«Душевная сила состоит из двух сил. Одна из них – постигающая сила, другая – движущая сила» Авиценна (Ибн Сина)
Гипоксия Вопросы: 1. Термин, определение понятия 2. Показатели кислородного режима 3. Классификации гипоксий 4. Характеристика отдельных видов гипоксий 5. Механизмы адаптации при гипоксии 6. Механизмы повреждающего действия гипоксии на органы и ткани
Расшифровка термина «гипоксия» hypo (греч. ) – мало oxy (от лат. oxygenium) – кислород Предложил американский физиолог Уигерс (1940 г. )
Определение понятия Гипоксия – типовой патологический процесс, возникающий при недостаточном снабжении тканей кислородом и/или при нарушении его утилизации в ходе биологического окисления Синонимы: • «кислородное голодание» • «кислородная недостаточность»
Парциальное давление О 2: • во вдыхаемом воздухе - Ратм. О 2 = 150 -160 мм рт. ст. • в альвеолярном воздухе - РАО 2 = 110 -115 мм рт. ст.
Напряжение кислорода: • артериальной крови - Ра. О 2 = 95100 мм рт. ст. • венозной крови - Рv. О 2 = 30 -50 мм рт. ст.
Насыщение гемоглобина кислородом: • артериальной крови - Hb. O 2 а = 95 -97% • венозной крови - Hb. O 2 v = • 55 -75%
Кислородная емкость крови (КЕК, V 02) - количество мл О 2, способное связаться с Hb в 100 мл крови: • КЕК артериальной крови - Va. O 2 = 19 -21 об% • КЕК венозной крови - Vv. O 2 = 1215 об% Это означает, что Hb 100 мл артериальной крови способен связать 19 -21 мл О 2
Напряжение углекислого газа: • в артериальной крови - Pa. CO 2 = 38 -41 мм рт. ст. • в венозной крови - Pv. CO 2 = 46 мм рт. ст.
p. H артериальной крови = 7, 37 -7, 43
Кривая диссоциации оксигемоглобина (КДО) Отражает зависимость между РО 2 и Hb. O 2 (сродство гемоглобина к кислороду) На графике имеет форму латинской S, где по горизонтали - РО 2, а по вертикали – Hb. O 2 • Сдвиг КДО вправо означает снижение способности Hb связывать О 2 • Сдвиг КДО влево означает увеличение способности Hb связывать О 2
Увеличивают сродство Hb к О 2 и уменьшают отдачу кислорода тканям: • алкалоз • снижение t • уменьшение содержания дифосфоглицерата (ДФГ) в эритроцитах
Уменьшают сродство Hb к О 2 и увеличивают отдачу кислорода тканям: • ацидоз • повышение t • увеличение содержания ДФГ в эритроцитах
Уменьшение содержания ДФГ в эритроцитах: • старые эритроциты • длительное хранение консервированной крови • голодание • рвота • сахарный диабет • алкогольная абстиненция • алкалоз
Увеличение содержания ДФГ в эритроцитах: • молодые эритроциты • уремия • цирроз печени
Классификация гипоксий по скорости развития: • Острейшая, или молниеносная (в течение нескольких десятков секунд) • Острая (в течение нескольких десятков минут, в переделах часа) • Подострая (в течение нескольких часов, в пределах суток) • Хроническая (длится недели, месяцы, годы)
Классификация гипоксий по тяжести: • • Легкая Средняя Тяжелая Критическая (летальная) Критическое Pа. O 2 – 27 -33 мм рт. ст.
