Кислородное голодание
Под кислородным голоданием понимают такое состояние организма, при котором его потребность в кислороде в данный момент не покрывается его обеспечением либо усвоением (утилизацией). По сравнению с другими видами голодания этот вид наиболее тяжелый для организма. Если в условиях полного прекращения поступления в организм пищи (при свободном доступе к воде) организм человека способен прожить 50-70 дней за счет собственных резервов (углеводы, жиры), то прекращение поступления кислорода приводит к смерти через 5-7 минут. Это время определено незначительными запасами кислорода в организме 2-2,5 л (4 г). В состоянии покоя человек использует 250 смЗ за 1 минуту, при тяжелой физической работе это количество возрастает до 3-4 л за 1 минуту.
Патологический процесс, наступающее в организме при неадекватном снабжении тканей и органов кислородом или при нарушении утилизации в них кислорода, называется гипоксией или кислородным голоданием.
Гипоксия встречается весьма часто и служит патологической основой или важным компонентом множества заболеваний. Как верно отмечал академик Н.Н.Сиротинин: «Вся жизнь человека от рождения до смерти сопровождается частыми явлениями кислородного голодания. Рождение осуществляется в условиях сильной гипоксии; различные заболевания на протяжении жизни как правило сопровождаются недостаточностью кислорода; сама по себе старость, особенно при атеросклерозе и гипертонии, характеризуется гипоксией. Наконец, при умирании всегда наблюдается аноксия» (1958).
1) гипоксемия (аноксемия) - недостаточное содержание кислорода в крови. Происходит от hypo-пониженный, охуgenum-кислород, hеima-кровь;
2) гипоксия (аноксия) – недостаточное содержание кислорода в тканях. Между этими понятиями существует взаимосвязь. Так, гипоксемия неизбежно приводит к недостаточному снабжению тканей кислородом (гипоксии). В то же время гипоксия не всегда связана с гипоксемией. Так, при нормальном содержании кислорода в крови утилизация кислорода тканями может затрудняться в результате действия различных ингибиторов ферментов биологического окисления, нарушения синтеза ферментов и т.д.
Первая классификация гипоксии была предложена Баркрофтом (1920, 1925г). Он предложил выделить в зависимости от уровня нарушении функции переноса кислорода:
1) аноксигенную форму (недостаток кислорода в воздухе и/или нарушение газообмена в легких);
2) анемическую (нарушение способности гемоглобина связывать и транспортировать кислород);
3) застойную форму (нарушение циркуляции крови).
В 1922 году Питерс и Ван Слайк добавили к этой классификации четвертую форму гипоксии, назвав ее гистотоксической, т. к. считали ее результатом токсического разъединения клеточного метаболизма через блокаду цепи дыхательных ферментов, в первую очередь цитохромоксидазы. Преимуществом этой классификации Баркрофта-Ван Слайка является ее простота, универсальность, четкая практическая и патогенетическая направленность. Она помогает клиницистам понять патогенез гипоксии и проводить патогенетическое лечение. Эта классификация принята во всем мире, т. к. удовлетворяет всех.
В 1948г. на конференции по проблеме кислородного голодания организма в Киеве по предложению Н.Н. Сиротина была принята патогенетическая классификация Баркрофта-Ван Слайка. Согласно этой классификации, получившей название Киевской, выделяют следующие формы гипоксии:
1. Гипоксическую (от понижения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе);
2. Дыхательную:
а) в результате затруднения проникновения кислорода в кровь через дыхательные пути;
б) вследствие нарушения диффузии и перфузии;
3. Гемическую:
а) от недостатка гемоглобина (анемическая);
б) от инактивации гемоглобина;
4. Циркуляторную:
а) застойная форма;
б) ишемическая форма;
5. Тканевую (гистотоксическую).
Эта классификация по этиологии и патогенезу шире и точнее, чем классификация Баркрофта.
В 1958г. И.Р. Петров предложил еще одну классификацию кислородного голодания:
1. Гипоксия от недостаточности парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе;
2. Гипоксия при патологических процессах:
а) дыхательная;
б) сердечно-сосудистая;
в) кровяная;
г) тканевая;
д) смешанная.
К факторам, определяющим реакцию организма на гипоксию, относят скорость ее развития, стадию и продолжительность.
По скорости развития различают молниеносную, острую и хроническую формы гипоксии. Как и любой патологический процесс острая и хроническая формы проходят следующие стадии развития: латентную, компенсированную, субкомпенсированную, декомпенсированную и терминальную.
I. Гипоксическая гипоксия.
В основе ее лежит уменьшение насыщения артериальной крови кислородом (гипоксемия), возникает при снижении парциального давления кислорода в воздухе. При этом состав крови и ее количество не изменяются.
