Определение понятия гипоксия. Роль гипоксии в патогенезе разнообразных биологических процессов и болезней. Устойчивость отдельных органов и тканей к кислородному голоданию.

Определение понятия гипоксия. Роль гипоксии в патогенезе разнообразных биологических процессов и болезней. Устойчивость отдельных органов и тканей к кислородному голоданию.

Один из важнейших элементов гомеостаза высших животных и человека – кислородный гомеостаз. Сущность его заключается в создании и поддержании эволюционно закрепленного оптимального уровня напряжения кислорода в структурах, обеспечивающих освобождение энергии и ее утилизацию. Кислородный гомеостаз создается и поддерживается деятель­ностью системы обеспечения организма кислородом, включа­ющей внешнее дыхание, кровообращение, кровь, тканевое ды­хание, нейрогуморальные регуляторные механизмы.

В нормальных условиях эффективность биологического окисления соответствует функциональной активности органов и тканей. При нарушении этого соответствия возникает состо­яние энергетического дефицита, приводящее к разнообразным нарушениям вплоть до гибели ткани. Недостаточное энергети­ческое обеспечение процессов жизнедеятельности и лежит в основе состояния, называемого гипоксией.

Гипоксия (кислородное голодание, кислородная недоста­точность) - типовой патологический процесс, возникающий в результате недостаточности биологического окисления и обусловленной ею энергетической необеспеченности жизнен­ных процессов.

Гипоксия – типовой патологический процесс, развивающийся в результате недостаточности биологического окисления, приводящий к нарушению энергетического обеспечения функций и пластических процессов в организме.

Гипоксемия – уменьшение по сравнению с должным уровней напряжения и содержания кислорода в крови.

Гипоксия является патогенетической основой разнообраз­ных патологических состояний и заболеваний. При любом па­тологическом процессе присутствуют явления гипоксии. В конце смертельной болезни, независимо от ее причин, на­ступает острая гипоксия. Умирание организма всегда сопрово­ждается тотальной гипоксией с развитием гипоксического не­кробиоза и гибелью клеток.

Кислородное голодание часто является ближайшей причи­ной расстройств еще и потому, что запасы кислорода у высших организмов ограничены: у человека - примерно 2-2,5 л. Этих запасов кислорода даже при условии их полного использова­ния достаточно для существования лишь в течение нескольких минут, но нарушение функций возникает при наличии еще зна­чительного содержания кислорода в крови и тканях.

Рассматривая влияние недостатка О₂ на организм необходимо учитывать различную чувствительность органов и тканей к гипоксии. Обычно характерна следующая закономерность: чем выше обменные процессы и тканях и органах, тем ниже их устойчивость к кислородному голоданию. Также важную роль в обеспечении устойчивости играет мощность гликолитической системы (способность вырабатывать энергию без участия кислорода), запас макроэргов и их субстратов, потенциальная возможность генетического аппа­рата обеспечивать пластическое закрепление гиперфункции.

Устойчивость отдельных органов и тканей к кислородному голоданию при одинаковой степени кислородной недостаточности, существенно различаются:

- наиболее чувствительна к гипоксии кора больших полушарий (ее структуры без кислорода погибают в течение 3-6 мин) в зависимости от нарастания гипоксии.

- подкорковые центры (особенно стволовые и спинномозговые) могут существовать без кислорода 15-20 мин, редко больше;

- очень чувствителен к гипоксии миокард (в нем довольно быстро развиваются ишемия, дистрофия, некробиоз, некроз);

- чувствительны к недостатку кислорода эндокринные железы и паренхиматозные органы, среди них наиболее устойчивы к гипоксии почки и надпочечники;

- высоко устойчивы к гипоксии кожа, волосы, сухожилия, кости, хрящи. Они мало чувствительны к гипоксии и могут сохранять нормальную структуру и жизне­способность в течение многих часов при полном прекращении снабжения кислородом.

 

Принципы классификации гипоксических состояний. Типы гипоксий.

