Гипоксия. гипоксия. Гипоксия цель изучения темы. В результате изучения темы студент должен знать

• Название: Гипоксия цель изучения темы. В результате изучения темы студент должен знать
• Анкор: Гипоксия
• Дата: 11.11.2022
• Размер: 141.5 Kb.
• Имя файла: гипоксия.doc
• Тип: Документы; #782145

ГИПОКСИЯ

Цель изучения темы.

В результате изучения темы студент должен

знать:

• 
  причины и механизмы развития отдельных видов гипоксий;
  
• 
  характер и динамику основных метаболических нарушений при гипоксии;
  
• 
  механизмы экстренной и долговременной адаптации к гипоксии;
  

уметь:

• 
  представлять механизмы адаптации и защитно-приспособительных реакций, возникающих при гипоксии, в виде схемы патогенеза;
  

владеть:

• 
  навыком выделения патогенетических синдромов при гипоксии.
  

1. 
   Основные положения темы
   

Гипоксия (от греч. hypo – мало и лат. oxigenum – кислород) – типовой патологический процесс, возникающий при недостаточности биологического окисления.

Гипоксия – закономерный итог развития большинства болезней, встречается часто и служит патогенетической основой, компонентом множества заболеваний.

Напряжение кислорода в артериальной крови является одной из важнейших гомеостатических констант (в норме 80-100 мм рт. ст.). Критические величины напряжения кислорода в артериальной крови – 32-27 мм рт. ст., в капиллярной – 19 мм рт. ст., в митохондриях различных клеток – 1,5-2,0 мм рт. ст. При уменьшении содержания кислорода ниже этого уровня возникает состояние энергетического дефицита, приводящее к разнообразным нарушениям. Если напряжение кислорода в артериальной крови падает ниже указанной величины, работа головного мозга становится невозможной, сознание утрачивается, возникает гипоксическая кома. На уровне клеток и ткани остро возникающая недостаточность биологического окисления (снижение содержания кислорода в капиллярной крови и митохондриях ниже критических величин) может привести к некрозу. Хронический энергодефицит приводит к снижению функциональной активности ткани с развитием в последующем атрофии и гипоплазии.

В нормальных условиях эффективное биологическое окисление является основным источником богатых энергией фосфатных соединений (прежде всего АТФ), необходимых для обновления структур клетки, поддержания постоянного ионного состава внутриклеточной среды и соответствующей функциональной активности клеток. Таким образом, основной исход гипоксии (вне зависимости от ее вида) – энергетический дефицит в клетке, то есть снижение в клетке содержания АТФ, увеличение АДФ и неорганического фосфата.

Классификация

По этиопатогенезу:

1. 
   экзогенная:
   

1. 
   нормобарическая,
   
2. 
   гипобарическая (гипоксическая);
   

2. 
   эндогенная:
   

1. 
   дыхательная (респираторная),
   
2. 
   циркуляторная (сердечно-сосудистая),
   
3. 
   гемическая (кровяная),
   
4. 
   тканевая (гистотоксическая),
   
5. 
   субстратная,
   
6. 
   перегрузочная,
   
7. 
   смешанная;
   

3. 
   гипероксическая.
   

По распространенности:

1. 
   общая – системная,
   
2. 
   местная – распространяется на какой-то один орган или определенную часть тела.
   

По скорости возникновения и длительности:

1. 
   молниеносная (острейшая) – развивается в течение нескольких секунд (например, при разгерметизации летательных аппаратов на высоте более 9000 м);
   
2. 
   острая – развивается в течение первого часа после воздействия причины гипоксии (например, в результате острой кровопотери или острой дыхательной недостаточности);
   
3. 
   подострая – формируется в течение суток (например, при попадании в организм нитратов, бензола);
   
4. 
   хроническая – развивается и длится более чем несколько суток (недели, месяцы, годы), например, при хронической анемии, сердечной или дыхательной недостаточности.
   

По степени тяжести:

1. 
   легкая,
   
2. 
   средняя (умеренная),
   
3. 
   тяжелая,
   
4. 
   критическая (летальная).
   

Экзогенные типы гипоксии
Экзогенная гипоксия развивается при недостатке кислорода во вдыхаемом воздухе.

Экзогенная нормобарическая гипоксия развивается при длительном нахождении в замкнутых, плохо вентилируемых пространствах (шахтах, подводных лодках, под завалами), при неисправности наркозного аппарата.

