Чем опасен дефицит кислорода и как с ним справиться: Статьи общества ➕1, 25.08.2021

Чем опасен дефицит кислорода и как с ним справиться: Статьи общества ➕1, 25.08.2021 Кислород

Почему не хватает воздуха при дыхании?

Нехватка воздуха у здоровых людей возникает из-за того, что их организм получает меньший объём кислорода, чем ему надо. Она проявляется в процессе физических нагрузок, выполнения тяжёлой работы, подъёма вверх или при стрессах. Бывают случаи, когда ощущение нехватки воздуха спровоцировано слишком тесной одеждой, сдавливающей тело.

У пожилых людей оно возникает из-за возрастных изменений сердца и кровеносных сосудов и проявляется даже при небольших нагрузках. Помимо этого, затруднение дыхания, как уже упоминалось, является составляющей симптоматического комплекса ряда патологических состояний.

Ещё один инициирующий фактор — вторая половина беременности. В этот период матка серьёзно увеличивается в объёме и провоцирует поджимание диафрагмы вверх, что не позволяет женщине дышать так глубоко, как она привыкла. Чем больше срок, тем сильнее и чаще ощущается дефицит, и возникает он не только при несущественных нагрузках, но и при ходьбе, сопровождаясь лёгким головокружением или потемнением в глазах.

Вышеперечисленное особенно ярко проявлено у пациенток, вынашивающих двойню, тройню или просто крупного малыша, или страдающих от такой акушерской аномалии, как многоводие, при котором наблюдается увеличенный объём околоплодных вод. Особую тревогу вызывает проблема на фоне синдрома сдавления нижней полы вены.

Гипоксия • большая российская энциклопедия — электронная версия

ГИПОКСИ́Я (от ги­по… и лат. Oxy­ge­nium – ки­сло­род) (ки­сло­род­ное го­ло­да­ние, ки­сло­род­ная не­дос­та­точ­ность), не­дос­та­точ­ное снаб­же­ние тка­ней ор­га­низ­ма ки­сло­ро­дом или на­ру­ше­ние его ути­ли­за­ции. Воз­ни­каю­щее при Г. па­то­ло­гич. со­стоя­ние свя­за­но с тем, что по­сту­п­ле­ние ки­сло­ро­да к тка­ням (при сни­же­нии его со­дер­жа­ния в кро­ви – ги­пок­се­мии) или спо­соб­ность тка­ней ис­поль­зо­вать его ока­зы­ва­ет­ся ни­же, чем их по­треб­ность в нём. Вслед­ст­вие это­го в жиз­нен­но важ­ных ор­га­нах раз­ви­ва­ют­ся не­об­ра­ти­мые из­ме­не­ния. Наи­бо­лее чув­ст­ви­тель­ны к Г. центр. нерв­ная сис­те­ма, мио­кард, поч­ки и пе­чень. При­чи­ны Г.: не­дос­та­ток ки­сло­ро­да во вды­хае­мом воз­ду­хе при подъ­ё­ме на вы­со­ту (см. Вы­сот­ная бо­лезнь), при ра­бо­те в шах­те, под­вод­ной лод­ке, во­до­лаз­ном кос­тю­ме и т. п.; за­ку­пор­ка ды­ха­тель­ных пу­тей ино­род­ным те­лом; спазм брон­хов (напр., при брон­хи­аль­ной ас­т­ме); па­то­ло­гич. про­цесс в лёг­ких (отёк, вос­па­ле­ние); ане­мии; от­рав­ле­ние ок­си­дом уг­ле­ро­да (угар­ным га­зом), циа­ни­да­ми и др. По ха­рак­те­ру те­че­ния вы­де­ля­ют Г. ост­рую (напр., при мас­сив­ной кро­во­по­те­ре, ин­фарк­те мио­кар­да, от­рав­ле­нии угар­ным га­зом) и хро­ни­че­скую (при эм­фи­зе­ме лёг­ких, по­ро­ках серд­ца, бо­лез­нях кро­ви, кар­диоск­ле­ро­зе и др.). По ме­ха­низ­му раз­ви­тия раз­ли­ча­ют Г. ге­ми­че­скую, или кро­вя­ную (вслед­ст­вие умень­ше­ния ки­сло­род­ной ём­ко­сти кро­ви при ане­ми­ях, на­ру­ше­нии спо­соб­но­сти ге­мо­гло­би­на свя­зы­вать, транс­пор­ти­ро­вать или от­да­вать тка­ням ки­сло­род, напр. при кро­во­по­те­рях, от­рав­ле­ни­ях, ра­ди­ац. по­ра­же­нии); цир­ку­ля­тор­ную (при на­ру­ше­ни­ях кро­во­об­ра­ще­ния, при­во­дя­щих к не­дос­та­точ­но­му кро­во­снаб­же­нию тка­ней); рес­пи­ра­тор­ную, или ды­ха­тель­ную (в ре­зуль­та­те не­дос­та­точ­но­сти га­зо­об­ме­на в лёг­ких, напр. при пнев­мо­нии, отё­ке лёг­ких, пнев­мо­то­рак­се, ино­род­ных те­лах); тка­не­вую (вслед­ст­вие на­ру­ше­ния спо­соб­но­сти тка­ней ути­ли­зи­ро­вать ки­сло­род кро­ви, напр. при от­рав­ле­ни­ях, эн­док­рин­ных на­ру­ше­ни­ях, ави­та­ми­но­зах); сме­шан­ную (обу­слов­ле­на со­че­та­ни­ем не­сколь­ких па­то­ге­не­тич. ме­ха­низ­мов). Ост­рая Г. про­яв­ля­ет­ся на­ру­ше­ни­ем сер­деч­ной дея­тель­но­сти, об­мо­ро­ком, ас­фик­си­ей. Для хро­нич. Г. ха­рак­тер­ны по­вы­шен­ная утом­ляе­мость, одыш­ка, та­хи­кар­дия при не­боль­шой фи­зич. на­груз­ке. Ле­че­ние на­прав­ле­но на уст­ра­не­ние при­чин ги­пок­сии.

