Основные вопросы физиологии

Недостаточность внутреннего дыхания

В патогенезе внутреннего дыхания выделяют нарушения:

1) транспорта кислорода из легких в ткани;

2) транспорта углекислоты из тканей в легкие;

3) усвоение кислорода тканями (тканевое дыхание).

Нарушения транспорта кислорода из легких в ткани во многом зависят от скорости обращения и состава крови и прежде всего от количества и качества гемоглобина. Обычно 1 г гемоглобина, превращаясь в оксигемоглобин, способен связывать 1,34 мл кислорода. При содержании в 100 мл крови животных 15--17 г гемоглобина кислородная емкость 100 мл крови будет около 20--23 мл. Содержание гемоглобина в крови бывает уменьшено после больших кровопотерь, а также при снижении кроветворной функции костного мозга; все это вызывает гипоксию. Если уменьшение количества гемоглобина в крови животного происходит медленно, то организм успевает приспособиться к данному изменению путем учащения и углубления дыхания, ускорения кровообращения, а в последующем и повышения активности гемопоэза.

Отравление организма окисью углерода (CO) резко нарушает доставку кислорода от легких к тканям. Механизм нарушения транспорта кислорода при этом таков: окись углерода более чем в 30 раз легче вступает в соединение с гемоглобином, чем кислород, поэтому она вытесняет его из соединения с гемоглобином. Образующийся карбоксигемоглобин значительно устойчивее оксигемоглобина, вследствие этого в альвеолах легких не происходит усвоения атмосферного кислорода кровью, а в тканях карбоксигемоглобин не отдает кислород. Наступающая в таком случае гипоксия тканей очень стойкая и нередко ведет к смертельному исходу.

Выделение кровью окиси углерода во время вентиляции легких происходит очень медленно, и полное освобождение возможно только при легких случаях отравления. Стимулировать выделение CO из организма в некоторой степени можно путем вдыхания кислорода с примесью углекислоты (для возбуждения активности дыхательного центра). При оказании помощи больным используют инъекции метиленовой сини, которая ускоряет диссоциацию карбоксигемоглобина на CO и гемоглобин, вновь обретающий возможность связываться с кислородом.

Отравление ядами, действующими на кровь (бертолетова соль, фенилгидрозин, бензол, мышьяковистые соединения), нарушает транспорт кислорода к тканям. В этом случае гемоглобин превращается в метгемоглобин, который связывает вдвое меньше кислорода, но образует с ним более прочное соединение, чем в оксигемоглобине, что ведет к уменьшению перехода кислорода из крови к клеткам и развитию гипоксии.

Снижение температуры тела ускоряет насыщение гемоглобина кислородом, но в этих условиях диссоциация оксигемоглобина в тканях происходит труднее, что вызывает их гипоксию. Аналогичные последствия отмечают при гиповентиляции легких в условиях высокогорья, когда газовый алкалоз и гипокапния ухудшают диссоциацию оксигемоглобина, чем затрудняют использование Од тканями.

Повышение температуры крови (перегревание или лихорадка) сдвигает кривую диссоциации гемоглобина вправо, и он недостаточно насыщается кислородом. Сдвиги рН крови в кислую сторону (ацидоз) затрудняют оксигенацию гемоглобина в легких, вызывают недонасыщение артериальной крови кислородом даже при достаточном парциальном его давлении в альвеолах.

Нарушения транспорта углекислоты из тканей в легкие. Один из конечных продуктов тканевого метаболизма -- углекислый газ удаляется из организма с помощью дыхания. Значительная часть его транспортируется кровью в виде бикарбонатов плазмы и в эритроцитах. Изменение количества CO а в артериальной крови вызывает изменение ее рН. Уменьшение количества гемоглобина в крови (анемия) нарушает не только доставку кислорода тканям, но одновременно сильно затрудняет выведение углекислого газа из тканей в легкие. Емкость крови по отношению к CO₂ заметно снижается при уменьшении содержания бикарбонатов в эритроцитах. В данном случае транспорт CO₂ из тканей в легкие снижается, развивается гиперкапния.

Гиперкапния -- увеличение парциального давления CO₂ в артериальной крови. Возникает она при альвеолярной гиповентиляции, избытке ацетоновых тел при кетозах или диабете, злокачественных опухолях. Гиперкапния вызывает сдвиг рН крови в кислую сторону, что в фазу декомпенсации ацидоза может вызвать кому.

Гипокапния -- снижение парциального давления CO₂ в артериальной крови. Вызывается она чаще всего гипервентиляцией легких (горная болезнь), а также потерей ионов хлора вследствие обильной рвоты, поноса; может возникнуть и при действии высокой температуры и влажности. Острая гипокапния обусловливает газовый алкалоз с понижением, парциального давления CO₂ артериальной крови, значительное снижение количества бикарбонатов (до нуля), и сдвиг рН в сторону алкалоза, который в фазу декомпенсации может вызвать тетанию.

Нарушения тканевого дыхания. Усвоение тканями кислорода составляет сущность тканевого дыхания. Оно необходимо для обеспечения нормальной жизнедеятельности и функциональной активности клеток. Процесс тканевого дыхания осуществляется транспортом кислорода к клеткам органов и своевременным удалением конечных продуктов обмена веществ из тканей. Он складывается из диффузии кислорода из капилляров в клетки через клеточные мембраны с последующим усвоением кислорода с помощью окислительно-восстановительных ферментов.

