Они обеспечивают оптимальное энергетическое обеспечение гиперфункционирующих структур и уровень пластических процессов в них в условиях гипоксии. Это достигается благодаря увеличению:
Ú числа митохондрий и количества крист в них;
Ú числа молекул ферментов тканевого дыхания в каждой митохондрии, а также активности ферментов, особенно — цитохромоксидазы;
Ú эффективности процессов биологического окисления и сопряжения его с фосфорилированием;
Ú эффективности механизмов анаэробного ресинтеза АТФ в клетках.
Система внешнего дыхания
Она обеспечивает уровень газообмена, достаточный для оптимального течения обмена веществ и пластических процессов в тканях. Это достигается благодаря:
Ú гипертрофии легких и увеличению в связи с этим площади альвеол, числа капилляров в межальвеолярных перегородках, уровня кровотока в этих капиллярах;
Ú увеличению диффузионной способности аэрогематического барьера легких;
Ú повышению эффективности соотношения вентиляции альвеол и перфузии их кровью (вентиляционно-перфузионного соотношения);
Ú гипертрофии и возрастанию мощности дыхательной мускулатуры;
Ú возрастанию жизненной емкости легких (ЖЕЛ).
Сердце
При долговременной адаптации к гипоксии увеличивается сила, а также скорость процессов сокращения и расслабления миокарда. В результате происходит возрастание объема и скорости выбрасываемой в сосудистое русло крови — ударного и сердечного (минутного) выбросов. Эти эффекты становятся возможными благодаря:
Ú умеренной сбалансированной гипертрофии всех структурных элементов сердца — миокарда, сосудистого русла, нервных волокон;
Ú увеличению числа функционирующих капилляров в миокарде;
Ú уменьшению расстояния между стенкой капилляра и сарколеммой кардиомиоцита;
Ú увеличению числа митохондрий в кардиомиоцитах и эффективности реакций биологического окисления. В связи с этим сердце расходует на 30–35% меньше кислорода и субстратов обмена веществ, чем в неадаптированном к гипоксии состоянии;
Ú повышению эффективности трансмембранных процессов (транспорта ионов, субстратов и продуктов метаболизма, кислорода и др.);
Ú возрастанию мощности и скорости взаимодействия актина и миозина в миофибриллах кардиомиоцитов;
Ú повышению эффективности адрен- и холинергических систем регуляции сердца.
Сосудистая система
В адаптированном организме сосудистая система способна обеспечивать такой уровень перфузии тканей кровью, который необходим для осуществления их функции даже в условиях гипоксии. В основе этого лежат следующие механизмы:
Ú увеличение количества функционирующих капилляров в тканях и органах;
Ú снижение миогенного тонуса артериол и уменьшение реактивных свойств стенок резистивных сосудов к вазоконстрикторам — катехоламинам, АДГ, лейкотриенам, отдельным ПГ и другим. Это создает условия для развития устойчивой артериальной гиперемии в функционирующих органах и тканях.
Система крови
При устойчивой адаптации организма к гипоксии существенно возрастают кислородная емкость крови, скорость диссоциации HbO2, сродство дезоксигемоглобина к кислороду в капиллярах легких.
Увеличение кислородной емкости крови — это результат стимуляции эритропоэза и развития эритроцитоза. Активация эритропоэза, в свою очередь, вызвана увеличением в условиях ишемии и гипоксии образования в почках эритропоэтина.
Метаболизм
Обмен веществ в тканях при достижении состояния устойчивой адаптированности к гипоксии имеет несколько важных особенностей. К числу наиболее важных относят следующие:
Ú экономное использование кислорода и субстратов обмена веществ в реакциях биологического окисления и пластических процессах;
Ú высокая эффективность реакций анаэробного ресинтеза АТФ;
Ú доминирование анаболических процессов в тканях по сравнению с катаболическими;
Ú высокая мощность и мобильность механизмов трансмембранного переноса ионов. В значительной мере это следствие повышения эффективности работы мембранных АТФаз. Это обеспечивает регуляцию трансмембранного распределения ионов, миогенного тонуса артериол, водно-солевого обмена и других важных процессов.
