Патологическое действие гипоксии

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГБОУ ВПО «РязГМУ им. акад. И.П. Павлова» Министерства здравоохранения РФ

Кафедра патофизиологии

Реферат

Патологическое действие гипоксии

Выполнил:

студент 3 курса лечебного факультета

16 группы Яковлева Оксана Васильевна

Проверил:

Шустова Светлана Александровна

Рязань 2014

Введение

Во внутренней среде человека и высших животных в естественных условиях содержится кислород, углекислый газ, азот и ничтожно малое количество инертных газов. Физиологически значимыми являются О2 и СО2, находящиеся в организме в растворенном и биохимически связанном состоянии. Именно эти два газа и определяют газовый гомеостаз организма. Содержание О2 и СО2 является важнейшими регулируемыми параметрами газового состава внутренней среды.

Постоянство газового состава само по себе не имело бы для организма никакого смысла, если бы оно не обеспечивало изменяющиеся потребности клеток в доставке О2 и удалении СО2. Организму требуется не постоянный газовый состав крови, ликвора, интерстициальной жидкости, а обеспечение нормального тканевого дыхания во всех клетках и органах. Это положение справедливо для любого гомеостатического механизма и гомеостаза организма в целом.

О2 поступает в организм из воздуха, СО2 образуется в клетках в организме в результате биологического окисления (основная масса - в цикле Кребса) и выделяется через легкие в атмосферу. Это встречное перемещение газов проходит через различные среды организма. Содержание их в клетках определяется, прежде всего, интенсивностью окислительных процессов. Уровень активности различных органов и тканей в процессе приспособительной деятельности непрерывно меняется. Соответственно происходят локальные изменения концентрации О2 и СО2 в клетках. При особенно напряженной деятельности, когда фактическая доставка О2 к клеткам отстает от кислородного запроса, может возникать кислородная задолженность.

Патологическое влияние на организм острой и хронической гипоксии

Все виды гипоксии делятся на острые и хронические. Острые возникают чрезвычайно быстро (например, обильная кровопотеря, отравление СО, отравление цианидами).

Полное отсутствие кислорода - аноксия - возникает при состоянии удушья, так называемой асфиксии. В педиатрии известна асфиксия новорожденных. Причиной является угнетение дыхательного центра или аспирация околоплодных вод. В стоматологии асфиксия возможна при травмах н заболеваниях челюстно-лицевой области и может носить характер аспирационной (затек в дыхательное дерево крови, слизи, рвотных масс), обтурационная (закупорка бронха, трахеи инородными телами, осколками костей, зубов), дислокационной (смещение поврежденных тканей).

Следствием асфиксии является гибель наиболее чувствительных тканей. Из всех функциональных систем к действию гипоксии наиболее чувствительна кора больших полушарий головного мозга. Причины высокой чувствительности: кора образована в основном телами нейронов, богатых тельцами Ниссля - рибосомами, на которых с исключительной интенсивностью идет биосинтез белка (вспомните процессы долговременной памяти, аксональный транспорт). Так как этот процесс является исключительно энергоемким, он нуждается в значительных количествах АТФ, и не удивительно, что потребление кислорода и чувствительность к его нехватке у коры больших полушарий чрезвычайно высока.

Второй особенностью коры является в основном аэробный путь образования АТФ. Гликолиз - бескислородный путь образования АТФ - в коре выражен крайне слабо и не в состоянии компенсировать недостаток АТФ в условиях гипоксии.

Полное и неполное выключение коры головного мозга при острой гипоксии

При гипоксии возможна неполная локальная гибель корковых нейронов, либо полное выключение коры больших полушарий. Полное возникает в клинических условиях при остановке сердца более чем на 5 минут. Например, во время хирургических манипуляций, проведении реанимационных мероприятий при состоянии клинической смерти. При этом личность необратимо утрачивает способность увязывать поведение с законами общества, т.е. теряется социальная детерминированность (потеря способности адаптации к окружающим условиям, непроизвольное мочеиспускание и дефекация, потеря речи и т.д.). Через некоторое время такие больные погибают. Таким образом, полное выключение коры больших полушарий сопровождается необратимой потерей условных рефлексов у животных и общественных, коммуникативных функций у человека.