Причины, которые ведут к развитию гипоксической гипоксии:
- подъем в горы, полеты на летательных аппаратах;
- увеличение парциального давления других газов, которые вытесняют кислород из окружающего воздуха, например, при работе в шахтах (метан), в колодцах (углекислый газ), при наркозе закисью азота (азот);
II. Дыхательная (возникает при нарушении вентиляции легких и диффузии газов через альвеоло-капиллярную мембрану):
- нарушение вентиляции легких возникает при деформации грудной клетки, при эмфиземе, бронхоспазме, параличе дыхательных мышц, столбняке, отравлением стрихнином, пневмотораксе, плеврите, депрессии ЦНС;
- нарушение диффузии и перфузиикислорода в кровь возникает при уплотнении стенки альвеолы или капилляра вследствие пневмоторакса, склеротического уплотнения сосудистой стенки, пневмонии, фиброза, отека легких.
Характерной чертой этой формы кислородного голодания является развитие недостаточности дыхательной функции легких, что сопровождается резким уменьшением объема воздуха, который принимает участие в вентиляции легких. Вследствие этого насыщение кислородом гемоглобина крови в легких резко уменьшается, что может привести к недостаточному снабжению кислородом.
Эта форма гипоксии возникает также при наличии сосудистых шунтов, при врожденных пороках сердца (смешивание артериальной и венозной крови при не заращении отверстий между желудочками или предсердиями).
При такой форме гипоксии содержание кислорода в крови снижается, а углекислоты увеличивается, что приводит к гипервентиляции, а вследствие этого к гипоксии. А поскольку углекислота усиливает диссоциацию оксигемоглобина, значит затруднена отдача кислорода тканям. Нарушается кислотно-основное равновесие, в крови накапливаются недоокисленные продукты.
II. Гемическая гипоксия.
В основе ее лежит уменьшение кислородной емкости организма, крови, то есть уменьшение количества функционирующего гемоглобина.
В зависимости от причины, которая ее вызывает, гемическая гипоксия развивается либо при снижении содержания гемоглобина в крови (анемическая форма), либо при его инактивации, что ведет к уменьшению сродства гемоглобину к кислороду (токсическая форма).
Анемическая форма характеризуется уменьшением циркулирующего гемоглобина в результате кровопотери, гемолиза эритроцитов или угнетения активности костного мозга, то есть она сопровождает анемии самого разного происхождения. При этом кислородная емкость крови снижается.
При токсической форме происходит уменьшение циркулирующего гемоглобина, который способен превращаться в оксигемоглобин, в результате частичного перехода его в карбоксигемоглобин, метгемоглобин, сульфгемоглобин и т.п. Например, образование карбоксигемоглобина. Угарный газ (СО) легко диффундирует через альвеолярную стенку потому, что его парциальное давление в крови ровняется 0. Угарный газ в 350 раз быстрее связывается с гемоглобином по сравнению с кислородом. Гемоглобин, связанный с СО, не может уже служить переносчиком кислорода.
Вследствие действия метгемоглобинообразователей (сильных окислителей) двухвалентное железо переходит в трехвалентную форму и образуется прочное не диссоциирующее соединение – метгемоглобин (нитриты, нитраты, фенацитин, анилин и др.) – кровь при этом приобретает шоколадный цвет.
При отравлении сероводородом блокируется гемоглобин с образованием сульфгемоглобина – необратимого соединения – следствие чего нарушается передача кислорода тканям. Встречается при работах в канализационных люках, трюмах кораблей и требует заменного переливания крови.
III. Циркуляторная гипоксия
Возникает при замедлении кровотока. При этом виде гипоксии кровь нормально насыщается кислородом в альвеолах, но кислород в недостаточном количестве поступает в ткани вследствие замедления скорости кровотока, особенно в системе микроциркуляции. За единицу времени меньшее количество эритроцитов с гемоглобином проходит через капилляры и отдает кислород тканям. По причинам развития различают местную и общую формы циркуляторной гипоксии. Местная форма наблюдается в условиях местных расстройств кровообращения (венозная гиперемия, стаз, ишемия). Общая форма развивается при условиях сердечной (застой крови в венах большого или малого круга кровообращения) или сосудистой (травматический шок) недостаточности.
IV. Тканевая гипоксия.
Возникает вследствие нарушения способности тканей использовать кислород. В отличие от всех других форм гипоксии в этом случае транспорт кислорода не нарушен, содержание его и парциальное давление в артериальной крови нормальные, но резко снижена способность тканей усваивать кислород в результате нарушений, которые влияют на химические реакции тканевого дыхания. Клетки не способны воспринимать кислород из крови или утилизировать его в клетке.
