При определенных условиях формируется патологическая ситуация, характеризующаяся недостатком кислорода в организме. Она возникает из-за дефицита питательных веществ извне или как результат их нарушенного усвоения на уровне клеток. Это гипоксия, которая иногда воспринимается как самостоятельный диагноз, что является заблуждением.
Формируется в ответ на заболевания дыхательной системы (бронхит, легочную гипертензию, прочие патологии легких), когда затруднен транспорт кислорода в кровь. На этой стадии в легочных альвеолах наблюдается недостаточное связывание гемоглобина с кислородом, попадающим в легкие с порцией вдыхаемого воздуха. Дыхательная гипоксия может привести к осложнениям, таким как дыхательная недостаточность, ацидоз.
Есть ситуации, когда недостаток кислорода объясняется малоподвижным образом жизни. В таких случаях комплекс лечебных мероприятий можно свести к проведению физических упражнений. Иногда достаточно делать зарядку каждый день и прогуливаться на протяжении 1 часа на свежем воздухе. В случае возникновения ишемии, как результата инфекционного или другого заболевания, для начала требуется детальная диагностика.
Один и тот же общий патологический процесс может влиять на различные органы и провоцировать развитие болезней. Поэтому при рассмотрении характерных черт этих процессов не употребляют термин «симптомы», а акцентируют внимание на нарушения, происходящие на клеточном уровне. И гипоксия — это как раз такой распространенный патологический процесс, а не просто симптом кислородного голодания, не синдром и не заболевание.
В результате ее появления формируются нарушения, которые могут возникнуть на клеточном уровне. Изменения, выявленные в результате гипоксии, можно поделить на 2 группы: адаптационный ответ и декомпенсация. В первую очередь, организм дает ответ на гипоксию, активизируя адаптационную функцию. Он способен на протяжении определенного периода поддерживать нормальную функцию органов в состоянии кислородного дефицита. Однако, если гипоксия длится чересчур долго, его ресурсы истощаются, адаптационные реакции перестают защищать и происходит декомпенсация.
Стадия декомпенсации сопровождается необратимыми последствиями в органах. Такого рода негативные явления могут иметь разную интенсивность, которая варьируется от дисфункции органа до более серьезных осложнений. Компенсаторный ответ на гипоксию объясняется дефицитом кислорода на клеточном уровне, и поэтому действие организма направлено на улучшение снабжения тканей кислородом. Это своеобразная реакция на гипоксию.
Вылечить умеренный вариант патологии удается легко с помощью терапии на основе простых и доступных препаратов. Но помощь должна быть своевременной. Неблагоприятные явления затрагивают в основном органы сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Также наблюдаются изменения биохимических процессов в клетках, которые наиболее сильно подвержены недостатку кислорода.
Пока не будет устранена причина, орган будут страдать от нехватки питательных веществ. Но если восстановлено снабжение кислородом, то ткань начнет замедлять декомпенсацию и повреждение клеток.
В повседневной жизни под словом «гипоксия» обычно понимается кислородное голодание. Действительно, в этом состоянии различные группы клеток страдают от дефицита кислорода. Определение гипоксии относится к типичным процессам, протекающим в организме при различных заболеваниях и состояниях.
Этот недуг не всегда вызван различными факторами и сопровождает заболевания, а в некоторых случаях выступает в качестве главного звена в развитии патологических изменений при болезнях. По этой причине гипоксия стоит в одном ряду с такими процессами, как воспаление или дистрофия, и соответственно, не считается ни диагнозом, ни даже синдромом. Именно суть гипоксии как характерного патологического процесса усложняет ее понимание на генетическом уровне, так как большая часть людей привыкла иметь дело с классическими проявлениями болезней, когда видны явные признаки и основные симптомы.
Гипоксию, как правило, рассматривают как болезнь и приступают к поискам первопричины.
Но такой подход усложняет понимание природы патологического процесса. Всякий человек, который сталкивается с медицинскими диагнозами, пытается понять, что они значат, что в организме перестало нормально работать.