Классификация:

· По этиологии (В зависимости от причин и механизма развития различают следующие виды гипоксии):

1. Экзогенная: – гипоксическая (гипо- и нормобарическая), гипероксическая (гипер- и нормобарическая);

2. Эндогенная: дыхательная (респираторная); циркуляторную (сердечно-сосудистая: ишемическая и застойная); кровяная (гемическая: анемическая и как следствие инактивации гемоглобина); тканевая (при на­рушении способности тканей поглощать кислород или при разобщении процессов биологического окисления и фосфорилирования); перегрузочная («гипоксия нагрузки»); субстрат­ная (при дефиците субстратов); смешанная.

· По скорости развития (течению):

1) Молниеносная (острейшая) гипоксия развивается в течение нескольких секунд. Как правило, через несколько десятков секунд (в пределах первой минуты) после действия причины гипоксии выявляется тяжёлое состояние пациента, нередко служащее причиной его смерти (например, при разгерметизации летательных аппаратов на большой (более 9000–11000 м) высоте или в результате быстрой потери большого количества крови (например, при ранениях крупных артериальных сосудов или разрыве аневризмы их стенки).

2) Острая гипоксия развивается через несколько минут (как правило, в пределах первого часа) после воздействия причины гипоксии (например, в результате острой кровопотери или острой дыхательной недостаточности).

3) Подострая гипоксия формируется в течение нескольких часов (но в пределах первых суток). Примерами такой разновидности могут быть гипоксические состояния, развивающиеся в результате попадания в организм метгемоглобинообразователей (нитратов, окислов азота, бензола), венозной кровопотери, медленно нарастающей дыхательной или сердечной недостаточности.

4) Хроническая гипоксия развивается и/или длится более чем несколько суток (недели, месяцы, годы), например, при хронической анемии, сердечной или дыхательной недостаточности.

· По выраженности расстройств (по степени тяжести):

Лёгкая, средняя (умеренная), тяжёлая, критическая (опасная для жизни, летальная).

• По распространенности - общая и регионарная;

Патогенез гипоксии.

В общем случае гипоксию можно определить как несоответствие энергопродукции энергетическим потребностям клетки. Основное звено патогенеза — нарушение окислительного фосфорилирования в митохондриях, имеющее 2 последствия:

1. Нарушение образования АТФ → энергодефицит → нарушение энергозависимых процессов, а именно:

· сокращения — контрактура всех сократимых структур,

· синтеза — белков, липидов, нуклеиновых кислот,

· активного транспорта — потеря потенциала покоя, поступление в клетку ионов кальция и воды.

2. Накопление молочной кислоты и кислот цикла Кребса → ацидоз, вызывающий:

· блокаду гликолиза, единственного пути получения АТФ без кислорода;

· повышение проницаемости плазматической мембраны;

· активацию лизосомальных ферментов в цитоплазме с последующим аутолизом клетки.

Патогенез гипоксии. Первые признаки кислородного голодания возникают со стороны высшей нервной деятельности. Они связаны с нару­шениями процессов внутреннего торможения. Наблюдаются расстройства сложных аналитико-синтетических функций, возбуждение ЦНС, эйфория, напоминающая легкое алкоголь­ное опьянение; появляется ощущение самодовольства и соб­ственной силы, человек становится веселым, поет или кричит; могут быть эмоциональные расстройства; затем развиваются расстройства почерка, пропуски букв, притупление и потеря самокритики, способности реально оценивать события; могут совершаться необдуманные поступки. Через некоторое время первоначальное возбуждение сменяется депрессией, угрюмостью, сварливостью, даже драчливостью или опасны­ми приступами раздражительности.

Уже на ранних стадиях отмечаются расстройства координа­ции движений (вначале сложных, а затем и простых). Даже умеренная гипоксия сопровождается замедлением принятия решений в сложных ситуациях и удлинением скрытого перио­да реакции, что наряду с расстройством координации может стать причиной аварий и несчастных случаев в производствен­ных условиях.

С нарастанием острой гипоксии вслед за активацией про­цесса дыхания нарушаются ритм и равномерность амплитуды дыхательных движений; редкие, короткие дыхательные экс­курсии постепенно ослабевают до полного прекращения дыха­ния. Возникает тахикардия, усиливающаяся параллельно с ос­лаблением деятельности сердца, затем появляются нитевидный пульс, фибрилляция предсердий и желудочков. Постепенно снижается систолическое давление. Нарушаются пищеварение и функция почек. Снижается температура тела. Возможны су­дороги, потеря сознания, непроизвольное мочеиспускание, де­фекация.

