мышцы.

Ы верстка! вставить рисунок «рис-16-7» Ы

Рис. 16-7. Типичные изменения газового состава и рН крови при гипоксии перегрузочного типа. АВР — артерио-венозная разница по кислороду.

Смешанный тип гипоксии

Смешанный тип гипоксии — результат сочетания нескольких видов гипоксии.

Причины смешанного типа гипоксии

 Факторы, нарушающие два и более механизмов доставки и использования кислорода и субстратов метаболизма в процессе биологического окисления. Примером могут быть 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. Другой пример: острая массивная кровопотеря приводит как к снижению кислородной емкости 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 тяжелой гипоксии любого происхождения. Например, острая массивная потеря крови приводит к гемической гипоксии. Снижение притока крови к сердцу обусловливает уменьшение выброса крови, расстройства гемодинамики, в т.ч. — коронарного и мозгового кровотока. Ишемия ткани мозга может вызвать расстройство функции дыхательного центра и 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 ее типов с развитием тяжелых 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.