Вопросы: 1. Термин, определение понятия 2. Показатели кислородного режима 3. Классификации гипоксий 4. Характеристика отдельных видов гипоксий 5. Механизмы адаптации при гипоксии 6. Механизмы повреждающего действия гипоксии на органы и ткани
hypo (греч.) – мало oxy (от лат. oxygenium ) – кислород Предложил американский физиолог Уигерс (1940 г.)
Гипоксия – типовой патологический процесс, возникающий при недостаточном снабжении тканей кислородом и/или при нарушении его утилизации в ходе биологического окисления Синонимы: «кислородное голодание» «кислородная недостаточность»
во вдыхаемом воздухе - Ратм.О 2 = 150-160 мм рт. ст. в альвеолярном воздухе - РАО 2 = 110-115 мм рт. ст.
артериальной крови - РаО 2 = 95-100 мм рт.ст. венозной крови - Р v О 2 = 30-50 мм рт.ст.
артериальной крови - HbO 2 а = 95-97 % венозной крови - HbO 2 v = 55-75 %
КЕК артериальной крови - VaO 2 = 19-21 об% КЕК венозной крови - VvO 2 = 12-15 об% Это означает, что Hb 100 мл артериальной крови способен связать 19-21 мл О 2
в артериальной крови - PaCO 2 = 38-41 мм рт.ст. в венозной крови - PvCO 2 = 46 мм рт.ст.
pH артериальной крови = 7,37-7,43
Отражает зависимость между РО 2 и HbO 2 (сродство гемоглобина к кислороду) На графике имеет форму латинской S, где по горизонтали - РО 2, а по вертикали – HbO 2 Сдвиг КДО вправо означает снижение способности Hb связывать О 2 Сдвиг КДО влево означает увеличение способности Hb связывать О 2
Увеличивают сродство Hb к О 2 и уменьшают отдачу кислорода тканям: алкалоз снижение t уменьшение содержания дифосфоглицерата (ДФГ) в эритроцитах
Уменьшают сродство Hb к О 2 и увеличивают отдачу кислорода тканям: ацидоз повышение t увеличение содержания ДФГ в эритроцитах
старые эритроциты длительное хранение консервированной крови голодание рвота сахарный диабет алкогольная абстиненция алкалоз
молодые эритроциты уремия цирроз печени
Острейшая, или молниеносная (в течение нескольких десятков секунд) Острая (в течение нескольких десятков минут, в переделах часа) Подострая (в течение нескольких часов, в пределах суток) Хроническая (длится недели, месяцы, годы)
Легкая Средняя Тяжелая Критическая (летальная) Критическое P а O 2 – 27-33 мм рт.ст.
Экзогенная гипоксия (вследствие снижения PO 2 во вдыхаемом воздухе) Группа эндогенных гипоксий (вследствие тех или иных нарушений в самом организме): Дыхательная (легочная) Циркуляторная (сердечно-сосудистая) Гемическая (кровяная) Тканевая (гистотоксическая) Смешанная
гипероксическая гипербарическая гипоксия нагрузки
Причина – снижение PO 2 во вдыхаемом воздухе Варианты: нормо барическая гипо барическая гипер барическая
пребывание в небольших, плохо вентилируемых помещениях нарушение подачи кислородной смеси в летательных или глубинных аппаратах или автономных костюмах нарушение режима ИВЛ
подъем в горы открытые летательные аппараты разгерметизация летательного аппарата барокамера
барокамера - подача кислорода под давлением
снижение РО 2 во вдыхаемом воздухе ↓ снижениеРО 2 в альвеолярном воздухе ↓ снижениеРО 2 в артериальной и венозной крови - гипоксемия ↓
уменьшение насыщения Hb кислородом ↓ возбуждение хеморецепторов синокаротидной зоны и дуги аорты ↓ компенсаторная гипервентиляция ↓ вымывание СО 2 (+уменьшение образования СО 2 в тканях из-за гипоксии) ↓
гипокапния - снижение РСО 2 ↓ респираторный (газовый) алкалоз метаболический ацидоз расширение сосудов и снижение системного АД сужение сосудов мозга и сердца ухудшение кровоснабжения этих органов