При частичном выключении коры больших полушарий, например, в результате локальной гипоксии при тромбозе сосудов или кровоизлиянии в мозг, теряется функция коркового анализатора в месте аноксии, но, в отличие от полного выключения, в данном случае возможно восстановление утерянной функции за счет периферической части анализатора.

Хроническая гипоксия

Хроническая гипоксия возникает при длительном нахождении под влиянием пониженного атмосферного давления и, соответственно, недостатка потребления кислорода, при нарушении дыхательной и сердечно-сосудистой деятельности. Симптоматика хронической гипоксии обусловлена низкой скоростью протекания биохимических и физиологических процессов вследствие нарушения образования макроэрга АТФ. Дефицит АТФ лежит в основе развития симптомов хронической гипоксии.

Клеточные механизмы патологического действия гипоксии

Гипоксия любой этиологии сопровождается дефицитом АТФ. Патогенетическим звеном является отсутствие кислорода, который снимает электроны с дыхательной цепи.

Вначале при гипоксии происходит восстановление электронами всех цитохромов дыхательной цепи и перестает генерироваться АТФ. При этом происходит компенсаторное переключение углеводного обмена на анаэробное окисление. Недостаток АТФ снимает его ингибирующее влияние на фосфофруктокиназу - фермент начала гликолиза, усиливается липолиз и глюконеогенез от пирувата, образующегося из аминокислот. Но это менее эффективный путь образования АТФ. Кроме того, в результате неполного окисления глюкозы по этому пути образуется молочная кислота - лактат. Накопление лактата приводит к внутриклеточному ацидозу.

Отсюда вывод: гипоксия любой этиологии сопровождается ацидозом. Весь дальнейший ход событий, ведущий к гибели клетки, связан с 3-м фактором - повреждением биомембран. Рассмотрим это наиболее подробно на примере мембран митохондрий.

Тканевая гипоксия и повреждение биомембран (БМ)

Тканевая гипоксия - до некоторой степени нормальное состояние для интенсивно функционирующей ткани. Однако, если гипоксия продолжается десятки минут, то она вызывает повреждения клетки, обратимые только на ранних этапах. Природа точки "необратимости" - проблема общей патологии - лежит на уровне биомембран клетки.

Основные этапы повреждения клетки

Дефицит АТФ и накопление Са2+. Начальный период гипоксии прежде всего приводит к повреждению "энергетических машин" клетки - митохондрий. Снижение доступа кислорода приводит к снижению образования АТФ в дыхательной цепи. Важным следствием дефицита АТФ является неспособность таких митохондрий накапливать Са2+ (откачивать из цитоплазмы).

Накопление Са2+ и активация фосфолипаз. Для нашей проблемы важно то, что Ca2+ активирует фосфолипазы, вызывающие гидролиз фосфолипидного слоя. Мембраны постоянно испытывают действие разностей потенциалов: от 70 мВ на плазматической мембране до 200 мВ на митохондриях. Такую разность потенциалов может выдержать только очень прочный изолятор. Фосфолипидный слой биомембран и есть природный изолятор.

Активация фосфолипаз - дефекты в БМ - электрический пробой. Даже небольшие дефекты в таком изоляторе будут вызывать явление электрического пробоя (быстрое увеличение электрического тока через мембраны, приводящие к их механическому разрушению). Фосфолипазы, разрушая фосфолипиды, и вызывают такие дефекты. Важно, что БМ могут быть пробиты электрическим током под воздействием потенциала, генерируемого самой БМ или электротоком, приложенным извне.

