Приспособительные реакции при гипоксии

Патологическая физиология

Общая патофизиология

Частная патофизиология

Вход в систему

Поделиться

Компенсаторно-приспособительные реакции при гипоксии

Поскольку основным патогенетическим фактором гипоксии является кислородное голодание тканей, развитие компенсаторно-приспособительных реакций направлено на увеличение оксигенации крови и поддержание обменных процессов на достаточном для жизненного функционирования тканей уровне. Естественно, что при различных формах гипоксии и при разной степени ее выраженности как общий объем этих механизмов и их «набор», так и удельный вес каждого из них будет неодинаков. Однако всегда в процессы саногенеза при гипоксии включаются компенсаторные изменения системы дыхания, кровообращения и крови.

Одна из наиболее ранних реакций на гипоксию — изменения внешнего дыхания, которые выражаются в увеличении альвеолярной вентиляции, прежде всего за счет углубления и учащения дыхания, а также включения в дыхательный акт резервных альвеол. Эти реакции возникают как рефлекторно при раздражении хеморецепторов синокаротидной зоны, так и вследствие непосредственного возбуждения дыхательного центра из-за недостаточного содержания кислорода, а также ряда физико-химических изменений, возникающих в крови при гипоксии (в частности, первичного метаболического ацидоза). При гистотоксической гипоксии, несомненно, играют роль рефлекторные влияния из органов с нарушенным тканевым дыханием. Усиление легочной вентиляции сопровождается возрастанием легочного кровотока, что способствует усилению диффузии кислорода в систему легочных капилляров.

Второй ранней приспособительной реакцией в условиях кислородного голодания являются изменения деятельности сердечно-сосудистой системы.

Наряду с повышением частоты сердечных сокращений наблюдается увеличение ударного выброса сердца, что приводит к значительному повышению его минутного объема и объемной скорости кровотока. Наблюдения над участниками экспедиции на Эльбрус свидетельствуют о том, что при быстром подъеме на высоту 5000 м минутный объем сердца возрастал в среднем на 100%, а у отдельных участников этот показатель увеличивался на 150% и более.

Стимуляция сердечной деятельности в условиях кислородного голодания осуществляется сложными нейрогуморальными механизмами, включающими рефлекторные влияния с хеморецепторов синокаротидной и аортальной областей, а также воздействие на β-адренорецепторы сердца катехоламинов, концентрация которых при гипоксии в крови повышена, так как кислородное голодание — это стрессорное состояние организма, а любой стресс характеризуется выбросом катехоламинов.

Существенное значение в развитии процесса адаптации к гипоксии имеют перераспределительные реакции сосудистого русла, благодаря которым основная масса крови направляется через локально расширенные артериолы в область головного мозга и сердца.

Так, например, при подъеме на горные высоты об усилении мозгового кровотока свидетельствует увеличение просвета сосудов сетчатки, являющейся «зеркалом» мозга. Физиологические механизмы, определяющие регионарное возрастание кровотока через мозговые сосуды при гипоксии, связаны, по-видимому, с чрезвычайно высокой чувствительностью ткани мозга к недостатку кислорода и обусловлены возникающими при гипоксии метаболическими сдвигами в его структурах.

Исследования коронарного кровотока при острой экзогенной гипоксии, проведенные в условиях барокамеры, имитирующих подъем на высоту, показали несомненное усиление кровоснабжения сердечной мышцы. Механизмы этой реакции включают несколько факторов. Во-первых, для повышения коронарного кровотока существенное значение имеет усиление сократительной функции сердца и обусловленное этим увеличение перфузии коронарных сосудов. Во-вторых, несомненную роль в генезе интенсификации коронарного кровотока при гипоксии играет активация симпато-адреналовой системы и обусловленное катехоламинами расширение коронарных артерий. И в-третьих, в механизмах этой реакции определенное значение имеют и местные метаболические реакции, связанные с накоплением при гипоксии в сердечной мышце веществ, обладающих сосудорасширяющим действием. К таким веществам, в частности, относится аденозин, образующийся при распаде АТФ и обладающий коронарорасширяющим эффектом, а также простагландины, регулирующие кровообращение на уровне капилляров.

