Гипоксия это биохимия

Признаки и симптомы гипоксии

Содержание статьи:
1. Признаки и симптомы гипоксии
2. Проявление хронической гипоксии
3. Виды гипоксии
4. Особенности экзогенной гипоксии
5. Особенности разных видов эндогенной гипоксии
5.1. Дыхательная
5.2. Циркуляторная
5.3. Гемическая
5.4. Тканевая
5.5. Перегрузочная гипоксия
5.6. Хроническая гипоксия
5.7. Гипоксия плода
6. Методы диагностики
7. Лечение гипоксии
8. Профилактика

Методы диагностики

ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный химико-фармацевтический университет» Минздрава России

Молекулярные механизмы развития гипоксии и адаптации к ней. Часть I

Приходько В.А., Селизарова Н.О., Оковитый С.В.

Приходько В.А., Селизарова Н.О., Оковитый С.В. Молекулярные механизмы развития гипоксии и адаптации к ней. Часть I. Архив патологии.
2021;83(2):52‑61.Prikhodko VA, Selizarova NO, Okovityi SV. Molecular mechanisms for hypoxia development and adaptation to it. Part I. Arkhiv Patologii. 2021;83(2):52‑61. (In Russ.)
https://doi.org/10.17116/patol20218302152

Рис. 1. Окислительное фосфорилирование.

Гипоксия

Рис. 2. Репрограммирование работы электронтранспортной цепи при гипоксии.

Изменение активности комплекса I

Рис. 3. Митохондриальный сигналинг при адаптации к гипоксии.

Сайт издательства «Медиа Сфера»
содержит материалы, предназначенные исключительно для работников здравоохранения. Закрывая это сообщение, Вы подтверждаете, что являетесь дипломированным медицинским работником или студентом медицинского образовательного учреждения.

Молекулярные механизмы развития гипоксии и адаптации к ней. Часть II

Приходько В.А., Селизарова Н.О., Оковитый С.В. Молекулярные механизмы развития гипоксии и адаптации к ней. Часть II. Архив патологии.
2021;83(3):62‑69.Prikhodko VA, Selizarova NO, Okovityi SV. Molecular mechanisms of hypoxia and adaptation to it. Part II. Arkhiv Patologii. 2021;83(3):62‑69. (In Russ.)
https://doi.org/10.17116/patol20218303162

Репрограммирование работы митохондриальной электронтранспортной цепи (ЭТЦ) является важнейшим физиологическим механизмом, обеспечивающим краткосрочную и долгосрочную адаптацию к гипоксии. Возможности дополнительной фармакологической регуляции активности ЭТЦ представляют значительный практический интерес с точки зрения коррекции нарушений, ассоциированных с гипоксией. В данном обзоре рассмотрены основные группы соединений с антигипоксической активностью, реализующих свое действие на участке сопряжения ЭТЦ и цикла трикарбоновых кислот, в том числе сукцинатсодержащие и сукцинатобразующие антигипоксанты. Роль сукцината в процессе адаптации к гипоксии, особенности его биологической активности, а также его потенциально нежелательные эффекты в настоящее время не вполне изучены и требуют дальнейшего уточнения.

Дата принятия в печать:

Возможности фармакологической коррекции активности комплексов I и II электронтранспортной цепи при гипоксии

Рис. Ингибиторы комплексов электронтранспортной цепи.

MPTP — 1-метил-4-фенил-1,2,3,6-тетрагидропиридин; SNO-MPG — S-нитрозо-2-меркаптопропионилглицин; 3-NPA — 3-нитропропионовая кислота; HQNO — 2-н-гептил-4-гидроксихинолин-N-оксид; TTFA — 4,4,4-трифтор-1-(2-тиенил)-1,3-бутандион; TAC — цикл трикарбоновых кислот; NADH — никотинамидадениндинуклеотид восстановленный; Suc — сукцинат; CI, CII, CIII, CIV — комплексы электронтранспортной цепи I, II, III, IV; Pi — фосфат неорганический; ADP — аденозиндифосфат; ATP — аденозинтрифосфат (АТФ); ATPS — АТФ-синтаза; ΔΨ — изменение митохондриального мембранного потенциала.

