Локальная циркуляторная гипоксия
Причины:
*местные расстройства кровообращения (венозная гиперемия, ишемия, стаз);
*регионарные нарушения диффузии кислорода из крови к клеткам и их митохондриям.
Системная циркуляторная гипоксия.
Причины:
*гиповолемия;
*сердечная недостаточность;
*генерализованные формы снижения тонуса сосудов.
Изменения газового состава и рН крови при гипоксии циркуляторного типа
• Венозная гипоксемия (снижение рvО2);
• Нормальное, как правило, парциальное напряжение кислорода артериальной крови (раО2 в норме);
• увеличение артериовенозной разницы по кислороду (за исключением вариантов со значительным сбросом крови по артериовенозным шунтам, минуя капиллярную сеть).
• негазовый ацидоз;
• снижение насыщения гемоглобина венозной крови (снижение величины SvО2)*
*исключение - гипоксия при артериовенозном шунтировании.
Гемический тип гипоксии
Причина гемической (кровяной) гипоксии: снижение эффективной кислородной ёмкости крови1 и, следовательно, снижение её кислородтранспортирующей функции.
1Кислородная ёмкость крови – это количество кислорода, которое одномоментно находится в связанном виде с гемоглобином в артериальной крови. Кислородная емкость 1 г гемоглобина при условии 100% насыщения крови кислородом составляет 1,34 мл, следовательно, должная величина кислородной ёмкости крови будет равна Hb х 1,34, а при гемоглобине, равном 150 г/л (150 г х 1,34) получается, что в одном литре крови будет находится 201 мл связанного кислорода, или 20,1% по объёму. Приведенные цифры носят расчетный характер. В обычных (нормальных) условиях кислородная ёмкость артериальной крови составляет 18 – 19%, а венозной крови – 12 – 14% по объёму. Разница между этими величинами носит название артериовенозной разницы по кислороду (АВР). В норме эта величина равна 5 – 6% по объёму. Таким образом, в норме организм утилизирует лишь 25% имеющегося в артериальной крови кислорода, оставшиеся невостребованными 75% служат для обеспечения так называемого «запаса прочности» организма по кислороду. Уровень насыщения гемоглобина кислородом (SO2) зависит не только от суммарного количества гемоглобина, но и от парциального давления кислорода в крови (РО2), рН и температуры тела. Графическая зависимость между SO2 и PO2 имеет сигмовидную форму и называется кривой диссоциации оксигемоглобина (КДО). Круто восходящая часть кривой лежит в пределах физиологических внелёгочных значений РtО2. Поэтому небольшое падение РtО2 в тканях приводит к значительной диссоциации кислорода из комплекса с гемоглобином. Сигмовидная форма кривой свидетельствует о том, что по мере связывания кислорода с гемоглобином сродство последнего к кислороду возрастает. При РtО2 равном 3,6 кПа, гемоглобин насыщен кислородом на 50% (Р50). Численное сродство гемоглобина к кислороду выражают величиной Р50. Она равна такому парциальному напряжению кислорода, при котором весь гемоглобин, имеющийся в артериальной крови (при рН 7,4 и 370С), на 50% насыщается кислородом. В норме Р50 равно 30 мм рт. ст.. Смещение кривой насыщения гемоглобина вправо означает уменьшение способности гемоглобина связывать кислород и, следовательно, сопровождается повышением Р50. Напротив, смещение кривой влево свидетельствует о повышенном сродстве гемоглобина к кислороду, и величина Р50 будет снижена. Сродство гемоглобина к кислороду снижают три лиганда: углекислый газ, ионы Н+, 2,3-бифосфоглицерат (2,3-ДГФ), а также температура тела. Углекислый газ и ионы Н+ связываются с гемоглобином и снижают его сродство к кислороду. Наоборот, связывание кислорода с гемоглобином снижает сродство гемоглобина к углекислому газу и ионам Н+, они оба легче отщепляются от белка. Такое взаимодействие между кислородом, углекислым газом и ионами Н+ при связывании с гемоглобином называют эффектом Бора. В метаболически активных тканях концентрация углекислого газа и ионов Н+ высока. Они связываются с гемоглобином и вызывают высвобождение кислорода в ткани. Гемоглобин вместе с углекислым газом и ионами Н+ переносится в лёгкие, где кислород связывается свободными кислород-связывающими участками на молекуле гемоглобина, а углекислый газ и ионы Н+ высвобождаются. На транспортную функцию кислорода существенное влияние оказывает внутриклеточный органический фосфат – 2,3-дифосфоглицерат (2,3 ДФГ). Он непосредственно образуется в эритроцитах. Концентрация 2,3-ДФГ в эритроцитах равна концентрации гемоглобина. 