При этом во вдыхаемом воздухе снижается парциальное давление кислорода и повышается парциальное давление углекислого газа. Развиваются гипоксемия и гиперкапния. Возникает респираторный ацидоз. Сродство гемоглобина к кислороду снижается. Кривая диссоциации оксигемоглобина смещается вправо, что приводит к нарушению оксигенации гемоглобина в легких. Вместе с тем повышается содержание в крови восстановленного гемоглобина, что сопровождается развитием цианоза. В дальнейшем по мере нарастания дефицита кислорода в тканях происходит активация анаэробного распада глюкозы. И в финале респираторный ацидоз дополняется метаболическим вследствие усиления продукции лактата.

Экзогенная гипобарическая (гипоксическая) гипоксия возникает вследствие снижения атмосферного давления, и, следовательно, парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе. Развивается при восхождении в горы (более 3000-3500 м), при подъеме на большую высоту в открытых летательных аппаратах.

При этом снижается парциальное давление кислорода в воздухе альвеол и артериальной крови, развивается артериальная гипоксемия. При снижении напряжения кислорода в артериальной крови ниже 40-50 мм рт. ст. накапливаются лактат и пируват, возбуждающие хеморецепторы дуги аорты и синокаротидной зоны. Это вызывает активацию дыхательного центра и гипервентиляцию (увеличение работы дыхательных мышц, приводящее к возрастанию дыхательного объема и частоты дыхательных движений). Следствием гипервентиляции является избыточное выведение из организма углекислого газа. Развиваются гипокапния (снижение парциального давления углекислого газа в крови) и респираторный алкалоз. Из-за алкалоза повышается сродство гемоглобина к кислороду, происходит сдвиг кривой диссоциации гемоглобина влево, что ухудшает процесс отдачи кислорода тканям.

В дальнейшем, кроме респираторного алкалоза, будет развиваться метаболический ацидоз, возникающий вследствие активации гликолиза и накопления молочной кислоты в тканях на фоне развивающейся энергетической недостаточности. Кроме того, в процессе адаптации организма при длительном нахождении на высотах, превышающих 4 км, возникает вторичный экскреторный ацидоз за счет усиления экскреции ионов бикарбоната и реабсорбции ионов водорода в почках.
Эндогенные типы гипоксии
Дыхательная (респираторная, легочная) гипоксия развивается вследствие нарушения процессов внешнего дыхания:

• 
  альвеолярной вентиляции (обструктивная – бронхиальная астма, рестриктивная – пневмония, ателектазы),
  
• 
  диффузии газов через аэрогематический барьер (пневмосклероз, отек легких),
  
• 
  перфузии кровью сосудов легких (сердечная недостаточность, ТЭЛА),
  
• 
  регуляции дыхания (отравление препаратами морфия, опухоли мозга, нейроинфекции),
  
• 
  нарушении экскурсии грудной клетки при дыхании (переломы ребер, ожирение, подъем диафрагмы).
  

При этом, как правило, в артериальной крови снижается парциальное давление кислорода и повышается парциальное давление углекислого газа. Развивается респираторный ацидоз. Кривая диссоциации оксигемоглобина сдвигается вправо, снижается способность гемоглобина связывать кислород в капиллярах легких. По мере нарастания дефицита кислорода и АТФ в клетках в финале респираторный ацидоз дополняется метаболическим вследствие усиления продукции лактата.

Циркуляторная (сердечно-сосудистая) гипоксия развивается вследствие патологии сердца и сосудов, приводящей к нарушению циркуляции крови в сосудах большого круга кровообращения, а следовательно, нарушению доставки кислорода кровью в органы и ткани. Выделяют локальную и генерализованную формы циркуляторной гипоксии.

Локальная (местная) гипоксия обусловлена местными нарушениями периферического кровообращения: ишемией, венозной гиперемией, стазом и нарушениями микроциркуляции (см. главы «Типовые нарушения микроциркуляции» и «Патофизиология периферического (регионарного) кровообращения»).

Генерализованная (системная) гипоксия развивается при острой и хронической сердечной недостаточности, гиповолемии и снижении ОПСС (шок, коллапс).

Циркуляторная гипоксия характеризуется резким замедлением или полной остановкой кровотока. При этом напряжение кислорода в артериальной крови не изменяется, но снижается его содержание в венозной крови. Причиной этого является длительное нахождение крови в сосудах микроциркуляторного русла. В норме из артериальной крови клетками покоящейся мышцы утилизируется около 30% кислорода. При замедлении кровотока процент утилизации кислорода резко увеличивается. И в этом случае, когда в клетках возникает дефицит кислорода, а следовательно, и АТФ, усиливается гликолиз. В результате из клеток в кровь поступает молочная кислота и при генерализованной циркуляторной гипоксии развивается лактат-ацидоз.

