Механизмы срочной адаптации к гипоксии
Срочные реакции возникают рефлекторно вследствие раздражения рецепторов сосудистой системы и ретикулярной формации ствола мозга изменившимся газовым составом крови. Они направлены на улучшение доставки кислорода в ткани и оксигенацию гемоглобина в легких.
Наблюдается учащение сердечных сокращений, увеличении массы циркулирующей крови (за счет выброса крови из кровяных депо), минутного объема сердца, а также перераспределение кровотока преимущественно к жизненно важным органам (мозга, сердца и другие) за счет уменьшения функциональной активности и кровоснабжения тканей устойчивых к гипоксии (скелетная мускулатура, кожа и другие). Повышается кислородная емкость крови за счет усиленного вымывания эритроцитов из костного мозга, активации эритропоэза, повышения способности гемоглобина обратимо связываться с кислородом. Оксигемоглобин приобретает способность отдавать тканям большее количество кислорода даже при умеренном снижении напряжения кислорода в клетках. В легких увеличивается альвеолярная вентиляция за счет углубления дыхания и учащения дыхательных экскурсий, а также происходит мобилизация резервных альвеол (компенсаторная одышка).
Тканевые внутриклеточные механизмы адаптации формируют новый функционально-метаболический статус организма, который обеспечивает его приспособление к недостатку кислорода. В процессе адаптации клеток к гипоксии важная роль принадлежит регуляторным функциям митохондрий. Они сигнализируют об изменениях кинетических свойств митохондриальных ферментных комплексов (МФК I и МФК II), участвуют в формировании срочных реакций адаптации при гипоксии и определяют резистентность организма в этих условиях; генерируют управляющие сигналы генам, обеспечивающих длительную адаптацию организма к низкому напряжению кислорода (рО2); принимают участие в организации межклеточного взаимодействия. Таким образом, изменения энергетического обмена являются триггерными механизмами формирования срочных и длительных механизмов адаптации к гипоксии.
На первой стадии биоэнергетической гипоксии компенсаторные механизмы энергетического обмена проявляются в первоначальной активации электронного транспорта в дыхательной цепи за счет усиления окислительных процессов на субстратном ее участке: НАДН-оксидазном и сукцинатоксидазном. Это приводить даже к небольшому увеличению внутриклеточного содержания АТФ. При усилении тяжести или длительности гипоксического воздействия активация ферментов субстратного участка сменяется ингибированием НАД-зависимого пути окисления. Одновременно происходит компенсаторная активация сукцинатоксидазного (альтернативного) пути окисления, который обеспечивает электронами цитохромный ингибированный участок дыхательной цепи. Благодаря этому внутриклеточная концентрация АТФ и функциональная активность клеток не изменяются, либо незначительно снижаются. Таким образом, в условиях гипоксии сукцинатоксидазный путь окисления играет роль срочного компенсаторного механизма, а сукцинат является сигнальной молекулой.
Наряду с оптимизацией клеточного дыхания усиливается гликолитический (анаэробный) путь синтеза АТФ за счет гликолиза; возрастает продукция оксида азота, способствующая расширению сосудов микроциркуляции и улучшению реологических свойств крови, а также активируется синтез стресс-белков, защищающих клетку от повреждения. Важной приспособительной реакцией при гипоксии является активация гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы (стресс–синдром), гормоны которой (глюкокортикоиды), стабилизируя мембраны лизосом, снижают тем самым повреждающее действие гипоксического фактора, и препятствуют развитию гипоксического некробиоза, повышая устойчивость тканей к недостатку кислорода.
Повышенное функционирование систем транспорта кислорода и субстратов метаболизма к клеткам сопровождается интенсивным расходом энергии и метаболитов. Таким образом, эти механизмы имеют высокую «энергетическую и субстратную цену». Именно они являются (или может стать) теми факторами, которые определяют границу, за которой дальнейшее приспособительное гиперфункционирование организма становиться невозможным.