Глава 11. ГИПОКСИЯ

В крови кислород растворен в плазме и входит в состав оксигемоглобина. Чем выше в крови напряжение свободного кислорода, тем больше химически связывается он с гемоглобином. Соединение кислорода с гемоглобином это своеобразный химический процесс, получивший название оксигенации.

При оптимальных условиях рН, температуры, электролитного баланса и др. 1 г гемоглобина связывает 1,34-1,36 мл О₂. Эта величина получила название константы Хюфнера. Количество миллилитров кислорода, способное связаться гемоглобином в 100 мл крови, назы

вается кислородной емкостью крови. Таким образом, кислородная емкость крови определяется количеством в ней активного гемоглобина. Учитывая, что в среднем количество гемоглобина в артериальной крови равно 14-15 %, кислородная емкость ее составляет 19-21 об. %, т.е. гемоглобин 100 мл артериальной крови способен связать 19-21 мл

О2.

Учитывая, что в норме артериальная кровь насыщена О₂ на 95-97 %, введено понятие насыщения крови кислородом, выражаемое в процентах.

Между парциальным давлением кислорода в плазме и процентом оксигемоглобина (% НвО₂) существует определенная зависимость, которая Баркрофтом была представлена графически в виде кривой диссоциации оксигемоглобина (рис. 11.1). Изменение кривой в системе координат называется сдвигом кривой диссоциации, что наиболее наглядно выступает при различных видах гипоксии.

Сравнительно пологий ход кривой при снижении парциального давления кислорода до 50—60 мм рт. ст. свидетельствует о достаточно интенсивном образовании оксигемоглобина, даже при небольшом содержании кислорода в окружающем воздухе.

Рис.

Наоборот, резкое снижение нижней части кривой диссоциации оксигемоглобина свидетельствует об интенсивной отдаче кислорода тканям, даже при небольшом содержании его в крови.

Степень насыщения зависит не только от парциального давления кислорода в окружающей среде и альвеолярном воздухе, но и от рН среды, температуры, электролитов, рСО₂, концентрации гемоглобина, содержания карбоангидразы, витамина С и патологических процессов в организме. Как показывают исследования, снижение рН и повышение температуры облегчают отдачу кислорода тканям. Особенно большое значение придается содержанию в эритроцитах органического фосфата - 2,3 дифосфоглицерата. Именно ацидоз и гипоксия повышают содержание 2,3 дифосфоглицерата, что способствует лучшей отдаче оксигемо глобином кислорода и в тканях. В условиях гипоксии наряду с облегчением отдачи кислорода в тканях способность его связываться с гемоглобином в легких снижается.

При понижении рН крови легких вследствие гипервентиляции оксигенация улучшается.

Поступление кислорода к тканям определяется диффузией, но ее эффективность зависит от величины градиента диффузии на разных участках транспорта кислорода. Отсюда, важно знать их нормальные величины. Они представлены на рисунке 11.2 как ступени-каскады (В.Б. Малкин, Е.Б. Гиппенрейтер).

Так, в окружающем воздухе на уровне моря парциальное давление кислорода (рО₂) равно 150-160 мм рт. ст., в альвеолах - 113-115 мм рт. ст., в артериальной крови - 90-95, в капиллярах, - 85-90 мм рт. ст., в клетках - 80 мм рт. ст., в венозной крови - 50 мм рт. ст.

Жизнедеятельность клеток может осуществляться при снижении рО₂ в окружающей их среде только до определенной величины, при которой еще сохраняется дыхание. Эта величина получила название критической концентрации кислорода или критического парциального давления кислорода внутри клеток.

Для клеток головного мозга критическая концентрация кислорода равна 2-6 мм рт. ст. (Е.А. Коваленко, Л.Н. Гринберг, В.Б. Малкин, Е.Б. Гиппенрейтер).

Рис. 11.2. Диффузные градиенты рО₂, на разных этапах транспорта О₂, в организме в норме (1) и на высоте 5000 м (2)

а - исходной уровень; б- бронхи; в- артериальная кровь; д- капилляры; е- клетки; ж- венозная кровь. Пунктиром обозначены границы колебаний рО₂

Всякое усиление дыхания или, что-то же самое, увеличение транспорта электронов в дыхательной цепи ферментов повышают критическую концентрацию кислорода в митохондриях клеток. Отсюда полагают, что клетки с повышенной резистентностью к кислородному голоданию должны иметь и меньшие величины критической концентрации кислорода и критическое парциальное давление его. Критическая концентрация кислорода не является величиной постоянной. Она меняется в соответствии с метаболической активностью клетки. Усиление, например, дыхания, повышает и критическое парциальное давление кислорода, наоборот, по мнению Е.А. Коваленко и Л.Н. Гринберг, повышение устойчивости к гипоксии во многом связано со снижением критической концентрации кислорода в клетках.

