«Душевная сила состоит из двух сил. Одна

«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 О2: во вдыхаемом воздухе - Ратм.О2 = 150-160 мм рт. ст. в альвеолярном воздухе - РАО2 = 110-115 мм рт. ст.

Напряжение кислорода: артериальной крови - РаО2 = 95-100 мм рт.ст. венозной крови - РvО2 = 30-50 мм рт.ст.

Насыщение гемоглобина кислородом: артериальной крови - HbO2а = 95-97% венозной крови - HbO2v = 55-75%

Кислородная емкость крови (КЕК, V02) - количество мл О2, способное связаться с Hb в 100 мл крови: КЕК артериальной крови - VaO2 = 19-21 об% КЕК венозной крови - VvO2 = 12-15 об% Это означает, что Hb 100 мл артериальной крови способен связать 19-21 мл О2

Напряжение углекислого газа: в артериальной крови - PaCO2 = 38-41 мм рт.ст. в венозной крови - PvCO2 = 46 мм рт.ст.

pH артериальной крови = 7,37-7,43

Кривая диссоциации оксигемоглобина (КДО) Отражает зависимость между РО2 и HbO2 (сродство гемоглобина к кислороду) На графике имеет форму латинской S, где по горизонтали - РО2, а по вертикали – HbO2 Сдвиг КДО вправо означает снижение способности Hb связывать О2 Сдвиг КДО влево означает увеличение способности Hb связывать О2

Увеличивают сродство Hb к О2 и уменьшают отдачу кислорода тканям: алкалоз снижение t уменьшение содержания дифосфоглицерата (ДФГ) в эритроцитах

Уменьшают сродство Hb к О2 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 PаO2 – 27-33 мм рт.ст.

Классификация гипоксий по этиологии и патогенезу (И.Р. Петров, 1967): Экзогенная гипоксия (вследствие снижения PO2 во вдыхаемом воздухе) 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 PO2 во вдыхаемом воздухе Варианты: нормобарическая гипобарическая 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 РО2 во вдыхаемом воздухе ↓ снижениеРО2 в альвеолярном воздухе ↓ снижениеРО2в артериальной и венозной крови - гипоксемия ↓

Патогенез экзогенной гипоксии уменьшение насыщения Hb кислородом ↓ возбуждение хеморецепторов синокаротидной зоны и дуги аорты ↓ компенсаторная гипервентиляция ↓ вымывание СО2 (+уменьшение образования СО2 в тканях из-за гипоксии) ↓

Патогенез экзогенной гипоксии гипокапния - снижение РСО2 ↓ респираторный (газовый) алкалоз метаболический ацидоз расширение сосудов и снижение системного АД сужение сосудов мозга и сердца ухудшение кровоснабжения этих органов

Экзогенная гипоксия: РО2a  PO2v  HbO2a  HbO2v  РСО2  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 РО2 во вдыхаемом воздухе, а с нарушением газообмена в легких Гиперкапния (увеличение РСО2 ) из-за гиповентиляции альвеол Гиперкапния и ацидоз уменьшают сродство гемоглобина к кислороду и еще больше затрудняют процесс оксигенации крови в легких

Дыхательная гипоксия: РО2a  PO2v  HbO2a  HbO2v  РСО2 КЕК и МОС в норме или компенсаторно повышены

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 О2 через сосудистую стенку в ткань

Патогенез циркуляторной гипоксии замедление скорости кровотока ↓ артериальная кровь (НвО2 в норме) успевает отдать тканям больше О2 ↓ в венозной крови содержание НвО2 меньше нормы ↓ скорость перехода кислорода в ткань отстает от скорости метаболических процессов ↓ гипоксия тканей и метаболический ацидоз

Циркуляторная гипоксия РО2a - норма HbO2a – норма PO2v  HbO2v  АВР по кислороду ↑ МОС  (только при системной циркуляторной гипоксии) КЕК в норме или компенсаторно повышена

Гемическая (кровяная) гипоксия Суть - снижение кислородтранспортной функции крови Способность крови переносить кислород определяется количеством и качеством Hb Показатель, отражающий способность крови переносить О2 – 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 О2 в легких или отдавать О2 тканям

