Расстройства обмена веществ при гипоксии
1. Содержание АТФ и креатинфосфата при гипоксии любого типа прогрессирующе снижается вследствие подавления процессов биологического окисления (особенно - аэробных) и сопряжения их с фосфорилированием.
2. Содержание АДФ, АМФ и креатина нарастает вследствие нарушения их фосфорилирования.
3. Концентрация неорганического фосфата в тканях увеличивается.
Причины:
· Повышенный гидролиз АТФ, АДФ, АМФ и креатинфосфата.
· Подавление реакций окислительного фосфорилирования.
4. Процессы тканевого дыхания в клетках подавлены вследствие дефицита кислорода, недостатка субстратов обмена веществ, подавление активности ферментов тканевого дыхания.
5. Гликолиз на начальном этапе гипоксии активируется.
Причины:
· Дефицит АТФ и снижение его ингибирующего влияния на ключевые ферменты гликолиза.
· Активация гликолитических ферментов продуктами гидролиза АТФ: АДФ и АМФ.
Проявления:
· Снижение содержания гликогена и глюкозы в клетках.
· Увеличение внутриклеточного содержания молочной и пировиноградной кислот.
Последнее является также результатом торможения их окисления в дыхательной цепи и ресинтеза из них гликогена, требующего энергии АТФ.
6. Содержание Н+ в клетках и биологических жидкостях прогрессирующе нарастает и развивается ацидоз вследствие торможения окисления субстратов, особенно - лактата и пирувата, КТ и в меньшей мере - жирных кислот и аминокислот.
7. Биосинтез нуклеиновых кислот и белков подавлен вследствие дефицита энергии, необходимой для этих процессов.
8. Параллельно активируется протеолиз, обусловленный активацией в условиях ацидоза протеаз, а также неферментного гидролиза белков.
9. Азотистый баланс становится отрицательным. Это сочетается с повышением уровня остаточного азота в плазме крови и аммиака в тканях. Причины: активация реакций протеолиза и торможение процессов протеосинтеза.
10. Жировой обмен характеризуется:
· Активацией липолиза вследствие повышения активности липаз и ацидоза.
· Торможением ресинтеза липидов. Причина: дефицит макроэргических соединений.
· Накоплением в результате вышеуказанных процессов избытка КТ (ацетоуксусной, β-оксимасляной кислот, ацетона) и жирных кислот в плазме крови, межклеточной жидкости, клетках. При этом ВЖК оказывают разобщающее влияние на процессы окисления и фосфорилирования, что усугубляет дефицит АТФ.
11. Обмен электролитов и жидкости в тканях существенно нарушен.
Причины:
· Дефицит АТФ, энергия которой необходима для АТФаз: Nа+,К+-АТФазы, Са2+-зависимой АТФазы и др.
· Повреждение мембран и их ионных каналов, обеспечивающих энерго- и электрозависимый перенос, а также пассивный транспорт ионов.
· Изменение содержания в организме гормонов, регулирующих обмен ионов: минералокортикоидов, кальцитонина и др.
Проявления:
· Нарушение соотношения ионов в клетках:
· Трансмембранного (обычно в условиях гипоксии клетки теряют К+, в цитозоле накапливаются Na+ и Са2+, в митохондриях - Са2+).
· Между отдельными ионами (например, в цитозоле уменьшается соотношение K+/Na+, К+/Са2+).
· Увеличение в крови содержания Na+, C1-, отдельных микроэлементов.
· Накопление избытка жидкости в клетках (набухание клеток).
Причины:
· Увеличение осмотического давления в цитоплазме клеток в связи с накоплением в них Na+, Са2+ и некоторых других ионов, а также в результате гидролиза крупных молекул органических веществ (например, гликогена, белка).
· Повышение онкотического давления в клетках в результате распада полипептидов, ЛП и других белоксодержащих молекул, обладающих гидрофильными свойствами.
При гипоксии нарушения функций органов и тканей выражены в разной мере, Это определяется различной резистентностью органов к гипоксии, а также скоростью её развития, степенью и длительностью её воздействия на организм.
Патогенетическая классификация гипоксий (по И.Р. Петрову)
I. Экзогенный тип гипоксии или гипоксическая гипоксия- гипоксия вследствие снижения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе (характерно снижение артерио-венозной разницы по кислороду).
1. Гипобарическая форма возникает при снижении общего барометрического давления (подъем на высоту).
2. Нормобарическая форма возникает при избирательном снижении содержания кислорода при нормальном общем давлении (нахождение в замкнутых или плохо проветриваемых пространствах).
II. Гипоксия при патологических процессах, нарушающих снабжение тканей кислородом при нормальном содержании его в окружающей среде или утилизации кислорода из крови при нормальном ее насыщении О2.
1. Дыхательный (респираторный) тип гипоксии возникает при недостаточном транспорте кислорода из нормального атмосферного воздуха в плазму протекающей через легкие крови вследствие нарушения системы внешнего дыхания (характерна артериальная гипоксемия).