РО 2 a PO 2 v HbO 2 a HbO 2 v РСО 2 КЕК и МОС в норме или компенсаторно повышены
Причина – нарушение оксигенации крови в легких вследствие недостаточной: вентиляции перфузии диффузии то есть при заболеваниях или патологических процессах в самих легких или бронхах, или при нарушении механизмов регуляции дыхания
в основном совпадает с патогенезом экзогенной гипоксии 2 отличия: Гипоксемия связана не со снижением РО 2 во вдыхаемом воздухе, а с нарушением газообмена в легких Гиперкапния (увеличение РСО 2 ) из-за гиповентиляции альвеол Гиперкапния и ацидоз уменьшают сродство гемоглобина к кислороду и еще больше затрудняют процесс оксигенации крови в легких
РО 2 a PO 2 v HbO 2 a HbO 2 v РСО 2 КЕК и МОС в норме или компенсаторно повышены
Причина – недостаточное кровоснабжение тканей (местного или системного характера) Виды : местная системная
- типовые нарушения местного (регионарного) кровообращения: Ишемия Венозная гиперемия Стаз
Кровопотеря Обезвоживание Хроническая сердечная недостаточность (ХСН) Шок Коллапс Артериальная гипо- и гипертензия
возникают вследствие: снижения ОЦК замедления скорости кровотока расстройств микроциркуляции нарушения диффузии О 2 через сосудистую стенку в ткань
замедление скорости кровотока ↓ артериальная кровь (НвО 2 в норме) успевает отдать тканям больше О 2 ↓ в венозной крови содержание НвО 2 меньше нормы ↓ скорость перехода кислорода в ткань отстает от скорости метаболических процессов ↓ гипоксия тканей и метаболический ацидоз
РО 2 a - норма HbO 2 a – норма PO 2 v HbO 2 v АВР по кислороду ↑ МОС (только при системной циркуляторной гипоксии) КЕК в норме или компенсаторно повышена
Суть - снижение кислородтранспортной функции крови Способность крови переносить кислород определяется количеством и качеством Hb Показатель, отражающий способность крови переносить О 2 – КЕК
Количественные нарушения Hb – снижение содержания Hb в единице объема крови при анемиях Качественные нарушения Hb ( гемоглобинопатии ) - наличие или образование патологического Hb с нарушенной способностью связываться с О 2 в легких или отдавать О 2 тканям
Наследственные Приобретенные
В основе - генные мутации, ведущие к нарушению аминокислотного состава глобина Примеры: талассемия серповидноклеточная анемия
при отравлении угарным газом при отравлении метгемоглобинобразователями
Происходит в закрытых помещениях Окись углерода содержится: В выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания В бытовом газе Образуется в процессе горения
СО обладает высоким сродством к Hb Образуется карбоксигемоглобин – HbCO У карбоксигемоглобина низкая способность к диссоциации, т.е. Не может отдавать кислород тканям
Низкая диссоциация HbCO При отравлении СО не происходит рефлекторной стимуляции дыхания, так как парциальное давление О2 в крови остается нормальным Фракция окиси углерода, растворенная в крови (маленькая) проникает в клетки и усиливает образование в них активных кислородных радикалов и ПОЛ, что ведет к нарушению структуры и функций клеток
Клинические признаки появляются, когда более 50% Hb соединены с CO Кожа и слизистые оболочки алого цвета Угнетение дыхания Падение АД Кома, смерть
Прекращение действия СО Нормо- и гипербарическая оксигенация Карбоген (сродство окиси углерода к кислороду понижается при гиперкапнии)
Нитросоединения (нитриты, нитраты ) Аминосоединения (анилин) сульфаниламиды фенацетин аспирин цитрамон хиноны эндогенные перекиси
Восстанавливают железо в молекуле Hb т.е. переводят Fe ++ в Fe +++ В результате образуется метгемоглобин, который Имеет высокое сродство к О2 не способен преносить кислород