Системы регуляции
Регуляторные системы адаптированного к гипоксии организма обеспечивают достаточную эффективность, экономичность и надежность управления его жизнедеятельностью. Это достигается благодаря включению механизмов нервной и гуморальной регуляции функций.
Нервная регуляция
Значительные изменения как в высших отделах мозга, так и в вегетативной нервной системе адаптированного к гипоксии организма характеризуются:
Ú повышенной резистентностью нейронов к гипоксии и дефициту АТФ, а также некоторым другим факторам (например, токсинам, недостатку субстратов метаболизма);
Ú гипертрофией нейронов и увеличением числа нервных окончаний в тканях и органах;
Ú увеличенной чувствительностью рецепторных структур к нейромедиаторам. Последнее, как правило, сочетается с уменьшением синтеза и высвобождения нейромедиаторов.
Указанные, а также и другие изменения в нервной системе способствуют:
Ú реализации мобильных регулирующих нейро-гуморальных влияний на органы и ткани;
Ú быстрой выработке и сохранению новых условных рефлексов;
Ú переходу приобретенных навыков из кратковременных в долговременные;
Ú повышенной устойчивости нервной системы к патогенным воздействиям.
Гуморальная регуляция
Перестройка в условиях гипоксии функционирования эндокринной системы обусловливает:
Ú меньшую степень стимуляции мозгового вещества надпочечников, гипоталамо‑гипофизарно‑надпочечниковой и других эндокринных систем. Это ограничивает активацию механизмов стресс-реакции и ее возможные патогенные эффекты;
Ú повышение чувствительности рецепторов клеток к гормонам, что способствует уменьшению объема их синтеза в железах внутренней секреции.
В целом, изменения в системах регуляции потенцируют как системные, так и органные приспособительные реакции организма, жизнедеятельность которого осуществляется в условиях гипоксии.
Расстройства в организме при гипоксии
Характер, динамика и степень изменений жизнедеятельности организма в условиях гипоксии зависят от ряда факторов: типа гипоксии, ее степени, скорости развития, а также от состояния реактивности организма.
Острая и острейшая (молниеносная) тяжелая гипоксия приводит к быстрой потере сознания, подавлению функций организма и его гибели. Такая картина наблюдается, например, при вдыхании газовых смесей, не содержащих кислорода или содержащих его в малых количествах. Это может быть при авариях в производственных условиях (например, в шахтах), в летательных аппаратах, в подводных лодках, при поломке скафандров. Молниеносная гипоксия развивается также при фибрилляции желудочков сердца, при острой массивной (артериальной) кровопотере, отравлении цианидами и других подобных ситуациях.
Хроническая (постоянная или прерывистая) умеренная гипоксия сопровождается, как правило, адаптацией организма к гипоксии.
Ниже приведена характеристика расстройств в организме при острой и подострой формах гипоксии.
Расстройства обмена веществ
Расстройство обмена веществ (рис. 16-10) — одно из наиболее ранних проявлений гипоксии.
В условиях острой и подострой гипоксии закономерно развивается ряд метаболических расстройств:
Ú уровень АТФ и креатинфосфата при гипоксии любого типа прогрессирующе снижаются вследствие подавления процессов биологического окисления (особенно — аэробных) и сопряжения их с фосфорилированием;
Ú содержание АДФ, АМФ и креатина нарастают вследствие нарушения их фосфорилирования;
Ú концентрация неорганического фосфата в тканях увеличивается в результате повышенного гидролиза АТФ, АДФ, АМФ, креатинфосфата и подавления реакций окислительного фосфорилирования;
Ú процессы тканевого дыхания в клетках подавлены вследствие дефицита кислорода, недостатка субстратов обмена веществ, подавления активности ферментов тканевого дыхания;
Ú гликолиз на начальном этапе гипоксии активируется. Основные причины этого заключаются в дефиците АТФ и снижении его ингибирующего влияния на ключевые ферменты гликолиза, а также в активации гликолитических ферментов продуктами гидролиза АТФ — АДФ и АМФ. Активация гликолиза приводит к снижению содержания гликогена и глюкозы в клетках и к увеличению внутриклеточного содержания молочной и пировиноградной кислот. Последнее является также результатом торможения их окисления в дыхательной цепи и ресинтеза из них гликогена, требующего энергии АТФ;
