Нарушение обмена веществ и физиологических функций при гипоксии

Нарушения обмена веществ и физиологических функций, вызванные дефицитом кислородоснабжения, прогрессируют при недостаточности или истощении компенсаторно-приспособительных реакций. Первоначально метаболические нарушения проявляются в уменьшении синтеза макроэргических соединений и изменениях углеводного обмена. Активируются гликолиз, гликогенолиз, увеличивается продукция пирувата и лактата; кислотно-основное состояние смещается в сторону ацидоза.

Недостаточность окислительных процессов влечет за собой нарушение липидного, белкового, электролитного обмена. При нарушении метаболизма липидов накапливаются промежуточные продукты обмена: ацетон, ацетоуксусная и (З-оксимасляная кислоты, возрастает перекисное окисление липидов. Накапливаются также промежуточные продукты белкового обмена, устанавливается отрицательный азотистый баланс. Синтетические процессы снижены, при дальнейшем нарастании тяжести гипоксии первичная активация гликолиза сменяется его угнетением; усиливаются процессы деструкции и распада тканей.

Клеточные нарушения при гипоксии обусловлены описанными выше изменениями метаболизма.

Первичный механизм нарушения клеточных функций при гипоксии связан с нарушением баланса ионов кальция в клетках.

Недостаток АТФ в клетке немедленно сказывается на важнейших и весьма энергоемких процессах ионного обмена. Снижается активность Са²⁺-АТФазы, нарушается активность электрогенного 3Na⁺/2К ⁺ насоса.

Деполяризация клеточной мембраны ведет к открытию потенциал-зависимых натриевых и кальциевых каналов и увеличению притока ионов натрия и кальция в клетку.

Внутриклеточный ацидоз вызывает активацию blа⁺/Н⁺ ионообменного механизма, что также способствует накоплению ионов натрия в клетке. Увеличение концентрации натрия в примембранном слое ведет к угнетению, а затем к инверсии работы 3Na⁺/Са²⁺ ионообменного механизма, следовательно, уменьшается отток Са²⁺ из клетки в обмен на входящие Na⁺. Также происходит снижение электрического потенциала мембраны митохондрий, что влечет за собой уменьшение, а затем и потерю способности митохондрий аккумулировать внутриклеточный кальций.

Повышение концентрации ионов кальция в клетке вызывает активацию протеаз и фосфолипаз, что приводит к гидролизу фосфолипидов мембраны, нарушению их структуры и функции. В результате становятся более выраженными нарушения кальциевого обмена, ускоряются процессы накопления кальция в клетке. Образование такого порочного круга в итоге вызывает серьезные функциональные нарушения, а затем и гибель клетки. В дополнение к этому накопление Na⁺ и Са ²⁺ в клетке увеличивает осмолярность цитоплазмы, что влечет за собой приток воды в клетку и формирование гипоксического отека тканей.

При гипоксии в различных тканях выявлено увеличение продукции оксида азота. Умеренная активация эндотелиальной и нейрональной NO-синтазы, видимо, имеет адаптивное значение: умеренная активация продукции NO сопровождается расширением прекапиллярных сосудов, снижением адгезии и агрегацией тромбоцитов, активацией синтеза стресс-белков, защищающих клетку от повреждений. Однако гиперпродукция оксида азота оказывает повреждающее действие, особенно на нервные клетки. К тому же гипоксия нервной ткани увеличивает секрецию глутамата, который оказывает не только возбуждающее медиаторное, но и цитотоксическое действие, вызывая гибель нейронов.

Чувствительность различных тканей к недостатку кислорода неодинакова: в первую очередь при гипоксии страдает нервная система. Первоначальное эмоциональное и двигательное возбуждение (состояние эйфории) при длительной и глубокой гипоксии сменяется генерализованным торможением, адинамией; возникают грубые нарушения высшей нервной деятельности вплоть до потери сознания.

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»

Влияние гипер- и гипокапнии на развитие гипоксии.

Гипобарическая гипоксия развивается при снижении атмосферного давления. Наиболее часто она наблюдается во время высокогорных восхождений. Ведущим патогенетическим фактором ее возникновения также является гипоксемия, но в отличие от нормобарической гипоксии дополнительным отрицательным фактором служит гипокапния.

Некоторые патологические состояния, сопровождающиеся гипервентиляцией, могут приводить к вымыванию СО₂ из организма и развитию гипокапнии, способной влиять на активность дыхательного центра и усугублять тяжесть состояния пациента. Гипокапния сопровождается спазмом мозговых сосудов и снижением внутричерепного давления. При тяжелой и длительной гипокапнии может произойти ишемическое повреждение мозга.

Гипокапния и газовый алкалоз формируются за счет хеморефлекторной, компенсаторной гипервентиляции легких, избыточного выведения СО₂. Снижению парциального напряжения СО₂ в крови легочных капилляров частично препятствует эффект Халдейна: снижение парциального давления О₂ в альвеолярном воздухе уменьшает интенсивность выведения СО₂. Однако более мощные контуры регуляции связаны с влиянием СО₂ на дыхательный центр продолговатого мозга.

Известно, что СО₂ легко диффундирует через гематоэнцефалический барьер и, попадая в ликвор, образует угольную кислоту, которая диссоциирует на Н ⁺ и НСО3 ^-. Локальное содержание количества протонов воспринимается хеморецепторами вентральной поверхности продолговатого мозга и в конечном итоге влияет на деятельность дыхательного центра. Увеличение содержания СО₂ в крови и соответственно снижение рН цереброспинальной жидкости стимулируют дыхание; гипокапния и уменьшение содержания протонов в цереброспинальной жидкости, напротив, угнетают дыхательный центр.

В равнинных условиях снижение парциального напряжения СО₂ в крови на 4—5 мм рт.ст. приводит к существенному уменьшению легочной вентиляции. Однако при гипоксемии резко повышается чувствительность дыхательного центра к рСО₂ в крови, поэтому при подъеме в горы гипервентиляция сохраняется даже в случае значительного снижения содержания СО₂ в крови.

Гипокапния и увеличение рН крови, согласно закономерности, открытой Бором, повышают сродство гемоглобина к кислороду, причем кривая насыщения гемоглобина кислородом смещается влево.

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.