Диагностика нехватки воздуха

Начальные этапы диагностики, как правило, проводит терапевт. Он осуществляет осмотр и собирает анамнез, после чего, проанализировав полученные данные, отправляет пациента к узкопрофильным специалистам. Последние для выяснения диагноза назначают ему следующие исследования:

История открытия

Как и многие истории, всё началось с пивных баров и, увы, весьма печально. В середине 1960-х годах по США, Бельгии и ряду других стран среди отчаянных любителей пива прокатилась необычная хворь — кардиомиопатия, имеющая по всем характеристикам признаки токсической, обусловленной накоплением неизвестного тяжелого металла.

Довольно быстро виновник был найден: им оказался хлорид кобальта (II) — популярный среди ряда крупных пивоварен эффективный пеногаситель. Интересно, что помимо кардиомиопатии у бедняг-пьяниц наблюдался высокий уровень гемоглобина, который коррелировал с высоким уровнем эритропоэтина [1].

пива

кобальта? Похоже, что так!

Успокою взволнованных любителей пива и замечу, что чтобы получить кобальтовую кардиомиопатию, потреблять пива необходимо было неимоверно много — около 4 литров в сутки, а всем остальным, возможно, пиво дарило даже некоторое «окрыление» на фоне повышенного гемоглобина. Так или иначе, добавку запретили, разрешив ее ограниченно применять в скотоводстве.

Неизвестно, был ли знаком с этой историей молодой врач-педиатр Грегг Семенза из госпиталя Джонса Хопксинса (рис. 1). Задача постдока Грегга состояла в поиске фактора, регулирующего активность промотора гена эритропоэтина в условиях гипоксии.

Постепенно, шаг за шагом, в 1992 году был найден фактор, в 1995 году стало ясно, что фактор представляет собой гетеродимер, в котором одна из субъединиц является кислород-зависимой, в 2001 году был определен механизм, благодаря которому происходит регуляция стабильности кислород-зависимой субъединицы — гидроксилирование с помощью пролилгидроксилаз. Фактору дали красноречивое название — hypoxia-induced factor, или, сокращенно, HIF [2].

Следует отметить, что во всех клеточных экспериментах Семензы гипоксия могла быть заменена добавлением хлорида двухвалентного кобальта. И это уже не просто совпадение, это научный факт.

История 1: treg-лимфоциты vs. th17-лимфоциты

Наивные CD4  T клетки в зависимости от микроокружения способны дифференцироваться в различные субпопуляции с весьма отличающимися друг от друга функциями: Th1, Th2, Tfh, Th17 и iTreg. Огромное внимание в вопросах аутоиммунных заболеваний и противоопухолевого иммунитета обращено к двум не так давно открытым популяциям T лимфоцитов — Th17 и iTreg [17].

Th17-клетки дифференцируются из наивных CD4 лимфоцитов под действием TGF-β и IL-6; критичным является активация транскрипционных факторов STAT3 и RORgt. Th17-лимфоциты обладают мощным бактерицидным и фунгицидным действием за счет секреции IL-17 и IL-22.

Индуцированные iTreg дифференцируются из наивных CD4 лимфоцитов под действием TGF-β и IL-2; критичным является активация транскрипционного фактора Foxp3. Treg вырабатывают IL-10, TGFβ, экспрессируют на своей поверхности много интересных молекул (типа рецептора к IL-2 СD25, ингибиторного корецептора CTLA-4), за счет которых проявляют свои иммуносупрессивные свойства.

Итого, мы имеем две субпопуляции лимфоцитов, обладающих диаметрально противоположными свойствами, не способными перепрограммироваться друг в друга и происходящие из единого предшественника — наивных CD4  лимфоцитов. Часто говорят о балансе Treg и Th17, сдвиге баланса либо в иммуносупрессивную, либо в провоспалительную сторону при разных заболеваниях, и подчеркивают первостепенную важность механизмов, определяющих дифференцировку по одному из двух путей. Кратко рассмотрим механизмы и попытаемся понять, в чем соль.

Первое, на что внимательный читатель обратит внимание, это общий для двух субпопуляций индуктор TGFβ. Известно, что сами по себе высокие концентрации TGFβ способны поддерживать активацию Foxp3 и коммитировать образование iTreg. Однако для Th17 также характерна активация Foxp3, которая в обязательном порядке должна быть подавлена.

Теперь о роли HIF-1. Для немиелоидных клеток показано, что активация STAT3 может приводить к негипоксической активации HIF-1. HIF-1, в свою очередь, способен ингибировать Foxp3, причем, вероятно, за счет механизма активации полиубиквитинирования с последующей протеасомной деградацией, т.е. механизма по которому HIF-1 разрушается сам.

Ингибируя Foxp3, HIF-1 способствует дифференцировке CD4 наивных лимфоцитов в Th17 направлении. Что интересно, данную STAT3-зависимую негипоксическую активацию HIF-1 с последующим ингибированием Foxp3 можно заменить циклами периодической гипоксии-нормоксии, которая приводит к стабилизации и накоплению HIF-1 (рис. 8).

Любопытно, что то же самое не случается в условиях длительной гипоксии. И виной здесь отрицательная обратная связь — длительная гипоксия повышает экспрессию HIF-зависимой микроРНК-210, которая способна подавлять трансляцию HIF-1α.

Приведенную выше концепцию особой роли HIF-1 в активации фактора RORgt (критичного для Th17) и ингибирования Foxp3 (критичного для Treg) подтверждает недавняя замечательная статья о роли фактора Deltex1 в поддержании стабильности Foxp3 за счет ингибирования его негативного регулятора HIF-1 [18].

Не так давно была открыта новая субпопуляция лимфоцитов — Tr1, обладающих иммуносупрессивными свойствами, при этом не экспрессирующих Foxp3 (маркер регуляторных T-лимфоцитов). Tr1 играют особую роль в супрессии воспаления в нервной системы и кишечнике [19].

