· Факторы, нарушающие два и более механизмов доставки и использования кислорода и субстратов метаболизма в процессе биологического окисления. Примером могут быть наркотические вещества, способные в высоких дозах угнетать функцию сердца, нейронов дыхательного центра и активность ферментов тканевого дыхания. В результате развивается смешанная гипоксия гемодинамического, дыхательного и тканевого типов. Другой пример: острая массивная кровопотеря приводит как к снижению кислородной емкости крови (в связи с уменьшением содержания Hb), так и к расстройству кровообращения: развивается гемический и гемодинамический типы гипоксии
· Последовательное влияние факторов, ведущих к повреждению различных механизмов транспорта кислорода и субстратов метаболизма, а также процессов биологического окисления. Такая картина наблюдается при развитии тяжелой гипоксии любого происхождения. Например, острая массивная потеря крови приводит к гемической гипоксии. Снижение притока крови к сердцу обусловливает уменьшение выброса крови, расстройства гемодинамики, в т.ч. — коронарного и мозгового кровотока. Ишемия ткани мозга может вызвать расстройство функции дыхательного центра и респираторный тип гипоксии. Взаимное потенцирование нарушений гемодинамики и внешнего дыхания приводит к значительному дефициту в тканях кислорода и субстратов метаболизма, к грубым повреждениям мембран клеток, а также ферментов биологического окисления и, как следствие — к гипоксии тканевого типа.
Патогенез гипоксии смешанного типа включает звенья механизмов развития разных типов гипоксии. Смешанная гипоксия часто характеризуется взаимопотенцированием отдельных ее типов с развитием тяжелых экстремальных и даже терминальных состояний.
Изменения газового состава и рН крови при смешанной гипоксии определяются доминирующими расстройствами механизмов транспорта и утилизации кислорода, субстратов обмена веществ, а также процессов биологического окисления в разных тканях. Характер изменений при этом может быть разным и весьма динамичным.
Адаптивные реакции организма при гипоксии
Действие на организм фактора, вызывающего гипоксию любого типа, сопровождается включением взаимосвязанных процессов 2 категорий: обусловливающих развитие гипоксии и одновременно обеспечивающих адаптацию организма к гипоксии и направленных на поддержание гомеостаза в данных условиях.
Процессы первой категории описаны выше. Ниже характеризуются общие механизмы адаптации организма к гипоксии.
Общая характеристика процесса адаптации к гипоксии
При действии даже умеренной гипоксии сразу начинает формироваться поведенческая реакция, направленная на поиск среды существования, оптимально обеспечивающая уровень биологического окисления. Человек может также направленно менять условия жизнедеятельности с целью устранения состояния гипоксии.
Возникшая гипоксия служит системообразующим фактором: в организме формируется динамичная функциональная система по достижению и поддержанию оптимального уровня биологического окисления в клетках.
Эта система реализует свои эффекты за счет активации доставки кислорода и субстратов метаболизма к тканям и включения их в реакции биологического окисления.В структуру системы входят легкие, сердце, сосудистая система, кровь, системы биологического окисления и регуляторные системы.
Условно адаптивные реакции подразделены на 2 группы: экстренной адаптации и долговременной адаптации.
Экстренная адаптация к гипоксии
Механизмы экстренной адаптации к гипоксии представлены на рисунке 16-8. Они реализуются за счет резкой активации функционирования легких, сердечно-сосудистой системы, системы крови и биологического окисления в клетках.
Видно, что активация первых 3 систем обеспечивает повышенную доставку субстратов обмена веществ и кислорода к органам и тканям, а интесификация биологического окисления — ресинтез АТФ, необходимый для повышенного функционирования органов и пластических процессов в них.
Ы верстка! вставить рисунок «рис-16-8» Ы
Рис. 16-8. Механизмы экстренной адаптации организма к гипоксии.
Причина активации механизмов срочной адаптации организма к гипоксии — недостаточность биологического окисления. Как следствие, в тканях снижается содержание АТФ, необходимого для обеспечения оптимального уровня жизнедеятельности.
Ключевое и необходимое звено процесса экстренной адаптации организма к гипоксии — активация механизмов транспорта O2 и субстратов обмена веществ к тканям и органам. Эти механизмы предсуществуют в каждом организме. В связи с этим они активируются сразу (экстренно, срочно) при возникновении гипоксии и снижении эффективности биологического окисления.