Fig. Electron transport chain complex inhibitors.

Роль сукцината в развитии гипоксии и адаптации к ней

Медицинская академия им. С.И. Георгиевского ФГАОУ ВО «Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского», Симферополь, Россия

Биоэнергетика миокарда в условиях гипоксии: возрастные аспекты

Третьякова О.С., Заднипряный И.В. Биоэнергетика миокарда в условиях гипоксии: возрастные аспекты. Оперативная хирургия и клиническая анатомия.
2020;4(1):52‑62.Tretyakova OS, Zadnipryanyi IV. Myocarde bioenergy under hypoxia: age-related aspects. Russian Journal of Operative Surgery and Clinical Anatomy. 2020;4(1):52‑62. (In Russ.)
https://doi.org/10.17116/operhirurg2020401152

В статье представлен обзор литературы, посвященный энергетическому обмену в миокарде в физиологических условиях и в условиях гипоксии. Освещены особенности биоэнергетики сердечной мышцы у новорожденных. Воздействие гипоксии приводит к развитию ишемии кардиомиоцитов с выраженным нарушением процессов энергообразования, дисметаболизму сердечной мышцы, повреждению клеточных структур миокарда, особенно после возобновления поставки кислорода, т.е. реперфузии. В адаптации кардиомиоцитов к гипоксии важная роль принадлежит митохондриям и факторам, регулирующим метаболическую и функциональную активность клетки (ATP-sensitiveK+ channels, Big-conductanceCa2+-activatedK+ channel). Переключение на анаэробные метаболические пути приводит к снижению запасов АТФ, т.к. он превращается в АДФ и АМФ с ограниченной возможностью рефосфорилирования. Эти метаболические последствия ишемии носят компенсаторный характер и направлены на защиту клеточного метаболизма, ресурсов клеток от быстрого использования. Однако при более тяжелом и более длительном дефиците кислорода поддержание достаточных уровней АТФ становится невозможным. Значительная часть энергозависимых процессов замедляется или прекращается. По сути при глубокой ишемии клетки впадают в состояние гибернации, основная цель которой — обеспечение жизнеспособности клеток в ожидании возможного восстановления кровотока.

Биоэнергетика миокарда в физиологических условиях. Особенности у новорожденных

— сокращение в миофибриллах, где под влиянием повышенной концентрации Са2+ образуются актомиозиновые связи, обеспечивающие сокращение сердечной мышцы;

— работу кальциевого насоса в саркоплазматическом ретикулуме: эта структура способна выделять ионы кальция, активирующие миофибриллы, и поглощать их обратно против концентрационного градиента, на что нужна энергия АТФ, т.е. поддержка работы кальциевого насоса является энергозависимым процессом;

— работу мембранного натрий-калиевого насоса, транспортирующего ионы натрия наружу, а ионы калия внутрь клетки против концентрационного градиента, что также требует энергетических затрат;

— обеспечение функционирования специальных калиевых каналов (АТФ-зависимых калиевых каналов — КАТФ-каналов и Са2+-зависимых К+-каналов), которые, присоединяя молекулы АТФ, закрываются, что препятствует выходу ионов калия из этих каналов;

— обеспечение синтетических процессов.

Фаза кумуляции и транспорта энергии связана с ее депонированием в форме энергии АТФ, образованием КФ и переносом макроэргической фосфатной связи на аденозиндифосфат (АДФ) миофибрилл;

Энергетический обмен гипоксически поврежденного миокарда

Исходя из этого следует различать понятие «спящий»/ «гибернирующий» (hibernating myocardium) и «оглушенный»/ «реперфузионный» (miocardial stunning) миокард. «Спящий» миокард возникает при хронической ишемии, «оглушенный» — в ходе реперфузии, после непостоянной ишемии (см. таблицу).