Универсальным (хотя и неспецифическим) признаком гипоксических состояний, гипоксического повреждения клеток и тканей служит повышение пассивной проницаемости биологи­ческих мембран, их дезорганизация. Это ведет к выходу фер­ментов в межтканевую жидкость и кровь, вызывая тем самым нарушения обмена веществ и вторичную гипоксическую аль­терацию тканей.

Изменения в углеводном и энергетическом обмене приво­дят к дефициту макроергов, уменьшению содержания АТФ в клетках, усилению процесса гликолиза, снижению содержания гликогена в печени, угнетению процессов его ресинтеза. В ре­зультате в организме повышается содержание молочной и дру­гих органических кислот, в крови - массивные количества недоокисленных продуктов распада. Развивается метаболический ацидоз. Недостаточность окислительных процессов приводит к нарушению обмена липидов и белков. Кроме того, снижается концентрация в крови основных аминокислот, возрастает со­держание в тканях аммиака, возникает отрицательный азоти­стый баланс, развивается гиперкетонемия, резко активизиру­ются процессы перекисного окисления липидов. Вследствие нарушения обменных процессов возникают структурно-функ­циональные изменения, повреждаются клетки, а в последую­щем развивается гипоксический и свободнорадикальный не­кробиоз, гибнут клетки, в первую очередь нейроны. Описанные изменения характерны для острой и подострой гипоксии.

При молниеносной гипоксии, развивающейся, в частности, при вдыхании азота, метана, гелия без кислорода, синильной кислоты высокой концентрации большая часть клинических изменений отсутствует, так как очень быстро происходит фи­брилляция и остановка сердца, полное прекращение жизненно важных функций организма.

При длительной недостаточности кровообращения, дыха­ния, болезнях крови, возникает хроническая некомпенсиро­ванная гипоксия, характеризующаяся стойким нарушением окислительных процессов в тканях, общим дискомфортом, по­нижением работоспособности, одышкой, болями в сердце, го­ловными болями, головокружением. В различных органах раз­виваются морфологические изменения: обратимые (жировое перерождение в поперечно-полосатых мышцах, миокарде, гепатоцитах) или необратимые (очаговые кровоизлияния во вну­тренние органы и головной мозг, дегенеративные изменения в ЦНС и др.).

Перегрузочный тип гипоксии

Причина перегрузочной гипоксии: значительное и/или длительное увеличение функции 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 дефицит макроэргических соединений, развившийся в результате гиперфункции клетки. Наиболее часто речь идёт о ситуациях, вызывающих повышенное и/или продолжительное функционирование скелетных мышц и миокарда.

Патогенез. 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. Последний вызывает недостаточность процессов биологического окисления в них.

Изменения газового состава и рН

• Снижение парциального напряжения кислорода в венозной крови (венозная гипоксемия), опекающей от гиперфункционирующей мышцы.

• Уменьшение степени сатурации (сатурация - насыщение крови кислородом) НЬ эритроцитов в венозной крови. Увеличение артериовенозной разницы по кислороду.

• Увеличение парциального напряжения углекислого газа (гиперкапния) в венозной крови, что является результатом активированного метаболизма в ткани мышцы. Ацидоз в пробах крови, взятой из вены гиперфункнионирующей мышцы.

 

Прогноз

Прогноз зависит прежде всего от степени и длительности гипоксии, а также от тяжести поражения нервной системы. Умеренные структурные изменения клеток головного мозга обычно более или менее обратимы, при выраженных изменениях могут образоваться очаги размягчения мозга.

У больных, перенёсших острую гипоксию I степени, астенические явления сохраняются обычно не более 1—2 недель.

После выведения из Гипоксии II степени у некоторых больных общие судороги могут возникать в течение нескольких суток; в этот же период могут наблюдаться преходящие гиперкинезы, агнозия, корковая слепота, галлюцинации, приступы возбуждения и агрессивности, деменция. Выраженная астения и некоторые расстройства психики могут сохраняться иногда в течение года.

У больных, перенёсших Гипоксию III степени, интеллектуально-мнестические нарушения, расстройства корковых функций, судорожные припадки, нарушения движений и чувствительности, симптомы поражения ствола мозга и спинальные нарушения могут обнаруживаться и в отдалённых периодах; длительно сохраняется психопатизация личности.