Интересно, что гипоксия и повышенная концентрация внеклеточного АТФ — частые атрибуты воспаления — способны угнетать дифференцировку Tr1-лимфоцитов. Весьма красивым оказался механизм: критичным фактором для дифференцировки в Tr1 лимфоциты является фактор AHR, который при взаимодействии со своим ядерным переносчиком ARNT, переносится в ядро и активирует экспрессию IL-10, IL-21 и прочих факторов, определяющих иммуносупрессивные свойства Tr1-лимфоцитов.

Однако ARNT хорошо известен нам как HIF-1β, кислород независимая субъединица, с которой димеризуется HIF-1α. Между HIF-1α и AHR в указанных условиях происходит конкуренция за ARNT и HIF-1α в этой конкуренции побеждает. Впрочем, если условия позволяют, и в схватке побеждает ARNT, ему есть чем ответить — активируясь, он способствует деградации HIF-1α, предположительно за счет повышения экспрессии пролилгидроксилаз PHDs по кислород-зависимому механизму (рис. 9).

Хочется отметить также, что угнетающая роль HIF-1α на дифференцировку Tr1-лимфоцитов оказалась не столь уж однозначной — исследователи отмечают то, что активность HIF-1α важна на ранних стадиях дифференцировки, главным образом, за счет своей способности переключать метаболизм на гликолитический тип.

История 2: врожденный иммунитет и макрофаги

В марте 2022 года в Кембридже прошла любопытнейшая конференция по теме, которая может показаться на первый взгляд очень провокационной — формированию парадигмы памяти врожденного иммунитета. Но не пугайтесь громкого названия; ознакомившись с материалами конференции [20], очень скоро понимаешь, что главной темой было понятие «тренированного» (trained) иммунитета, ставшее уже своего рода классикой.

Суть явления проста: моноцит (или неполяризованный макрофаг М0) после встречи с антигеном через активацию рецепторов врожденного иммунитета (dectin-1, TLRs и др.) способен программироваться метаболически (переходя на гликолитический тип метаболизма) и эпигенетически, становясь таким образом «тренированным» и обеспечивая при повторной инфекции активный ответ.

Про макрофаги, в том числе роль их в противоопухолевом иммунитете, очень здорово и находчиво написано в статье «Одураченные макрофаги, или несколько слов о том, как злокачественные опухоли обманывают иммунитет» [21].

Как в случае с провоспалительными Th17 и супрессорными Treg, между провоспалительными M1 и противоспалительными M2 в тканях наблюдается баланс, нарушение которого может приводить к различным заболеваниям. Так, например, сдвиг в сторону M1-макрофагов в жировой ткани патогенетически связан с развитием метаболического синдрома за счет постоянного хронического воспаления в жировой ткани, ее инсулинрезистентностью, секрецией в кровь провоспалительных хемокинов и адипокинов [22].

К какому врачу обращаться при нехватке воздуха?

Если это клиническое проявление является регулярным, в первую очередь нужно нанести визит к терапевту. Он проведёт осмотр, осуществит сбор анамнеза — и, исходя из полученной информации, отправит пациента на приём к специалисту пульмонологии, кариологии, гематологии, неврологии или эндокринологии.

Если у пациента имеется травматическое повреждение грудной клетки, ему следует обратиться к травматологу. В случае, когда отдышка является частью неотложного состояния — появилась внезапно и резко — нужно не откладывая вызывать «Скорую помощь».

Как избежать кислородного голодания?

В рамках профилактики следует придерживаться следующих правил:

Чтобы предупредить гипоксию, укрепить иммунитет и создать здоровый микроклимат, рекомендуется использовать концентраторы кислорода. Наши консультанты помогут выбрать подходящую модель и ответят на любые вопросы.

Как проявляется кислородная недостаточность?

Клиническая картина зависит от степени тяжести патологии, длительности нехватки кислорода, ее причины и вида. Острый вид развивается в течение нескольких мину или часов, имеет выраженные симптомы и грозит тяжелыми, порой необратимыми последствиями. Хронический вид развивается несколько месяцев или лет, что дает возможность организму приспособиться к изменениям. Но, в конечном счете, этот вид нарушения тоже приводит к опасным результатам.

На необходимость пройти обследование указывают следующие симптомы:

Организм пытается самостоятельно справиться с нехваткой кислорода. Это имеет следующее проявление:

Как справляться с хг при помощи концентраторов кислорода? и можно ли это делать?


Это делать нужно, как для лечения, так и для предотвращения подобных болезней. Такая терапия насыщает организм кислородом, к тому же высокой концентрации. По эффективности такое лечение стоит рядом с СИПАП-терапией.

Современные концентраторы отделяют чистый кислород из окружающего воздуха посредством фильтров. Очищенный, он попадает в редуктор, увлажняется парами и немного нагревается. Лечение проводится при каждом заболевании индивидуально. Кислород же применяется разной концентрации.

Методы терапии

Порой для устранения признаков кислородного голодания достаточно выйти на свежий воздух или проветрить помещение. Но если причиной патологии являются более серьезные факторы, такие как заболевания внутренних органов или отравление, применяются серьезные методы лечения.

Популярные методы борьбы с кислородной недостаточностью:

  • Медикаментозное лечение. После диагностики врач назначает ряд препаратов, способствующих восстановлению газообмена в организме, компенсации нехватки кислорода, торможению процессов окисления. Кроме этого применяется симптоматическая терапия для борьбы с причиной патологии, например, снятие интоксикации, устранение спазмов сосудов или дыхательных путей.
  • Немедикаментозная терапия. По решению врача применяется искусственная вентиляция легких, гипербарическая оксигенация, переливание крови, ЛФК и пр.
  • Хирургическое вмешательство. Чаще всего в данном случае проводится интубация трахеи и трахеотомия.