Основные дифференциально-диагностические отличия функционального состояния миокарда при гибернации и «оглушенности»

Таким образом, ишемия приводит к выраженным нарушениям процессов энергообразования и повреждению клеточных структур миокарда, особенно после возобновления поставки кислорода, т.е. реперфузии. Переключение на анаэробные метаболические пути приводит к тому, что запасы АТФ снижаются, т.к. последний превращается в АДФ и АМФ с ограниченной возможностью рефосфорилирования. При более тяжелом или более длительном дефиците кислорода поддержание достаточных уровней богатых энергией фосфатных соединений, особенно АТФ, становится невозможным. Большая часть энергозависимых процессов замедляется или прекращается. Это ведет к более глубоким нарушениям клеточной функции, неспособности поддерживать ионное равновесие и, в конечном итоге, к гибели клетки.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Мы используем файлы cооkies для улучшения работы сайта. Оставаясь на нашем сайте, вы соглашаетесь с условиями
использования файлов cооkies. Чтобы ознакомиться с нашими Положениями о конфиденциальности и об использовании
файлов cookie, нажмите здесь.

Лечение гипоксии

Все методы лечения гипоксии направлены на устранение ее причин, борьбу с недостатком кислорода и коррекцию негативных отклонений в системе гомеостаза.

Для лечения гипоксии разного типа используются разные методы:

Почти при всех видах гипоксии находит применение лечение кислородом: от дыхания смесью из кислородных баллончиков или концентратора кислорода до искусственной вентиляции легких. Помимо этого, для борьбы с гипоксией используют препараты позволяющие восстановить кислотно-щелочное равновесие в крови, нейро и кардиопротекторы.

Кислородные баллончики являются бюджетным и удобным средством лечения гипоксии. Они не требуют настройки, особых навыков обращения, обслуживания, их удобно брать с собой.

Виды гипоксии

Гипоксия делится на два основных типа, которые определяются по механизму (причине) развития.

Эндогенная гипоксия, в свою очередь, делится на следующие виды:

Классификация по скорости развития:

Особенности экзогенной гипоксии

Она обусловлена тем, что в окружающей среде снижается концентрация кислорода и это негативно сказывается на состоянии пациента, помещенного в такие условия. Кровь не насыщается кислородом в достаточной степени, очень быстро кислородное голодание начинают испытывать все органы и ткани. Для экзогенной гипоксии характерны такие проявления, как головокружение, потеря сознания, бледность и посинение кожных покровов, слизистых.

Особенности разных видов эндогенной гипоксии

Она развивается при таких болезнях дыхательной системы, как бронхит, легочная гипертензия, любые патологии легких и пр.

Для всех этих заболеваний характерно осложненное поступление кислорода в кровь. Гипоксия этого типа может спровоцировать такие последствия, как отек головного мозга, дыхательная недостаточность.

Циркуляторная

Гипоксию этого типа еще называют сердечно-сосудистой. Она может развиться в связи с широким спектром нарушений кровообращения. В частности, причинами циркуляторной гипоксии могут стать:

Гипоксия становится системной, если проблема с кровообращением касается всей кровеносной системы. Если же патология наблюдается только на отдельном участке, в области определенного органа или системы — это местная гипоксия.

Гемическая

Гемическая, или кровяная гипоксия, может развиться из-за проблем с уровнем гемоглобина в крови. Она бывает двух типов:

Причина анемической гипоксии — это уменьшение уровня гемоглобина. При этом кислород нормально связывается и переносится кровью к органам и тканям, но вследствие недостатка гемоглобина ткани получают не достаточно кислорода – и развивается гипоксия.

Гипоксия, обусловленная изменением качества гемоглобина, вызывается отравлением ядами, из-за которых образуются формы гемоглобина, не способные транспортировать кислород. При этом количество гемоглобина остается нормальным и стабильным, но он утрачивает способность переносить кислород. Из-за этого при прохождении через легкие гемоглобин не насыщается кислородом и кровоток не переносит его к клеткам тканей, органов. Гемоглобин начинает подобным образом менять свои характеристики при отравлении такими веществами, как оксид углерода, сера, нитриты, нитраты и др.

