Повреждающее действие гипоксии
При резко выраженной гипоксии компенсаторые механизмы могут оказаться недостаточными, что сопровождается выраженными структурными, биохимическими и функциональными расстройствами.
Чувствительность различных тканей и органов к повреждающему действию гипоксии сильно варьирует. В условиях полного прекращения доставки кислорода сухожилия, хрящи и кости сохраняют свою жизнеспособность в течение многих часов; поперечно-полосатые мышцы - около двух часов; миокард, почки и печень - 20-40 мин, тогда как в коре головного мозга и в мозжечке в этих условиях уже через 2,5-3 мин появляются очаги некроза, а через 6-8 мин происходит гибель всех клеток коры головного мозга. Несколько большей устойчивостью обладают нейроны продолговатого мозга - их деятельность может восстанавливаться спустя 30 мин после прекращения доставки кислорода.
Нарушение процессов обмена веществ при гипоксии.В основе всех нарушений при гипоксии лежит пониженное образование или полное прекращение образования макроэргических фосфорных соединений, которое ограничивает способность клеток выполнять нормальные функции и поддерживать состояние внутриклеточного гомеостаза. При недостаточном поступлении в клетки кислорода усиливается процесс анаэробного гликолиза, но он может лишь в незначительной степени компенсировать ослабление окислительных процессов. Особенно это касается клеток центральной нервной системы, потребность которых в синтезе макроэргических соединений наиболее высока. В норме потребление кислорода мозгом составляет около 20% от общей потребности в нем организма. Под действием гипоксии повышается проницаемость капилляров мозга, что ведет к его отеку и некрозу.
Миокард также характеризуется слабой способностью к энергообеспечению за счет анаэробных процессов. Гликолиз может обеспечить потребность миокардиоцитов в энергии лишь в течение нескольких минут. Запасы гликогена в миокарде быстро истощаются. Содержание гликолитических ферментов в миокардиоцитах незначительно. Уже через 3-4 мин после прекращения доставки к миокарду кислорода сердце теряет способность создавать артериальное давление, необходимое для поддержания кровотока в мозгу, вследствие чего в нем возникают необратимые изменения.
Гликолиз не только является неадекватным способом образования энергии, но и оказывает отрицательное действие на другие метаболические процессы в клетках, так как в результате накопления молочной и пировиноградной кислот развивается метаболический ацидоз, который уменьшает активность тканевых ферментов. При резко выраженном дефиците макроэргов расстраивается функция энергозависимых мембранных насосов, вследствие этого нарушается регуляция перемещения ионов через клеточную мембрану. Происходят повышенный выход из клеток калия и избыточное поступление внутрь натрия. Это ведет к понижению мембранного потенциала и изменению нервно-мышечной возбудимости, которая первоначально повышается, а затем ослабляется и утрачивается. Вслед за ионами натрия в клетки устремляется вода, это вызывает их набухание.
Кроме избытка натрия, в клетках создается избыток кальция в связи с нарушением функции энергозависимого кальциевого насоса. Повышенное поступление кальция в нейроны обусловлено также открытием дополнительных кальциевых каналов под действием глутамата, образование которого при гипоксии возрастает. Ионы Са активируют фосфолипазу А2, которая разрушает липидные комплексы клеточных мембран, что в еще большей степени нарушает работу мембранных насосов и функцию митохондрий (подробнее см. главу 3).
Развивающийся при острой гипоксии стресс-синдром, наряду с ранее упомянутым положительным эффектом глюкокортикоидов, оказывает выраженное катаболическое действие на белковый обмен, вызывает отрицательный азотистый баланс, повышает расход жировых запасов организма.
Повреждающее действие на клетки оказывают продукты перекисного окисления липидов, которое в условиях гипоксии усиливается. Образующиеся при этом процессе активные формы кислорода и другие свободные радикалы повреждают наружную и внутренние клеточные мембраны, в том числе мембрану лизосом. Этому способствует и развитие ацидоза. В результате этих воздействий лизосомы освобождают находящиеся в них гидролитические ферменты, оказывающие повреждающее действие на клетки вплоть до развития аутолиза.
В результате указанных метаболических расстройств клетки утрачивают способность выполнять свои функции, что лежит в основе наблюдаемых при гипоксии клинических симптомов повреждения.
Нарушение функции и структуры органов при гипоксии.Основная симптоматология при острой гипоксии обусловлена нарушением функции центральной нервной системы. Частым первичным проявлением гипоксии являются головная боль, боли в области сердца. Предполагается, что возбуждение болевых рецепторов происходит в результате раздражения их накапливающейся в тканях молочной кислотой. Другими ранними симптомами, возникающими при снижении насыщения артериальной крови кислородом до 89-85% (вместо 96% в норме), являются состояние некоторого эмоционального возбуждения (эйфории), ослабление остроты восприятия изменений окружающей обстановки, нарушение их критической оценки, что ведет к неадекватному поведению. Считается, что эти симптомы обусловлены расстройством процесса внутреннего торможения в клетках коры головного мозга. В дальнейшем ослабляется тормозное влияние коры на подкорковые центры. Возникает состояние, подобное алкогольному опьянению: тошнота, рвота, нарушение координации движений, двигательное беспокойство, заторможенность сознания, судороги. Дыхание становится неритмичным. Появляется периодическое дыхание. Сердечная деятельность и сосудистый тонус падают. Может развиться цианоз. При снижении парциального давления кислорода в артериальной крови до 40-20 мм рт.ст. возникает состояние комы, угасают функции коры, подкорковых и стволовых центров головного мозга. При парциальном давлении кислорода в артериальной крови менее 20 мм рт.ст. наступает смерть. Ей может предшествовать агональное дыхание в виде глубоких редких судорожных вздохов.