Следует также отметить, что гипоксия сопровождается рефлекторным раскрытием нефункционирующих в интактном организме капилляров (усиление коллатерального кровообращения), что улучшает кровоснабжение тканей.

Несомненно, для адаптации к гипоксии имеют значение и своеобразные свойства молекулы гемоглобина, заключающиеся в том, что по мере присоединения кислорода к железу геминовых группировок сродство последних к кислороду увеличивается и окисление четвертого гема происходит в 500 раз быстрее, чем первого, что обуславливает достаточно высокое насыщение гемоглобина кислородом, даже при выраженном снижении напряжения кислорода в плазме легочных капилляров.

Имеется также определенная зависимость сродства гемоглобина к кислороду от активной реакции среды и pCO2 — показателей, меняющихся в условиях гипоксии. При смещении pH в кислую сторону сродство гемоглобина к кислороду снижается, и это способствует усилению отдачи последнего тканям.

К реакциям быстрой адаптации при гипоксии относится и увеличение кислородной емкости крови за счет выброса эритроцитов из депо и активации их образования в костном мозге. В результате повышается содержание гемоглобина в крови, что выявляется, например, уже через 2-3 суток после быстрого подъема в горы.

Если выброс эритроцитов из депо при гипоксии имеет преимущественно рефлекторный генез, то механизмы стимуляции эритропоэза более многоплановы и сложны. В основном они сводятся к следующему.

Кислородное голодание приводит к метаболическим сдвигам, вследствие чего раздражаются специфические хеморецепторы, расположенные в различных органах и тканях, что стимулирует выработку и высвобождение в почках эритрогенина и в печени — эритропоэтиногена. Взаимодействие этих двух веществ приводит к образованию эритропоэтина, который и активирует эритропоэз путем воздействия на незрелые стволовые клетки костного мозга, а также на уже дифференцированные ядросодержащие клетки эритроцитарного ряда. Эритропоэтин стимулирует также выход в периферическую кровь ретикулоцитов.

Определенные приспособительные реакции развиваются и на уровне обменных процессов в клетках и заключаются в снижении интенсивности протекания тех из них, которые не принимают непосредственного участия в процессах обеспечения организма кислородом, а также в повышении активности дыхательных ферментов, усилении сопряженности окисления и фосфорилирования и в активации гликолиза с анаэробным синтезом АТФ.

Выше были описаны реакции срочной адаптации организма к гипоксии. При длительной адаптации, которая включается при всех видах хронической гипоксии, имеет место и ряд других механизмов, заключающихся не только в функциональной, но и структурной перестройке органов и тканей. При долговременной адаптации увеличивается мощность дыхательной мускулатуры, емкость грудной клетки и число альвеол в легких, что повышает общую дыхательную поверхность последних. Развивается гипертрофия миокарда и повышение его сократительной способности при одновременном снижении потребления кислорода сердечной мышцей. Значительно увеличивается образование эритроцитов за счет активации регенераторной функции красного костного мозга, что может быть обусловлено повышением чувствительности последнего к действию эритропоэтинов.

Реакции долговременной адаптации, развивающиеся в центральной нервной системе, проявляются в повышении устойчивости ее клеток к действию гипоксического фактора. Адаптированные к кислородному голоданию животные длительное время сохраняют выработанные условные рефлексы и реакции, адекватные внешним раздражителям, даже в условиях, сопровождающихся резким усилением гипоксии. Все эти механизмы долговременной адаптации связаны с определенной перестройкой нейрогуморальной и эндокринной регуляции, благодаря чему реакции тканей и органов при действии чрезвычайных раздражителей и активации в этих условиях симпатоадреналовой системы становятся более экономичными, обеспечивая в то же время достаточный приспособительный эффект.