Электрический пробой - нарушение барьерной функции биомембраны. БМ становятся проницаемыми для ионов. Для митохондрий это - К+, которого много в цитоплазме. Для плазматической мембраны - это натрий в экстрацеллюлярном пространстве.

Итог: ионы калия и натрия движутся внутрь митохондрий или клетки, приводя к повышению осмотического давления. За ними "хлынут" потоки воды, что приведет к отеку митохондрий и клетки. Такие раздувшиеся митохондрии не могут генерировать АТФ, и клетки погибают.

Вывод. Гипоксия любой этиологии сопровождается триадой: дефицитом АТФ, ацидозом и повреждением биомембран. Отсюда терапия гипоксических состояний должна включить ингибиторы фосфолипаз, например, витамин Е.

Гомеостатические механизмы при гипоксии

Реакция аппарата внешнего дыхания проявляется в виде одышки. Одышка - это изменение ритма и глубины дыхания при гипоксии. В зависимости от длительности вдоха и выдоха различают экспираторную и инспираторную одышку.

Экспираторная - характеризуется удлинением фазы выдоха вследствие недостаточности эластической силы тканей легких. В норме активация выдоха происходит за счет этих сил. При возрастании сопротивления воздушному потоку за счет спазма бронхиол эластической силы легких недостаточно, и подключаются межреберные мышцы, диафрагма.

Инспираторная - характеризуется удлинением фазы вдоха. Примером может быть стенотическое дыхание вследствие сужения просвета трахеи и верхних дыхательных путей при отеке гортани, дифтерии, попадании инородных тел.

Но позволительно задать вопрос: всякая ли одышка является компенсаторной? Вспомним, что одним из показателей эффективности дыхания является МОД. В формулу его определения входит понятие "объем мертвого пространства". Если одышка будет частой и поверхностной (тахипноэ), то это приведет к снижению дыхательного объема при сохранении объема мертвого пространства и результатом поверхностного дыхания будет маятникообразное движение воздуха мертвого пространства. В таком случае, тахипноэ - это совсем не компенсация. Таковой можно считать только частое и глубокое дыхание.

Вторым гомеостатическим механизмом является усиление транспорта кислорода, возможное за счет увеличения скорости кровотока, т.е. белее частых и сильных сокращений сердца. Ориентировочно нормальный минутный объем сердца (МОС) равен ударному объему, умноженному на частоту сердечных сокращений, т.е.

МОС = 100 х 60 = 6 л.

При тахикардии

МОС = 100 х 100 = 10 л.

патологический гипоксия хронический действие

Но в случае продолжающейся гипоксии, приводящей к дефициту энергии, долго ли сможет работать этот компенсаторный механизм? Нет, несмотря на довольно мощную систему гликолиза в миокарде.

Третьим гомеостатическим механизмом является усиление эритропоэза, что ведет к увеличению содержания Нb в крови и повышению транспорта кислорода. При острой гипоксии (кровопотеря) увеличение количества эритроцитов осуществляется за счет выброса их из депо. При хронической гипоксии (нахождение в горах, длительные заболевания сердечно-сосудистой системы) повышается концентрация эритропоэтина, усиливается кроветворная функция костного мозга. Поэтому альпинисты проходят период акклиматизации перед штурмом горных вершин. Н.Н. Сиротинин после стимуляции гемопоэза (сок лимона + 200г сахарного сиропа + аскорбинка) "поднялся" в барокамере до высоты 9750 м.

Другой интересный пример разнообразия фенотипических приспособлений организма к неблагоприятным условиям внешней среды привел отечественный ученый Чижевский. Он заинтересовался, почему у горных баранов такие мощные (до 7 кг) рога, носить которые достаточно тяжело высоко в горах. Ранее предполагалось, что бараны амортизируют рогами удар о землю при прыжке через пропасть. Чижевским было обнаружено, что в рогах баранов размещены дополнительные резервуары для костного мозга.