Для обеспечения организма жизненно необходимым элементом успешно применяется оксигенотерапия. Для ее проведения используется кислородный аппарат. Он выдает смесь, состоящую из кислорода на 95%. Медицинские кислородные аппараты используют в больницах и санаториях, они могут применяться для длительного лечения или оказания неотложной помощи.

Кроме медицинских аппаратов существуют:

Применение данных устройств позволяет компенсировать гипоксию на фоне сердечной и легочной недостаточности, благодаря чему устраняется одышка, восстанавливается работа сердца, снижается уровень интоксикации. Кислородотерапия применяется в восстановительный период после хирургического вмешательства и перенесенных тяжелых болезней. Кислородные смеси укрепляют иммунитет и ускоряют процесс выздоровления.

В качестве профилактики гипоксии кислородные аппараты могут применяться каждым жителем крупного города, т. к. в городском воздухе уровень кислорода ниже нормы. Синдром хронической усталости, головные боли, раздражительность, слабость, которыми страдают жители городов, могут быть устранены с помощью кислородного аппарата.

Некоторые современные сведения о факторах hif

Далее дорогой читатель будет вынужден простить мне несколько справочный раздел, суммирующий часть современных сведений о факторе HIF.

  1. Что есть гипоксия? Нормоксия — условие, при котором концентрация (напряжение) кислорода в окружающей организм/клетку среде «нормальное атмосферное», т.е. близко к 21%. Гипоксия, соответственно, это все, что ниже, гипероксия — все, что выше указанной цифры. На самом деле, понятия эти весьма условны. Классической нормоксии in vivo нет даже для дыхательного эпителия (~14,5%), а большинство тканей в норме прибывает в условиях так называемой физиологической гипоксии (2–9% в зависимости от ткани, обычно около 5%), которая для них и не гипоксия вовсе. Помимо этого, выделяют также умеренную гипоксию, собственно гипоксию и аноксию. Единой чёткой классификации гипоксий нет, но есть попытки (как в таблице 1).
  2. Как все начиналось. В самом начале протерозоя — 2,4 млрд. лет назад (или на 830 миллионов лет ранее, если верить совсем свежим данным [3]) — произошла так называемая кислородная катастрофа — довольно стремительное глобальное накопление кислорода в атмосфере Земли, что привело примерно 0,54 млрд. лет назад к формированию атмосферы, близкой к современной. Для многих организмов произошла смена восстановительного, анаэробного типа метаболизма на принципиально новый окислительный тип. Эволюционно возникла потребность в появлении кислород-чувствительного регулятора.
  3. Основные принципы работы кислород-чувствительных систем. Кислород-чувствительные системы прокариот и эукариот устроены сходным образом — в роли сенсора выступает фермент 2-оксоглутарат оксигеназа с двухвалентным железом в качестве кофактора [4]. Фермент в условиях нормоксии в присутствии 2-оксоглутара и молекулярного кислорода способен гидроксилировать остатки аминокислот (обычно пролина или аспарагина) в составе белка-регулятора транскрипции или трансляции, регулируя его функции (рис. 2).

    Кислород-чувствительная система эукариот (PHD-HIF) претерпевала некоторую эволюцию. Уже довольно сходная с человеческой PHD-HIF система функционирует у Trichoplax adhaerens[5] — примитивного двухслойного животного, еще не обладающего билатеральной симметрией (рис. 3).