В капиллярах большого круга кровообращения из-за накопления недоокисленных продуктов (лактата, пирувата и СО₂) кривая диссоциации гемоглобина смещается вправо, облегчается процесс диссоциации оксигемоглобина. Артериовенозная разница напряжения кислорода увеличивается.

Гемическая (кровяная) гипоксия возникает вследствие снижения кислородной емкости крови из-за снижения содержания гемоглобина и/или при нарушении способности гемоглобина связывать, транспортировать и отдавать тканям кислород. Различают следующие виды.

• 
  Анемическая форма возникает при различных видах анемии.
  
• 
  Токсическая форма обусловлена инактивацией гемоглобина по следующим причинам.
  

1. 
   Образование метгемоглобина – гемоглобина, содержащего в своем составе трехвалентное железо (в норме двухвалентное) при отравлении химическими веществами – метгемоглобинообразователями:
   
   • 
     нитратами и нитритами (содержатся во многих продуктах питания: колбасах, незрелых овощах, фруктах и др.),
     
   • 
     сильными окислителями (перманганат калия, бертолетова соль, соединения хлора),
     
   • 
     аминосоединениями (анилин) и красителями (метиленовая синь),
     
   • 
     некоторыми лекарственными препаратами (сульфаниламиды, нестероидные противовоспалительные средства).
     
2. 
   Отравление угарным газом, при котором значительная часть гемоглобина переходит в форму карбоксигемоглобина, что препятствует переносу О₂ из легких в ткани, так как угарный газ способен конкурентно вытеснять кислород из связи с гемоглобином эритроцитов. При этом его связь с гемоглобином в 200 раз сильнее, чем с кислородом.
   

Карбоксигемоглобин и метгемоглобин повышают сродство неинактивированного гемоглобина к кислороду, что сдвигает кривую диссоциации влево. Это ведет к образованию более прочной связи между гемоглобином и кислородом и затрудняет процесс отдачи кислорода в тканях. Поэтому данная разновидность гемической гипоксии при той же степени снижения кислородной емкости протекает тяжелее, чем анемическая форма, при которой отсутствуют препятствия для высвобождения кислорода гемоглобином в тканях.

На поздних стадиях гемической гипоксии в клетках возникает дефицит АТФ и усиливается гликолиз, в результате развивается метаболический лактат-ацидоз.

Тканевая (гистотоксическая) гипоксия характеризуется нарушениями в системе утилизации кислорода клетками.

Выделяют следующие механизмы развития тканевой гипоксии.

Снижение активности дыхательных ферментов.

Цитохромоксидаза может быть инактивирована цианидами (солями синильной кислоты), экзотоксинами клостридий – возбудителей газовой гангрены, поступлением внутрь митохондрий больших количеств ионов кальция.

Инактивация клеточных дегидрогеназ, обеспечивающих окисление пировиноградной кислоты и субстратов цикла Кребса, может происходить под действием высоких концентраций эфира, барбитуратов, ацетальдегида (при отравлении алкоголем) и др.

Нарушение синтеза дыхательных ферментов:

• 
  дегидрогеназ – при дефиците витаминов В₁, В₂, В₅ и пантотеновой кислоты;
  
• 
  цитохромов и других окислительных ферментов – при белковом голодании, дефиците железа.
  

При вышеописанных формах тканевой гипоксии нарушается процесс утилизации кислорода тканями. Напряжение кислорода в артериальной крови остается нормальным, напряжение в венозной крови возрастает. Артериовенозная разница напряжения кислорода снижается. В клетках возникает дефицит АТФ и усиливается гликолиз, в результате развивается метаболический лактат-ацидоз.

Разобщение окисления и фосфорилирования – происходит утечка ионов водорода из трансмембранного пространства митохондрий. В результате устраняется градиент концентрации ионов водорода и разность потенциалов между внутренней средой митохондрии и трансмембранным пространством. Это нарушает работу АТФ-синтетазы, использующей энергию градиента протонов для синтеза АТФ. Возникает вследствие:

• 
  отравления ионофорами – 2,4-динитрофенолом, дикумарином и др.;
  
• 
  при избытке в организме гормонов щитовидной железы, активирующих синтез внутри митохондрий специальных белков – протонофоров, встраивающихся во внутреннюю мембрану митохондрии, по которым происходит утечка ионов водорода;
  
• 
  при повреждении мембран митохондрий вследствие действия ионизирующей радиации, избыточном образовании в клетке свободных радикалов и др.
  

Процесс потребления кислорода тканями при данной форме не нарушается, однако энергия, которая выделяется, не аккумулируется организмом в виде АТФ, а рассеивается в форме тепла. Нарушения, возникающие в тканях при разобщении окисления и фосфорилирования, аналогичны гипоксическому повреждению, так как в данном случае в клетке возникает дефицит АТФ, также как и при любом варианте гипоксии.

