Підготувили:
ст. ІІ-Б курсу
Крупич В.Г.
Усач Т.В.
Лясковець Ю.В.
Перевірив:
Форсюк М.П.
Рокитно 2005
План
Гіпоксична гіпоксія.
Гемічна гіпоксія.
Циркулаторна гіпоксія.
Гістотоксична гіпоксія.
Гіпоксія (кисневе голодування) — це типовий патологічний процес, який виникає внаслідок недостатнього постачання тканин киснем або недостатнього використання його тканинами. Запаси кисню в організмі мізерні — 0,025-0,030 л/кг маси тіла. Тому гіпоксія — дуже поширений процес, він лежить в основі багатьох захворювань або супроводжує їх.
Виділяють чотири головні типи гіпоксій: гіпоксичну, гемічну, циркуляторну, гістотоксичну. В таблиці 5 наведена характеристика їх за дихальними показниками крові.
Гіпоксична гіпоксія
Суть її зводиться до того, що в артеріальній крові знижується напруження кисню, зменшується насичення киснем гемоглобіну і в результаті зменшується загальний вміст кисню, тобто розвивається гіпоксемія.
Відомо декілька причин, здатних знизити напруження кисню в крові, що відтікає від легень. Насамперед слід назвати зниження парціального тиску кисню у вдихуваному повітрі. Людина зустрічається з цим фактором при підйомі на висоту (альпіністи, дослідники, льотчики). Парціальний тиск кисню на рівні моря дорівнює 159 мм рт.ст., на висоті 5500 м — тільки 80 мм рт.ст. ' Як правило, дія низького парціального тиску кисню на людський організм короткочасна. Хронічного впливу зазнають жителі гірських районів. Понад 90 % населення земної кулі живе в низинних місцевостях або на плоскогір'ї. На висоті 2000 м проживає приблизно 250 млн. осіб, на висоті до 3000 м — понад 50 млн. на високогір'ї (3000-5300 м) — понад ЗО млн. Найбільша кількість жителів високогір'я припадає на Азію (Гімалаї) і Південну Америку (Анди). Промислові розробки корисних копалин в Андах ведуть на висоті 2000 м.
У низинних місцевостях зниження парціального тиску кисню в повітрі можливе тоді, коли він заміщується іншими газами. Наприклад, у шахтах кисень може бути витіснений метаном, у колодязях — вуглекислим газом. Тиск кисню знижується під час роботи в замкнутих просторах, при вдиханні газової суміші з низьким вмістом кисню. Гіпоксію такого походження називають екзогенною.
Друга різновидність гіпоксичної гіпоксії пов'язана з дихальною недостатністю, тобто з порушенням основних процесів, які забезпечують зовнішнє дихання — вентиляції, дифузії і перфу-зії. її називають дихальною, або респіраторною.
Зниження альвеолярної вентиляції і зниження парціального тиску кисню в альвеолярному повітрі трапляється при ураженні дихальних шляхів і паренхіми легень (емфізема, ларингоспазм, набряк гортані, бронхоспазм, аспірація стороннього тіла, пухлина), при значному зменшенні об'єму легень (пневмоторакс, гідроторакс), при деформаціях грудної клітки, пригніченні дихального центру наркотиками.
Погіршення дифузії кисню через альвеолярну стінку пов'язане з її потовщенням і зміною гістологічної структури (фіброз, набряк, пневмоконіоз, пневмонія).
Змішування артеріальної і венозної крові має місце при деяких вадах серцево-судинної системи, наприклад при незаро-щенні Боталової протоки.
Гемічна гіпоксія
Основа цієї гіпоксії — зменшення кисневої ємкості крові. Киснева ємкість — це той об'єм кисню в літрах, який може бути зв'язаний 100 мл крові при стовідсотковому насиченні гемоглобіну (без врахування кисню, розчиненого в плазмі). Оскільки гемоглобін крові, що відтікає від легень, насичується киснем лише на 95-97 %, то фактичний вміст кисню в крові нижчий від кисневої ємкості.
В умовах патології киснева ємкість може різко зменшуватися. Можливі два варіанти гемічної гіпоксії: анемічний і токсичний.
При анемічній формі зменшується кількість циркулюючого гемоглобіну — внаслідок крововтрати, гемолізу еритроцитів або пригнічення кровотворної функції кісткового мозку.
Токсична форма виникає в разі отруєння гемічними отрутами. При цьому загальний вміст гемоглобіну в крові залишається нормальним, проте зменшується вміст функціонально активного гемоглобіну. Частина його перетворюється на сполуки, які не спроможні виконувати кисеньтранспортну функцію.