Если все предыдущие гомеостатические механизмы были направлены на доставку кислорода, то последний, 4-й механизм - на уровне тканей, направлен прямо на устранение дефицита АТФ. Включение компенсаторных механизмов (ферментов липолиза, гликолиза, переаминирования, глюконеогенеза) в этом случае обусловлено воздействием более высокого уровня регуляции гемопоэза - эндокринной системой. Гипоксия - неспецифичсский стрессор, на который организм отвечает стимуляцией САС и стресс-реакцией системы гипоталамус - гипофиз - кора надпочечников, включающей дополнительные пути энергообеспечения: липолиз, глюконеогенез.

Отсутствие длительной адаптации к гипоксии. Патологические реакции при гипоксии

Вместе с тем при длительном действии гипоксического фактора длительная адаптация (ДА) развивается далеко не всегда, и даже в случае формирования она сама и ее последствия не имеют абсолютного приспособительного значения для организма, хотя ДА нередко представляют чуть ли не панацеей, способной предупредить возникновение огромного числа заболеваний. Несмотря на повторное или длительное действие гипоксического фактора, ДА может не развиться, хотя в организме существуют необходимые условия для ее формирования. Это может быть в том случае, когда гипоксическое воздействие не обладает свойствами тренирующего фактора. Например, гипоксический агент имеет низкую интенсивность и не вызывает достаточно напряженных экстренных адаптивных реакций. Или же гипоксический фактор по интенсивности является достаточным, но он действует непродолжительно или слишком редко. В последнем случае из-за длительного промежутка между гипоксическими воздействиями следовые изменения успевают редуцироваться, и организм на каждое последующее воздействие гипоксического фактора реагирует, как на первое. Длительная адаптация не возникает, а в организме появляются различные нарушения, если, напротив, используются чрезмерные по интенсивности, продолжительности или частоте гипоксические воздействия, превышающие физиологические возможности систем, которые определяют приспособление. Такие гипоксические воздействия наряду со срочными адаптивными реакциями вызывают расстройства обмена веществ и функций, как это описано выше.

Аналогичная ситуация может возникать в том случае, если гипоксический агент обладает свойствами тренирующего, но в организме имеются (иногда скрытые) дефекты систем, обеспечивающих приспособление к гипоксии (сердечно-сосудистая, дыхательная, система крови). Уже первое воздействие тренирующей гипоксии может выявить недостаточность определенной системы, а в случае повторения воздействий гипоксии имеющиеся нарушения будут усугубляться. Развитие долговременной адаптации в таких случаях невозможно, и тренировки гипоксическим воздействием могут стать опасными. Подобная же ситуация может возникнуть в организме с ограниченными функциональными возможностями, например в старческом возрасте. У сравнительно молодых людей такое же явление возможно, если организм уже неоднократно находился в состоянии адаптации-деадаптации к гипоксическому фактору. Утрата способности формировать ДА описана у пожилых аборигенов гор, когда они после многократных подъемов на высоту и спусков на равнину предпринимали попытки вернуться к жизни в горах; у альпинистов, слишком часто совершающих подъемы на высокогорье. Если в таких случаях все же предпринимаются попытки сформировать ДА, то возникает хроническая горная болезнь, что проявляется недостаточностью внешнего дыхания при чрезмерной компенсаторной гиперфункции кровообращения и стимуляции красного роста крови. Очевидно, что для развития ДА необходимо соответствие параметров гипоксического воздействия и реактивности организма. В определенных случаях нарушения жизнедеятельности могут возникать даже в стадии сформированной ДА к гипоксии. Это наблюдается в искусственных условиях формирования ДА, когда напряженную тренировку сохраняют длительное время без перевода на поддерживающий режим, более низкие по интенсивности, продолжительности и частоте воздействия. В подобных ситуациях могут возникать нарушения деятельности различных систем, как определяющих развитие адаптации, так и других. Состояние, при котором возникает нарушение ДА, иногда называют срывом адаптации, или дизадаптацией. Размещено на Allbest.ru