Показатели газового состава крови и КОС в данном случае остаются в пределах нормы, так как избыток пирувата, образующийся в клетках, утилизируется в цикле Кребса в присутствии кислорода.

Субстратная гипоксия возникает вследствие нарушения транспорта и утилизации основных субстратов биологического окисления при сохраненной доставке кислорода.

В норме запас субстратов достаточно велик, однако в ряде случаев при неизмененном метаболизме кислорода, неповрежденных мембранах и ненарушенных ферментных системах может возникать первичный дефицит субстратов, приводящий к нарушению работы всех звеньев биологического окисления.

В клинической практике наиболее частым примером субстратной гипоксии является недостаточное поступление в клетки глюкозы при сахарном диабете. Ткань головного мозга наиболее чувствительна к таким нарушениям. Прекращение поступления глюкозы в мозг уже через 5-8 минут ведет к гибели наиболее чувствительных нервных клеток. Подобная форма гипоксии может развиться при дефиците других субстратов окисления, например, жирных кислот в миокарде, тяжелом общем голодании. Потребление кислорода при субстратной гипоксии обычно снижено в связи с недостатком субстратов окисления.

Перегрузочная форма гипоксии возникает при нормальном снабжении тканей кислородом и значительной гиперфункции тканей, органов (чаще – скелетной мускулатуры и миокарда). При этом поступление в ткани кислорода может стать относительно недостаточным из-за высокой потребности в нем. Повышенной отдаче кислорода тканям способствует развивающийся при тяжелой физической работе метаболический ацидоз, который снижает прочность связи гемоглобина с кислородом. Парциальное давление кислорода в артериальной крови нормально, так же как и содержание оксигемоглобина, а в венозной крови эти показатели резко снижены.

Смешанная форма гипоксии встречается наиболее часто, является результатом сочетания нескольких разновидностей процесса. Примерами смешанной формы гипоксии могут быть следующие состояния.

• 
  Прием наркотических веществ. В высоких дозах они способны угнетать функцию сердца, нейронов дыхательного центра и активность ферментов тканевого дыхания. В результате развиваются циркуляторная, респираторная и тканевая формы гипоксии.
  
• 
  При тяжелой анемии развивается гипоксия миокарда, что ведет к снижению его функции, падению кровяного давления – в результате к анемической форме гипоксии присоединяется циркуляторная.
  

В патогенез заболевания включаются механизмы развития гипоксий различных типов. Поэтому смешанная форма гипоксии характеризуется взаимопотенциированием отдельных ее типов, сопровождающимся срывом компенсаторно-приспособительных реакций.

Гипероксическая гипоксия развивается при избытке кислорода, возникающем вследствие нарушения режимов проведения гипербарической оксигенации (см. ниже).

Гипербарическая оксигенация (ГБО) – лечебное применение кислорода под давлением, превышающим 1 атмосферу. В результате его напряжение в жидких средах (плазма, межтканевая жидкость) повышается и приводит к усиленной диффузии кислорода к клеткам.

Первичным патогенетическим механизмом токсического действия кислорода на клетки является избыточная генерация супероксидного аниона и других оксигенных радикалов и, как следствие этого, усиление процессов перекисного окисления липидов. Перекиси же вызывают дестабилизацию всех мембран клетки: митохондрий, лизосом, эндоплазматической сети, ядерной и др. Происходит ингибирование оксидоредуктаз. В результате клетка теряет способность использовать избыток кислорода. Наблюдается инактивация и других ферментов, катализирующих окислительно-восстановительные процессы: цитохромоксидаз, сукцинатдегидрогеназ, что может привести к полной остановке тканевого дыхания.

Гипероксия вызывает и повреждение ферментов, содержащих сульфгидрильную группу, последние входят в состав цитохромов, дегидрогеназ, гексокиназ, гидролаз.

Кроме этого, гипероксия приводит к истощению в организме компонентов антиоксидантной системы (токоферола, рутина, убихинона, метионина), что еще больше усиливает перекисное свободнорадикальное окисление.

Патогенное действие упомянутых факторов усугубляется присоединением других патогенетических механизмов, включающих выход из лизосом аутолических ферментов, а из эритроцитов гемоглобина с последующим повышением в крови и тканях геминового трехвалентного железа – мощного катализатора образования липоперекисей и оксигенных радикалов. Также отмечаются расстройства микроциркуляции, связанные с прямым повреждающим действием кислородных радикалов, угнетением продукции эндотелиоцитами простациклина, оксида азота и лейкоцитарной инфильтрации сосудов и тканей.
Нарушение метаболических процессов в клетках при гипоксии
При снижении парциального давления кислорода ниже критических величин ранее всего изменения наступают в обмене веществ (прежде всего углеводном) и энергии, поскольку большая часть кислорода, потребляемого организмом, расходуется на окислительное фосфорилирование. Возникает дефицит макроэргов, прежде всего АТФ, при одновременном возрастании АДФ и неорганического фосфата.