Классификация гипоксий по этиологии и патогенезу (И. Р. Петров, 1967): I. Экзогенная гипоксия (вследствие снижения PO 2 во вдыхаемом воздухе) II. Группа эндогенных гипоксий (вследствие тех или иных нарушений в самом организме): • • • Дыхательная (легочная) Циркуляторная (сердечно-сосудистая) Гемическая (кровяная) Тканевая (гистотоксическая) Смешанная
Дополнения Колчинской (1981 г. ) к классификации гипоксий И. Р. Петрова: • гипероксическая • гипербарическая • гипоксия нагрузки
Экзогенная (гипоксическая) гипоксия Причина – снижение PO 2 во вдыхаемом воздухе Варианты: • нормобарическая • гипербарическая
Нормобарическая экзогенная гипоксия: • пребывание в небольших, плохо вентилируемых помещениях • нарушение подачи кислородной смеси в летательных или глубинных аппаратах или автономных костюмах • нарушение режима ИВЛ
Гипобарическая экзогенная гипоксия: • подъем в горы • открытые летательные аппараты • разгерметизация летательного аппарата • барокамера
Гипербарическая экзогенная гипоксия: • барокамера - подача кислорода под давлением
Патогенез экзогенной гипоксии: снижение РО 2 во вдыхаемом воздухе ↓ снижение. РО 2 в альвеолярном воздухе ↓ снижение. РО 2 в артериальной и венозной крови - гипоксемия ↓
Патогенез экзогенной гипоксии уменьшение насыщения Hb кислородом ↓ возбуждение хеморецепторов синокаротидной зоны и дуги аорты ↓ компенсаторная гипервентиляция ↓ вымывание СО 2 (+уменьшение образования СО 2 в тканях из-за гипоксии) ↓
Патогенез экзогенной гипоксии • • • гипокапния - снижение РСО 2 ↓ респираторный (газовый) алкалоз метаболический ацидоз расширение сосудов и снижение системного АД сужение сосудов мозга и сердца ухудшение кровоснабжения этих органов
Экзогенная гипоксия: • • РО 2 a PO 2 v Hb. O 2 a Hb. O 2 v РСО 2 КЕК и МОС в норме или компенсаторно повышены
Дыхательная (легочная) гипоксия Причина – нарушение оксигенации крови в легких вследствие недостаточной: • вентиляции • перфузии • диффузии то есть при заболеваниях или патологических процессах в самих легких или бронхах, или при нарушении механизмов регуляции дыхания
Патогенез дыхательной гипоксии в основном совпадает с патогенезом экзогенной гипоксии 2 отличия: • Гипоксемия связана не со снижением РО 2 во вдыхаемом воздухе, а с нарушением газообмена в легких • Гиперкапния (увеличение РСО 2 ) из-за гиповентиляции альвеол Гиперкапния и ацидоз уменьшают сродство гемоглобина к кислороду и еще больше затрудняют процесс оксигенации крови в легких
Дыхательная гипоксия: РО 2 a PO 2 v Hb. O 2 a Hb. O 2 v РСО 2 КЕК и МОС в норме компенсаторно повышены или
Циркуляторная (сердечно-сосудистая) гипоксия Причина – недостаточное кровоснабжение тканей (местного или системного характера) Виды: • местная • системная
Причины местной циркуляторной гипоксии - типовые нарушения местного (регионарного) кровообращения: • Ишемия • Венозная гиперемия • Стаз
Причины системной циркуляторной гипоксии: • Кровопотеря • Обезвоживание • Хроническая сердечная недостаточность (ХСН) • Шок • Коллапс • Артериальная гипо- и гипертензия
Нарушение кровоснабжения тканей при системной циркуляторной гипоксии возникают вследствие: • • снижения ОЦК замедления скорости кровотока расстройств микроциркуляции нарушения диффузии О 2 через сосудистую стенку в ткань
Патогенез циркуляторной гипоксии замедление скорости кровотока ↓ артериальная кровь (Нв. О 2 в норме) успевает отдать тканям больше О 2 ↓ в венозной крови содержание Нв. О 2 меньше нормы ↓ скорость перехода кислорода в ткань отстает от скорости метаболических процессов ↓ гипоксия тканей и метаболический ацидоз
Циркуляторная гипоксия • РО 2 a - норма Hb. O 2 a – норма • PO 2 v Hb. O 2 v • АВР по кислороду ↑ • МОС (только при циркуляторной гипоксии) • КЕК в норме повышена или системной компенсаторно
Гемическая (кровяная) гипоксия • Суть снижение кислородтранспортной функции крови • Способность крови переносить кислород определяется количеством и качеством Hb • Показатель, отражающий способность крови переносить О 2 – КЕК
Нарушения гемоглобина: • Количественные нарушения Hb – снижение содержания Hb в единице объема крови при анемиях • Качественные нарушения Hb (гемоглобинопатии) - наличие или образование патологического Hb с нарушенной способностью связываться с О 2 в легких или отдавать О 2 тканям
Гемоглобинопатии: o Наследственные o Приобретенные
Наследственные гемоглобинопатии • В основе - генные мутации, ведущие к нарушению аминокислотного состава глобина Примеры: • талассемия • серповидноклеточная анемия