Найчастіше гемоглобін зв'язується чадним газом (оксидом вуглецю, CO). Цю сполуку називають карбоксигемоглобіном. Оксид вуглецю досить розповсюджений як продукт неповного згоряння палива. Крім побутових випадків, трапляються отруєння ним на виробництві: в котельнях, доменних і мартенівських цехах, на керамічних і цементних заводах, на підприємствах хімічної промисловості, під час випробування двигунів внутрішнього згоряння. Гіпоксія виникає навіть при незначних концентраціях СО в повітрі. Оскільки карбоксигемоглобін у 300 разів стійкіший, ніж оксигемоглобін, то частина його практично виключається з транспортної функції. Зменшується киснева ємкість і настає гіпоксія.
Інший тип токсичної гемічної гіпоксії виникає на грунті мет-гемоглобінемії. Двовалентне залізо гема в цьому випадку перетворюється на тривалентне, яке не може приєднувати і транспортувати кисень.
Метгемоглобінемії поділяють на дві групи: спадкові (первинні) й набуті (вторинні). Спадкові форми зумовлені синтезом аномального гемоглобіну, утворенням ендогенних продуктів, які окислюють гемоглобін, і дефіцитом ферментів, що відновлюють метгемоглобін назад у гемоглобін. Серед екзогенних метгемо-глобінутворювачів найважливіші такі: а) сполуки азоту — окиси, нітрити; б) аміносполуки — гідроксиламін, анілін, фенілгі-дразин, параамінобензойна кислота; в) окислювачі — хлорати, перманганати, хінони, піридин, нафталін; г) окислювальновіднов-ні фарби — метиленова синька; д) медикаментозні препарати — новокаїн, пілокарпін, фенацетин, ПАСК, барбітурати, ацетилсаліцилова кислота тощо.
У нормі вміст метгемоглобіну в крові людини складає 0,3-3,0 г/л. Ця фізіологічна метгемоглобінемія зумовлена дією молекулярного кисню. Гемоглобіноокислювачі можуть доводити рівень метгемоглобіну до високих цифр. Коли концентрація його досягне 75 %, настає смерть.
Метгемоглобінемія — найчастіша форма гемічної гіпоксії. Механізм її закладений у самому еритроциті, в гені. Відомо, що гемоглобін лабільне приєднує кисень, не змінюючи валентності атома заліза, який перебуває в закисній формі (тобто двовалентній). При дії окислювачів відбувається орбітальне зміщення електрона, і залізо гема трансформується з двовалентного у тривалентне. Гемоглобін втрачає активний центр, а разом із ним — кисеньтранспортну функцію. Киснева ємкість крові зменшується.
Циркуляторна гіпоксія
Цей вид гіпоксії зумовлений зниженням швидкості кровотоку, тобто сповільненням доставки кисню до тканин. Вона виникає в результаті сповільнення загального кровотоку при серцевій чи судинній недостатності або внаслідок місцевих розладів кровопостачання. Чистої циркуляторної гіпоксії практично не буває. Як локальне явище вона спостерігається при ішемії окремих органів. Коли розлади кровообігу захоплюють мале коло, то до циркуляторної гіпоксії обов'язково приєднується гіпоксична.
У випадках порівняно чистої циркуляторної гіпоксії дихальні показники артеріальної крові не змінені. Гіпоксія виникає тому, що зменшується об'єм кисню, який доставляється до тканин за одиницю часу. При повільному проходженні крові через тканини останні утилізують більше кисню, ніж у нормі, тому найпоказовішою зміною з боку дихальних показників крові буде збільшення артеріовенозної різниці за киснем. Саме цей показник свідчить про зменшення швидкості кровотоку і відбиває суть гіпоксії даного типу.
До кисневого голодування призводить не тільки абсолютна, але й відносна недостатність кровообігу. Під відносною недостатністю розуміють таку форму її, коли споживання кисню перевищує максимально можливу доставку його до тканин. За приклад можна взяти серцевий м'яз. За умов симпатичної гіперактивності адреналін стимулює роботу міокарда і підвищує споживання ним кисню. Водночас адреналін розширює коронарні судини. Проте, навіть максимально можливе зростання коронарного кровообігу все одно відставатиме від збільшеної потреби в кисні. Виникне гіпоксія, яку також відносять до циркуляторного типу.
Гістотоксична гіпоксія
В основі цієї гіпоксії лежить нездатність тканин утилізувати кисень, тому головним показником її буде мала артеріовенозна різниця. Ні вміст кисню в крові, ні доставка його до тканин не порушені, але за одиницю часу тканини використовують його менше, ніж необхідно для забезпечення енергетичних потреб. Причина цього явища полягає у зниженні активності дихальних ферментів.