  4. Факторы HIFs и канонический кислород-зависимый путь регуляции их активности.У эукариот кислород-сенсорная система связана с функционированием важнейшего транскрипционного фактора HIF, регулирующего работу (по разным оценкам) 1–2% всех генов (что довольно приличная цифра). Факторы HIF представляет собой гетеродимерные белки, состоящие из конститутивно экспрессирующейся HIF-β субъединицы и одной из трех кислород-зависимых HIF-α субъединиц (HIF-1α, HIF-2α или HIF-3α), которые формируют при димеризации с β-субъединицами соответственно HIF-1, HIF-2 и HIF-3 (рис. 4). Лучше всего изучены факторы HIF-1 и HIF-2. Роль 2-оксоглутарат оксигеназы у эукариот выполняют пролилгидроксилазы (PHD 1-3), гидроксилирующие в условиях нормоксии остатки пролина в кислород-чувствительной α-субъединице, что приводит к ее деградации. В условиях гипоксии α- и β-субъединицы образуют гетеродимер, перемещаются в ядро и взаимодействуют с особыми последовательностями в промоторах генов HRE (hypoxia responsive elements), активируя экспрессию этих так называемых HIF-зависимых генов.
    В условиях нормоксии транскрипционная активность HIF-1α и HIF-2α регулируется также за счет другого кислород-зависимого фермента — FIH-1 (factor inhibiting HIF-1), который, гидроксилируя остатки аспарагина, способен препятствовать взаимодействию HIFs с кофакторами [6].
  5. Неканонические пути регуляции активности факторов HIFs или та самая негипоксическая гипоксия. Помните пример с кобальтовой кардиомиопатией? Это был хороший пример так называемого неканонического пути активации HIF, когда он, по сути, активировался в условиях нормоксии. В данном случае Co2 выступает в качестве хелатора Fe2 (содержащегося в активном центре пролилгидроксилаз PHD), ингибирует их функцию и нарушает кислород-зависимое разрушение α-субъединицы. Это приводит к активации HIFs в условиях нормоксии. Так у любителей пива происходила постоянная активация HIFs и HIF-зависимого гена эритропоэтина — даже несмотря на то, что в их кровь была пересыщена гемоглобином, и никакой реальной гипоксии, разумеется, не наблюдалось. Воздействовать на Fe2  в составе пролилгидроксилаз PHD способны активные формы кислорода (АФК) [7], которые образуются в клетке в огромном количестве разнообразных процессов.
    Позднее выяснилось, что активность HIF может регулироваться множеством других механизмов на уровне транскрипции, трансляции и посттрансляционных модификаций (фосфорилирование, ацетилирование/деацетилирование, убиквитинирование/деубиквитинирование, SUMO-илирование [8], S-нитрозилирование, NEDD-илирование). Механизмы эти могут быть как зависящими от кислорода, так и нет; как селективными, так и нет по отношению к HIF-1α и HIF-2α изоформам [9]. Но к этому мы вернемся несколько позже.
  6. HIF-1 и HIF-2. В чем разница? А теперь еще один важный пункт — изоформоспецифические особенности фактора HIF. Напомню, что существуют главным образом две изоформы — HIF-1 и HIF-2; они обладают примерно 48%-идентичностью по аминокислотной последовательности, имеют один и тот же сайт для посадки — HRE — и, главным образом, один и тот же перечень контролируемых ими генов. Однако есть и особенности.
    • Экспрессия первой изоформы повсеместна; экспрессия же HIF-2 тканеспецифична: это почечная ткань, кишечник, жировая ткань, эндотелий и другие.
    • Существует специфика в активируемых изоформами генов: HIF-1 регулирует экспрессию ключевых ферментов гликолиза: 6-фосфофрукто-2-киназы/фруктозо-2,6-бифосфатазы 3, фосфоглицераткиназы, лактатдегидрогеназы А, карбангидразы-9; некоторых антиапоптотических факторов: BNIP3, BNIP3L; тогда как как HIF-2 (кстати, Семенза открыл именно фактор HIF-2) контролирует экспрессию «фактора стволовости» OCT-3/4 [10, 11], циклина D1, эритропоэтина и другие (рис. 5) [12].
    • В настоящее время формируется парадигма кооперации двух факторов при гипоксии. Очень наглядно эта концепция продемонстрирована на модели динамики роста сосудов в ответ на ишемию и роста опухолевой массы (рис. 6). И в том, и в другом случае первоначально клетки находятся в состоянии выраженной гипоксии (аноксии) и активируются сразу оба фактора — HIF-1 и HIF-2, причем главным «игроком» является HIF-1. В это время происходят критические, быстрые события: стремительное переключение на гликолиз, защита от апоптоза, продукция ростовых факторов. Постепенно происходит переключение на изоформу HIF-2, которая активна при более умеренной гипоксии и более длительное время, экспрессируется другой спектр факторов, определяющих созревание сосудистой сети и дальнейший рост опухоли с метастазированием.
      За переключение изоформ ответственна особая E3 лигаза, названная HAF — hypoxia-associated factor. В условиях продолжительной и незначительной гипоксии она способна связываться с С-концевым доменом HIF-2α, что приводит к его стабилизации и дополнительному повышению трансактивационных свойств HIF-2. В условиях острой, кратковременной гипоксии/аноксии активность ее подавлена.
    • Факторы HIF способны взаимодействовать с другими факторами, как связанными с регуляцией транскрипции (красивый пример — HIF-1 и HIF-2 по-разному взаимодействуют с участниками Notch-сигналинга и по-разному влияют на биологию стволовой клетки глиобластомы [13]), так и не связанными с транскрипцией (взаимодействие с g-секретазой при раке молочной железы [14]). Неканонические взаимодействия HIF-сигналинга, возможно, одна из самых интригующих и многообещающих областей.
  7. Случай из практики. В заключение данного раздела скажу, что явления негипоксической активации HIFs и различия в изоформной специфичности между HIF-1 и HIF-2 — это реальные вещи, с которыми я столкнулся лично. В своей дипломной работе я изучал экспрессию эндотелием различных хемокинов под действием ростовых факторов VEGF165 и HGF, по одиночке и в комбинации. Исследовалась закономерная активация киназ ERK-1/2, p38 и активация NF-kB. Экспрессия некоторых хемокинов и факторов адгезии (MCP-1, ICAM-1, VCAM-1) четко ложилась в нашу концепцию о «провоспалительном» действии VEGF165 и «противовоспалительном» действии HGF и согласовывалась с активностью провоспалительного фактора NFkB.
    Однако экспрессия и продукция IL-8 (важнейшего провоспалительного хемокина) регулировалась загадочным и не совсем объяснимым образом. Позднее мы решили эту задачу и нашли, что в нашей системе фактор HGF способен стабилизировать и активировать HIF-2 в нормоксических условиях (скорее всего за счет прямого фосфорилирования HIF-2α и повышения стабильности) и, таким образом, повышать экспрессию и продукцию IL-8 (рис. 7), что и придавало загадочности в профиль его экспрессии [15].

Итак, дорогой читатель, я надеюсь, что вы не сильно утомились ознакомлением первой части рассказа. Скорее перейдем к его иммунологическому разделу!

Последствия, если не лечить

Мгновенная и острая стадия может послужить причиной смертельного исхода. Остальные же случаи чреваты головокружениями, расстройством зрения и речи. Конечно, реабилитация поможет восстановить  выполнение утраченных обязанностей, но остаточные отклонения могут сохраняться.

Хроническая гипоксия вызывает одышку и гипертонию, образование тромбов и повышенное число митохондрий. Длительное течение кислородного голодания постепенно приводит к нарушению функций и декомпенсации.

Причины появления

В основе классификации кислородного голодания лежат причины возникновения болезни.

  • Экзогенная – это когда нехватка кислорода появляется после его уменьшения в окружающей среде.
  • Дыхательная гипоксия относится к разряду хронических болезней. Вызывают ее нарушения в работе воздухоносной системы.
  • Сердечнососудистая гипоксия основана на гемодинамических нарушениях.
  • Кровяная – это когда эритроциты не эффективно доставляют О2 в мозг.
  • Гистотоксическая характерна для больных, у которых утилизации О2 происходит с нарушениями.


Чаще всего у взрослых гипоксии развиваются на базе:

Кроме того, такая реакция может развиваться на алкоголь, на аллергены, что приводят к отеку гортани, и в результате болезней нервной системы.