Приобретенные гемоглобинопатии • при отравлении угарным газом • при отравлении метгемоглобинобразователями
Отравление угарным газом (окись углерода, СО) o Происходит в закрытых помещениях Окись углерода содержится: o В выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания o В бытовом газе o Образуется в процессе горения
Угарный газ: o СО обладает высоким сродством к Hb o Образуется карбоксигемоглобин – Hb. CO o У карбоксигемоглобина низкая способность к диссоциации, т. е. o Не может отдавать кислород тканям
Механизмы токсического действия угарного газа o Низкая диссоциация Hb. CO o При отравлении СО не происходит рефлекторной стимуляции дыхания, так как парциальное давление О 2 в крови остается нормальным o Фракция окиси углерода, растворенная в крови (маленькая) проникает в клетки и усиливает образование в них активных кислородных радикалов и ПОЛ, что ведет к нарушению структуры и функций клеток
Отравление угарным газом: o Клинические признаки появляются, когда более 50% Hb соединены с CO o Кожа и слизистые оболочки алого цвета o Угнетение дыхания o Падение АД o Кома, смерть
Помощь при отравлении СО o Прекращение действия СО o Нормо- и гипербарическая оксигенация o Карбоген (сродство окиси углерода к кислороду понижается при гиперкапнии)
Метгемоглобинобразователи: • • Нитросоединения (нитриты, нитраты ) Аминосоединения (анилин) сульфаниламиды фенацетин аспирин цитрамон хиноны эндогенные перекиси
Метгемоглобинобразователи: o Восстанавливают железо в молекуле Hb o т. е. переводят Fe++ в Fe+++ o В результате образуется метгемоглобин, который o Имеет высокое сродство к О 2 o не способен преносить кислород
Механизмы токсического действия метгемоглобинобразователей: o Образование метгемоглобина и нарушение переноса кислорода o Резкое снижение способности оставшегося оксигемоглобина отдавать О 2 тканям o Прямое угнетающее действие метгемоглобинобразователей на тканевое дыхание, разобщение окисления и фосфорилирования
Опасные концентрации метгемоглобина o Признаки гипоксии появляются при превращении 20 -50% гемоглобина в метгемоглобин o Превращение 75 % гемоглобина в метгемоглобин – смертельно
o Метгемоглобин имеет коричневую окраску o Коричневый оттенок приобретают кровь, кожа, слизистые оболочки o Процесс метгемоглобинобразования обратим o В течение нескольких часов железо переходит в закисную форму и o КЕК восстанавливается
Спонтанная деметгемоглобинизация o Осуществляется благодаря редуктазной системе эритроцитов и накоплению недоокисленных продуктов o Этот процесс ускоряется под действием аскорбиновой кислоты и глутатиона
Помощь при отравлении метгемоглобинобразователями: o Аскорбиновая кислота, глутатион o Обменное переливание крови в тяжелых случаях) o Гипербарическая оксигенация o Вдыхание 100% кислорода
Транспортные свойства Hb и способность отдавать кислород тканям нарушаются также при изменении: • р. Н • осмотического давления • реологических свойств крови • содержания ДФГ в эритроцитах
Гемическая гипоксия: • КЕК артериальной крови ↓ • КЕК венозной крови ↓ • • РО 2 a - норма Hb. O 2 а ↓ PO 2 v ↓ Hb. O 2 в ↓ • АВР по кислороду ↓ за счет резкого снижения содержания кислорода в артериальной крови • Метаболический ацидоз
Тканевая гипоксия В основе - снижение эффективности: o утилизации кислорода клетками o и/или сопряжения окисления и фосфорилирования
Тканевая гипоксия: o может развиваться самостоятельно o а также является конечным этапом любого вида гипоксии o поскольку при ней нарушается окислительное фосфорилирование, другое название - биоэнергетическая гипоксия
Причины снижения эффективности утилизации кислорода клетками: o Снижение синтеза ферментов биологического окисления при белковом голодании, гиповитаминозах, нарушениях минерального обмена o Подавление активности ферментов биологического окисления (при отравлении цианидами, под действием эфира, алкоголя, барбитуратов, ионов серебра, ртути, меди)
Причины снижения эффективности утилизации кислорода клетками: o Повреждение мембран митохондрий (под действием свободных радикалов и продуктов ПОЛ, лизосомных ферментов, ионизирующей радиации, метаболитов при уремии, кахексии, тяжелых инфекциях o Изменение физико-химических параметров в ткани (t, р. Н, электролитного состава) при гипо- и гипертермии, анемиях, сердечной, почечной, печеночной недостаточности и др.