Например, гипертония — это высокое давление, атеросклероз — формирование холестериновых бляшек на сосудистой стенке, сужение их русла и нарушение кровотока.
Другими словами, любая болезнь представляет собой определенный набор симптомов, которые могут возникнуть при повреждении того или иного органа. Но набор симптомов, присущих всякому заболеванию, существует почти всегда в связи с развитием общего патологического процесса.
Все зависит от характера протекающего патологического процесса и того, какие органы поражены. Например, в результате воспаления нижних дыхательных путей у человека могут возникнуть различные патологии, вызванные воспалением легких, например, пневмонией и туберкулезом. При дистрофическом явлении в легких формируется эмфизема и т. д.
Другими словами, патологический процесс в общем определяет варианты болезней. А возникающие заболевания, соответственно, вызывают присущие им клинические симптомы.
Здравоохранением предусмотрена специальная классификация недуга. Однако практически все классификации принципиально не отличаются друг от друга, поскольку выделены на основании причинно-следственного фактора и степени потери кислорода тканями. Поэтому сейчас принята относительно старая система, которая воспринимается современным научным сообществом как наиболее полная, информативная и обоснованная.
В настоящее время предусматривается разделение патологии в зависимости от механизма ее развития. Выделяют следующие виды:
В зависимости от темпов развития, гипоксии делятся на определенные типы. Согласно такой классификации выделяют следующие разновидности:
Экзогенной называют форму болезни, вызванную уменьшенным объемом кислорода, приходящего из вдыхаемого воздуха. Таким образом, с каждым вдохом в легкие идет меньше кислорода, чем обычно. Соответственно, из легких поступает недостаточно насыщенная кислородом кровь, в результате чего клетки различных органов и тканей повреждаются.
Гипобарическая форма провоцируется малым количеством кислорода, вдыханием разреженного воздуха, пониженным атмосферным давлением. Она развивается при восхождении на большие высоты (горы), а также при пребывании в воздухе без кислородных масок.
Нормобарическая форма имеет место при недостаточном присутствии кислорода в воздухе при сохранении нормального атмосферного давления. Экзогенный вариант этой патологии развивается во время:
Возможно формирование указанной формы при загрязнении воздуха или наличии смога в городе, а также во время работы в случае неисправности дыхательного аппарата при проведении оперативных вмешательств.
Экзогенная гипоксия проявляется цианозом (посинением кожи и слизистых оболочек), головокружением.
1ab,
2abcd, 3a, 4b, 5abc, 6ab, 7a, 8b, 9c, 10a, 11abc, 12a, 13b, 14a, 15b,
16a, 17cde, 18b, 19a, 20ad, 21c, 22c, 23a, 24a, 25b, 26b, 27ab, 28cd,
29d, 30c, 31a, 32ac, 33a, 34b, 35a, 36b, 37d.
Современные представления о патогенезе гипоксии. Классификация типов гипоксии и пусковые механизмы её развития
Гипоксия — типовой патологический процесс, осложняющий течение различных заболеваний.
Тяжесть течения многих заболеваний и их исход в конечном итоге определяется особенностями вторичных неспецифических метаболических расстройств, степенью дестабилизации клеточных мембран, а также возможностями реактивации структурных и ферментных белков в условиях гипоксии.
Вышеизложенное указывает на необходимость дальнейшей детализации механизмов развития гипоксии на молекулярно-клеточном, органном, системном уровнях, а также патогенетического обоснования новых принципов медикаментозной коррекции метаболических и функциональных сдвигов при указанном типовом патологическом процессе.
Однако пусковые механизмы развития тканевой гипоксии чрезвычайно разнообразны и могут быть связаны со следующими патогенетическими факторами:
Как следует из вышеизложенного, гипоксия, начинаясь как циркуляторная, дыхательная или гемическая, достаточно быстро приобретает смешанный характер.