Профилактика и рекомендации при нехватке воздуха

Физиологическая одышка проходит самостоятельно после того, как человек отдохнул. Однако, если проблема возникла остро и внезапно, нужно предпринять следующие меры для облечения его состояния:

Если человек знает о своём заболевании и у него имеются препараты, облегчающие его состояние, нужно предложить ему их выпить. Если в течение пятнадцати минут он не почувствует себя лучше, придётся вызвать «Скорую помощь».

Специфической профилактики в данном случае не существует. Тем не менее, свести к минимуму риск развития подобного состояния можно, выполняя следующие правила:

Помните: нехватка воздуха может быть признаком серьёзных патологических состояний. Именно поэтому специалисты ЦЭЛТ рекомендуют своевременно выяснять её причины и предпринимать соответствующие меры!

Роль факторов hifs в иммунных клетках

И для начала несколько соображений общего характера [16, 17]:

  1. Клетки иммунной системы находятся в условиях различной концентрации кислорода: это могут быть условия и аноксии (периостальная область костного мозга), и гипоксии (зоны активного опухолевого роста, зоны воспаления), и относительно нормальной оксигенации (центральный кровоток). Для многих клеток за время существования характерна миграция из одних зон в другие.
  2. Кроме того, клетки иммунной системы находятся в условиях различного микроокружения, которое может привести к активации HIFs неканоническим, кислород-независимым образом. Грубо говоря, любые импульсы, приводящие к активации киназ MAPK/ERK, PI3K/Akt, транскрипционных факторов mTOR и NFkB способны в разной мере активировать HIFs — это факторы роста, провоспалительные хемокины, бактериальные липополисахариды. Стабилизируют и активируют HIFs также ингибиторы пролилгидроксилаз PHDs, чаще за счет воздействия на Fe2 : активные формы кислорода как восстановители железа, энтеробактериальные сидерофоры как хелаторы железа.
  3. Активация HIF-1 (независимо от способа) сопряжена с переходом клетки на гликолитический, анаэробный тип метаболизма. Это характерно для условно провоспалительных популяций клеток: M1-макрофагов, нейтрофилов, Th1, Th2, Th17, СD8 T-лимфоцитов — т.к. помимо гликолитического типа метаболизма, также определяет экспрессию многих факторов агрессии и костимуляторных молекул данных клеток.
  4. Про активацию HIF-2 в клетках иммунной системы известно гораздо меньше — в настоящее время не вызывает сомнения роль HIF-2 в поляризации макрофагов в «противовоспалительный» М2-фенотип, роли в дифференцировке и поддержании ассоциированных с опухолью макрофагов (TAM); также показана активация HIF-2 в CD8 T-лимфоцитах.

Тема неимоверно интересная и обширная, поэтому я ограничусь парой историй.

Симптомы

У взрослых кислородное голодание выражается стандартной клинической картиной.

  • Возбудимость существенно повышается, так как недостаток кислорода способствует состоянию бесконтрольной эйфории, которая вскоре заменяется удрученностью и вялостью.
  • Внезапная головная боль сжимающего характера.
  • Тахикардия и различные виды аритмий.
  • Цвет кожных покровов бледный, синюшный или даже красный. Потливость высокая.
  • Тошнота, головокружение, заторможенность.
  • Отек мозга, исчезновение рефлексов.

Способы лечения

Схема лечения для взрослых разрабатывается исходя из точной первопричины, которая диагностируется посредством современных технологий. Если больной детально сформулирует те факторы, что спровоцировали гипоксию, врачу будет легче назначить терапевтические мероприятия.


Бывает, что взрослому человеку с легкой стадией нехватки кислорода достаточно дольше бывать на воздухе. Если же причина в нарушении или в болезни пациента, тогда ему в частности потребуются:

  • Подушки или маски при гипоксии экзогенного типа.
  • Антигипоксаны, а также лекарства для расширения бронхов при дыхательной форме гипоксии.
  • Хирургические мероприятия при циркулярном виде озонового голода.
  • Антидотовые средства при гипоксии гистоксического характера.

Чем опасен дефицит кислорода и как с ним справиться: статьи общества ➕1, 25.08.2021

Дыхание — ключевой процесс в организме. Если без воды и еды человек может обходиться несколько дней, то без дыхания — всего несколько минут. К уровню кислорода чувствительны все клетки нашего организма, кислород для них — главный источник энергии. Красные кровяные тельца (эритроциты) забирают кислород из легких и переносят его к каждой клетке, доставляя обратно углекислый газ. Хроническая гипоксия организма чаще всего развивается у жителей городов с очень грязным воздухом. Особенно внимательно к проблеме нехватки кислорода следует относиться в период пандемии COVID-19, поражающего дыхательные пути.

Хроническое кислородное голодание может развиваться по многим причинам:

Напрямую зависят от степени нехватки кислорода. Острая гипоксия развивается в течение нескольких минут либо часов под воздействием одной из названных выше причин и имеет ярко выраженные симптомы (например, при аллергическом отеке легких). Такая форма требует немедленной медицинской помощи, так как несет необратимые последствия для организма. А вот хроническая гипоксия может незаметно развиваться месяцами, иметь невыраженные симптомы. Она не менее опасна для организма! Как понять, что не хватает кислорода? Стоит быть внимательнее к своему организму и обязательно обратиться к врачу, если продолжительное время у вас наблюдается больше двух следующих симптомов:

Обратите внимание на свои руки. При хронической гипоксии ногти приобретают округлую форму, а фаланги пальцев утолщаются.

Быстро понять, связано ли плохое самочувствие с дефицитом кислорода, можно с помощью прибора — пульсоксиметра. Внешне он похож на прищепку. Наденьте пульсоксиметр на палец — и через несколько секунд на экране прибора появится показатель насыщения крови кислородом. В норме он не должен быть ниже 95%. Принцип работы прибора основан на способности гемоглобина, связанного с кислородом, поглощать больше инфракрасного излучения, чем гемоглобин без кислорода. Это и позволяет определить кислородное голодание благодаря контакту устройства с кожей.

