Часть третья. ПАТОЛОГИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ОРГАНОВ И СИСТЕМ

Внутреннее дыхание включает транспорт кислорода от легких к тканям, транспорт углекислоты от тканей к легким и использование кислорода тканями (тканевое дыхание).

§ 273. Нарушение транспорта кислорода и углекислоты

Нарушение транспорта кислорода от легких к тканям возникает по разным причинам: уменьшение количества гемоглобина в крови (анемии, кровопотери), замедление тока крови при сердечно-сосудистой недостаточности, сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина при различных патологических процессах. Во всех этих случаях возникает кислородное голодание тканей - гипоксия.

Большая часть СO₂ транспортируется кровью в виде бикарбонатов плазмы и эритроцитов. Значение физически растворенного в плазме углекислого газа для общего его транспорта невелико. Кроме того, углекислота вступает в химическую связь с гемоглобином, образуя карбаминогемоглобин (или карбгемоглобин). При этом восстановленный гемоглобин связывает больше углекислоты, чем оксигемоглобин. Оксиге-нация гемоглобина в легочных капиллярах способствует расщеплению карбгемоглобина и выведению СO₂ из крови, а восстановление НbO₂ в тканях приводит к связыванию этого газа гемоглобином, т. е. облегчает выведение СO₂ из тканей. Таким образом, гемоглобин оказывается главным переносчиком не только кислорода, но и углекислоты.

Нарушения транспорта СO₂ из тканей чаще всего возникают при анемиях по следующим причинам:

1. потеря гемоглобина приводит к уменьшению связывания СO₂ восстановленным гемоглобином, углекислота задерживается в тканях, выделение ее легкими уменьшается - возникает гиперкапния тканей и газовый ацидоз;
2. потеря бикарбонатов, содержащихся в эритроцитах, понижает емкость крови по отношению к углекислому газу, что также способствует задержке СO₂ в тканях.

§ 274. Гипоксия

Гипоксия (от греч. hypo - мало, oxygenium - кислород), кислородное голодание тканей, состояние, возникающее в организме человека и животных в результате нарушения как доставки кислорода к тканям, так и использования его в них, т. е. тканевого дыхания.

Тканевое дыхание представляет собой процесс поглощения тканями кислорода. В обеспечении тканей кислородом участвуют и аппарат кровообращения, и система крови и аппарат внешнего дыхания. Отсюда нарушения функции каждой из этих систем в той или иной мере отражаются и на функции тканевого дыхания. В то же время расстройства функции одной из этих систем компенсируются усилением другой, что поддерживает постоянство тканевого дыхания. Так, при анемиях увеличивается скорость кровотока, так что даже при уменьшенной кислородной емкости крови ткани получают в единицу времени достаточное количество кислорода. При недостаточности кровообращения, когда скорость кровотока снижена, увеличивается использование кислорода тканями; кроме того, возрастает кислородная емкость крови благодаря поступлению новых эритроцитов из депо крови. При снижении парциального напряжения O₂ в альвеолах увеличивается скорость кровотока и возрастает кислородная емкость крови благодаря эритроцитозу.

При недостаточности этих компенсаторных реакций и при нарушении способности самих тканей утилизировать кислород возникает состояние кислородного голодания тканей - гипоксия.

§ 275. Типы гипоксий

Первая классификация гипоксических состояний (по тогдашней терминологии "аноксий") была дана Баркрофтом в 1925 г. В дальнейшем она подвергалась дополнениям. В нашей стране в 1949 г. на конференции по гипоксии была рекомендована следующая классификация. Все формы гипоксий делятся на 4 основных типа:

1. Гипоксическая гипоксия, которая в свою очередь делится на три вида:
   1. от понижения парциального давления O₂ во вдыхаемом воздухе;
   2. в результате затруднения проникновения O₂ в кровь через дыхательные пути;
   3. вследствие расстройств дыхания.
2. Гемическая гипоксия. Делится на 2 вида:
   1. анемический тип;
   2. в результате инактивации гемоглобина.
3. Циркуляторная гипоксия делится на 2 вида:
   1. застойная форма;
   2. ишемическая форма.
4. Тканевая гипоксия.