Адаптационные реакции при гипоксии (как и сама гипоксия) являются неспецифическими и участвуют в процессе при всех формах кислородного голодания тканей. Однако объем, а также время их инициации и порядок включения определяются конкретными механизмами, присущими тому или иному виду гипоксического состояния.

При длительной гипоксии, несмотря на включение достаточно мощных саногенетических механизмов, в органах могут развиться структурные патологические изменения, которые уже не исчезнут при ликвидации гипоксии.

www.4astniydom.ru

Лекция 4.

Тема: Гипоксия

План

1. Понятие гипоксии

2. Типы гипоксии

3. Компенсаторно-приспособительные реакции при гипоксии.

Гипоксия— состояние, возникающее при недостаточности снабжения тканей организма кислородом или нарушения его использования в процессе биологического окисления. Гипоксия является одним из наиболее распространенных патологических процессов. Гипоксия может возникать под влиянием физических, химических, биологических и других факторов, нарушающих деятельность органов и систем, которые обеспечивают транспорт кислорода в ткани или его утилизацию клетками. К таким системам относятся системы дыхания, кровообращения и крови, а также внутриклеточные системы — митохондрии, утилизирующие кислород и образующие энергию в форме АТФ.

Для нормальной жизнедеятельности клеткам необходим постоянный приток кислорода, поскольку его запас в тканях крайне невысок. В клетках отсутствует также запас АТФ. При нарушении дыхания, кровообращения, свойств крови, биологического окисления возникает дефицит АТФ, т.е. энергетическое голодание, составляющее основу гипоксии.

Имеется много причин возникновения гипоксии, и она развивается очень часто. Разные органы и ткани имеют неодинаковую чувствительность к недостатку кислорода и АТФ, к наиболее чувствительным относится ткань мозга. При массе мозга, составляющей 1/50 (2%) массы тела, он поглощает 15-20% всего кислорода, потребляемого кислородом. Принято считать, что кислородное голодание организма есть кислородное голодание мозга.

Типы гипоксии

Общая гипоксия характеризуется кислородным и энергетическим голоданием всего организма.

Местная гипоксия характеризуется кислородным и энергетическим голоданием отдельного органа, что наблюдается обычно при ишемии органа. По течению процесса выделяют: острую, быстро развивающуюся, и хроническую, длительно текущую.

От причин и механизма развития выделяют гипоксию экзогенной, дыхательной, сердечнососудистой, кровяной, тканевой и смешанной

1. Экзогенный тип гипоксии возникает при снижении давления кислорода в альвеолярном воздухе — при подъеме на высоту выше уровня моря, в замкнутых пространствах. В таком случае падает парциальное давлении кислорода в артериальной крови – гипокапнии, что в свою очередь ведет к снижению возбудимости дыхательного центра. Следствием этого может стать присоединение сердечнососудистой гипоксии.

2. Дыхательный тип гипоксии возникает при снижении вентиляции альвеол, уменьшении перфузии легочных капилляров, затруднении прохождения газов через альвеолярную мембрану. Такое состояние возникает при различных заболеваниях дыхательных путей, воспалении легких, плеврите, патологии дыхательных мышц и расстройств дыхательного центра. Для такого типа гипоксии характерна гипоксия и гиперкапния, что носит название асфиксия — удушье. При асфиксии быстро развиваются расстройства дыхания и кровообращения, с нарушением сознания наступает кома и организм гибнет

3. Сердечнососудистый тип гипоксии возникает в результате уменьшения доставки кислорода тканям при снижении объемной скорости кровотока. Такой тип гипоксии возникает при недостаточности сердца, снижении сосудистого тонуса или сердечно­сосудистой недостаточности.

4. Кровяной тип гипоксии возникает при уменьшении количества крови или изменении свойств гемоглобина. Причиной является анемия в результате кровопотери, гемолиза при различных инфекциях, интоксикациях и угнетении гемопоэза. Кровяной тип может образовываться при изменении свойств гемоглобина.