Если на протяжении долгого времени у вас мало кислорода в организме, то нарушается работа всех его систем. Без устранения причины патологические изменения станут необратимыми. Гипоксия организма значительно ухудшает качество жизни, повышает риски инфарктов, инсультов, развития деменции и других повреждений нервной системы.

При недостаточном поступлении кислорода человек испытывает постоянную усталость, даже после продолжительного сна. Может наблюдаться саркопения — истощение мышечной массы, тело становится дряблым и слабым независимо от количества походов в спортзал. Причина кроется в нарушении работы митохондрий. Эти органеллы, находящиеся внутри клетки, — одни из самых важных ее составляющих: они производят энергию для всех процессов, протекающих в организме. Для полноценной работы этим маленьким энергетическим станциям требуется кислород. Митохондрии потребляют до 80% вдыхаемого кислорода, даже незначительное снижение его уровня нарушает процесс выработки энергии.

При нехватке кислорода организм начинает вырабатывать энергию из глюкозы. Мозг требует углеводов — появляется неконтролируемая тяга к сладкому и перекусам. Вероятность набрать лишний вес при хронической гипоксии очень высока.

Она страдает одной из первых. Головной мозг нуждается в 20% всего поступающего в организм кислорода. Поэтому даже при незначительном снижении его уровня в крови сразу проявляются такие симптомы, как головная боль, сонливость, заторможенность, нарушение внимания. Более тяжелая форма гипоксии ведет к дезориентации, нарушению работы сознания, отеку головного мозга и даже смерти.

Кислород — окислитель, сжигающий поступающие в организм вещества, также он нужен и для устранения вредных продуктов их распада и токсинов. Нехватка кислорода нарушает процессы детоксикации. Организм запускает альтернативную программу получения энергии — анаэробный гликолиз (расщепление углеводов без участия кислорода). В результате организм закисляется, накапливаются молочная кислота и другие опасные продукты, которые разрушают наши клетки.

Для кислородного голодания характерны не только мигрени. При гипоксии распространены и мышечные ноющие боли из-за скопления молочной кислоты в тканях.

При отсутствии кислорода сердечная мышца (миокард) ослабевает, плохо качает кровь, со временем возникает хроническая сердечная недостаточность. Длительный недостаток кислорода может стать причиной инфаркта.

Лучшая профилактика — здоровый образ жизни. Постарайтесь свести к минимуму воздействие негативных внешних и внутренних факторов, мешающих хорошему усвоению кислорода.

Прежде всего — наладьте питание. Чтобы обеспечить кровь качественными эритроцитами, необходимо регулярное поступление витаминов и минералов. Помните о правиле «радуга на тарелке»: съедайте за день пять-семь разных видов фруктов и овощей, старайтесь подбирать овощи разного цвета. Для хорошего усвоения кислорода в легких в рационе должны присутствовать жиры. Их недостаток вызывает нехватку сурфактанта — вещества, которое не дает слипаться альвеолам. Именно жиры являются источником энергии при гипоксии. Разумеется, речь не идет о вредных трансжирах — забудьте о зажаренном до хрустящей корочки стейке. Добавьте в ежедневный рацион продукты, богатые полезными жирами, — рыбу, оливки, орехи и семена, яйца, растительные нерафинированные масла.

Помните о негативном влиянии алкоголя и табака на ваши легкие. Лучше отказаться от них вообще либо свести их употребление к минимуму. Умеренные физические нагрузки помогают восполнить уровень кислорода в крови. 10 тыс. шагов в день — самый простой рецепт здоровья. Включите в ежедневную программу аэробные упражнения: бег, плавание, танцы, велосипед, скандинавская ходьба. Не зря же их называют «кислородной тренировкой»!

Дыхательная гимнастика в хорошо проветренном помещении или на свежем воздухе увеличит поступление кислорода в считанные минуты. Утром такая практика бодрит не хуже чашки кофе. В течение дня можно совершать пятиминутные сессии диафрагмального дыхания. Сядьте на стул, сделайте глубокий вдох, медленно выдохните, втянув живот и задержав дыхание (выдох должен быть дольше, чем вдох!). Так мы искусственно вызываем короткую гипоксию, после которой организм, испугавшись отсутствия воздуха, усваивает в несколько раз больше кислорода, чем обычно.

Подписывайтесь на наш канал в Яндекс.Дзен.

Вместо заключения

В настоящее время разработаны/разрабатываются методы селективного ингибирования HIF-1 и HIF-2; селективного ингибирования различных изоформ пролилгидроксилаз PHDs, за счет чего возможно активировать HIF-1 и HIF-2, причем также селективно; можно ингибировать фермент FIH-1и прочие участники пути регуляции кислород-зависимого пути деградации. При желании и достаточной фантазии можно пробовать воздействовать на кислород-независимые пути.

Все это, несомненно, должно найти и, я уверен, найдет применение в практической медицине. Но это потребует крайней обдуманности, многостадийного контроля и досконального изучения. Чем далеко ходить, лучше приведу пример.

Не так давно, в начале-середине 2000-х годов, наблюдался некоторый бум: для многих типов онкологических заболеваний была показана сверхэкспрессия HIF-1α, что вполне соответствовало понятиям об опухолевой биологии: быстрорастущая опухолевая масса в условиях жесткой гипоксии переходит на гликолитический анаэробный тип метаболизма [23], при этом активно секретируя вокруг себя многочисленные факторы роста сосудов, факторы инвазии и т.д. Что делать? Подавим экспрессию HIF-1α и дело в шляпе! Не тут-то было — реальность оказалась сложнее и запутанней.