Более совершенной является патогенетическая классификация, предложенная патофизиологом И.Р. Петровым, согласно которой различают 2 основных типа кислородной недостаточности:

1. Гипоксия в результате понижения парциального давления O₂ во вдыхаемом воздухе.
2. Гипоксия, возникающая при патологических процессах в организме, которая делится на 5 видов:
   1. дыхательный (легочный);
   2. сердечно-сосудистый (циркуляторный);
   3. кровяной (гемический); тканевой;
   4. смешанный.

Гипоксия в результате понижения парциального давления O₂ во вдыхаемом воздухе возникает главным образом при подъеме на высоту, где атмосфера разрежена и парциальное давление O₂ в воздухе снижено. Это состояние может быть моделировано в специальных барокамерах с регулируемым давлением. Подобная гипоксия может возникнуть и в тех случаях, когда общее барометрическое давление нормально, но парциальное напряжение O₂ во вдыхаемом воздухе снижено, например, при работах в шахтах, колодцах, при неполадках в системе кислородо-снабжения кабин летательных аппаратов, подводных лодок, водолазных скафандров и т. п., а также во время хирургических операций при неисправности наркозно-дыхательной аппаратуры.

В результате недостаточного поступления кислорода в дыхательные пути развивается гипоксемия - уменьшение рO₂ в артериальной крови, падает насыщение гемоглобина кислородом и общее его содержание в крови. Уменьшение градиента концентрации кислорода между кровью и тканями сопровождается замедлением перехода кислорода в клетки, возникает кислородное голодание тканей с последующим нарушением обменных процессов в них и физиологических функций органов.

Гипоксии, возникающие при патологических процессах в организме, делятся, как говорилось выше, на 5 типов.

• Дыхательный (легочный) тип гипоксии возникает при недостаточности газообмена в легких в результате:
  1. Уменьшения альвеолярной вентиляции вследствие нарушения проходимости дыхательных путей (бронхоспазм, воспалительные процессы - бронхиты, трахеиты и т. п.), уменьшения дыхательной поверхности (отек легких, пневмонии и др.), препятствия для расправления легких (пневмоторакс, экссудат в полости плевры и др.) и других поражений аппарата дыхания.
  2. Нарушения вентиляционно-перфузионных отношений вследствие нарушения легочного кровотока и альвеолярной вентиляции.
  3. Избыточного шунтирования венозной крови, когда венозная кровь переходит в артериальную систему большого круга кровообращения, минуя альвеолы, по внутрилегочным артериовенозным анастомозам (шунтам): из бронхиальных вен в легочную вену, из легочной артерии в легочную вену; и таким образом в левое предсердие поступает кровь, недостаточно насыщенная кислородом.
  4. Затруднения диффузии кислорода вследствие уплотнения альвеолярно-капиллярной мембраны и уменьшения ее проницаемости для газов.
  5. Дыхательный (легочный) тип гипоксии возникает также при понижении возбудимости дыхательного центра, возникающем при некоторых отравлениях, инфекционных процессах, травматическом и других видах шока и др.

  Во всех этих случаях доставка кислорода в организм не соответствует потребности организма, снижается напряжение кислорода в крови, протекающей через легкие, в результате чего значительно уменьшается насыщение гемоглобина кислородом и содержание кислорода в артериальной крови. Обычно нарушается также и выведение углекислоты, и к гипоксии присоединяется гиперкапния, а к метаболическому ацидозу и газовый.

• Сердечно-сосудистый (циркуляторный) тип гипоксии возникает при заболеваниях сердца и кровеносных сосудов. В этом случае развивающаяся в тканях гипоксия является следствием уменьшения минутного объема сердца и недостаточного кровоснабжения тканей.

  Циркуляторная гипоксия сосудистого происхождения развивается при чрезмерном увеличении емкости сосудистого русла вследствие резкого понижения тонуса сосудистых стенок, например, при шоковых состояниях, тяжелых инфекционных болезнях, недостаточности катехоламинов, глюкокортикоидов и других патологических состояниях, при которых нарушается тонус сосудов.

  В типичных случаях содержание кислорода в артериальной крови остается нормальным, в венозной крови - пониженным, в результате чего возникает высокая артериовенозная разница по кислороду (в норме она составляет около 6 об. %).