В связи с этим, следует отметить, что острая гипоксемия того или иного генеза, а также гипероксия приводят к повреждению мембран митохондрий, пространственной дезорганизации дыхательных ферментативных ансамблей, локализованных на их внутренней мембране и соответственно к развитию тканевой гипоксии. Так что при многих гипоксических состояниях, сопутствующих различным заболеваниям инфекционной и неинфекционной природы, возникает нарушение экстракции кислорода тканями.
Диоксигеназы катализируют реакции, в которых в молекулу органического субстрата включаются оба атома молекулы кислорода (например, реакция окисления катехола молекулярным кислородом с раскрытием кольца).
Таким образом, все атомы водорода, отщепляемые дегидрогеназами от субстратов, передают свои электроны в дыхательную цепь к конечному акцептору электронов — кислороду.
В трех участках дыхательной цепи дыхание сопряжено с окислительным фосфорилированием и синтезом АТФ. Для того чтобы окислительное фосфорилирование было сопряжено с дыханием, митохондриальная мембрана должна сохранять свою целостность, быть непроницаемой для Н+ и других ионов.
Таким образом, тканевая гипоксия в конечном итоге формируется вторично при гипоксиях различного генеза.
Циркуляторная и застойная
Она отмечается во время различных заболеваний системы кроветворения (таких как снижение сосудистого тонуса, уменьшение общего количества циркулирующей крови после кровотечения, увеличение вязкости и свертываемости крови, заболевания системы кровообращения, венозный застой). Когда нарушение кровотока поражает всю сосудистую сеть, гипоксия носит системный характер.
Если циркуляция крови нарушена только в отдельно взятой области, то гипоксия носит местный характер. Во время такой гипоксии циркулирующая через легкие кровь получает необходимое количество кислорода. Но из-за болезней системы кровообращения он слишком поздно доставляется в жизненно важные области, в результате чего отмечается дефицит кислорода. Процесс развития недуга бывает ишемическим и застойным по механизму протекания.
Ишемическая форма отмечается при снижении объема крови, проходящей через ткани каждый раз. Эта форма может привести к левожелудочковой дисфункции, инфаркту, кардиосклерозу и прочим ситуациям, когда кровь перенасыщена кислородом, но по ряду причин через сосудистое русло идет лишь малый ее объем.
Застойная форма возникает при снижении скорости кровотока по венам. Вместе с тем увеличение скорости кровотока по венам уменьшается при тромбофлебите ног, дисфункции правого желудочка, повышении внутрижелудочного давления и других обстоятельствах, когда в венозном канале происходит застой крови.
Острое и хроническое течение
Острая и хроническая гипоксия протекают по разным сценариям. Таким образом, острая гипоксия — компенсаторный ответ со стороны организма, когда наблюдается учащение дыхания, увеличение давления. Одновременно сердце начинает сокращаться со скоростью свыше 70 ударов в минуту. Дыхание становится глубоким, сердце перекачивает больший объем крови, чем обычно. Помимо этого, в системный кровоток переходит весь резерв красных кровяных телец, необходимых для переноса кислорода в клетки.
Указанные признаки гипоксии в мышцах и прочих тканях являются нормальными и ориентированы на поставку кислорода в клетки и из клеток, увеличивая объем кровотока по сосудам. Очень интенсивная гипоксия, кроме указанных реакций, провоцирует еще централизацию кровотока, когда вся кровь транспортируется к жизненно важным органам (сердцу и мозгу). Наблюдается резкое снижение кровотока в органах брюшины.
Организм транспортирует кислород в мозг и сердце, лишая его областей, которые в настоящее время не настолько ценны для выживания (ЖКТ). Если острая гипоксия будет устранена в течение минимального периода времени, организм перестанет потреблять резервы, необходимые для выживания. Организм спустя время сможет функционировать нормально, дефицит кислорода не повлечет серьезных проблем. Если состояние длится долго, то после его устранения будут зафиксированы необратимые последствия, в результате которых у человека появятся разные патологии.