Образование метгемоглобина и нарушение переноса кислорода Резкое снижение способности оставшегося оксигемоглобина отдавать О2 тканям Прямое угнетающее действие метгемоглобинобразователей на тканевое дыхание, разобщение окисления и фосфорилирования
Признаки гипоксии появляются при превращении 20-50% гемоглобина в метгемоглобин Превращение 75 % гемоглобина в метгемоглобин – смертельно
Метгемоглобин имеет коричневую окраску Коричневый оттенок приобретают кровь, кожа, слизистые оболочки Процесс метгемоглобинобразования обратим В течение нескольких часов железо переходит в закисную форму и КЕК восстанавливается
Осуществляется благодаря редуктазной системе эритроцитов и накоплению недоокисленных продуктов Этот процесс ускоряется под действием аскорбиновой кислоты и глутатиона
Аскорбиновая кислота, глутатион Обменное переливание крови в тяжелых случаях) Гипербарическая оксигенация Вдыхание 100% кислорода
нарушаются также при изменении: рН осмотического давления реологических свойств крови содержания ДФГ в эритроцитах
КЕК артериальной крови ↓ КЕК венозной крови ↓ РО 2 a - норма HbO2 а ↓ PO 2 v ↓ HbO2 в ↓ АВР по кислороду ↓ за счет резкого снижения содержания кислорода в артериальной крови Метаболический ацидоз
В основе - снижение э ффективности : утилизации кислорода клетками и/или сопряжения окисления и фосфорилирования
может развиваться самостоятельно а также является конечным этапом любого вида гипоксии поскольку при ней нарушается окислительное фосфорилирование, другое название - биоэнергетическая гипоксия
Снижение синтеза ферментов биологического окисления при белковом голодании, гиповитаминозах, нарушениях минерального обмена Подавление активности ферментов биологического окисления (при отравлении цианидами, под действием эфира, алкоголя, барбитуратов, ионов серебра, ртути, меди)
Повреждение мембран митохондрий (под действием свободных радикалов и продуктов ПОЛ, лизосомных ферментов, ионизирующей радиации, метаболитов при уремии, кахексии, тяжелых инфекциях Изменение физико-химических параметров в ткани ( t, рН, электролитного состава) при гипо- и гипертермии, анемиях, сердечной, почечной, печеночной недостаточности и др.
а значит – увеличения расхода о2 избыток Ca 2+ H + избыток ВЖК избыток гормонов щитовидной железы некоторые лекарства отравление нитритами микробные токсины
Нарушение процессов биологического окисления развивается и при отсутствии в клетках субстратов для окисления Такую гипоксию называют субстратной
РО 2 v ↑↑ HbO 2 v ↑↑ КЕК венозной крови ↑↑ РО 2 а HbO 2 а КЕК артериальной крови – норма АВР по кислороду ↓↓ метаболический ацидоз
Массивная кровопотеря: Гемическая - из-за ↓ Hb Циркуляторная - из-за ↓ ОЦК
Хроническая сердечная недостаточность (ХСН): Циркуляторная - из-за застоя крови и ↓ МОС Дыхательная - из-за застоя крови в легких и нарушения процесса оксигенации
Отравление наркотическими веществами: Циркуляторная - из-за угнетения функции сердца Дыхательная - из-за угнетения дыхательного центра Тканевая - из-за угнетения активности дыхательных ферментов
Разновидность экзогенной Может возникать в условиях барокамеры, т.е. при использовании гипербарической оксигенации с лечебной целью («дача» кислорода под давлением)
Парадоксальное развитие гипоксии связано с усилением процессов ПОЛ и образованием АФК, которые разрушают мембраны клеток и блокируют ферменты дыхательной цепи Для того чтобы избежать развития гипоксии в этой ситуации, метод применяют под защитой антиоксидантов