• Кровяной (гемический) тип гипоксии возникает в результате уменьшения кислородной емкости крови при кровопотерях, анемиях, гидремии и нарушениях способности гемоглобина связывать кислород.
  1. Выраженная гипоксия при анемиях развивается лишь при значительном уменьшении эритроцитов (например, массивной кровопотере) или резком снижении содержания гемоглобина в эритроцитах (аплазии костного мозга, дефиците железа или витаминов - B₁₂ и фолиевой кислоты и др.).
  2. Способность гемоглобина связывать кислород уменьшается при отравлениях окисью углерода (образование карбоксигемоглобина СОНb) или образователями меггемоглобина - MtHb (бертолетова соль, нитраты, нитриты, мышьяковистый водород, некоторые лекарственные препараты - сульфаниламиды, фенацетин - при длительном и бесконтрольном применении). При образовании СОНb и MtHb падает насыщение гемоглобина кислородом и может быть затруднена диссоциация оксигемоглобина, вследствие чего рO₂ в тканях и венозной крови оказывается значительно пониженным.

  Сродство окиси углерода к гемоглобину примерно в 300 раз выше, чем у кислорода, диссоциация карбоксигемоглобина происходит значительно медленнее, чем диссоциация оксигемоглобина. СО связывается с тем же участком молекулы Нb, что и O₂. Конкуренция СО с O₂ за гемоглобин обусловливает ядовитость угарного газа. Уже при концентрациях СО в воздухе около 0,1% больше половины гемоглобина крови оказывается связанным с окисью углерода. Образовавшийся карбоксигемоглобин не может участвовать в переносе кислорода - кислородная емкость крови значительно падает, возникает острая гипоксия.

  В результате процесса окисления - отнятия электрона гемоглобин превращается в метгемоглобин, который уже не способен вступать в обратимую реакцию с кислородом и не в состоянии переносить кислород. Поэтому при поступлении в организм метгемоглобинообразователей возникает кислородное голодание. Если количество MtHb превышает 50% общего количества гемоглобина, то организм может погибнуть в результате гипоксии центральной нервной системы. Однако MtHb может быть восстановлен с помощью некоторых органических восстановителей (аскорбиновой кислоты, глютатиона и др.)

  
• Кровяной тип гипоксии возникает при смещениях кривой диссоциации оксигемоглобина влево или вправо (рис. 68).

  Смещение кривой диссоциации влево возникает при снижении температуры тела. При этом гемоглобин насыщается кислородом при низком напряжении его в плазме крови. Большое сродство к кислороду обеспечивает хорошее насыщение гемоглобина даже при низком парциальном давлении кислорода. Однако одновременно затрудняется диссоциация оксигемоглобина, что ухудшает использование тканями кислорода (рис. 68, а).

  Смещение кривой диссоциации оксигемоглобина вправо - чаще всего возникает при сдвиге pH крови в кислую сторону (ацидоз). При этом сродство гемоглобина к кислороду снижается, гемоглобин в легких оксигенируется с трудом, так что возникает недонасыщение артериальной крови кислородом даже при достаточном парциальном давлении его в альвеолах (рис. 68, б, в).

  При повышении температуры крови (перегревание, лихорадка) кривая диссоциации гемоглобина также сдвинута вправо и он недостаточно насыщается кислородом.

  Гиперкапния и ацидоз, возникающие при недостаточной альвеолярной вентиляции, приводят в действие порочный круг: при плохой вентиляции снижено парциальное давление кислорода в альвеолах. Это ухудшает возможность связывания кислорода гемоглобином; в то же время уменьшено и сродство гемоглобина к кислороду из-за сдвига кривой диссоциации вправо. Насыщение крови кислородом оказывается меньше, чем могло бы быть при таком же парциальном давлении кислорода, но при нормальном ходе кривой диссоциации.

  Тканевый тип гипоксии возникает вследствие нарушения способности тканей поглощать кислород из крови или в связи с уменьшением эффективности биологического окисления из-за резкого уменьшения сопряжения окисления и фосфорилирования.

  Поглощение кислорода тканями затрудняется в результате угнетения биологического окисления различными ингибиторами ферментов, например цианидами. Попадая в организм, ионы CN активно соединяются с Fe³⁺, блокируют цитохромоксидазу и подавляют таким образом потребление кислорода клетками, блокируются функциональные группы коферментов дыхательных ферментов.