Компенсаторные явления в ответ на хроническую гипоксию формируются на фоне серьезных, длительно протекающих патологий. Чтобы компенсировать недостаток кислорода в крови, объем красных кровяных телец может возрастать. В результате возрастает количество кислорода, транспортируемого аналогичным количеством крови за определенный промежуток времени. Эритроциты увеличивают активность ферментов, отвечающих за перемещение кислорода из гемоглобина напрямую в клетки органов. В легких синтезируются новые альвеолы, глубокие, объемные, появляются дополнительные артерии и капилляры, что приводит к нормальному транспорту кислорода в кровоток.
Сердце, перекачивающее больше крови, гипертрофируется. Размеры его увеличиваются. Ткани, испытывающие дефицит кислорода, видоизменяются с целью максимально эффективного использования небольшого объема кислорода. Так, растет количество митохондрий, которые используют кислород для дыхания клеток. Также появляется множество новых капилляров, что приводит к увеличению микроциркуляции. Активация этой сосудистой сети приводит к тому, что кожа человека становится розовой, что характерно для здорового румянца.
Лечение недуга целиком зависит от основного заболевания, повлекшего за собой явление ишемии. Адаптивное явление острой гипоксии носит чисто рефлекторный характер, и поэтому при снятии кислородного голодания органы в полном объеме возвращаются в прежний режим работы, в котором они функционировали до развития гипоксии.
Хроническая форма — адаптационный ответ, он развивается за счет перестройки функций органов и систем, поэтому последствия такого явления невозможно быстро устранить.
Это значит, что хроническая гипоксия способна поменять организм, его режим работы. Он адаптируется к условиям кислородной недостаточности. У человека не возникает ощутимого дискомфорта. При острой гипоксии организм не успевает приспособиться к новому режиму работы. Хроническая гипоксия может присутствовать у человека на протяжении многих лет, не создавая препятствий для нормальной жизни и работы. Острая форма за минимальный период способна привести к необратимому дефекту миокарда и мозга.
Виды гипоксии
В
основу классификации, которая приводится
ниже, положены причины и механизмы
развития кислородного голодания.
Различают следующие виды гипоксии:
гипоксическую, дыхательную, гемическую,
циркуляторную, тканевую и смешанную.
Гипоксическая,
или экзогенная, гипоксия
развивается при снижении парциального
давления кислорода во вдыхаемом воздухе.
Наиболее типичным примером гипоксической
гипоксии может служить горная болезнь.
Ее проявления находятся в зависимости
от высоты подъема. В эксперименте
гипоксическая гипоксия моделируется
при помощи барокамеры, а также с
использованием дыхательных смесей,
бедных кислородом.
Дыхательная,
или респираторная, гипоксия
возникает в результате нарушения
внешнего дыхания, в частности нарушения
легочной вентиляции, кровоснабжения
легких или диффузии в них кислорода,
при которых нарушается оксигенация
артериальной крови (см. раздел XX —
«Патологическая физиология внешнего
дыхания»).
Кровяная,
или гемическая, гипоксия
возникает в связи с нарушениями в системе
крови, в частности с уменьшением ее
кислородной емкости. Гемическая гипоксия
подразделяется на анемическую и гипоксию
вследствие инактивации гемоглобина.
Анемия как причина гипоксии описана в
разделе XVIII («Патологическая физиология
системы крови»).
В
патологических условиях возможно
образование таких соединений гемоглобина,
которые не могут выполнять дыхательную
функцию. Таким является карбоксигемоглобин
— соединение гемоглобина с окисью
углерода (СО). Сродство гемоглобина к
СО в 300 раз выше, чем к кислороду, что
обусловливает высокую ядовитость
угарного газа: отравление наступает
при ничтожных концентрациях СО в воздухе.
При этом инактивируются не только
гемоглобин, но и железосодержащие
дыхательные ферменты. При отравлении
нитратами, анилином образуется
метгемоглобин, в котором трехвалентное
железо не присоединяет кислород.