5. Тканевой тип возникает вследствие нарушения утилизации кислорода в клетке, хотя количество и транспорт кислорода достаточный. Это бывает при снижении активности дыхательных ферментов, находящихся в митохондриях. Такое нарушении возникает при отравлениях цианидами, некоторыми антибиотиками, авитаминозе витаминов В2, РР, Е и др.

6. Смешанный тип развивается наиболее часто, когда один тип гипоксии ведет за собой другой.

Компенсаторно-приспособительные реакции при гипоксии

Компенсаторно-приспособительные реакции бывают срочные и долговременные.

Ø Срочные реакции возникают немедленно с рефлекторным механизмом возникновения. Недостаток кислорода и энергии воспринимается хеморецепторами и направляют импульсы в ЦНС. Там эта информация перерабатывается и в ответ направляются приказы на активизацию и регуляцию функции кровообращения, внешнего дыхания и крови, возвращая в ряде случаев показатели к нормальному уровню. Как срочная реакция приспособительная реакция системы кровообращения — это увеличение ЧСС, повышение ударного объема сердца; в легких — увеличивается глубина и частота дыхания, могут включаться резервные альвеолы и др. позднее изменяется состояние системы крови — выброс крови из депо (печень, легкие, мышцы, селезенка), усиление гемопоэза (это процесс образования, развития и созревания клеток крови).

Ø Долговременные приспособительные реакции развиваются постепенно и в норме возникают у жителей высокогорья, альпинистов. В патологии такие реакции встречаются при хронической сердечнососудистой недостаточности, хронических заболеваниях легких, длительных анемиях. Здоровый организм, тренированный гипоксией легко переносит умеренное кислородное голодание. При вышеперечисленных патологических состояниях развивается гипертрофия миокарда, увеличивается емкость грудной клетки и масса дыхательной мускулатуры, увеличивается легочная ткань, увеличивается количество эритроцитов и происходит сгущение крови и др.

studopedia.ru

Поскольку гипоксия является одним из наиболее распространенных патологических процессов, в эволюции сформировалось большое количество приспособительных реакций, охватывающих почти все системы организма — системы транспорта и утилизации кислорода. Однако все они развиваются неодновременно. В зависимости от стратегии приспособления компенсаторные реакции подразделяют на экстренные (аварийные, но кратковременные и отсроченные, поскольку сами нуждаются в кислороде) и отсроченные (инертные, но экономные). Кроме того, выделяют механизмы “борьбы за кислород” и механизмы приспособления к условиям его дефицита.

Эти реакции развиваются главным образом в динамических системах транспорта кислорода.

Гипервентиляция при гипоксии возникает вследствие рефлекторного возбуждения дыхательного центра импульсами от хеморецепторов продолговатого мозга, реагирующих на смену химического состава крови (прежде всего на накопление CO2 и ионов водорода), и сосудистого русла, преимущественно синокаротидной и аортальной зон, на которые влияет недостаток кислорода в крови.

Бесспорно, гипервентиляция является положительной реакцией организма на гипоксию, но в условиях гипоксической гипоксии она имеет и отрицательные последствия, поскольку осложняется повышенным выведением углекислоты (CO2) и снижением ее уровня в крови (гипокапния). Если учесть влияние CO2 на мозговое и венечное кровообращение, регуляцию тонуса дыхательного и сосудодвигательного центров, поддержание КОС, диссоциацию оксигемоглобина, то становится понятным, что в патогенезе экзогенной гипоксии гипокапния имеет не меньшее значение, чем дефицит кислорода.

Гипервентиляция сопровождается мобилизацией резервных альвеол и улучшением диффузии газов через альвеолярно-капиллярные мембраны.

Усиление кровообращения также направлено на адекватную доставку кислорода в ткани и реализуется посредством повышения артериального давления, аварийной гиперфункции сердца, увеличения скорости кровотока, раскрытия нефункционирующих капилляров. He менее важной характеристикой кровообращения в условиях гипоксии является перераспределение крови в сторону преимущественной доставки ее жизненно важным органам и поддержание оптимального кровотока в легких, сердце, головном мозге за счет уменьшения кровоснабжения кожи, селезенки, мышц, кишечника. Изменения кровообращения регулируются рефлекторными и гормональными механизмами. Немаловажное значение имеют и тканевые продукты эндотелиального происхождения (NO, простациклин), оказывающие сосудорасширяющее действие.