  Подобного рода нарушения тканевого дыхания характерны и для гипоксических состояний, возникающих при различных патологических процессах, например при расстройствах функции некоторых желез внутренней секреции, окислительные процессы в тканях понижаются при гипофункции щитовидной железы, гипофиза и половых желез. Адреналин, инсулин и другие гормоны также оказывают прямое или косвенное влияние на тканевое дыхание.

  Нарушения тканевого дыхания возникают при многих патологических процессах как в отдельных органах, так и во всех тканях организма. Это наблюдается при опухолевом росте, авитаминозах, тяжелых сердечно-сосудистых расстройствах.

  Наконец, нарушение внутреннего дыхания может быть результатом расстройства функции нервной системы, например при трофических язвах неврогенного происхождения.

  Смешанный тип гипоксии характеризуется одновременным нарушением функции нескольких систем, обеспечивающих снабжение тканей кислородом. Например, при травматическом шоке одновременно с уменьшением массы циркулирующей крови (сердечно-сосудистый тип гипоксии) дыхание становится частым и поверхностным (дыхательный тип гипоксии), вследствие чего нарушается газообмен в альвеолах. Если при шоке наряду с травмой имеется кровопотеря, возникает кровяной тип гипоксии.

  При отравлениях БОВ возможно одновременное возникновение легочной, сердечно-сосудистой и тканевой форм гипоксии. Нарушения легочного кровообращения при заболеваниях левого сердца могут привести как к уменьшению диффузии кислорода в легких, так и к нарушению транспорта кислорода кровью и отдаче его тканям.

  Гипоксия острая и хроническая. Острой считается гипоксия, развивающаяся в течение минут или даже секунд. Она может возникнуть вследствие удушения, разгерметизации летательных аппаратов, прекращения поступления воздуха в кессоны, барокамеры и пр.

  В эксперименте острая гипоксия может быть вызвана заменой воздуха инертными газами - азотом, гелием, метаном. Подопытные животные при дыхании этими газами погибают через 45-90 с, если не возобновляется подача кислорода.

  Менее выраженная острая гипоксия возникает при отравлении окисью углерода, при подъеме на большие высоты у альпинистов, при массивных кровопотерях, острой сердечной и дыхательной недостаточности и т. д.

  Хроническая гипоксия является результатом длительных, хронических заболеваний системы крови (лейкозы, тяжелые анемии), кровообращения (декомпенсированная недостаточность сердца), дыхания (бронхиальная астма, эмфизема, пневмонии и пр.).

§ 276. Нарушение функций организма при гипоксии

Гипоксия вызывает типичные нарушения функций и структуры различных органов.

• Нервная система. Наиболее чувствительна к гипоксии центральная нервная система, но не все отделы ее одинаково поражаются при кислородном голодании. Более чувствительны филогенетически молодые образования (кора головного мозга), значительно менее чувствительны более древние образования (ствол мозга, продолговатый и спинной мозг). Через 2,5-3 мин после полного прекращения снабжения кислородом в коре головного мозга и в мозжечке возникают фокусы некроза. В то же время в продолговатом мозге даже через 10-15 мин асфиксии погибают лишь единичные клетки. Показа’телями кислородной недостаточности головного мозга являются вначале возбуждение (эйфория), затем торможение, сонливость, головная боль, нарушение координации движений (атаксия).
• Дыхание. При резкой степени кислородной недостаточности дыхание становится частым, поверхностным, вентиляция уменьшается. Может возникать периодическое дыхание типа Чейна-Стокса.
• Кровообращение. Острая гипоксия вызывает увеличение частоты сердечных сокращений (тахикардия). Систолическое давление либо сохраняется, либо постепенно понижается, а пульсовое давление не изменяется или повышается. Увеличивается минутный объем крови.

  Коронарный кровоток при снижении содержания кислорода в артериальной крови до 8-9 об. % значительно возрастает, что происходит, по-видимому, в результате расширения коронарных сосудов и усиления венозного оттока вследствие повышения интенсивности сердечных сокращений.

• Обмен веществ. Изменения обмена веществ при гипоксии начинаются с нарушений углеводного и энергетического обменов, тесно связанных с биологическим окислением.

  Для гипоксии характерно уменьшение содержания в клетках макроэргов-АТФ и увеличение коннентрации продуктов его распада - АДФ, АМФ и неорганического фосфата. В тканях мозга уменьшается и содержание креатинфосфата. Следствием уменьшения макроэргов является усиление гликолиза, что в свою очередь приводит к уменьшению содержания гликогена и увеличению пирувата и лактата. Избыток пирувата и лактата и некоторых других органических кислот способствует развитию метаболического (негазового) ацидоза, характерного для кислородного голодания.