Падение содержания АТФ связано с отставанием его образования от расходования и происходит тем быстрее, чем выше функциональная активность тканей. В норме основную массу энергии любая клетка тратит на работу мембранных ионных насосов (Na⁺/К⁺- и Са²⁺/Mg²⁺АТФ-аз). Снижение их активности в условиях дефицита АТФ вызывает нарушение баланса ионов по обе стороны мембраны клетки: внутрь клетки поступает Nа⁺, вода и Са²⁺, а из клетки выходит К⁺, результатом чего является снижение потенциала покоя клетки (он становится более положительным).

Универсальной адаптационной реакцией любой клетки на дефицит АТФ и увеличение АДФ является активация ключевого фермента гликолиза – фосфофруктокиназы. Это приводит к уменьшению содержания в клетках гликогена и увеличению продукции пирувата и лактата, в результате чего развивается метаболический лактат-ацидоз. Происходит накопление недоокисленных продуктов: восстановленных ФАД и НАДФ, органических кислот цикла Кребса. Избыток ионов водорода в клетке приводит к вытеснению из клетки ионов калия, что усугубляет снижение его концентрации в клетке, вызванное снижением активности Na⁺/К⁺- АТФ-азы.

Повреждающее действие недостатка кислорода на мембраны связано с прекращением синтеза их структурных элементов и образованием активных форм кислорода. Внутриклеточно увеличивается концентрация Са²⁺ (он выходит из эндоплазматической сети и поступает извне), что активирует мембранные фосфолипазы, снижает электрическую стабильность мембран, увеличивает их ионную проницаемость. Это приводит к разобщению окислительного фосфорилирования в митохондриях и нарушению энергетического обеспечения клетки. Развивается деструкция митохондрий, эндоплазматической сети, жировая декомпозиция протоплазмы. Завершаются эти нарушения разрушением мембраны лизосом, выходом гидролитических ферментов и аутолизом клетки.

Недостаточная активность окислительных процессов влечет за собой ряд других обменных сдвигов: замедляется интенсивность синтеза протеинов и фосфолипидов; снижается содержание основных аминокислот и глутамина, возникает отрицательный азотистый баланс; увеличивается содержание аммиака.

Чувствительность клеток различных органов и тканей к гипоксии (табл. 1) неодинакова и зависит от:

• 
  интенсивности обмена веществ,
  
• 
  мощности гликолитических систем,
  
• 
  запасов энергии в виде макроэргов,
  
• 
  потенциальной возможности генетического аппарата обеспечить усиленное образование дополнительного количества митохондрий и гликолитических ферментов.
  

При возникновении генерализованной гипоксии, независимо от причины и механизма ее развития, нарушения метаболических процессов в первую очередь возникают в нейронах головного мозга как в клетках с наиболее интенсивным уровнем обмена веществ, окислительно-восстановительных процессов и, следовательно, наиболее чувствительных к дефициту кислорода. В результате уже через 15-20 секунд после полного прекращения доставки кислорода с током крови к мозгу возникают спутанность сознания, нарушение мышления, дискоординация, а в течение нескольких десятков секунд – судорожные сокращения мышц, полная утрата сознания и реакций на внешние раздражители (гипоксическая кома).
Таблица 1

Чувствительность клеток различных тканей человека к ишемической гипоксии при температуре тела 37⁰С

Клетки, ткани, органы	Время полной ишемии, приводящее к некрозу
Нейроны коры головного мозга	до 8 мин
Нейроны подкорковых образований	до 15 мин
Миокард	около 30 мин
Почки	около 1 часа
Гепатоциты	около 1 часа
Скелетные мышцы	1-1,5 часа

Устойчивость к гипоксии у новорожденных выше, чем у взрослых. Это объясняется:

• 
  незрелостью ЦНС,
  
• 
  высоким процентом физиологических анаэробных процессов,
  
• 
  наличием фетального гемоглобина, который способен выполнять дыхательную функцию при пониженном парциальном давлении О_2.
  