Реакция регуляторных (нервной и эндокринной) систем на гипоксию проявляется возбуждением дыхательного и сосудистого центров в головном мозге, высвобождением катехоламинов, что обеспечивает гипервентиляцию, а также аварийную гиперфункцию сердца.

Увеличение количества эритроцитов и повышение уровня гемоглобина в крови приводит к возрастанию кислородной емкости крови и обеспечивает быстрое приспособление к гипоксии благодаря выбросу крови из депо.

Описанные выше экстренные приспособительные изменения развиваются в наиболее реактивных системах, однако не могут обеспечить устойчивое и длительное приспособление к гипоксии, поскольку сами нуждаются в дополнительных энергетических затратах, сопровождаются повышением интенсивности функционирования структур (ИФС) и усилением распада субстратов.

Кроме них существуют экстренные приспособительные реакции, не нуждающиеся в дополнительном кислороде.

Изменение кривой диссоциации оксигемоглобина заключается в усилении способности молекулы гемоглобина присоединять кислород в легких и отдавать его тканям. Это связано с конформационными изменениями молекулы гемоглобина. Несколько вариантов такого приспособления приведены на рис. 44.

Смещение кривой диссоциации в участке верхней инфлексии слева свидетельствует о способности гемоглобина повышать сродство к кислороду в сосудах малого круга кровообращения при снижении рО2 во вдыхаемом воздухе и альвеолах. Смещение кривой диссоциации в участке нижней инфлексии справа является признаком способности гемоглобина к снижению сродства к кислороду и облегченной его отдаче при снижении рО2 в тканях. Таким образом ткани могут получать достаточное количество кислорода при различных видах гипоксии.

Система утилизации кислорода и энергообразования также имеет экстренное приспособление. Митохондрии — достаточно мобильная система синтеза АТФ. Их высокая реактивность обеспечивается аллостерической активацией ферментов, за счет чего сродство цитохромоксидазы (конечного фермента дыхательной цепи) к кислороду может сохраняться в случае меньшего содержания кислорода в ткани. Процесс энергообразования в цикле Кребса перестраивается на более интенсивное окисление янтарной кислоты (сукцината), кинетические преимущества которого обусловливают увеличение скорости фосфорилирования АДФ. Катехоламины и оксид азота активируют этот процесс.

В митохондриях головного мозга усиливается сопряжение процессов фосфорилирования и окисления.

В мембранах также существуют экстренные приспособительные изменения. При гипоксии диффузия газов (O2 и CO2) через мембрану может усиливаться вследствие конформационной перестройки мембранных белковых молекул и изменений свойств липидного слоя.

Эти реакции развиваются в системах, несущих наибольшую нагрузку при гипоксии, а также в системах, которые больше других страдают от дефицита кислорода. Они состоят в развитии гипертрофии и гиперплазии, благодаря чему аварийная гиперфункция получает пластическое и энергетическое обеспечение (рис. 45). В дополнение к этому еще ряд отсроченных и более продолжительных приспособительных изменений развивается на метаболическом уровне.

Гиперплазия костного мозга и усиление эритроцитопоэза — одно из наиболее эффективных приспособлений (его показателем является увеличение количества ретикулоцитов в периферической крови). Роль стимуляторов эритроцитопоэза выполняют продукты распада эритроцитов, эритропоэтины почек, а также продукт гликолиза 2,3-дифосфоглицерат (2,3-ДФГ), уровень которого в крови повышается (ретикулоциты также содержат более 2,3-ДФГ). Образуется фетальный гемоглобин, имеющий большое сродство к кислороду.