Гемоглобинопатии: Наследственные 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) Происходит в закрытых помещениях Окись углерода содержится: В выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания В бытовом газе Образуется в процессе горения

Угарный газ: СО обладает высоким сродством к Hb Образуется карбоксигемоглобин – HbCO У карбоксигемоглобина низкая способность к диссоциации, т.е. Не может отдавать кислород тканям

Механизмы токсического действия угарного газа Низкая диссоциация HbCO При отравлении СО не происходит рефлекторной стимуляции дыхания, так как парциальное давление О2 в крови остается нормальным 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: Клинические признаки появляются, когда более 50% Hb соединены с CO Кожа и слизистые оболочки алого цвета Угнетение дыхания Падение АД Кома, смерть

Помощь при отравлении СО Прекращение действия СО Нормо- и гипербарическая оксигенация Карбоген (сродство окиси углерода к кислороду понижается при гиперкапнии)

Метгемоглобинобразователи: Нитросоединения (нитриты, нитраты ) Аминосоединения (анилин) сульфаниламиды фенацетин аспирин цитрамон хиноны эндогенные перекиси

Метгемоглобинобразователи: Восстанавливают железо в молекуле Hb т.е. переводят Fe++ в Fe+++ В результате образуется метгемоглобин, который Имеет высокое сродство к О2 не способен преносить кислород

Механизмы токсического действия метгемоглобинобразователей: Образование метгемоглобина и нарушение переноса кислорода Резкое снижение способности оставшегося оксигемоглобина отдавать О2 тканям Прямое угнетающее действие метгемоглобинобразователей на тканевое дыхание, разобщение окисления и фосфорилирования

Опасные концентрации метгемоглобина Признаки гипоксии появляются при превращении 20-50% гемоглобина в метгемоглобин Превращение 75 % гемоглобина в метгемоглобин – смертельно

Метгемоглобин имеет коричневую окраску Коричневый оттенок приобретают кровь, кожа, слизистые оболочки Процесс метгемоглобинобразования обратим В течение нескольких часов железо переходит в закисную форму и КЕК восстанавливается

Спонтанная деметгемоглобинизация Осуществляется благодаря редуктазной системе эритроцитов и накоплению недоокисленных продуктов Этот процесс ускоряется под действием аскорбиновой кислоты и глутатиона

Помощь при отравлении метгемоглобинобразователями: Аскорбиновая кислота, глутатион Обменное переливание крови в тяжелых случаях) Гипербарическая оксигенация Вдыхание 100% кислорода

Транспортные свойства Hb и способность отдавать кислород тканям нарушаются также при изменении: рН осмотического давления реологических свойств крови содержания ДФГ в эритроцитах

Гемическая гипоксия: КЕК артериальной крови ↓ КЕК венозной крови ↓ РО2a - норма HbO2а ↓ PO2v ↓ HbO2в ↓ АВР по кислороду ↓ за счет резкого снижения содержания кислорода в артериальной крови Метаболический ацидоз

Тканевая гипоксия В основе - снижение эффективности: утилизации кислорода клетками и/или сопряжения окисления и фосфорилирования

Тканевая гипоксия: может развиваться самостоятельно а также является конечным этапом любого вида гипоксии поскольку при ней нарушается окислительное фосфорилирование, другое название - биоэнергетическая гипоксия

Причины снижения эффективности утилизации кислорода клетками: Снижение синтеза ферментов биологического окисления при белковом голодании, гиповитаминозах, нарушениях минерального обмена Подавление активности ферментов биологического окисления (при отравлении цианидами, под действием эфира, алкоголя, барбитуратов, ионов серебра, ртути, меди)

Причины снижения эффективности утилизации кислорода клетками: Повреждение мембран митохондрий (под действием свободных радикалов и продуктов ПОЛ, лизосомных ферментов, ионизирующей радиации, метаболитов при уремии, кахексии, тяжелых инфекциях Изменение физико-химических параметров в ткани (t, рН, электролитного состава) при гипо- и гипертермии, анемиях, сердечной, почечной, печеночной недостаточности и др.