Адаптация к гипоксии
Адаптация к гипоксии на начальном этапе существенно отличается от адаптации к другим факторам. Это обусловлено тем, что недостаток кислорода в воздухе, в отличие от других факторов, не является раздражителем, адресованным какому-либо органу чувств. Он нарушает метаболизм, тем самым гомеостаз. Только при развитии гиперкапнии и ацидоза, а также при снижении рО₂ артериальной крови ниже 40 мм рт. ст. происходит активация хеморецепторов каротидного синуса, импульсы от них поступают в головной мозг, и организм отвечает изменением функций, направленным на восстановление гомеостаза. Активация указанных рецепторов при значительном дефиците кислорода в артериальной крови свидетельствует о серьезных нарушениях, являясь для организма мощнейшим стрессовым фактором, активирующим стресс-реализующие системы: симпатоадреналовую и гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковую. Главная задача такой активации – обеспечить поступление кислорода к жизненноважным органам – головному мозгу и сердцу за счет перераспределения кровотока и спазма сосудов внутренних органов и кожи.

В сложном комплексе адаптации к гипоксии участвуют следующие функциональные системы, обеспечивающие обмен газов и образование АТФ: система внешнего дыхания, система транспорта О₂, система утилизации кислорода и образования АТФ.

1. 
   Механизмы, мобилизация которых увеличивает поступление кислорода в организм, даже при дефиците его в среде:
   

• 
  гипервентиляция легких;
  
• 
  увеличение ударного и минутного объемов сердца;
  
• 
  увеличение кислородной емкости крови за счет роста количества гемоглобина и эритроцитов (выброс из депо и активация эритропоэза);
  
• 
  активация синтеза внутри эритроцитов 2,3-дифосфоглицерата, который изменяет кривую диссоциации гемоглобина, облегчая диссоциацию оксигемоглобина в тканях.
  

1. 
   Механизмы, делающие возможным достаточное поступление кислорода к жизненно важным органам, несмотря на гипоксемию:
   

• 
  централизация кровообращения со спазмом периферических сосудов и сохранением кровоснабжения мозга, сердца;
  
• 
  открытие резервных нефункционирующих капилляров;
  
• 
  усиление способности мышечных клеток связывать кислород вследствие роста концентрации миоглобина.
  

1. 
   Увеличение способности клеток и тканей утилизировать кислород из крови и образовывать АТФ, несмотря на гипоксемию за счет:
   

• 
  увеличения сродства конечного фермента дыхательной цепи – цитохромоксидазы к кислороду;
  
• 
  увеличения количества митохондрий на единицу массы клетки;
  
• 
  увеличения степени сопряжения окисления с фосфорилированием.
  

4. 
   Увеличение синтеза АТФ в клетках в условиях дефицита кислорода и АТФ за счет активации гликолиза.
   

Приспособительные и компенсаторные реакции при гипоксии осуществляются координированно на всех уровнях организма и разделяются условно на:

• 
  реакции адаптации к острой гипоксии, которые осуществляются посредством имеющихся в организме физиологических механизмов и запускаются сразу после возникновения гипоксии;
  
• 
  реакции адаптации к хронической гипоксии (в организме нет специальных механизмов, а имеются лишь генетически детерминированные предпосылки, обеспечивающие постепенное формирование данных приспособительных реакций путем активации в клетках различных генов).
  

Комплекс компенсаторно-приспособительных реакций в организме при острой гипоксии
Большинство компенсаторно-приспособительных реакций, включающихся при гипоксии, носит рефлекторный характер и развивается вследствие поступления в ЦНС импульсов с хеморецепторов каротидного синуса и дуги аорты, которые реагируют на повышение рСО₂ и Н⁺ в артериальной крови. Снижение рО₂ в артериальной крови до величин, близких к критическим, является угрожающим жизни фактором и активирует стресс-реализующие системы.

Дыхательная система. При возбуждении хеморецепторов каротидного синуса и дуги аорты возникает гипервентиляция, ведущая к увеличению минутного объема дыхания (МОД), в основном за счет возрастания глубины дыхания. Однако ее выраженность ограничивается развитием гипокапнии. Отмечается некоторое уменьшение жизненной емкости легких за счет увеличения кровенаполнения легких и возрастания остаточного объема (повышается тонус инспираторных мышц, и положение ребер приближается к положению вдоха). Развивается так называемая «физиологическая эмфизема» легких, которая способствует более равномерной перфузии и вентиляции легочной ткани, увеличивая их дыхательную поверхность. Таким образом, повышается диффузионная способность легких. Она также увеличивается за счет возрастания МОД и усиления кровотока через легочные капилляры.