Повышенное функционирование систем транспорта кислорода и субстратов метаболизма к клеткам сопровождается интенсивным расходом энергии и субстратов обмена веществ. Это означает, что, механизмы экстренной адаптации к гипоксии имеют высокую энергетическую и субстратную «цену». Именно это является (или может стать) фактором ограничения уровня и длительности гиперфункционирования органов.
Система внешнего дыхания
Недостаточность биологического окисления при гипоксии ведет к гипервентиляции — возрастанию объема альвеолярной вентиляции.
Причина гипервентиляции — активация афферентной импульсации от хеморецепторов (аорты, каротидной зоны сонных артерий, ствола мозга и других регионов организма) в ответ на изменение показателей газового состава крови (снижение раО2, увеличение раCO2 и др.).
Механизмы гипервентиляции: увеличение частоты и глубины дыхательных движений и числа раскрывшихся резервных альвеол. В результате минутный объем дыхания (МОД) может возрасти более чем на порядок: с 5–6 л в покое до 90–110 л в условиях гипоксии.
Сердце
При острой гипоксии функция сердца значительно увеличивается.
Причина гиперфункции сердца — активации симпатикоадреналовой системы.
Механизмы гиперфункции сердца:
Ú тахикардия. Она, как правило, сочетается с увеличением сердечного выброса;
Ú увеличение ударного выброса крови из сердца. Благодаря этому возрастает интегративный показатель функции сердца — минутный объем кровообращения (сердечный выброс крови). Если в покое он равен 4–5 л, то при гипоксии может достигать 30–40 л;
Ú повышение линейной и объемной скорости кровотока в сосудах.
Сосудистая система
В условиях гипоксии развивается феномен перераспределения, или централизации кровотока.
Причины и механизмы феномена централизации кровотока:
Ú активация в условиях гипоксии симпатикоадреналовой системы и высвобождения катехоламинов. Последние вызывают сужение артериол и снижение притока крови по ним к большинству тканей и органов (мышцам, органам брюшной полости, почкам, подкожной клетчатке и др.);
Ú накопление в миокарде и ткани мозга метаболитов с сосудорасширяющим эффектом: аденозина, простациклина, ПгЕ, кининов и других. Эти вещества не только препятствуют реализации вазоконстрикторного действия катехоламинов, но и обеспечивают расширение артериол и увеличение кровоснабжения сердца и мозга в условиях гипоксии.
Последствия феномена централизации кровотока:
Ú расширение артериол и увеличение кровоснабжения мозга и сердца;
Ú уменьшение объема кровоснабжения в других органах и тканях: мышцах, подкожной клетчатке, сосудах брюшной полости, почках в связи с дсужением просвета артериол.
Система крови
Острая гипоксия любого генеза сопровождается адаптивными изменениями в системе крови. Они заключаются в:
Ú активации выхода эритроцитов из костного мозга и депо крови (в последнем случае — одновременно с другими ФЭК). Причина мобилизации эритроцитов — высокая концентрация в крови катехоламинов, тиреоидных и кортикостероидных гормонов. В результате при острой гипоксии развивается полицитемия. Следствие мобилизации эритроцитов — увеличение кислородной емкости крови;
Ú повышении степени диссоциации HbO2 в тканях вследствие:
Ú гипоксемии, особенно в капиллярной и венозной крови. В связи с этим именно в капиллярах и посткапиллярных венулах происходит возрастание степени отдачи кислорода HbO2;
Ú ацидоза (закономерно развивающегося при любом типе гипоксии);
Ú повышенной в условиях гипоксии концентрации в эритроцитах 2,3-дифосфоглицерата, а также других органических фосфатов: АДФ, пиридоксальфосфата. Эти вещества стимулируют отщепление кислорода от HbO2;
Ú увеличении сродства Hb к кислороду в капиллярах легких. Этот эффект реализуется при участии органических фосфатов, в основном — 2,3-дифосфоглицерата. При этом важное значение имеет свойство Hb связывать значительное количество кислорода даже в условиях существенно сниженного pО2 в капиллярах легких. При pО2 равном 100 мм рт. ст. образуется 96% HbO2, при pО2 80 и 50 мм рт. ст. — 90 и 81% соответственно.