  По мере нарастания ацидоза замедляется интенсивность обмена фосфопротеинов и фосфолипидов, снижается содержание в сыворотке основных аминокислот, возрастает содержание в тканях аммиака, возникает отрицательный азотистый баланс. В результате расстройств липидного обмена развивается гиперкетонемия, с мочой выделяется ацетон, ацетоуксусная кислота и β-оксимасляная кислота.

• Нарушается обмен электролитов и прежде всего процесс активного перемещения и распределения ионов на биологических мембранах. Возрастает количество внеклеточного калия. Нарушаются процессы синтеза и ферментативного разрушения основных медиаторов нервного возбуждения, их взаимодействие с рецепторами и ряд других важных метаболических процессов, протекающих с потреблением энергии макроэргических связей.

Наряду с нарушениями функций жизненно важных органов при гипоксии включается и целый ряд приспособительных реакций, компенсирующих в известной мере недостаточность кислорода и обеспечивающих возможность существования организма в условиях кислородного голодания.

Ткани, малочувствительные к гипоксии - например, кости, хрящи, соединительная ткань, поперечнополосатые мышцы - могут сохранять жизнедеятельность продолжительное время даже при резком уменьшении снабжения кислородом.

§ 277. Компенсаторные механизмы при гипоксии

Приспособительные явления при гипоксии осуществляются благодаря рефлекторному усилению дыхания, кровообращения, а также путем увеличения транспорта кислорода и изменений тканевого обмена.

• Дыхательные компенсаторные механизмы:
  • увеличение легочной вентиляции возникает рефлекторно за счет возбуждения хеморецепторов кровеносных сосудов недостатком кислорода;
  • увеличение дыхательной поверхности легких происходит за счет вентиляции дополнительных альвеол при углублении и учащении дыхательных движений.
• Гемодинамические компенсаторные механизмы. Возникают также рефлекторно с хеморецепторов сосудов. К ним относятся:
  • повышение минутного объема сердца вследствие увеличения ударного объема и тахикардии;
  • повышение тонуса кровеносных сосудов и ускорение тока крови, что приводит к некоторому уменьшению ар-териовенозной разницы по кислороду, т. е. количество его, отдаваемое тканям в капиллярах, уменьшается; однако увеличение минутного объема сердца вполне компенсирует неблагоприятные условия отдачи кислорода тканям;
  • перераспределение крови в кровеносных сосудах при начинающейся гипоксии способствует усилению кровоснабжения головного мозга и других жизненно важных органов за счет уменьшения снабжения кровью поперечнополосатых мышц, кожи и других органов.
• Гематогенные компенсаторные механизмы:
  • эритроцитоз - увеличение содержания эритроцитов в периферической крови за счет мобилизации их из депо (относительный эритроцитоз в начальных фазах развития гипоксии) или усиления гемопоэза (абсолютный эритроцитоз) при хронической гипоксии;
  • способность гемоглобина связывать почти нормальное количество кислорода даже при значительном уменьшении его напряжения в крови. Действительно, при парциальном давлении кислорода в 100 мм рт. ст. оксигемоглобин в артериальной крови составляет 95-97%, при давлении в 80 мм рт. ст. гемоглобин артериальной крови насыщен на 90% и при давлении 50 мм почти на 80%. Лишь дальнейшее уменьшение напряжения кислорода сопровождается резким снижением насыщения им гемоглобина крови;
  • увеличение диссоциации оксигемоглобина на кислород и гемоглобин при кислородном голодании возникает в связи с поступлением в кровь кислых продуктов обмена и увеличением содержания углекислого газа.
• Тканевые компенсаторные механизмы:
  • ткани более активно поглощают кислород из притекающей к ним крови;
  • в тканях происходит перестройка обмена веществ, выражением чего является преобладание анаэробного гликолиза.

При кислородном голодании сначала приходят в действие наиболее динамичные и эффективные приспособительные механизмы: дыхательные, гемодинамические и относительный эритроцитоз, возникающие рефлекторно. Несколько позднее усиливается функция костного мозга, благодаря чему происходит истинное увеличение числа эритроцитов.

К оглавлению