Причины снижения сопряжения окисления и фосфорилирования а значит – увеличения расхода о2 избыток Ca2+ H+ избыток ВЖК избыток гормонов щитовидной железы некоторые лекарства отравление нитритами микробные токсины

Субстратная гипоксия Нарушение процессов биологического окисления развивается и при отсутствии в клетках субстратов для окисления Такую гипоксию называют субстратной

Тканевая гипоксия: РО2v ↑↑ HbO2v ↑↑ КЕК венозной крови ↑↑ РО2а HbO2а 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 О2 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 О2 и потребление его тканями ↑↑ РО2v ↓↓ HbO2V ↓↓ РО2a норма HbO2a норма АВР по кислороду ↑↑ В венозной крови - ацидоз

Эндогенные гипоксии: Патологические: дыхательная, циркуляторная, гемическая, тканевая Физиологические: гипоксия нагрузки, гипоксия матери и плода, алиментарная, гипоксия старения

Физиологические гипоксии В основе - несоответствие между потребностью и доставкой кислорода

Гипоксия матери и плода Обязательный спутник Гипоксия матери связана с повышением потребности в О2 Гипоксия плода связана с дискретным характером кровотока широкой маточной связки (ритмические циклы депонирования и дренирования крови в сосудах); гипоксия носит прерывистый характер

Алиментарная гипоксия После обильного приема пищи вследствие расширения мезентериальных сосудов Большой объем крови депонируется в них Как следствие – перераспределительная ишемия других органов и тканей и гипоксия

Гипоксия старения Ухудшение доставки кислорода из-за снижения функциональных резервов сердечно-сосудистой и дыхательной систем 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 О2 и субстратов к тканям носят несовершенный и неустойчивый характер

Экстренные механизмы адаптации при гипоксии: Увеличение частоты, глубины дыхания, числа функционирующих альвеол механизм рефлекторный 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 механизм - активация САС

Экстренные механизмы адаптации при гипоксии: Централизация кровообращения – перераспределение крови в пользу жизненно важных органов 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: выброс КХА, тиреоидных и кортикостеридных гормонов

Экстренные механизмы адаптации при гипоксии: Усиление эритропоэза и выход ретикулоцитов из костного мозга Механизм: метаболические сдвиги (из-за гипоксии) стимулируют образование эритропоэтина

Экстренные механизмы адаптации при гипоксии: Повышение сродства Hb к O2 в легких Усиление диссоциации HbO2 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 О2 и субстратов Обеспечивают структурную основу адаптации Повышается мощность, экономичность и надежность систем доставки и биологического окисления

Механизмы долговременной адаптации при гипоксии: Снижение интенсивности и увеличение экономичности обменных процессов. Преобладание анаболических процессов Увеличение числа митохондрий, их крист, ферментов, повышение сопряженности окисления и фосфорилирования Гипертрофия легких, дыхательной мускулатуры, миокарда, нейронов.

Механизмы долговременной адаптации при гипоксии: Увеличение числа нервных окончаний в органах и тканях Увеличение количества капилляров в органах и тканях Активация эритропоэза; повышение сродства гемоглобина к О2 в легких и облегчение отдачи его в тканях. Повышение эффективности и надежности систем нейрогуморальной регуляции работы сердца, тонуса сосудов

Повреждающее действие гипоксии Степень повреждающего действия гипоксии зависит от: мощности компенсаторно-приспособительных 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 О2 ↓ 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+ ↑↑↑ Ca2+ ↑↑↑ 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 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: 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 РО2 во вдыхаемом воздухе при гипокапнии - добавление СО2 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 При парциальном давлении кислорода ниже 60 мм рт.ст. При оксигенации гемоглобина ниже 90%

Гипербарическая оксигенотерапия Острая постгеморрагическая анемия Тяжелые отравления угарным газом и метгемоглобинобразователями Болезнь декомпрессии 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 Может быть опасной у лиц пожилого и старческого возраста (церебральный атеросклероз) Снижена чувствительность ДЦ к СО2 Регуляция дыхания осуществляется с участием хеморецепторов каротидного синуса, чувствительных к гипоксемии Устранение гипоксемии может привести к остановке дыхания