Ú содержание H+ в клетках и биологических жидкостях прогрессирующе нарастает и развивается ацидоз вследствие торможения окисления субстратов, особенно — лактата и пирувата, КТ и в меньшей мере — жирных кислот и аминокислот;
Ú биосинтез нуклеиновых кислот и белков подавлен вследствие дефицита энергии, необходимой для этих процессов. Параллельно с этим активируется протеолиз, обусловленный активацией в условиях ацидоза протеаз, а также — неферментного гидролиза белков;
Ú азотистый баланс становится отрицательным. Это сочетается с повышением содержания остаточного азота в плазме крови и аммиака в тканях (вследствие активации реакций протеолиза и торможения процессов протеосинтеза);
Ú жировой обмен также существенно изменен и характеризуется:
Ú активацией липолиза (вследствие повышения активности липаз и ацидоза);
Ú торможением ресинтеза липидов (в результате дефицита макроэргических соединений);
Ú накоплением в результате вышеуказанных процессов избытка кетокислот (ацетоуксусной, b-оксимасляной кислот, ацетона) и ВЖК в плазме крови, межклеточной жидкости, клетках. При этом ВЖК оказывают разобщающее влияние на процессы окисления и фосфорилирования, что усугубляет дефицит АТФ;
Ú обмен электролитов и жидкости в тканях нарушен. Это проявляется:
Ú отклонениями трансмембранного соотношения ионов в клетках (в условиях гипоксии клетки теряют K+, в цитозоле накапливаются Na+ и Ca2+, в митохондриях — Ca2+);
Ú дисбалансом между отдельными ионами (например, в цитозоле уменьшается соотношение K+/Na+, K+/Ca2+);
Ú увеличением в крови содержания Na+, Cl–, отдельных микроэлементов. Изменения содержания разных ионов различны. Это зависит от степени гипоксии, преимущественного повреждения того или иного органа, изменений гормонального статуса и других факторов;
Ú накоплением избытка жидкости в клетках и набуханием клеток (вследствие увеличения осмотического давления в цитоплазме клеток в связи с накопление в них Na+, Ca2+ и некоторых других ионов, а также повышения онкотического давления в клетках в результате распада полипептидов, липопротеинов и других белоксодержащих молекул, обладающих гидрофильными свойствами).
Ы верстка! вставить рисунок «рис-16-10» Ы
Рис. 16-10. Расстройства обмена веществ при острой гипоксии.
В тканях и органах могут развиваться и другие нарушения метаболизма. Во многом они зависят от причины, типа, степени и длительности гипоксии, преимущественно пораженных при гипоксии органов и тканей и ряда других факторов.
Нарушения функций органов и тканей при гипоксии
При гипоксии нарушения функций органов и тканей выражены в разной мере. Это определяется:
Ú различной резистентностью органов к гипоксии;
Ú скоростью ее развития;
Ú степенью и длительностью ее воздействия на организм.
Резистентность органов к гипоксии
Наибольшая устойчивость к гипоксии у костей, хрящей, сухожилий, связок. Даже в условиях тяжелой гипоксии в них не обнаруживается значительных морфологических отклонений.
В скелетной мускулатуре изменения структуры миофибрилл, а также их сократимости выявляются через 100–120 мин, а в миокарде — уже через 15–20 мин.
В почках и печени морфологические отклонения и расстройства функций обнаруживаются обычно через 20–30 мин после начала гипоксии.
Наименьшей резистентностью к гипоксии обладает ткань нервной системы. При этом различные ее структуры по-разному устойчивы к гипоксии одинаковой степени и длительности.
Резистентность нервных клеток уменьшается в следующем порядке: периферические нервные узлы ® спинной мозг ® продолговатый мозг ® гиппокамп ® мозжечок ® кора больших полушарий.
Прекращение оксигенации коры мозга вызывает значительные структурные и функциональные изменения в ней уже через 2–3 мин, в продолговатом мозге — через 8–12 мин, а в ганглиях вегетативной нервной системы — через 50–60 мин.
Отсюда следует, что последствия гипоксии для организма в целом определяются степенью повреждения нейронов коры больших полушарий и временем их развития.