Циркуляторная
гипоксия
развивается при местных и общих нарушениях
кровообращения, причем в ней можно
выделить ишемическую и застойную формы.
Если
нарушения гемодинамики развиваются в
сосудах большого круга кровообращения,
насыщение крови кислородом в легких
может быть нормальным, однако при этом
может страдать доставка его тканям. При
нарушениях гемодинамики в системе
малого круга страдает оксигенация
артериальной крови.
Циркуляторная
гипоксия может быть вызвана не только
абсолютной, но и относительной
недостаточностью кровообращения, когда
потребность тканей в кислороде превышает
его доставку. Такое состояние может
возникнуть, например, в сердечной мышце
при эмоциональных напряжениях,
сопровождающихся выделением адреналина,
действие которого хотя и вызывает
расширение венечных артерий, но в то же
время значительно повышает потребность
миокарда в кислороде.
К
этому виду гипоксии относится кислородное
голодание тканей в результате нарушения
микроциркуляции, которая, как известно,
представляет собой капиллярный крово-
и лимфоток, а также транспорт через
капиллярную сеть и мембраны клеток.
Тканевая
гипоксия —
нарушения в системе утилизации кислорода.
При этом виде гипоксии страдает
биологическое окисление на фоне
достаточного снабжения тканей кислородом.
Причинами тканевой гипоксии являются
снижение количества или активности
дыхательных ферментов, разобщение
окисления и фосфорилирования.
Классическим
примером тканевой гипоксии, при которой
происходит инактивация дыхательных
ферментов, в частности цитохромоксидазы
— конечного фермента дыхательной цепи,
является отравление цианидами. Алкоголь
и некоторые наркотики (эфир, уретан) в
больших дозах угнетают дегидрогеназы.
Снижение
синтеза дыхательных ферментов бывает
при авитаминозах. Особенно важны
рибофлавин и никотиновая кислота —
первый является кофактором флавиновых
ферментов, вторая входит в состав
НАД-зависимых дегидрогеназ.
При
разобщении окисления и фосфорилирования
снижается эффективность биологического
окисления, энергия рассеивается в виде
свободного тепла, ресинтез макроэргических
соединений снижается. Энергетическое
голодание и метаболические сдвиги
подобны тем, которые возникают при
кислородном голодании.
В
возникновении тканевой гипоксии может
иметь значение активация перекисного
свободнорадикального окисления, при
котором органические вещества подвергаются
неферментативному окислению молекулярным
кислородом. Перекисное окисление липидов
(ПОЛ) вызывает дестабилизацию мембран
митохондрий и лизосом. Активация
свободнорадикального окисления, а
следовательно, и тканевая гипоксия
наблюдаются при действии ионизирующей
радиации, гипероксии, а также при дефиците
естественных антиоксидантов, которые
участвуют в восстановлении свободных
радикалов или в элиминации перекиси
водорода. Таковыми являются токоферолы,
рутин, убихинон, аскорбиновая кислота,
глутатион, серотонин, каталаза, холестерин
и некоторые стероидные гормоны.
Перечисленные
выше отдельные виды кислородного
голодания встречаются редко, чаще
наблюдаются различные их комбинации.
Например, хроническая гипоксия любого
генеза обычно осложняется поражением
дыхательных ферментов и присоединением
кислородной недостаточности тканевого
характера. Это дало основание выделить
шестой вид гипоксии — смешанную гипоксию.
Выделяют
еще гипоксию нагрузки, которая развивается
на фоне достаточного или даже повышенного
снабжения тканей кислородом. Однако
повышенное функционирование органа и
значительно возросшая потребность в
кислороде могут привести к неадекватному
кислородному снабжению и развитию
метаболических нарушений, характерных
для истинной кислородной недостаточности.
Примером могут служить чрезмерные
нагрузки в спорте, интенсивная мышечная
работа. Этот вид гипоксии является
пусковым механизмом развития утомления.