Прогноз ухудшается при нарастающих явлениях отёка и поражения ствола мозга (паралитический мидриаз, плавающие движения глазных яблок, угнетение зрачковой реакции на свет, корнеальных рефлексов), продолжительном и глубоком коматозном состоянии, некупирующемся эпилептическом синдроме, при продолжительном угнетении биоэлектрической активности головного мозга.

+ смотри файл «Таблицы гипоксия»

Этот эффект, с одной стороны, благоприятно сказывается на насыщении гемоглобина кислородом в легочных капиллярах, но с другой стороны, смещение кривой диссоциации оксигемоглобина влево ухудшает отдачу кислорода тканям при сравнительно низких значениях его парциального напряжения.

Смещению кривой диссоциации оксигемоглобина влево при гипобарической гипоксии противостоит возрастание содержания 2,3-дифос-фоглицерата в эритроцитах, уменьшающего сродство гемоглобина к кислороду.

Патофизиология ГБО

«Основополагающее положение адаптационно-метаболической теории гипербарической медицины рассматривается как прогрессивный шаг на пути раскрытия биологической сущности кислородных эффектов в условиях ГБО» [Руководство по гипербарической медицине. – М.: «Издательство «Медицина», 2008. – 580 с.: ил.].

«Результаты множества исследований, проведённых в различных школах нашей страны по клиническому использованию ГБО, удивительно чётко укладываются в её рамки, а практика, как известно, - критерий истины» // М.: «Гипербарическая физиология и медицина», 3-4. - 2005.

Гипероксическая/ антигипоксемическая теория ГБО фактически убеждает в необходимости иных м етодологических принципов познания общих закономерностей развития гипероксических и постгипероксических состояний организма как в норме, так и патологии.

Методология познания ГБО должна опираться на своеобразие «субстрата потребления О₂», или реактивности организма при воздействии гипербарического кислорода, обладающего повышенной активностью в межмолекулярных взаимодействиях.

Эволюционный детерминизм может служить фундаментальным принципом научного познания закономерностей и механизмов биологических эффектов в условиях изменчивой кислородной среды жизнеобеспечения. Эволюционный детерминизм – это научный принцип миропонимания всеобщей объективной закономерности и причинной обусловленности всех явлений природы, в том числе: приспособительной и наследственной изменчивости биосферы планеты Земля.

Эволюционные законы проявляются приспособительной и наследственной изменчивостью биосферы планеты Земля. По ходу эволюции биосферы образовались генетические программы приспособительной и наследственной изменчивости всех биологических видов. Эволюция биосферы создала аэробную клетку, способную к жизнедеятельности по фундаментальным законам приспособительнойи наследственной изменчивости её метаболизма, функции и структуры. Основной поворот эволюции биосферы произошёл в связи с появлением кислорода в атмосфере Земли. Атмосферный кислород обеспечил высокоэнергетический потенциал для осуществления специфических функций аэробной клетки! Кислород выступил в качестве естественного преобразователя/адаптогена биологических систем в условиях изменчивости внешней среды.

Эволюция биосферы Земли от бескислородной к кислородной эре была длительной (3·10⁹ лет) и происходила путём сложных процессов приспособления биоорганического мира к нарастающему давлению кислорода в атмосфере. Поступательный период развития биосферы становился гипероксическим по сравнению с предшествующим, пока давление кислорода в атмосфере не достигло ~ 21 кПа, а содержание О₂ ~ 21 об%. Эволюция сформировала высокоорганизованные многоклеточные организации вплоть до человека и обеспечила системой самозащиты в виде функциональных, метаболических и структурных стереотипов адаптации.

Адаптационно-метаболические процессы составили основу первичных механизмов эволюции кислородной биосферы. Защитные, приспособительные и компенсаторные реакции адаптации на атмосферный кислород в последовательно возрастающей концентрации оказались универсальными и предопределили реактивность организма к другим чрезвычайным раздражителям окружающей среды.

В искусственно созданных условиях с избыточным давлением кислорода у аэробных существ неизбежно должен включаться в реальное противодействие весь адаптационный потенциал. Гипербарический кислород способен пробуждать в геноме клетки биологически целесообразные/адаптационные механизмы, сформировавшиеся в аэробных популяциях в прошлые эволюционные эры и периоды биосферы!