У тканинному диханні беруть участь три ферментні системи: піридинзалежні дегідрогенази, флавінзалежні дегідрогенази і цитохроми. Блокада будь-якої з цих систем призведе до порушення перенесення електронів по дихальному ланцюгу від субстрату до молекулярного кисню і спричинить гістотоксичну гіпоксію. Ферменти дихального ланцюга пригнічуються ціанідами, монойодацетатом, наркотиками, спиртом, формальдегідом, ацетоном, етилуретаном, сірководнем, оксидом вуглецю та іншими середниками (рис. 40). Типовий приклад гістотоксичної гіпоксії — отруєння ціанідами, які пригнічують цитохромоксидазу. Окислення-відновлення цитохромів блокується місцевими ане-
Рис. 40. Схема порушень тканинного дихання.
стетиками (новокаїном). Флавінові ферменти втрачають активність при дефіциті вітаміну В2 (рибофлавіну), що входить до їх складу. Активність піридинових ферментів гальмується при дефіциті вітаміну РР (нікотинової кислоти).
Перелічені чотири види гіпоксії рідко бувають ізольованими. Частіше спостерігається поєднання двох-трьох видів. Такі комбінації називають змішаними гіпоксіями.
Порушення окисно-відновних процесів при гіпоксії впливає на обмін речовин. Через брак кисню пригнічується цикл Кребса — головний шлях енергозабезпечення клітини. Зменшується утворення енергії, а також кількість фосфорних сполук із макроергічними зв'язками — аденозинтрифосфату (АТФ) і креатинфосфату.
При гіпоксії посилюється розпад жирів, у кров виходять вільні жирні кислоти. Вони не можуть бути повністю утилізовані в циклі Кребса і перетворюються на кетонові тіла: ацетон, ацетооцтову і р-гідроксимасляну кислоти. Недоокислені продукти вуглеводного і жирового обмінів призводять до розвитку метаболічного ацидозу.
Порушення білкового обміну полягає в тому, що послаблюються процеси синтезу (анаболізму) і посилюються процеси розпаду (катаболізму). В крові скупчується аміак, який ще більше гальмує цикл Кребса й утворення АТФ.
В умовах гіпоксії порушується функція калій-натрієвого насоса. Мембрани стають високопроникними для цих іонів. Клітини
втрачають калій, зате в них проникає багато натрію. Це призводить до внутрішньоклітинного набряку.
У результаті обмінних розладів настає енергетичне голодування клітин, виникають різноманітні порушення їх ультраструктури і функції. Деструктивні зміни стосуються, насамперед, біологічних мембран: клітинних оболонок, мембран внутрішньоклітинних органел і базальних мембран судин.
Ранньою ознакою гіпоксії є порушення гемодинаміки в мікро-циркуляторному руслі (стаз, плазматичне просякання судинних стінок), а також некробіотичні зміни в них з підвищенням проникності й виходом плазми в перикапілярний просвіт. Розвивається набряк головного мозку, легень та інших органів. При вираженій гіпоксії проникність судинних стінок зростає настільки, що з'являються численні діапедезні цяткові крововиливи в шкіру, слизові, серозні оболонки, у строму тканин.
У паренхімі органів гіпоксія проявляється, насамперед, зниженням вмісту, а то й зникненням глікогену. В клітинах з'являється нейтральний жир у вигляді пиловидних, дрібно- і крупно-крапельних включень та гранули білка. Механізм розвитку жирової і білкової дистрофій однаковий. При гіпоксії пригнічені окисно-відновні процеси, тому жири і білки, які надходять із кров'ю, не реалізуються клітинами як пластичний і енергетичний матеріал, а накопичуються. Крім того, деструкція мембран внутрішньоклітинних ультраструктур, побудованих із ліпопро-теїдних комплексів, супроводжується їх розпадом, вивільненням жирів і білків та накопиченням їх у цитоплазмі. У найбільш чутливих до гіпоксії клітинах головного мозку розвиваються ва-куолізація, пікноз, хроматоліз. У серці жирова і білкова дистрофії раніше настають у тих кардіоміоцитах, які розташовані біля венозного відтинку капілярів, тому що у венах вміст кисню нижчий. У печінці дистрофічні зміни при гіпоксії розпочинаються з центру дольок, знову ж таки тому, що в центральній частині вміст кисню нижчий. На ранніх стадіях гіпоксії структурні зміни клітин і тканин зворотні. Якщо усунути гіпоксію, то структура і функція їх відновляться.