Гипертрофия митохондрий (активация их биогенеза) развивается в дополнение к экстренным компенсаторным реакциям в митохондриях, описанным выше. Она подкрепляет мощность системы энергообразования. Начальным звеном в патогенезе гипертрофии митохондрий является ослабление окислительного ресинтеза АТФ и рост количества продуктов распада макроэргов (соотношение (АДФ)+ (Фн)/(АТФ), обозначаемое как потенциал фосфорилирования, увеличивается). Это служит стимулом для генетического аппарата клетки, активация которого обусловливает активацию синтетических процессов в митохондриях и увеличение количества дыхательных ферментов (дыхательных цепей; схема 17).

Гипертрофия дыхательных мышц и миокарда обеспечивается усилением кровоснабжения этих органов за счет образования новых капилляров под действием факторов роста — тромбоцитарного и эндотелиального. Увеличивается масса легочных альвеол. В мышцах повышается уровень миоглобина, который является дополнительной кислородной емкостью и обладает антиоксидантной активностью.

Аналогичный процесс гипертрофии наблюдается в системах регуляции — в корковом веществе надпочечников, гипоталамусе и даже нейронах дыхательного центра.

Метаболические приспособительные реакции. Интенсификация бескислородного образования энергии посредством гликолиза происходит при гипоксии благодаря активации его ферментов продуктами распада АТФ.

Наблюдается активация гексозомонофосфатного шунта как пуги выработки энергии в виде соединений, восстанавливающих НАДФ до НАДФН-Н+ (донаторов H+). Кроме того, синтезируются пентозы, необходимые для синтетических и репаративных процессов (биосинтез нуклеиновых кислот, нуклеотидов, стероидов, жирных кислот), а также гипертрофии органов.

Происходит усиление глюконеогенеза (образование глюкозы из неуглеводных предшественников) вследствие активации коркового вещества надпочечников и синтеза глюкокортикоидов.

Увеличивается выработка ферментов антиоксидантной защиты (каталазы, пероксидазы, супероксидцисмутазы), простагландинов (обладающих вазоактивными свойствами), а также цитохрома P450.

Повышается экспрессия NOS, что приводит к дополнительному образованию NO, который является не только вазоактивным веществом, но и регулятором многих функций (клеточной активности, кооперации клеток крови, гемостаза и др.).

Важную роль в осуществлении приспособления к гипоксии, в развитии механизмов как экстренной, так и продолжительной адаптации играют кислородочувствительный протеиновый комплекс с функцией транскрипционной активности — гипоксия-индуцибельный фактор (ГИФ, hypoxia-inducible factor, HIF), а также металлотранскрипционный фактор (МТФ, metal transcription factor, MTF). ГИФ является основным транскрипционным регулятором генов, отвечающих реакцию млекопитающих на дефицит кислорода (см. схему 17). Он обеспечивает быстрый и адекватный ответ на гипоксию посредством привлечения генов, регулирующих митохондриальный энергетический метаболизм, вазомоторный контроль, процессы эритропоэза, ангиогенеза, гипертрофию и гиперплазию клеток и даже процесс апоптоза. Под контролем ГИФ находится синтез катехоламинов, NOS, эритропоэтина, эндотелина-1, ангиотензина II, факторов неспецифической и специфической защиты от инфекции и т. п.

Следовательно, если при длительной гипоксии гиперфункция систем транспорта кислорода является недостаточной, то изменения на тканевом и метаболическом уровнях завершают приспособительный процесс.

Из всех видов гипоксии гипоксическая гипоксия как таковая наблюдается у людей в условиях высокогорья и в эксперименте. В клинике преобладают другие виды. Естественно, что соотношение описанных приспособительных реакций будет разным. Так, в случае дыхательной или сердечной недостаточности возможности приспособления в системе внешнего дыхания или кровообращения ограничиваются. При тканевой гипоксии неэффективны приспособительные механизмы в системе транспорта кислорода.