Причины снижения сопряжения окисления и фосфорилирования а значит – увеличения расхода о 2 • избыток Ca 2+ H+ • избыток ВЖК • избыток гормонов щитовидной железы • некоторые лекарства • отравление нитритами • микробные токсины
Субстратная гипоксия o Нарушение процессов биологического окисления развивается и при отсутствии в клетках субстратов для окисления o Такую гипоксию называют субстратной
Тканевая гипоксия: • РО 2 v ↑↑ • Hb. O 2 v ↑↑ • КЕК венозной крови ↑↑ • РО 2 а Hb. O 2 а КЕК артериальной крови – норма • АВР по кислороду ↓↓ • метаболический ацидоз
Смешанный тип гипоксии Массивная кровопотеря: • Гемическая - из-за ↓ Hb • Циркуляторная - из-за ↓ ОЦК
Смешанный тип гипоксии Хроническая сердечная недостаточность (ХСН): • Циркуляторная - из-за застоя крови и ↓ МОС • Дыхательная - из-за застоя крови в легких и нарушения процесса оксигенации
Смешанный тип гипоксии Отравление наркотическими веществами: • Циркуляторная - из-за угнетения функции сердца • Дыхательная - из-за угнетения дыхательного центра • Тканевая - из-за угнетения активности дыхательных ферментов
Гипербарическая гипоксия (по Колчинской): • Разновидность экзогенной • Может возникать в условиях барокамеры, т. е. при использовании гипербарической оксигенации с лечебной целью ( «дача» кислорода под давлением)
Гипербарическая гипоксия: • Парадоксальное развитие гипоксии связано с усилением процессов ПОЛ и образованием АФК, которые разрушают мембраны клеток и блокируют ферменты дыхательной цепи • Для того чтобы избежать развития гипоксии в этой ситуации, метод применяют под защитой антиоксидантов
Гипероксическая гипоксия (по Колчинской): • Разновидность экзогенной • Развивается при дыхании чистым О 2 или кислородно-воздушной смесью с высоким содержанием кислорода • Парадоксальное развитие гипоксии при этом связано с замедлением скорости транспорта кислорода, сужением сосудов и, значит, ухудшением доставки кислорода к клеткам
Гипоксия нагрузки (по Колчинской): • У здоровых людей при значительном или длительном увеличении функции тканей, органов и систем (чаще всего скелетной мускулатуры и миокарда) • Суть - несоответствие потребности в кислороде и доставки его к ткани • Относится к категории физиологических гипоксий
Гипоксия нагрузки (перегрузочная): • отдача О 2 и потребление его тканями ↑↑ • РО 2 v ↓↓ Hb. O 2 V ↓↓ • РО 2 a норма Hb. O 2 a норма • АВР по кислороду ↑↑ • В венозной крови - ацидоз
Эндогенные гипоксии: o Патологические: дыхательная, циркуляторная, гемическая, тканевая o Физиологические: гипоксия нагрузки, гипоксия матери и плода, алиментарная, гипоксия старения
Физиологические гипоксии o В основе - несоответствие между потребностью и доставкой кислорода
Гипоксия матери и плода • Обязательный спутник • Гипоксия матери связана с повышением потребности в О 2 • Гипоксия плода связана с дискретным характером кровотока широкой маточной связки (ритмические циклы депонирования и дренирования крови в сосудах); гипоксия носит прерывистый характер
Алиментарная гипоксия o После обильного приема пищи вследствие расширения мезентериальных сосудов o Большой объем крови депонируется в них o Как следствие – перераспределительная ишемия других органов и тканей и гипоксия
Гипоксия старения o Ухудшение доставки кислорода из-за снижения функциональных резервов сердечно-сосудистой и дыхательной систем o Возрастное снижение активности дыхательных ферментов тканей
Адаптивные реакции при гипоксии: • Экстренные • Долговременные
Экстренные механизмы адаптации при гипоксии: • предсуществуют в каждом организме • включаются тотчас же • направлены на срочное усиление доставки О 2 и субстратов к тканям • носят несовершенный и неустойчивый характер
Экстренные механизмы адаптации при гипоксии: Увеличение частоты, глубины дыхания, числа функционирующих альвеол o механизм рефлекторный o связан с активацией хеморецепторов при изменении химического и газового состава крови
Экстренные механизмы адаптации при гипоксии: Увеличение УО и ЧСС (а значит, МОС) и скорости кровотока o механизм - активация САС
Экстренные механизмы адаптации при гипоксии: Централизация кровообращения – перераспределение крови в пользу жизненно важных органов o механизмы – активация САС, а также накопление в миокарде метаболитов с сосудорасширяющим эффектом: аденозин, ПГЕ, кинины и др.