Разновидность экзогенной Развивается при дыхании чистым О2 или кислородно-воздушной смесью с высоким содержанием кислорода Парадоксальное развитие гипоксии при этом связано с замедлением скорости транспорта кислорода, сужением сосудов и, значит, ухудшением доставки кислорода к клеткам
У здоровых людей при значительном или длительном увеличении функции тканей, органов и систем (чаще всего - скелетной мускулатуры и миокарда) Суть - несоответствие потребности в кислороде и доставки его к ткани Относится к категории физиологических гипоксий
отдача О 2 и потребление его тканями ↑↑ РО 2 v ↓↓ HbO 2 V ↓↓ РО 2 a норма HbO 2 a норма АВР по кислороду ↑↑ В венозной крови - ацидоз
Патологические: дыхательная, циркуляторная, гемическая, тканевая Физиологические: гипоксия нагрузки, гипоксия матери и плода, алиментарная, гипоксия старения
В основе - несоответствие между потребностью и доставкой кислорода
Обязательный спутник Гипоксия матери связана с повышением потребности в О 2 Гипоксия плода связана с дискретным характером кровотока широкой маточной связки (ритмические циклы депонирования и дренирования крови в сосудах); гипоксия носит прерывистый характер
После обильного приема пищи вследствие расширения мезентериальных сосудов Большой объем крови депонируется в них Как следствие – перераспределительная ишемия других органов и тканей и гипоксия
Ухудшение доставки кислорода из-за снижения функциональных резервов сердечно-сосудистой и дыхательной систем Возрастное снижение активности дыхательных ферментов тканей
Экстренные Долговременные
предсуществуют в каждом организме включаются тотчас же направлены на срочное усиление доставки О 2 и субстратов к тканям носят несовершенный и неустойчивый характер
Увеличение частоты, глубины дыхания, числа функционирующих альвеол механизм рефлекторный связан с активацией хеморецепторов при изменении химического и газового состава крови
Увеличение УО и ЧСС (а значит, МОС) и скорости кровотока механизм - активация САС
Централизация кровообращения – перераспределение крови в пользу жизненно важных органов механизмы – активация САС, а также накопление в миокарде метаболитов с сосудорасширяющим эффектом: аденозин, ПГЕ, кинины и др.
Выброс крови из депо (селезенка, костный мозг) Механизмы: выброс КХА, тиреоидных и кортикостеридных гормонов
Усиление эритропоэза и выход ретикулоцитов из костного мозга Механизм: метаболические сдвиги (из-за гипоксии) стимулируют образование эритропоэтина
Повышение сродства Hb к O 2 в легких Усиление диссоциации HbO 2 в тканях (из-за гипоксемии, ацидоза, повышения содержания ДФГ и АДФ в эритроцитах)
Активация тканевого дыхания, активация гликолиза (из-за снижения содержания АТФ в клетке и ослабления его ингибирующего влияния на ферменты гликолиза, а также активации этих ферментов под влиянием продуктов деградации АТФ) Повышение сопряженности окисления и фосфорилирования
Формируются постепенно Носят устойчивый и более совершенный характер В основе – активация синтетических процессов, особенно в органах и системах, обеспечивающих доставку О 2 и субстратов Обеспечивают структурную основу адаптации Повышается мощность, экономичность и надежность систем доставки и биологического окисления
Снижение интенсивности и увеличение экономичности обменных процессов. Преобладание анаболических процессов Увеличение числа митохондрий, их крист, ферментов, повышение сопряженности окисления и фосфорилирования Гипертрофия легких, дыхательной мускулатуры, миокарда, нейронов.