Системы биологического окисления
Активация обмена веществ — важное звено экстренной адаптации организма к острой гипоксии. Это обеспечивает:
Ú повышение эффективности процессов усвоения кислорода и субстратов окисления тканями организма и доставки их к митохондриям;
Ú активацию ферментов окисления и фосфорилирования, что наблюдается при умеренном повреждении клеток и их митохондрий;
Ú увеличение степени сопряжения процессов окисления и фосфорилирования адениннуклеотидов: АДФ, АМФ, а также креатина;
Ú активацию гликолитического пути окисления. Этот феномен регистрируется при всех типах гипоксии, особенно на ранних ее этапах.
Причины активации гликолиза:
Ú снижение внутриклеточного содержания АТФ и его ингибирующего влияния на ферменты гликолиза;
Ú увеличение содержания в клетках продуктов гидролиза АТФ (АДФ, АМФ, неорганического фосфата), активирующих ключевые гликолитические ферменты.
Долговременная адаптация
Причина формирования механизмов долговременной адаптации к гипоксии — повторная или продолжающаяся недостаточность биологического окисления умеренной выраженности.
Условия формирования механизмов долговременной адаптации к гипоксии:
Ú повторяемость и/или оптимальная длительность умеренной гипоксии. Это вызывает многократную активацию срочных механизмов адаптации, что обеспечивает формирование структурно-функциональной основы для процессов долговременного адаптации к гипоксии. Существенно, чтобы интервал между эпизодами умеренной гипоксии не был слишком велик или мал.Большой интервал приведет к ликвидации структурных (субклеточных, клеточных, органно-тканевых) адаптивных изменений. Малый интервал будет недостаточен для их развития и закрепления;
Ú выраженность гипоксии. Гипоксия слишком малой выраженности не активирует механизмов срочной и долговременной адаптации. Регистрируются лишь преходящие реакции в диапазоне физиологического ответа на снижение биологического окисления. Гипоксия чрезмерной выраженности вызывает срыв процесса адаптации, расстройства функций, обмена веществ и повреждение структур организма;
Ú оптимальное состояние жизнедеятельности организма. Это позволяет развить механизмы срочной адаптации и закрепить структурно-функциональные изменения, лежащие в основе долговременной адаптации к гипоксии. Недостаточность каких-либо систем организма (дыхательной, ССС, крови, тканевого метаболизма) и/или пластических процессов делают невозможным осуществление адаптивных процессов к гипоксии (как и к другим экстремальным факторам).
Механизмы долговременной адаптации
Долговременная адаптация к гипоксии реализуются на всех уровнях жизнедеятельности: от организма в целом до клеточного метаболизма.
Реализуется процесс адаптации к длительной гипоксии (также как и к эксиренной) при участии систем внешнего дыхания, сердечно-сосудистой, крови и биологического окисления. Основной среди нихстановится значительная активация процессов образования митохондрий и окисления в них!
Процесс долговременной адаптации к гипоксии имеет несколько важных особенностей. К наиболее значимым среди них относят следующие:
Ú процессы приспособления к повторной и/или длительной гипоксии формируются длительно в результате многократной и/или продолжительной активации срочной адаптации к гипоксии;
Ú переход от несовершенной и неустойчивой экстренной адаптации к гипоксии к устойчивой и долговременной адаптации имеет существенное биологическое (жизненно важное) значение: это создает условия для оптимальной жизнедеятельности организма в новых, часто экстремальных условиях существования;
Ú основой перехода организма к состоянию долговременной адаптированности к гипоксии является активация синтеза нуклеиновых кислот и белков в усиленно работающих тканях и органах. К ним относят, прежде всего, те, которые обеспечивают транспорт кислорода и субстратов обмена веществ, а также ткани, интенсивно функционирующие в условиях гипоксии;
Ú основное звено долговременного приспособления к гипоксии — значительное повышение эффективности процессов биологического окисления в митохондриях (в отличие от экстренной адаптации к гипоксии, при которой ведущее значение имеет активация механизмов транспорта O2 и субстратов обмена веществ к тканям);
Ú системы доставки кислорода и продуктов обмена веществ к тканям (внешнего дыхания и кровообращения) при устойчивой адаптации к гипоксии также приобретают новые качества: повышенные мощность, экономичность и надежность функционирования.
Системы и главные процессы реализации механизма долговременной адаптации к гипоксии представлены на рисунке 16-9.
Ы верстка! вставить рисунок «рис-16-9» Ы
Рис. 16-9. Механизмы долговременной адаптации организма к гипоксии.
К основным механизмам долговременной адаптации организма к гипоксии относят системы биологического окисления, систему внешнего дыхания, сердце, сосудистую систему, систему крови, метаболизм и системы регуляции.