2,3-дифосфоглицерат связывается с гемоглобином и сдвигает кривую насыщения кислородом вправо. В отсутствие 2,3-дифосфоглицерата и невысоком напряжении кислорода в тканях (PtO2) гемоглобин остается насыщенным кислородом, и в тканях освобождается лишь незначительная его часть. Ряд патологических синдромов может сопровождаться изменениями уровня 2,3-ДФГ как в сторону увеличения, так и снижения. При ряде заболеваний органов аппарата внешнего дыхания, сопровождающихся развитием хронической гипоксии, содержание 2,3-дифосфоглицерата повышается и, следовательно, уменьшается сродство гемоглобина к кислороду, что вызывает улучшение снабжение тканей кислородом, При кетоацидотической коме наблюдается обратный процесс. Декомпенсированный метаболический ацидоз тормозит образование 2,3 ДФГ в эритроцитах, вследствие чего сродство гемоглобина к кислороду возрастает и нарушаются условия его диссоциации на тканевом уровне. Характер кривой КДО зависит также от температуры тела, т.к. при её повышении уменьшается сродство гемоглобина к кислороду и наоборот. Этот фактор объясняет одну из причин возникновения признаков острой дыхательной недостаточности у лихорадящих больных. Таким образом, смещение кривой диссоциации оксигемоглобина является важнейшим физиологическим процессом, обеспечивающим транспорт кислорода в организме. К факторам, приводящим к возрастанию сродства гемоглшобина к кислороду и смещению КДО влево при падении Р50 относятся - повышение рН; -уменьшение РСО2; -уменьшение концентрации 2,3 ДФГ и неорганического фосфата; -снижение температуры тела; -алкалоз. С другой стороны, уменьшение рН, повышение РСО2, концентрации 2,3 дифосфоглицерата и неорганического фосфата, а также повышение температуры тела и ацидоз приводят к уменьшению сродства гемоглобина к кислороду и смещение КДО вправо при естественном увеличении Р50.
Кривая диссоциации оксигемоглобина. Каждый железосодержащий участок гема связывает одну молекулу кислорода, поэтому одна молекула гемоглобина, состоящая из четырех субъединиц, способна последовательно связать до четырех молекул кислорода. При связывании кислорода высвобождается СО2 и 2,3-ДФГ. При этом происходит разрыв солевых связей и изменение конформации молекул глобина, которое облегчает дальнейшее связывание кислорода. После освобождения кислорода вновь образуются солевые связи, присоединяются СО2 и 2,3-ДФГ. Сродство гемоглобина к кислороду сильно зависит от рН. При ацидозе (создающемся в тканях, особенно при усиленном обмене) кривая диссоциации смещается вправо, что способствует освобождению кислорода и связыванию СО2 с гемоглобином. Алкалоз оказывает противоположное действие.
Действие 2,3-дифосфоглицерата. Концентрация 2,3-бифосфоглицерата в эритроцитах равна концентрации гемоглобина. 2,3-дифосфоглицерат связывается с гемоглобином и сдвигает кривую насыщения кислородом вправо. В отсутствие 2,3-дифосфоглицерата и невысоком напряжении кислорода в тканях (PtO2) гемоглобин остается насыщенным кислородом, и в тканях освобождается лишь незначительная его часть.
Патогенез.Главными звеньями механизма снижения кислородной ёмкости крови являются как уменьшение содержания гемоглобина в единице объёма крови (и, как правило, в организме в целом) - анемическая форма гемической гипоксии, так и нарушение транспортных свойств гемоглобина –гемоглобинопатии.
В целом гемический тип гипоксии характеризуется снижением способности гемоглобина эритроцитов связывать кислород (в капиллярах лёгких), но также может быть следствием избыточного сродства гемоглобина к кислороду, при этом нарушаются механизмы восстановления гемоглобина и транспорта кислорода в клетки на периферии. Известны более чем 20 видов врожденных дефектов гемоглобина, при которых кривая диссоциации гемоглобина патологически сдвинута влево, что приводит к недостаточному высвобождению кислорода из соединения с гемоглобином в тканях и развитию гипоксии. В случае блокады кислородсвязывающих свойств гемоглобина реальная кислородная ёмкость крови может снижаться до 5—10% (объёмных). Для сравнения в норме этот показатель равен 20 объемных %.