Экстренные механизмы адаптации при гипоксии: Выброс крови из депо (селезенка, костный мозг) Механизмы: o выброс КХА, тиреоидных и кортикостеридных гормонов
Экстренные механизмы адаптации при гипоксии: Усиление эритропоэза и выход ретикулоцитов из костного мозга o Механизм: метаболические сдвиги (из-за гипоксии) стимулируют образование эритропоэтина
Экстренные механизмы адаптации при гипоксии: o Повышение сродства Hb к O 2 в легких o Усиление диссоциации Hb. O 2 в тканях (из-за гипоксемии, ацидоза, повышения содержания ДФГ и АДФ в эритроцитах)
Экстренные механизмы адаптации при гипоксии: Активация тканевого дыхания, активация гликолиза (из-за снижения содержания АТФ в клетке и ослабления его ингибирующего влияния на ферменты гликолиза, а также активации этих ферментов под влиянием продуктов деградации АТФ) Повышение сопряженности окисления и фосфорилирования
Механизмы долговременной адаптации к гипоксии: • Формируются постепенно • Носят устойчивый и более совершенный характер • В основе – активация синтетических процессов, особенно в органах и системах, обеспечивающих доставку О 2 и субстратов • Обеспечивают структурную основу адаптации • Повышается мощность, экономичность и надежность систем доставки и биологического окисления
Механизмы долговременной адаптации при гипоксии: o Снижение интенсивности и увеличение экономичности обменных процессов. Преобладание анаболических процессов o Увеличение числа митохондрий, их крист, ферментов, повышение сопряженности окисления и фосфорилирования o Гипертрофия легких, дыхательной мускулатуры, миокарда, нейронов.
Механизмы долговременной адаптации при гипоксии: o Увеличение числа нервных окончаний в органах и тканях o Увеличение количества капилляров в органах и тканях o Активация эритропоэза; повышение сродства гемоглобина к О 2 в легких и облегчение отдачи его в тканях. o Повышение эффективности и надежности систем нейрогуморальной регуляции работы сердца, тонуса сосудов
Повреждающее действие гипоксии Степень повреждающего действия гипоксии зависит от: • мощности компенсаторноприспособительных реакций • тяжести гипоксии • скорости развития гипоксии • степени чувствительности тканей к гипоксии Повреждающее действия гипоксии проявляется на уровне: • обмена веществ • функций • структуры клеток, тканей, органов
Нарушения обмена веществ при гипоксии: недостаток О 2 ↓ подавление процессов биологического окисления ↓ энергодефицит (↓АТФ ↓КФ ↑АДФ ↑АМФ ↑Pнеорг. ) ↓ активация гликолиза ↓ накопление недоокисленных продуктов ↓ Ацидоз
Нарушения обмена веществ при гипоксии (продолжение): Ацидоз ↓↓↓ активация липолиза, протеолиза и неферментного гидролиза белков торможение ресинтеза липидов, синтеза белка и нуклеиновых кислот подавление гликолиза ↓↓↓ кетоз отрицательный азотистый баланс ↑↑↑ остаточного азота в крови ↑↑↑ ВЖК в крови (ВЖК разобщают ОФ) усугубление дефицита АТФ (ацидоз подавляет гликолиз) ↓↓↓
Нарушения обмена веществ при гипоксии (продолжение): нарушение работы ионных насосов ↓↓↓ К+ ↑↑↑ Ca 2+ ↑↑↑ Na+ в клетке ↓↓↓ осмотический лизис клетки разобщение ОФ и усугубление энергодефицита ↓↓↓ нарушение специфических и неспецифических функций клеток структурные повреждения, вплоть до необратимых
Нарушение функций ЦНС Самое ранней и самое тяжелое последствие гипоксии • • • Проявления: снижение критики неадекватность поведения и восприятия головная боль нарушение координации движений нарушение логического мышления эйфория прогрессирующее угнетение сознания вплоть до развития комы судороги нарушение бульбарных функций (расстройства дыхания и кровообращения)