Гипербарическая медицина

Гипотеза, возникшая как научное предположение, была предметом экспериментальных и клинических исследований, проверки и доказательства прежде, чем стать теорией или научным законом.

Изменения состояния организма в условиях ГБО и последействия представляют собою трёхступенчатый процесс.

Различаются следующие стадии:

1. Адаптационная: метаболическая, функциональная, структурная;

2. Токсическая: общетоксическая, нейротоксическая, пневмотоксическая;

3. Терминальная: шок, коллапс.

Определение понятия гипоксия. Роль гипоксии в патогенезе разнообразных биологических процессов и болезней. Устойчивость отдельных органов и тканей к кислородному голоданию.

Один из важнейших элементов гомеостаза высших животных и человека – кислородный гомеостаз. Сущность его заключается в создании и поддержании эволюционно закрепленного оптимального уровня напряжения кислорода в структурах, обеспечивающих освобождение энергии и ее утилизацию. Кислородный гомеостаз создается и поддерживается деятель­ностью системы обеспечения организма кислородом, включа­ющей внешнее дыхание, кровообращение, кровь, тканевое ды­хание, нейрогуморальные регуляторные механизмы.

В нормальных условиях эффективность биологического окисления соответствует функциональной активности органов и тканей. При нарушении этого соответствия возникает состо­яние энергетического дефицита, приводящее к разнообразным нарушениям вплоть до гибели ткани. Недостаточное энергети­ческое обеспечение процессов жизнедеятельности и лежит в основе состояния, называемого гипоксией.

Гипоксия (кислородное голодание, кислородная недоста­точность) - типовой патологический процесс, возникающий в результате недостаточности биологического окисления и обусловленной ею энергетической необеспеченности жизнен­ных процессов.

Гипоксия – типовой патологический процесс, развивающийся в результате недостаточности биологического окисления, приводящий к нарушению энергетического обеспечения функций и пластических процессов в организме.

Гипоксемия – уменьшение по сравнению с должным уровней напряжения и содержания кислорода в крови.

Гипоксия является патогенетической основой разнообраз­ных патологических состояний и заболеваний. При любом па­тологическом процессе присутствуют явления гипоксии. В конце смертельной болезни, независимо от ее причин, на­ступает острая гипоксия. Умирание организма всегда сопрово­ждается тотальной гипоксией с развитием гипоксического не­кробиоза и гибелью клеток.

Кислородное голодание часто является ближайшей причи­ной расстройств еще и потому, что запасы кислорода у высших организмов ограничены: у человека - примерно 2-2,5 л. Этих запасов кислорода даже при условии их полного использова­ния достаточно для существования лишь в течение нескольких минут, но нарушение функций возникает при наличии еще зна­чительного содержания кислорода в крови и тканях.

Рассматривая влияние недостатка О₂ на организм необходимо учитывать различную чувствительность органов и тканей к гипоксии. Обычно характерна следующая закономерность: чем выше обменные процессы и тканях и органах, тем ниже их устойчивость к кислородному голоданию. Также важную роль в обеспечении устойчивости играет мощность гликолитической системы (способность вырабатывать энергию без участия кислорода), запас макроэргов и их субстратов, потенциальная возможность генетического аппа­рата обеспечивать пластическое закрепление гиперфункции.

Устойчивость отдельных органов и тканей к кислородному голоданию при одинаковой степени кислородной недостаточности, существенно различаются:

- наиболее чувствительна к гипоксии кора больших полушарий (ее структуры без кислорода погибают в течение 3-6 мин) в зависимости от нарастания гипоксии.

- подкорковые центры (особенно стволовые и спинномозговые) могут существовать без кислорода 15-20 мин, редко больше;

- очень чувствителен к гипоксии миокард (в нем довольно быстро развиваются ишемия, дистрофия, некробиоз, некроз);

- чувствительны к недостатку кислорода эндокринные железы и паренхиматозные органы, среди них наиболее устойчивы к гипоксии почки и надпочечники;

- высоко устойчивы к гипоксии кожа, волосы, сухожилия, кости, хрящи. Они мало чувствительны к гипоксии и могут сохранять нормальную структуру и жизне­способность в течение многих часов при полном прекращении снабжения кислородом.