Приведенные выше приспособительные метаболические и тканевые изменения способны обеспечить не только выживание, но и возможность активного физического и умственного труда в условиях длительной умеренной гипоксии. А это уже адаптация — экономное, устойчивое, длительное приспособление. Для анализа этих явлений изучают условия жизни жителей высокогорных районов, горных и ныряющих животных, а также экспериментальных животных, приспособившихся к гипоксии на протяжении нескольких поколений. Активация гипоталамо-гипофизарной системы и коркового вещества надпочечников играет важную роль.

Следует отметить еще некоторые важные положительные изменения, происходящие в процессе адаптации к гипоксии: повышение иммунитета, устойчивости к инфекции, радиации, инфаркту миокарда, стрессу, т. е. повышение общей неспецифической резистентности организма. Именно поэтому умеренную гипоксию, которая способствует повышению устойчивости тканей к гипоксии, используют тогда, когда необходимо стимулировать резистентность организма (спортивные тренировки, лечение хронических болезней и др.).

sunmuseum.ru

Защитно-приспособительные реакции

С умеренной гипоксией человек встречается еще во внутриутробном периоде. Периодически дефицит кислорода сопровождает человека и в повседневной жизни; он возможен во сне, при физической нагрузке, при многих заболеваниях, и в процессе эволюции живые организмы выработали достаточно мощные механизмы приспособления, направленные на поддержание биологического окисления в неблагоприятных условиях.

При действии гипоксического фактора первые изменения в организме связаны с включением реакций, направленных на сохранение гомеостаза. Если приспособительные реакции оказываются недостаточными, в организме развиваются структурно-функциональные нарушения.

Различают реакции, направленные на приспособление к кратковременной острой гипоксии (срочные реакции) и реакции, обеспечивающие устойчивое приспособление к менее выраженной, но длительно существующей или многократно повторяющейся гипоксии (реакции долговременного приспособления)

Срочные реакции осуществляются на базе имеющихся в организме физиологических механизмов и возникают немедленно или вскоре после начала действия гипоксического фактора. Снижение напряжения кислорода в артериальной крови вызывает возбуждение хеморецепторов (в первую очередь синокаротидной зоны, дуги аорты, сосудов малого круга), мощную афферентацию в ЦНС, резко выраженную активацию ретикулярной формации, усиление ее активирующего влияния на жизненно важные центры коры и ствола головного мозга, спинного мозга, активацию симпатоадреналовой системы, выброс большого количества катэхоламинов и включение механизмов мобилизации резервов — дыхательного, гемодинамического, эритропонтического, тканевого.

Реакции системы дыхания проявляются в увеличении альвеолярной вентиляции за счет углубления дыхания, учащения дыхательных экскурсий, мобилизации резервных альвеол. Возникает компенсаторная одышка. Минутный дыхательный объем может увеличиться до наибольшего своего резерва — 120 л/мин (в покое — 8 л/мин).

Увеличение вентиляции сопровождается усилением легочного кровообращения, повышением перфузионного давления в капиллярах легких и нарастание проницаемости альвеолярно-капиллярных мембран для газа. В условиях тяжелой гипоксии дыхательный центр может становиться практически реактивным по отношению к любым внешним регуляторным влияниям, как возбуждающим, так и тормозным. В критических ситуациях происходит переход на автономный максимально экономичный для нейронов дыхательного центра режим деятельности по критерию расхода энергии на единицу вентиляции. Компенсаторная гипервентиляция может вызвать гипокапнию, которая в свою очередь компенсируется обменом ионов между плазмой и эритроцитами, усиленным выведением бикарбонатов и основных фосфатов с мочой и др.