Сердечно-сосудистая система. Приспособление достигается за счет увеличения скорости кровотока и перераспределения его к органам, высокочувствительным к гипоксии (мозг, сердце), что сопровождается побочным эффектом – усугублением гипоксии периферических органов. Возрастает минутный объем крови (МОК) в результате повышения ЧСС (брадикардия – признак низкой устойчивости к гипоксии) и систолического объема (СО) при одновременном увеличении общего периферического сопротивления сосудов (ОПСС). Увеличивается системное артериальное давление – САД (и систолическое, и диастолическое).

Система крови. Повышается количество эритроцитов за счет выброса из селезенки (катехоламины действуют на α-адренорецепторы трабекулярных мышц и капсулы селезенки). Возрастает кислородная емкость крови за счет увеличения сродства О₂ к гемоглобину и ускоряется диссоциация оксигемоглобина в тканях.

Эндокринная система. Гипоксия активирует гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковую систему, усиливая продукцию глюкокортикоидов, которые активируют ферменты дыхательной цепи, повышают уровень глюкозы.

Клеточные механизмы. Увеличивается сопряжение окисления и фосфорилирования, снижается интенсивность функционирования испытывающего дефицит кислорода органа (например, работа мышцы), в результате снижается потребление кислорода, активируется гликолиз.

Перечисленные механизмы происходят с большими затратами энергии и не могут обеспечить стойкого и длительного приспособления к гипоксии, так как требуют повышенного потребления О₂.

Таким образом, данные реакции могут лишь на короткое время – необходимое для ликвидации фактора, вызвавшего гипоксию, – обеспечить относительную адаптацию организма, а точнее жизненно важных органов – мозга и сердца, к дефициту кислорода.
Комплекс компенсаторно-приспособительных реакций в организме при хронической гипоксии
Дыхательная система. Происходит гипертрофия альвеол, дыхательной мускулатуры. Увеличивается объем легких и площадь альвеолярной поверхности, что способствует улучшению воздухообмена и диффузии газов в легких.

Сердечно-сосудистая система. Увеличивается САД и скорость кровотока. Развивается гипертрофия правого желудочка, что увеличивает его силовые показатели. В левом желудочке гипертрофия миокарда менее выражена, но отмечается увеличение его скоростных параметров. На фоне ограничения кровотока в мышцах происходит его увеличение в мозге. Возрастает количество функционирующих капилляров.

Кровь. Развивается эритроцитоз, который стимулируется эритропоэтином почек, выделяющимся в ответ на снижение в крови рО₂. Отмечается активация карбоангидразы эритроцитов, что увеличивает скорость выделения СО₂ легкими и способствует лучшему насыщению крови кислородом.

Клеточные механизмы. В тканях, длительное время испытывающих дефицит кислорода, снижается функциональная активность, скорость размножения клеток и запускается стандартная долговременная адаптационная реакция клеток – гипертрофия крист, увеличение количества митохондрий.

Таким образом, длительная гиперфункция систем транспорта и утилизации кислорода получает энергетическое обеспечение. Развивается устойчивая экономная адаптация.
Нарушения функций отдельных органов и систем при гипоксии
Нервная система. Ранее всего нарушаются интегративная функция, мыслительные процессы, возникает эйфория, двигательное возбуждение. Затем наступает угнетение функции коры больших полушарий: появляются вялость, сонливость, головная боль, головокружение, клонические и тонические судороги. В последующем развивается сопорозное состояние: оглушенность, заторможенность. Появляются патологические рефлексы, галлюцинации, судорожный синдром. Дальнейшее углубление нарушений приводит к потере сознания, развитию комы.

Дыхательная система. Сначала возникает активация дыхания, которая ограничивается развивающейся гипокапнией. Ухудшается кровоснабжение мозга и сердца, повышается потребление кислорода за счет усиленной работы дыхательных мышц. Развивающееся угнетение дыхания (в результате гипоксического повреждения нейронов дыхательного центра) приводит к гиперкапнии, значительному ацидозу, что ухудшает насыщение крови кислородом, нарушает электролитный обмен. Затем появляется диспноэ (нарушение ритма, неравномерность амплитуды дыхания), потом патологическое дыхание (апнейстическое, Чейн-Стокса и др.), наконец, агональное и остановка дыхания.

Сердечно-сосудистая система. Развивается тахикардия, сменяющаяся брадикардией. Это сопровождается нарушениями ритма вплоть до фибрилляции желудочков. АД сначала повышается, потом снижается. Гипоксия повреждает микрососуды, вызывая нарушения микроциркуляции и ухудшая диффузию кислорода. Накопление в тканях молочной кислоты приводит к расширению артериол, снижению чувствительности адренорецепторов к катехоламинам и развитию неуправляемой гипотензии.