Так, например, при применении siRNA против HIF-1α на культуре пигментного эпителия сетчатки и эндотелия сосудов, наблюдалось вполне закономерное снижение секреции таких ангиогенных факторов как VEGF, TGF-β (это очень хорошо), но росла секреция IL-8, мощного хемокина с ярко выраженными ангиогенными свойствами (это очень плохо)

[24]. Позднее, группой профессора Лобода был раскрыт механизм — дело в том, что HIF-1 подавляет экспрессию IL-8, а HIF-2 — активирует. Подавляя HIF-1 в клетках, исследователи добивались реципрокной активации HIF-2 и экспрессии IL-8 [25]. Такая неоднозначная выходила терапия.

Также нужно быть аккуратными с иммунной системой. Системное подавление HIF-1 при аутоиммунных заболеваниях, возможно, и приведет к снижению популяции Th17 и росту числа Treg, что теоретически способно облегчить течение заболевания, но также способно привести к искусственному комбинированному иммунодефициту за счет дисфункции M1-макрофагов, нейтрофилов, Th1, Th2, Th17 и СD8  T лимфоцитов.

Это, конечно, спекуляции, но все же.

  1. Alexander C.S. (1972). Cobalt-beer cardiomyopathy: a clinical and pathologic study of twenty-eight cases. Am. J. Med53 (4), 395–417;
  2. Gregg L. Semenza, M.D., Ph.D.Сайт The Johns Hopkins Hospital;
  3. Satkoski A.M., Beukes N.J., Li W., Beard B.L., Johnson C.M. (2022). A redox-stratified ocean 3.2 billion years ago. Earth Planet. Sci. Lett. 430, 43–53;
  4. Scotti J.S., Leung I.K., Ge W., Bentley M.A., Paps J., Kramer H.B. et al. (2022). Human oxygen sensing may have origins in prokaryotic elongation factor Tu prolyl-hydroxylation. Proc. Natl. Acad. Sci. USA.111 (37), 13331–13336;
  5. Loenarz C., Coleman M.L., Boleininger A., Schierwater B., Holland P. W., Ratcliffe P.J., Schofield C.J. (2022). The hypoxia‐inducible transcription factor pathway regulates oxygen sensing in the simplest animal, Trichoplax adhaerens. EMBO Rep. 12 (1), 63–70;
  6. Prabhakar N.R. and Semenza G.L. (2022). Oxygen sensing and homeostasis. Physiology. 30 (5), 340–348;
  7. Активный кислород: друг или враг, или О пользе и вреде антиоксидантов;
  8. SUMO: японская борьба или уникальная посттрансляционная модификация?;
  9. Agani F. and Jiang B.H. (2022). Oxygen-independent regulation of HIF-1: novel involvement of PI3K/AKT/mTOR pathway in cancer. Curr. Cancer. Drug Targets. 13 (3), 245–251;
  10. Была клетка простая, стала стволовая;
  11. Ствол и ветки: стволовые клетки;
  12. Koh M.Y. and Powis G. (2022). Passing the baton: the HIF switch. Trends Biochem. Sci. 37 (9), 364–372;
  13. Hu Y.Y., Fu L.A., Li S.Z., Chen Y., Li J.C., Han J. et al. (2022). Hif-1α and Hif-2α differentially regulate Notch signaling through competitive interaction with the intracellular domain of Notch receptors in glioma stem cells. Cancer Lett. 349 (1), 67–76;
  14. Villa J.C., Chiu D., Brandes A.H., Escorcia F.E., Villa C.H., Maguire W.F. et al. M. (2022). Nontranscriptional role of Hif-1α in activation of γ-secretase and notch signaling in breast cancer. Cell Rep. 8 (4), 1077–1092;
  15. Gluhanyuk E., Makarevich P., Gallinger J., Dergilev K., Beloglazova I., Parfyonova Ye. (2022). Diverse modulation of endothelial chemokine production by VEGF165 and HGF via NFkB and HIF-2. Материалы конференции Hypoxia: From Basic Mechanisms to Therapeutics;
  16. Palazon A., Goldrath A.W., Nizet V., Johnson R.S. (2022). HIF transcription factors, inflammation, and immunity. Immunity. 41 (4), 518–528;
  17. Phan A.T. and Goldrath A.W. (2022). Hypoxia-inducible factors regulate T cell metabolism and function. Mol. Immunol. doi: 10.1016/j.molimm.2022.08.004;
  18. Hsiao H.W., Hsu T.S., Liu W.H., Hsieh W.C., Chou T.F., Wu Y.J. et al. (2022). Deltex1 antagonizes HIF-1α and sustains the stability of regulatory T cells in vivo. Nat. Commun. 6, 6353;
  19. Yao Y., Vent-Schmidt J., McGeough M.D., Wong M., Hoffman H.M., Steiner T.S., Levings M.K. (2022). Tr1 cells, but not Foxp3 regulatory T cells, suppress NLRP3 inflammasome activation via an IL-10—dependent mechanism. J. Immunol. 195 (2), 488–497;
  20. Netea M.G., Latz E., Mills K.H., O’Neill L.A. (2022). Innate immune memory: a paradigm shift in understanding host defense. Nat. Immunol. 16 (7), 675–679;
  21. Одураченные макрофаги, или Несколько слов о том, как злокачественные опухоли обманывают иммунитет;
  22. Thomas A., Tambuwala M.M., McNicholas W.T., Roche H.M., Taylor C.T., Pepin J.L. et al. (2022). Chronic intermittent hypoxia contributes to pro-inflammatory macrophage alteration in visceral adipose tissue of lean and obese mice. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 191, A2691;
  23. Страшней клешней на свете нет…;
  24. Forooghian F. and Das B. (2007). Anti-angiogenic effects of ribonucleic acid interference targeting vascular endothelial growth factor and hypoxia-inducible factor-1alpha. Am. J. Ophthalmol. 144 (5), 761–768;
  25. Loboda A., Jozkowicz A., Dulak J. (2022). HIF-1 versus HIF-2 — Is one more important than the other?Vascul. Pharmacol. 56 (5), 245–251..
Оцените статью
Кислород
Добавить комментарий