При хронічній гіпоксії сповільнюються регенераторні процеси, що зумовлено зниженим енергетичним забезпеченням і посиленою деструкцією клітин. Функція клітин і тканин порушується, розміри їх зменшуються, тобто настає атрофія. Гіпоксія стимулює розростання сполучної тканини, в органах розвивається склероз. Такий процес спостерігається в міокарді, коли внаслідок прогресуючого звуження коронарних судин розвивається дифузний кардіосклероз. Звуження просвіту судин головного мозку при атеросклерозі зумовлює атрофію і гліальний склероз речовини мозку, що клінічно проявляється старечою забудькуватістю. Недостатнє кровопостачання нирок при гіпертонічній хворобі й атеросклерозі призводить до їх атрофії і зморщення. Звуження артерій ніг супроводжується атрофією м'язів і переміжною кульгавістю. Отже, при наростанні гіпоксії мінімальні зворотні дистрофічні зміни клітин і тканин переходять у грубі, не-зворотні атрофічні й склеротичні зміни, супроводжуються зниженням функції органів.
Не всі органи однаково реагують на гіпоксію. Найбільш чутлива нервова система. Нейрони кори головного мозку обходяться без кисню не довше ніж 5-6 хв, навіть за нормальних умов вони перебувають на межі гіпоксії. На висоті близько 8000 м у них виникають незворотні патологічні зміни, найчастіше — в лобних ділянках, найрідше — у вискових. Легко пошкоджуються нейрони мозочка. Більш стійкі дихальний і судиноруховий центри, вони витримують повне припинення кровопостачання ЗО хв.
Спинний мозок зберігає життєдіяльність протягом годинної гіпоксії.
Друге місце за чутливістю до гіпоксії займає серце. На скорочення м'язових волокон затрачається половина утворюваної ними енергії, тому гіпоксія, що супроводжується енергетичним дефіцитом, різко знижує скоротливу функцію міокарда. Крім того, надлишок кальцію в кардіоміоцитах затримує їх розслаблення, вкорочує діастолу і ще більше зменшує їх скоротливу здатність. Провідна система серця в цілому стійкіша до кисневого голодування, порівняно із скоротливим міокардом. Резистентність її відділів зростає від основи до верхівки серця. Найбільш витривалі клітини Пуркіньє, які забезпечуються енергією переважно за рахунок безкисневого гліколізу. Різке зменшення кровопостачання міокарда призводить до дистрофічних і некротичних змін, небезпечних для життя.
Змінюється також робота дихального апарату. Виникає задишка, внаслідок пригнічення дихального центру з'являється періодичне дихання.
Гальмуються секреторна діяльність травного каналу, сечовидільна функція нирок, гормоноутворююча здатність ендокринних залоз.
Компенсаторно-пристосовні реакції, що вмикаються при гіпок-сіях, можна поділити на чотири групи: дихальні, гемодинамічні, кров'яні й тканинні.
Дихальні реакції проявляються задишкою з прискореним і поглибленим диханням, її називають висотною, або гіпоксич-ною, або компенсаторною. Задишка виникає у відповідь на подразнення хеморецепторів дуги аорти і синокаротидної зони гі-поксичною кров'ю. Завдяки задишці збільшується легенева вентиляція. Компенсаторне значення гіпервентиляції незаперечне, але не абсолютне, оскільки вслід за тривалою і надмірною гіпер-вентиляцією настає гіпокапнія. Вона негативно впливає на регуляцію дихання. Раптову втрату свідомості при підйомі на висоту пояснюють саме паралічем дихального центру.
До гемодинамічних реакцій належать такі: а) тахікардія; б) збільшення ударного об'єму крові внаслідок дії адреналіну на р-адрено-рецептори міокарда; в) збільшення серцевого викиду; г) прискорення кровотоку; д) звуження периферичних судин і розширення судин життєво важливих органів, тобто централізація кровообігу, перерозподіл крові до серця, мозку, легень при одночасному обмеженні кровопостачання м'язів, кишок, шкіри, селезінки.
Група кров'яних реакцій включає, перш за все, ті, що збільшують кисневу ємкість крові. Для гіпоксії характерний еритроцитоз, тобто збільшення кількості еритроцитів в одиниці об'єму крові. Спочатку це відбувається за рахунок виходу еритроцитів із депо, функцію якого виконують капіляри шкіри, печінки, селезінки, легень. У нормі там знаходиться до 45 % крові. Якщо гіпоксія тривала, стимулюється еритропоетичний росток кісткового мозку. Цю стимуляцію здійснюють еритропоетини, які виділяються переважно нирками. Вони діють на еритропоетинчутливі клітини і примушують їх розмножуватися та диференціюватися в дозрілі еритроцити. Одночасно зростає синтез гемоглобіну, заряд його в кожному еритроциті стає більшим. Крім того, підвищується спорідненість гемоглобіну до кисню в легенях і знижується в тканинах.
Реакції тканинного типу спрямовані на зменшення потреби в кисні (зниження основного обміну), максимальну утилізацію кисню з крові (активація ферментів дихального ланцюга), отримання енергії в безкисневих процесах (активація гліколізу).
Перелічені вище компенсаторно-пристосовні реакції в повному обсязі проявляються при гіпоксичній гіпоксії.