Тканевая гипоксия обусловлена:
а) полной или частичной блокадой дыхательных ферментов
б) нарушением синтеза этих ферментов
Способность угнетать функцию дыхательных ферментов свойственна цианидам, сероводороду, монойодацетату, некоторым наркотическим веществам (эфир, уретан, люминал, хлорэтан), алкоголю. В условиях переохлаждения или перегревания также происходит угнетение функции дыхательных ферментов.
Снижение синтеза дыхательных ферментов наблюдается при гипо- и авитаминозах: витамин В1 (тиамин) является коферментом декарбоксилазы, пировиноградной кислоты; В2 (рибофлавин) входит в состав флавиновых ферментов; витамин РР (никотиновая кислота) входит в состав дегидрогеназ.
Явления тканевой гипоксии наблюдается при патологии центральной нервной системы, эндокринных желез, что ведет к нарушению трофической функции. Тканевая гипоксия может сопровождаться и нарушения водно-электролитного баланса - значительные отеки затрудняют диффузию кислорода к тканям.
Как известно, конечным звеном транспорта кислорода к клеточным ферментам является участок кровь-клетка-митохондрия, который богат биологическими мембранами с высоким содержанием в них липидов, которые имеют большое средство к кислороду. Тут и в нормальных условиях идут процессы перекисного окисления липидов, интенсивность которых регулируется системой антиоксидантов. Дефицит природных антиоксидантов (токоферолов, рутина, убихинона, аскорбиновой кислоты, глютатиона и др.) приводит к интенсификации процессов свободнорадикального окисления и развитию тканевой гипоксии.
В условиях недостаточности организма развивается кислородное голодание с характерными патологическими нарушениями.
Наиболее чувствительна к недостатку кислорода нервная система, особенно ее филогенетически молодые образования - кора головного мозга, мозжечок. Этим объясняется то, что первыми симптомами гипоксии являются нарушения нервной деятельности (сонливость, головная боль, нарушение координации движений, резкое изменение почерка (писчая проба)). Субъективные ощущения начинаются с эйфории, которая сменяется депрессией. Характерна утрата самокритики и способность реально оценивать ситуацию, снижение памяти, потеря сознания, повышение проницаемости гематоэнцефалического барьера.
Для кислородного голодания также характерно нарушение функций вегетативной нервной системы, о чем свидетельствует тахикардия, одышка, повышение артериального давления. Эти изменения связаны с нарушением регуляторной деятельности ЦНС.
Учащение пульса (тахикардия) - ранний симптом гипоксии и наиболее тонкий биологический показатель изменений кровообращения. Наряду с резким учащением пульса появляются аритмия и изменения на ЭКГ. Артериальное давление вначале повышается, а затем снижается (результат угнетения функции вазомоторного центра).
Частое и глубокое дыхание (полипное) приводит к снижению парциального давления углекислоты и гипокапнии, которая утяжеляет течение гипоксии. В условиях гипокапнии снижается возбудимость сосудодвигательного и дыхательного центров, затрудняется диссоциация оксигемоглобина, развивается алкалоз. Торможение дыхательного центра приводит к появлению дыхания Чейна-Стокса.
Кислородное голодание приводит к потере аппетита, диспептическим явлениям, угнетению функций всех желез пищеварительного тракта, нарушению моторики и секреции, развитию поносов. Нарушается работа почек: диурез снижается (при сильном воздействии), либо повышается (при невыраженной гипоксии).
Гипоксия приводит к изменению функций эндокринных желез, в первую очередь гипофиза, надпочечников, щитовидной железы (активация).
Общая реакция организма на кислородное голодание зависит от возраста, пола, тренированности, общей резистентности, уровня развития нервной системы, уровня обменных процессов и других факторов.
По выраженности:
-легкая
-умеренная
-тяжелая
-критическая
По степени нарушения:
-расстройства нервно-психической деятельности
-расстройства сердечно - сосудистой и дыхательной системы
-нарушение газового состава и кислотно-основного равновесия крови
По скорости и длительности:
-молниеносная (секунды - разгерметизация, острая потеря крови)
-острая (до часа – острая дыхательная недостаточность, кровопотеря)
-подострая (до суток – образование метгемоглобина, венозная кровопотеря, хроническая сердечная и дыхательная недостаточность)
-хроническая (анемия, хроническая и дыхательная недостаточность)
Клинически различают три степени:
1. Легкая – кратковременное недомогание, головная боль, одышка, иногда возбуждение.
2. Выраженная – мышечная слабость, эйфория, некритическое отношение к среде.
3. Коматозная – потеря сознания, периодическое дыхание, нарушение обменов, всех функций, приводящее к смерти.