Почки. Нарушения деятельности почек обусловлены изменениями гемодинамики кислотно-основного состояния, водно-электролитного баланса и гормональными сдвигами. Острая гипоксия почек может привести к некрозу эпителия канальцев и развитию острой почечной недостаточности.

Желудочно-кишечный тракт. Развиваются нарушения аппетита (как правило, его снижение). Нарушается моторика желудка и кишечника: снижение перистальтики, тонуса и замедление эвакуации содержимого, развиваются эрозии и язвы (особенно при длительной и тяжелой гипоксии).
Принципы терапии гипоксических состояний
Этиотропное лечение направлено на устранение причины гипоксии.

1. 
   При гипоксии экзогенного типа необходимо нормализовать содержание кислорода во вдыхаемом воздухе.
   
   • 
     Нормобарическую гипоксию предотвращают путем интенсивного проветривания помещения или подачи в него воздуха с нормальным содержанием кислорода.
     
   • 
     Гипобарическую гипоксию устраняют путем перевода человека в помещение с нормальным барометрическим и, как следствие, парциальным давлением кислорода в воздухе.
     
2. 
   Эндогенные формы гипоксии устраняют посредством лечения заболевания, вызвавшего ее.
   

Патогенетическая терапия обеспечивает устранение ключевых звеньев и разрыв цепи патогенеза гипоксии. Включает следующие мероприятия.

1. 
   Ликвидация и снижение степени ацидоза в организме (внутривенное введение раствора гидрокарбоната натрия).
   
2. 
   Снижение расхода энергии макроэргических соединений за счет ограничения функционирования организма.
   
3. 
   Оксигенотерапия – ингаляция кислорода под нормальным или повышенным давлением при эндогенных формах гипоксии. Различают следующие виды оксигенотерапии.
   

1. 
   Нормобарическая оксигенация показана в тех случаях, когда парциальное давление кислорода в артериальной крови ниже 60 мм рт. ст. При гиповентиляции альвеол и при нарушении диффузии кислорода через альвеолярную мембрану кислорода терапия существенно или полностью устраняет гипоксемию.
   
2. 
   Лечение методом гипербарической оксигенации (ГБО) может являться как основным, так и дополнительным к другим методам и средствам лечения организма. Благодаря возможности значительно повышать содержание кислорода в тканях, ГБО оказывает следующие эффекты:
   

• 
  стимулирует заживление ран преимущественно за счет усиления внутриклеточной регенерации;
  
• 
  усиливает действие ряда фармакологических препаратов (антибиотиков, сердечных гликозидов, диуретиков и многих других);
  
• 
  оказывает тонизирующее действие на организм, о чем свидетельствует то обстоятельство, что у спортсменов после тяжелых тренировок кислород под давлением быстро снимает усталость и заметно повышает работоспособность;
  
• 
  значительно улучшает общее состояние человека при переутомлении, стрессе;
  
• 
  обладает омолаживающим эффектом;
  
• 
  способствует быстрейшему сжиганию жиров и нормализации обмена белков и углеводов, что в свою очередь способствует быстрому и безвредному похудению.
  

Симптоматическое лечение имеет целью ликвидацию усугубляющих состояние пациента ощущений и осложнений гипоксии. Для этого применяют анестетики, анальгетики, транквилизаторы, кардио- и вазотропные лекарственные средства.
Применение гипоксии с лечебной целью
Гипоксию применяют в качестве лечебной манипуляции для повышения реактивности организма. Лечебное действие реализуется за счет следующих механизмов:

• 
  улучшение микроциркуляции (увеличение капилляризации тканей);
  
• 
  повышение кислородосвязывающей способности крови;
  
• 
  иммуномодулирующее действие;
  
• 
  подавление гиперергических иммунных реакций;
  
• 
  повышение активности антиоксидантных систем (предупреждение активации ПОЛ);
  
• 
  активизация эндокринных механизмов антистрессовой защиты организма;
  
• 
  снижение нейрогуморального ответа на экзогенные и эндогенные повреждающие факторы;
  
• 
  усиление внутриклеточной регенерации.
  

Применять гипоксию в лечебных целях можно только при отсутствии признаков гипоксемии, то есть когда рО₂ превышает 90 мм рт.ст.

В качестве метода применяется прерывистая нормобарическая гипоксия: пятиминутные периоды дыхания гипоксической газовой смесью (концентрация О₂ 11-12 об%), чередующиеся с периодами отдыха. Такое прерывистое действие не приводит к выраженной гипоксии тканей, оказывает выраженное тренирующее действие на системы кислородного обеспечения. Курс составляет 10-20 ежедневных сеансов.

С лечебной целью гипоксия применяется у спортсменов, экипажей воздушных судов и др. для повышения выносливости.