2. Сердечно-сосудистый (циркуляторный) тип гипоксии возникает в результате нарушений гемодинамики, приводящих к недостаточному для нормальной жизнедеятельности снабжению органов и тканей кислородом при нормальном насыщении им артериальной крови (характерна венозная гипоксемия).
3. Кровяной (гемический) тип гипоксии возникает в результате неспособности крови при наличии нормального напряжения кислорода в легочных капиллярах связывать, переносить в ткани и отдавать нормальное количество кислорода, т. е. патогенетической основой данного типа гипоксии является уменьшение реальной кислородной емкости крови (характерна артериальная гипоксемия).
4. Тканевой (гистотоксический) тип гипоксии возникает в результате нарушения процессов биологического окисления в клетках при нормальном функционировании всех звеньев системы транспорта кислорода к месту его утилизации (характерно снижение артерио-венозной разницы по кислороду).
5. Смешанный тип гипоксии.
· Один и тот же фактор вызывает сочетание двух или более типов гипоксии.
· Первично возникает один тип гипоксии, а затем по мере развития болезни присоединяются другие типы.
III. Физиологическая (перегрузочная) гипоксия – возникает при физических нагрузках, особенно тяжелых, обусловлена появлением кислородного долга (характерны венозная гипоксемия, гиперкапния и увеличение артерио-венозной разницы по кислороду).
Срочная адаптация к гипоксии (или 1-ая стадия долговременной адаптации)
1. Приспособительные реакции системы внешнего дыхания:
· увеличение альвеолярной вентиляции за счет углубления и учащения дыхания и мобилизации резервных альвеол (вызывает развитие дыхательного алкалоза, кривая диссоциации HbО2 сдвигается влево и оксигенация крови улучшается);
· увеличение легочного кровотока и повышение перфузионного давления в капиллярах легких;
· возрастание проницаемости альвео-капиллярных мембран для газов.
2. Приспособительные реакции в системе кровообращения:
· развитие тахикардии, увеличение ударного и минутного объемов сердца;
· увеличение массы циркулирующей крови за счет выброса из кровяного депо;
· увеличение системного артериального давления и скорости кровотока;
· расширение сосудов (под влиянием СО2, рН, аденозина).
3. Приспособительные реакции системы крови:
· усиление диссоциации оксиHb за счет ацидоза;
· повышение кислородной емкости крови за счет усиления вымывания эритроцитов из костного мозга;
4. Тканевые приспособительные реакции:
· ограничение функциональной активности органов и тканей, непосредственно не участвующих в обеспечении транспорта кислорода;
· увеличение сопряжения окисления и фосфорилирования и активности ферментов дыхательной цепи;
· усиление анаэробного синтеза АТФ за счет активации гликолиза (накапливается лактат, рН смещается в кислую сторону, а кривая Баркрофта – вправо, HbО2 легче диссоциирует, отдавая кислород).
Стадия срочной адаптации может развиваться по двум направлениям:
1. Если действие гипоксического фактора прекращается, то адаптация не развивается и функциональная система ответственная за адаптацию к гипоксии не закрепляется.
2. Если действие гипоксического фактора продолжается или периодически повторяется в течение достаточно длительного времени, то организм переходит во 2-ю стадию долгосрочной адаптации.
2-я стадия - переходная
Ей характерно постепенное снижение активности систем, обеспечивающих приспособление организма к гипоксии, и ослабление стрессовых реакций на повторное действие гипоксического фактора.
3-я стадия - стадия устойчивой долговременной адаптации
Она характеризуется высокой резистентностью организма к гипоксическому фактору.
· увеличение силы дыхательных мышц и дыхательной поверхности легких;
· гипертрофия миокарда;
· активация эритропоэза за счет усиления образования эритропоэтинов в почках и, возможно, других органах;
· увеличение массы митохондрий.
4-я стадия
1. Если действие гипоксического фактора прекращается, то постепенно происходит дезадаптация организма.
2. Если действие гипоксического фактора нарастает, то это может привести к истощению функциональной системы и произойдет срыв адаптации и полное истощение организма.
18. – Этиология и патогенез циркуляторной гипоксии
Сердечно-сосудистый (циркуляторный) тип гипоксии возникает в результате нарушений гемодинамики, приводящих к недостаточному для нормальной жизнедеятельности снабжению органов и тканей кислородом при нормальном насыщении им артериальной крови (характерна венозная гипоксемия).
Главным гемодинамическим показателем, характеризующим циркуляторную гипоксию, является уменьшение по сравнению с должными величинами скорости кровотока (Q), т. е. количества крови, протекающей через суммарный просвет микрососудов в единицу времени. Q зависит от нескольких факторов:
Q = f (V, ‑P, W, R), где:
V - объем крови, циркулирующий в участке ткани, органе или организме в целом.
‑P = Pa - Pв - градиент давления между артериальным отделом русла (Ра) и венозным (Рв).
W - суммарный тонус сосудов данного бассейна.
R - реологические свойства крови.
Таким образом, развитие данного типа гипоксии может быть обусловлено любым из перечисленных гемодинамических факторов и изменениями текучести крови. Часто имеет место сочетание двух или более факторов.