Основное назначение кислорода заключается в использовании его тканями в процессе тканевого дыхания. При недостатке его в тканях формируется типовой патологический процесс, получивший название гипоксии.

Гипоксия - типовой процесс, возникающий при недостаточном снабжении тканей кислородом или нарушении его утилизации в процессе биологического окисления.

В доставке кислорода тканям принимают участие легкие, кровь, сердечно-сосудистая система. Дефицит кислорода может возникнуть на различных этапах его поступления и использования, а также при уменьшении содержания в окружающем человека воздухе.

Учитывая это, И.Р. Петров предложил разделить гипоксии на две основные группы: гипоксию вследствие недостатка кислорода во вдыхаемом воздухе, гипоксию при патологических процессах. Кроме того, тканевая гипоксия подразделяется как первичная и вторичная. При вторичной снижается рО₂ в тканях ниже критического уровня. При первичной поражаются митохондрии, и они не способны утилизировать кислород.

Наконец, некоторые авторы выделяют так называемую субстратную гипоксию. Например, когда при дефиците глюкозы в мозге не усваивается кислород.

Целесообразно также выделять и физиологическую гипоксию. Кислородное голодание наблюдается у человека и животных вследствие многих физиологических процессов. Физиологическая гипоксия наблюдается после тяжелой физической работы, больших физических нагрузок у спортсменов, гипоксия матери и плода, а также по мере старения организма. При старении имеет место неадекватное кислородное снабжение и поэтому уровень тканевого кислорода снижается. Даже небольшая степень гипоксии в пожилом возрасте вызывает включение компенсаторных механизмов, но последние оказываются недостаточно эффективными для поддержания кислородного снабжения, что приводит к снижению парциального давления О₂ в тканях (рО₂).

Исследования показывают, что при дыхании газовой смесью, обедненной кислородом, парциальное давление его в ткани пожилых снижается более существенно (рис. 11.3).

Поэтому при работе даже небольшой интенсивности у пожилых людей величина кислородного долга втрое выше, чем у молодых людей.

Физиологическая гипоксия имеет адаптивное значение для организма, ибо является важной причиной ограничения интенсивности двигательной активности или полностью прекращает ее.

Считают, что искусственное подавление гипоксии, например, с помощью допинга у спортсменов, может привести к летальному исходу. Кроме того, физиологическая гипоксия повышает устойчивость организма, подготавливая последний к качественно новому этапу существования.

Гипоксия при понижении парциального давления кислорода в окружающей среде наблюдается в условиях высокогорья при декомпрессионной болезни у летчиков, космонавтов, а также при работах в шахтах, шахтных колодцах, неполадках системы кислородообеспечения. Это сопровождается снижением парциального давления кислорода в окружающей среде, альвеолах легких, ухудшением оксигенации крови, гипоксемией и, в конечном итоге, гипоксией.

Рис. 11.3 Уровень рО₂ в подкожной клетчатке у людей молодого (а), пожилого (б) и старческого (в) возраста при дыхании газовой смесью с 12,5 % кислорода (О.В. Коркушко, Л.А. Иванов)

Гипоксия при патологических процессах подразделяется по этиологии и патогенезу на 5 основных форм:

1. Гипоксическая (дыхательная) гипоксия возникает при затруднении проникновения кислорода в кровь через дыхательные пути и при расстройствах дыхания.

2. Гемическая (кровяная) гипоксия связана с количественными (анемии) и качественными (карбоксигемоглобин, метгемоглобин) изменениями гемоглобина.

3. Циркуляторная гипоксии обусловлена общими (сердечная и сосудистая недостаточность, цирроз печени) и местными (ишемия, венозная гиперемия) расстройствами кровообращения.

4. Тканевая (гистотоксическая) гипоксия наблюдается при неспособности клеток утилизировать кислород в результате поражения ферментов тканевого дыхания (отравление алкоголем, цианидами, авитаминозах и др.) или мембран клеток (гипероксическая гипоксия, в результате токсического действия кислорода при гипербарической оксигенации).

5. Смешанная гипоксия - в условиях патологии это наиболее распространенная форма гипоксии, представляющая собой сочетание двух и более типов гипоксии (например, при шоке, кровопотере, коме и др.). В клинических условиях гипоксия обычно носит смешанный характер.

Основу приведенной классификации составляет выделение ключевых этапов в переносе кислорода от атмосферы к тканям и его утилизации.

До продолжительности гипоксии классифицируются на острые (продолжительностью десятки минут), подострые (в течение часов и дней) и хронические (в течение месяцев и лет).

Рассмотрим наиболее важные формы гипоксии в условиях патологии.