Увеличение числа нервных окончаний в органах и тканях Увеличение количества капилляров в органах и тканях Активация эритропоэза ; повышение сродства гемоглобина к О 2 в легких и облегчение отдачи его в тканях. Повышение эффективности и надежности систем нейрогуморальной регуляции работы сердца, тонуса сосудов
Степень повреждающего действия гипоксии зависит от: мощности компенсаторно-приспособительных реакций тяжести гипоксии скорости развития гипоксии степени чувствительности тканей к гипоксии Повреждающее действия гипоксии проявляется на уровне: обмена веществ функций структуры клеток, тканей, органов
недостаток О 2 ↓ подавление процессов биологического окисления ↓ энергодефицит (↓ АТФ ↓ КФ ↑ АДФ ↑ АМФ ↑P неорг.) ↓ активация гликолиза ↓ накопление недоокисленных продуктов ↓ Ацидоз
Ацидоз ↓↓↓ активация липолиза, протеолиза и неферментного гидролиза белков торможение ресинтеза липидов, синтеза белка и нуклеиновых кислот подавление гликолиза ↓↓↓ кетоз отрицательный азотистый баланс ↑↑↑ остаточного азота в крови ↑↑↑ ВЖК в крови (ВЖК разобщают ОФ) усугубление дефицита АТФ (ацидоз подавляет гликолиз) ↓↓↓
нарушение работы ионных насосов ↓↓↓ ↓↓↓ К + ↑↑↑ Ca 2+ ↑↑↑ Na + в клетке ↓↓↓ осмотический лизис клетки разобщение ОФ и усугубление энергодефицита ↓↓↓ нарушение специфических и неспецифических функций клеток структурные повреждения, вплоть до необратимых
Самое ранней и самое тяжелое последствие гипоксии Проявления: снижение критики неадекватность поведения и восприятия головная боль нарушение координации движений нарушение логического мышления эйфория прогрессирующее угнетение сознания вплоть до развития комы судороги нарушение бульбарных функций (расстройства дыхания и кровообращения)
Снижение сократительной функции миокарда Нарушение коронарного кровотока Аритмии Повышение, а затем снижение АД Расстройства микроциркуляции
Дыхательная недостаточность В основе ДН – нарушения вентиляции, перфузии и диффузии ДН усугубляет имеющуюся гипоксию
вплоть до развития острой почечной недостаточности в основе - нарушение фильтрации или реабсорбции Возможны при тяжелой гипоксии
Наблюдаются в основном при хронической гипоксии Выражаются в нарушениях обмена веществ, антитоксической функции печени, пигментного обмена, свертывания крови и др.
Снижение аппетита Нарушение моторной и эвакуаторной функций желудка Нарушение функций кишечника при тяжелой и длительной гипоксии возможно образование эрозий и язв слизистой оболочки ЖКТ
При тяжелой и длительной гипоксии: Снижение эффективности специфической защиты ( At ) Снижение неспецифической защиты (лизоцим, интерфероны, БОФ, естественные киллеры, комплемент и др.)
Этиотропный – воздействие на причину: при экзогенной гипоксии – нормализация РО2 во вдыхаемом воздухе при гипокапнии - добавление СО2 при измененном барометрическом давлении – нормализация барометрического давления при эндогенных гипоксиях – лечение болезни или патологического процесса, ставшего причиной развития гипоксии нормобарическая или гипербарическая оксигенотерапия
Патогенетический – воздействие на механизмы развития: ликвидация ацидоза ликвидация дисбаланса ионов в клетках и крови защита мембран и ферментов повышение интенсивности биологического окисления снижение уровня функционирования органов и систем (для соответствия потребности и доставки)
Симптоматический – устранение тягостных субъективных ощущений: анальгетики анестетики транквилизаторы и др.
Нормобарическая оксигенотерапия – дача кислородно-воздушной смеси с высоким содержанием кислорода или 100%-кислорода в условиях нормального атмосферного давления Гипербарическая оксигенотерапия – то же, но в условиях повышенного атмосферного давления (создается в барокамере)
При парциальном давлении кислорода ниже 60 мм рт.ст. При оксигенации гемоглобина ниже 90%
Острая постгеморрагическая анемия Тяжелые отравления угарным газом и метгемоглобинобразователями Болезнь декомпрессии Тяжелые травмы и др.
Причина - усиление ПОЛ и образование активных форм кислорода (АФК), которые разрушают мембраны клеток, нуклеиновые кислоты, белки, блокируют ферменты дыхательной цепи
Судорожный синдром (при преимущественном поражении головного и спинного мозга) Гиповентиляционный синдром (при преимущественном поражении легких) Общетоксический синдром - развитие полиорганной недостаточности (ПОН) Чтобы избежать этого, метод оксигенотерапии применяют под защитой антиоксидантов!
Может быть опасной у лиц пожилого и старческого возраста (церебральный атеросклероз) Снижена чувствительность ДЦ к СО2 Регуляция дыхания осуществляется с участием хеморецепторов каротидного синуса, чувствительных к гипоксемии Устранение гипоксемии может привести к остановке дыхания