Описанные функциональные изменения характерны для острой или подострой гипоксии. При молниеносной гипоксии может произойти быстрая (иногда в течение нескольких секунд) остановка сердца и паралич дыхания. Такой вид гипоксии может иметь место при отравлении большой дозой яда, блокирующего тканевое дыхание (например, цианидами).
Острая гипоксия, возникающая при отравлении СО в высокой дозе, может быстро привести к смерти, при этом потеря сознания и смерть могут наступить без каких-либо предшествующих симптомов. Описаны случаи гибели людей, находящихся в закрытом гараже при включенном двигателе машины, при этом необратимые изменения могут развиться в течение 10 мин. Если летальный исход не наступил, то у отравленных угарным газом людей позже может развиться нейропсихический синдром. К его проявлени-
ям относят паркинсонизм, деменцию, психозы, развитие которых связано с повреждением globus pallidus и глубоко расположенного белого вещества головного мозга. В 50-75% случаев в течение года может произойти исчезновение этих расстройств.
Хронические некомпенсированные формы гипоксии,развивающиеся при длительно существующих заболеваниях органов дыхания и сердца, а также при анемиях, характеризуются понижением работоспособности в связи с быстро возникающим утомлением. Уже при небольшой физической нагрузке у больных появляются сердцебиение, одышка, ощущение слабости. Нередко возникают боли в области сердца, головная боль, головокружение.
Кроме функциональных расстройств, при гипоксии могут развиться морфологические нарушения в различных органах. Их можно подразделить на обратимые и необратимые. Обратимые нарушенияпроявляются в виде жирового перерождения в волокнах поперечно-полосатой мускулатуры, миокарде, гепатоцитах. Необратимые нарушенияпри острой гипоксии характеризуются развитием очаговых кровоизлияний во внутренние органы, в том числе в оболочки и ткань мозга, дегенеративными изменениями в коре мозга, мозжечке и подкорковых ганглиях. Может возникнуть периваскулярный отек ткани мозга. При гипоксии почек может развиться некробиоз или некроз почечных канальцев, сопровождающийся острой почечной недостаточностью. Может произойти гибель клеток в центре печеночных долек с последующим фиброзом. Длительное кислородное голодание сопровождается повышенной гибелью паренхиматозных клеток и разрастанием соединительной ткани в различных органах.
Оксигенотерапия
Ингаляция кислорода под нормальным (нормобарическая оксигенация) или повышенным давлением (гипербарическая оксигенация) является одним из эффективных методов лечения при некоторых тяжелых формах гипоксии.
Нормобарическая оксигенотерапияпоказана в тех случаях, когда парциальное давление кислорода в артериальной крови ниже 60 мм рт.ст., а процент оксигенации гемоглобина - менее 90. Не рекомендуется проводить оксигенотерапию при более высоком раО2, так как это лишь в незначительной степени повысит образование оксигемоглобина, но может привести к нежелательным послед-
ствиям. При гиповентиляции альвеол и при нарушении диффузии кислорода через альвеолярную мембрану такая кислородная терапия существенно или полностью устраняет гипоксемию.
Гипербарическая оксигенацияособенно показана при лечении больных с острой постгеморрагической анемией и при тяжелых формах отравления окисью углерода и метгемоглобинообразователями, при декомпрессионной болезни, артериальной газовой эмболии, острой травме с развитием ишемии тканей и ряде других тяжелых состояний. Гипербарическая оксигенация устраняет как острые, так и отдаленные эффекты отравления окисью углерода.
При введении кислорода под давлением 2,5-3 атм его фракция, растворенная в плазме крови, достигает 6 об. %, что вполне достаточно для удовлетворения потребностей тканей в кислороде без участия гемоглобина. Кислородная терапия мало эффективна при гистотоксической гипоксии и при гипоксии, обусловленной венозно-артериальным шунтированием крови при эмболии a. pulmonalis и некоторых врожденных пороках сердца и сосудов, когда значительная часть венозной крови поступает в артериальное русло, минуя легкие.
Длительно проводимая оксигенотерапия может оказать токсическое действие, которое выражается в потере сознания, развитии судорог и отеке мозга, в угнетении сердечной деятельности; в легких могут развиться нарушения, подобные таковым при респираторном дистресс-синдроме у взрослых. В механизме повреждающего действия кислорода играют роль: понижение активности многих ферментов, участвующих в клеточном метаболизме, образование большого количества свободных радикалов кислорода и усиление перекисного окисления липидов, что ведет к повреждению клеточных мембран.
Опасным до некоторой степени является применение кислородной терапии при снижении чувствительности дыхательного центра к повышению содержания СО2 в крови, что имеет место у лиц пожилого и старческого возраста с наличием церебрального атеросклероза, при органических поражениях центральной нервной системы. У таких больных регуляция дыхания происходит с участием каротидных хеморецепторов, чувствительных к гипоксемии. Устранение ее может привести к остановке дыхания.