Расстройства кровообращения o Снижение сократительной функции миокарда • Нарушение коронарного кровотока • Аритмии • Повышение, а затем снижение АД • Расстройства микроциркуляции
Нарушения функции внешнего дыхания • Дыхательная недостаточность • В основе ДН – нарушения вентиляции, перфузии и диффузии • ДН усугубляет имеющуюся гипоксию
Нарушения функции почек: • вплоть до развития острой почечной недостаточности • в основе - нарушение фильтрации или реабсорбции Возможны при тяжелой гипоксии
Расстройства функций печени: o Наблюдаются в основном при хронической гипоксии • Выражаются в нарушениях обмена веществ, • антитоксической функции печени, • пигментного обмена, • свертывания крови и др.
Нарушения пищеварения: • Снижение аппетита • Нарушение моторной и эвакуаторной функций желудка • Нарушение функций кишечника • при тяжелой и длительной гипоксии возможно образование эрозий и язв слизистой оболочки ЖКТ
Иммунная система При тяжелой и длительной гипоксии: • Снижение эффективности специфической защиты (At) • Снижение неспецифической защиты (лизоцим, интерфероны, БОФ, естественные киллеры, комплемент и др. )
Принципы профилактики и терапии гипоксии Этиотропный – воздействие на причину: • • • при экзогенной гипоксии – нормализация РО 2 во вдыхаемом воздухе при гипокапнии - добавление СО 2 при измененном барометрическом давлении – нормализация барометрического давления при эндогенных гипоксиях – лечение болезни или патологического процесса, ставшего причиной развития гипоксии нормобарическая или гипербарическая оксигенотерапия
Принципы профилактики и терапии гипоксии Патогенетический – воздействие на механизмы развития: • • • ликвидация ацидоза ликвидация дисбаланса ионов в клетках и крови защита мембран и ферментов повышение интенсивности биологического окисления снижение уровня функционирования органов и систем (для соответствия потребности и доставки)
Принципы профилактики и терапии гипоксии Симптоматический – устранение тягостных субъективных ощущений: • • • анальгетики анестетики транквилизаторы и др.
Оксигенотерапия • Нормобарическая оксигенотерапия – дача кислородно-воздушной смеси с высоким содержанием кислорода или 100%-кислорода в условиях нормального атмосферного давления • Гипербарическая оксигенотерапия – то же, но в условиях повышенного атмосферного давления (создается в барокамере)
Нормобарическая оксигенотерапия o При парциальном давлении кислорода ниже 60 мм рт. ст. o При оксигенации гемоглобина ниже 90%
Гипербарическая оксигенотерапия o Острая постгеморрагическая анемия o Тяжелые отравления угарным газом и метгемоглобинобразователями o Болезнь декомпрессии o Тяжелые травмы и др.
Парадоксальное развитие гипоксии при оксигенотерапии Причина • усиление ПОЛ и образование активных форм кислорода (АФК), которые разрушают мембраны клеток, нуклеиновые кислоты, белки, блокируют ферменты дыхательной цепи
Проявления токсического действия избытка кислорода: Судорожный синдром (при преимущественном поражении головного и спинного мозга) Гиповентиляционный синдром (при преимущественном поражении легких) Общетоксический синдром - развитие полиорганной недостаточности (ПОН) Чтобы избежать этого, метод оксигенотерапии применяют под защитой антиоксидантов!
Оксигенотерапия o Может быть опасной у лиц пожилого и старческого возраста (церебральный атеросклероз) o Снижена чувствительность ДЦ к СО 2 o Регуляция дыхания осуществляется с участием хеморецепторов каротидного синуса, чувствительных к гипоксемии o Устранение гипоксемии может привести к остановке дыхания