Реакции системы кровообращения выражаются в учащении сердечных сокращений, увеличении массы циркулирующей крови за счет опорожнения кровяных депо; увеличении венозного притока, ударного и минутного объема сердца, скорости кровотока; происходит перераспределение крови в организме — увеличение кровоснабжения мозга и сердца — возрастает объем коронарного и мозгового кровотока (расширение артерий и капилляров) и др. жизненно важных органов и уменьшение кровоснабжения мышц, кожи и др. (централизация кровообращения). При глубокой гипоксии сердце может подобно дыхательному центру в значительной степени освободиться от внешней регуляции и перейти на автономную деятельность. Конкретные параметры последней определяются метаболическим статусом и функциональными возможностями проводящей системы, кардиомиоцитов и других структурных компонентов сердца. Функциональная изоляция сердца в условиях тяжелой гипоксии аналогично дыхательной системе является крайней формой адаптации в критическом состоянии, способной в течение некоторого времени поддерживать необходимый для жизни коронарный и мозговой кровоток. Существенное значение имеет активность симпатоадреналовой системы, вызывающей гиперфункцию сердца, сужение артериол, шунтирование кровотока в органах со сниженной функцией (мышцы, кожа, ЖКТ и др.). Наряду с этим усиливается активность и парасимпатической системы – в миокарде повышается содержание ацетилхолина, который снижает высвобождение норадреналина из нервных окончаний сердца, уменьшает чувствительность адренорецепторов, предупреждая возникновение стрессорного перенапряжения и метаболических микрозов миокарда в условиях гипоксии.

Реакции системы крови характеризуются повышением ее кислородной емкости за счет выхода эритроцитов из синусов костного мозга, а затем и активации эритропоэза, обусловленной усиленным образованием эритропоэтических факторов в почках при их гипоксии. Большое значение имеют резервные свойства гемоглобина, позволяющие связывать почти нормальное количество кислорода при снижении его парциального давления в альвеолярном воздухе и в крови легочных сосудов. Кроме того, оксигемоглобин способен отдавать тканям большое количество кислорода даже при умеренном снижении напряжения кислорода в тканевой жидкости, чему способствует развивающийся в тканях ацидоз, т.к. при повышении концентрации водородных ионов оксигемоглобин легче отщепляет кислород. Приспособительное значение имеет и увеличение в мышечных органах миоглобина, который также обладает способностью связывать кислород даже при низком его напряжении в крови. Образующийся оксимеоглобин служит резервом кислорода, который способствует поддержанию окислительных процессов.

Тканевые механизмы реализуются на уровне системы утилизации кислорода, синтеза макроэргов и их расходования. Это ограничение активности, а следовательно энергозатраты и потребление кислорода органов и тканей, непосредственно не участвующих в обеспечении транспорта кислорода (пищеварительная, выделительная и др.), увеличение сопряженности окисления и фосфорилирования, усиление анаэробного синтеза АТФ за счет активации гликолиза. Активация гликолиза – важный компенсаторно-приспособительный механизм на молекулярно-клеточном уровне, который происходит «автоматически» во всех случаях гипоксии. Важной приспособительной реакцией является также возбуждение гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы (стресс — синдром) и усиление выделения кортикотропина, глюкокортикоидов и адреналина. Глюкокортикоиды стабилизируют мембрану лизосом, снижают, тем самым, повреждающее действие гипоксического фактора, повышая устойчивость тканей к недостатка кислорода. Одновременно глюкокортикоиды активируют некоторые ферменты дыхательной цепи и способствуют ряду других метаболических эффектов приспособительного характера. В тканях обнаружено повышенное содержание глютациона, ткани в большей степени поглощают кислород из притекающей крови. Кроме того, в различных тканях увеличивается продукция оксидоазота, что ведет к расширению прикапиллярных сосудов, снижению адгезии и агрегации тромбоцитов, активации синтеза, стресс-белков, которые вначале защищают клетки от повреждения.

Общая регуляция деятельности систем организма, обеспечивающих приспособление его при гипоксии совершается центральной нервной системой и прежде всего корой больших полушарий. Центральная нервная система не только обеспечивает координацию функций систем организма, снабжающих органы и ткани кислородом, но и сама обладает собственным механизмом приспособления к действию неблагоприятных условий среды – охранительным торможениям. Общая заторможенность, вялость, апатия, возникающие при нарастании кислородного голодания – следствие запредельного торможения, развивающегося в коре головного мозга, имеющая охранительно-целебное значение. искусственное усиление этого торможения при помощи наркотических средств оказывает благоприятное влияние на течение кислородного голодания.

studfiles.net