Тканевая

Тканевая, или гистотоксическая гипоксия, начинает развиваться из-за того, что клетки утрачивают способность нормально поглощать и усваивать кислород. Первопричиной в данном случае является низкая активность и/или дефицит ферментов дыхательной цепи митохондрий, переводящих кислород в «правильные» формы для дальнейшей выработки энергии.

Тканевая гипоксия может развиваться медленно и иногда долго остается незамеченной.

Перегрузочная гипоксия

Этот тип гипоксии развивается из-за интенсивных физических нагрузок, когда клеткам в течение продолжительного времени приходится активно расходовать кислород, но нет возможности «пополнить запасы».

Перегрузочная гипоксия преимущественно безобидна. Она бесследно проходит, как только вы снизите нагрузку и отдохнете.  Хотя по ощущениям она может быть очень неприятной, симптомы здесь будут такими же, как для любой гипоксии, вне зависимости от типа: проблемы с дыханием и сердцебиением, слабость, головокружение и пр.

Хроническая гипоксия

Для того, чтобы гипоксия стала хронической, требуются дни, недели, месяцы, а иногда и годы. Как правило, это состояние развивается параллельно с заболеваниями, для которых тоже характерно длительное, медленное течение.

Организм постепенно адаптируется к хронической гипоксии, клеточные структуры подстраиваются под новые условия, и в итоге создается иллюзия того, что организм функционирует нормально.

С одной стороны, это хорошо, так как с помощью механизмов компенсации организм минимизирует для себя потенциальный ущерб от кислородного голодания. С другой стороны, из-за такой адаптируемости организма можно вообще не заметить хроническую гипоксию и пропустить состояния, которые она способна спровоцировать.

Для хронической формы кислородного голодания характерен гипоксический синдром, на фоне которого в первую очередь появляются симптомы со стороны центральной нервной системы. Головной мозг особенно чувствителен к недостатку кислорода, поэтому в его тканях могут очень быстро появляться очаги некрозов, то есть клетки отмирают.

Некрозы, кровоизлияния и гибель клеток головного мозга на фоне кислородного голодания вызывают симптом, который кажется парадоксальным — у человека возникает ощущение эйфории, он чувствует прилив сил и бодрость. При этом состояние не оценивается критически, хочется просто срочно что-то делать, куда-то бежать. Это состояние характерно для начальных этапов хронической гипоксии.

Если гипоксия будет прогрессировать и дальше, начинают появляться признаки угнетения коры головного мозга, которые похожи по проявлениям на алкогольное опьянение:

Помимо симптомов угнетения коры головного мозга, у человека также появляются боли в области сердца, неритмичное дыхание, одышка, резкое снижение тонуса сосудов, тахикардия (увеличение частоты сердечных сокращений более 70 ударов в минуту), падение артериального давления, цианоз (синюшность кожных покровов), снижение температуры тела.

При длительной гипоксии с медленным развитием повреждений ЦНС у человека могут появиться психические нарушения в форме делирия («белой горячки»), корсаковского синдрома (потеря ориентации, амнезия, замена вымышленными событиями реальных и т.д.) и слабоумия.

Гипоксия плода

Пока ребенок находится в утробе, его легкие на сформированы полностью, но уже на начальных этапах развития ему жизненно необходим кислород, поступающий через плаценту.

Кислородная недостаточность у матери неизбежно отразится и на состоянии плода, поэтому при беременности гипоксию нужно лечить как можно быстрее, пока последствия не стали непоправимыми.

Причинами гипоксии плода могут стать:

Первые признаки гипоксии плода может заметить сама беременная, например, если ребенок начинает меньше шевелиться. Но полноценную диагностику может провести только врач с помощью специального оборудования.

Последствиями гипоксии плода на ранних стадиях беременности может стать нарушение формирования органов будущего ребенка, его замедленное развитие; а если гипоксия возникает на более поздних стадиях, это чревато поражениями ЦНС, отклонениями в физическом развитии, трудной адаптацией к жизни.

Проявления хронической гипоксии

Когда организм испытывает дефицит кислорода в течение долгого времени, гипоксия приобретает хронический характер, ее можно узнать по следующим симптомам:

Профилактика

Лучшая профилактика кислородного голодания — ведение здорового образа жизни, чтобы организм не оказывался в условиях дефицита кислорода.

Для этого рекомендуется каждый день как можно больше бывать на свежем воздухе (не менее 30 минут), регулярно заниматься спортом без перегрузок, правильно питаться, своевременно обследоваться у врачей и не запускать хронические заболевания.

Не забывайте регулярно проветривать помещение, делать влажную уборку и менять интерьерный текстиль – это тоже важно для поддержания нормального уровня кислорода в помещении.

Также для профилактики гипоксии поможет употребление кислородных коктейлей.

На сайте интернет-магазине КИСЛОРОД.RU вы можете приобрести любое оборудование для оксигенотерапии: от баллончиков для дыхания со сжатым кислородом до высокопроизводительных кислородных концентраторов. Все реализуемое нами оборудование поставляется напрямую от производителей, что позволяет нам устанавливать максимально привлекательные цены, а также гарантировать вам безупречное качество медтехники и комплектующих.

Заключение

Среди множества молекулярно-клеточных механизмов, лежащих в основе развития гипоксии и адаптации к ней, несомненно, важное место занимают изменения активности структур, осуществляющих сопряжение цикла трикарбоновых кислот и ЭТЦ. К таким структурам относятся комплексы I и II ЭТЦ, а также мобильный переносчик электронов убихинон и электрондонорные соединения NADH и сукцинат. Возможности фармакологической регуляции активности указанных комплексов ЭТЦ представляют значительный практический интерес с точки зрения коррекции метаболических нарушений, вызванных гипоксией. Для этого предложен ряд средств, среди которых наиболее изучены природные и синтетические ингибиторы комплексов I и II, а также сукцинатсодержащие и сукцинатобразующие антигипоксанты.

В свете последних исследований сукцинат предстает не только как участник обменных и окислительно-восстановительных реакций, но и как косвенный регулятор транскрипции генов, фактор посттрансляционной модификации белков, первичный мессенджер и посредник межклеточных взаимодействий. Его биологические эффекты, реализуемые на различных уровнях организации, затрагивают процессы энергетического и пластического обмена, кислородный гомеостаз, регуляцию жизненного цикла клеток и деятельность иммунной системы. В процессе развития гипоксии и компенсаторно-приспособительных реакций он играет важную роль благодаря непосредственному участию в формировании немедленного и отсроченного клеточного ответа. Роль сукцината в митохондриальном сигналинге и процессах внутри- и межклеточного взаимодействия, а также его потенциальные отрицательные эффекты в условиях гипоксии требуют дальнейшего изучения.

The authors declare no conflicts of interest.

Очевидно, что репрограммирование работы митохондриальной электронтранспортной цепи на стадии инициации срочных компенсаторных реакций адаптации к гипоксии является важнейшим регуляторным механизмом, благодаря которому достигаются: 1) более эффективный сукцинатзависимый синтез энергии в условиях быстро нарастающей кислородной недостаточности; 2) сукцинатзависимая стабилизация фактора HIF-1α и последующая инициация его транскрипционной активности; 3) сукцинатзависимое формирование срочной резистентности организма к гипоксии.

Таким образом, роль янтарной кислоты в энергетическом обмене в целом и в процессе адаптации к гипоксии в частности не ограничивается участием в реакциях цикла трикарбоновых кислот, но включает осуществление внутриклеточной передачи сигнала. В связи с этим при исследовании метаболических и энерготропных эффектов сукцината необходимо также учитывать его сигнальную и регуляторную функции.