Нарушение тканевого дыхания может возникнуть под действием экзогенных и эндогенных факторов. Экзогенными факторами могут быть: недостаточное количество доставляемого кровью кислорода; действие токсических веществ, поступивших извне, например фосфора, цианистых соединений, средств для наркоза; токсины микроорганизмов. Механизм действия этих факторов неодинаков. Некоторые вещества угнетают окислительные процессы в тканях, соединяясь с кислородом (фосфор), другие блокируют дыхательные ферменты в клетках (цианистые соединения, сероводород угнетают цитохромоксидазы). Активность клеточных энзимов снижается при ряде гипоавитаминозов (гипоавитаминоз B1, В2, РР и др.). Из эндогенных факторов можно выделить гипофункцию щитовидной железы, которая вызывает снижение окислительных процессов в тканях, функции гипофиза и половых желез.

Тканевое дыхание активируется под действием адреналина, инсулина и других гормонов. Сердечная недостаточность, злокачественные опухоли, трофические нарушения нервной системы также могут вызвать изменение тканевого дыхания.

Кислородное голодание тканей (гипоксия) -- состояние, которое довольно часто возникает в больном организме в результате нарушения транспорта .кислорода от легких к тканям. Выделяют несколько разновидностей гипоксий.

1. Высотная гипоксия за счет снижения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе. Встречается при горной и высотной болезнях.

2. Гипоксия в результате альвеолярной гиповентиляции. Причинами ее могут быть или паралич дыхательной мускулатуры, или аномалии в легких. Паралич дыхательной мускулатуры может наступить вследствие поражения или угнетения дыхательного центра ядовитыми веществами (морфин, наркотики, микробные токсины), поражения проводящих путей спинного мозга, паралича собственно дыхательной мускулатуры (миозиты, отравление кураре, столбняк и др.). Аномалии дыхательного аппарата: деформация грудной клетки и скелета; уменьшение объема легких при их ателектазе, гидротораксе; уменьшение дыхательной емкости легких вследствие воспалительных процессов в них (туберкулез, пневмония); увеличенное сопротивление движению воздуха по дыхательным путям (отек и паралич гортани, опухоли, бронхиты). При этом типе гипоксии содержание, парциальное давление кислорода и насыщение им крови значительно снижены. Поскольку гиповентиляция влечет за собой еще и накопление в крови углекислого газа (гиперкапния), то эта форма гипоксии сопровождается асфиксией.

3. Гипоксия, вызванная нарушением соответствия вентиляции -- перфузии легких. Наблюдают при большинстве заболеваний легких (бронхиты, бронхопневмонии, эмфиземы, отек).

4. Гипоксия, вызванная уменьшением площади диффузии кислорода в легких. Уменьшение активной поверхности легочных альвеол и уплотнение их стенок, затрудняющие диффузию кислорода, отмечаются при ряде опухолей, например при лейкозе, фиброзе, а также при отравлении бериллием. При этом типе гипоксии содержание CO2 в артериальной крови не увеличено, так как углекислый газ в несколько раз быстрее диффундирует, чем кислород. Имеющаяся гипервентиляция альвеол при этом снижает концентрацию CO2 в артериальной крови даже ниже нормы.

5. Гипоксия, возникающая при наличии венозно-артериальных шунтов. Отмечают при сердечных врожденных аномалиях, когда в силу дефектов сердечных перегородок между правым и левым предсердиями или между крупными венозными и артериальными сосудами большое количество венозной крови, не проходя через капиллярную сеть легких и не обогащаясь кислородом, попадает сразу в большой круг кровообращения. Аналогичное явление наблюдают, если в легких окажутся участки с хорошей перфузией крови, но с недостаточной вентиляцией.

6. Гипоксия, вызванная снижением количества функционально активного гемоглобина в крови (анемическая гипоксия). Возникает при снижении кислородной емкости легких после обильных потерь крови, при снижении концентрации в ней гемоглобина, при голодании, недостатке цианкобаламина, дефиците железа, а также вследствие потери гемоглобином свойства связывать и транспортировать кислород воздуха из легких в ткани (образование карбоксигемоглобина или метгемоглобина).

7. Гипоксия ишемическая (циркулярная, застойная) встречается при общей сердечной недостаточности или локальном нарушении кровообращения (тромбоз, эмболия, спазм, сжатие сосудов), при нарушении функции сосудодвигательных нервов, венозной гиперемии или местной анемии. При ишемической гипоксии альвеолярная вентиляция, диффузия кислорода в легких, парциальное давление кислорода и углекислого газа в артериальной крови нормальные. Но венозная кровь, которая течет от тканей, очень бедна кислородом и чрезвычайно насыщена углекислым газом. Следовательно, ткани в этом случае находятся в состоянии одновременно и гипоксии, и гиперкапнии, то есть в состоянии асфиксии.

8. Гипоксия в результате тканевого отека. Увеличение объема межклеточной жидкости при различных типах отеков уменьшает давление кислорода на уровне клеток. В этом случае для насыщения кислородом клеток и увеличенного количества межклеточной жидкости требуется доставка большего количества кислорода, чем обычно. Клетки тканей в таком случае испытывают состояние гипоксии.

9. Гистотоксическая (тканевая) гипоксия возникает, если ткани утрачивают способность использовать поступающий кислород при нормальной его транспортировке (отравление фосфором, цианидами, наркоз).

10. Гипоксия как следствие чрезмерного использования кислорода. Наблюдают при интенсивных мышечных движениях вследствие усиленной выработки в мышцах веществ, требующих дополнительного количества кислорода на их окисление, что приводит к уменьшению содержания кислорода в венозной крови.

Фактически в организме нередко встречаются 2--3 и больше типов гипоксий одновременно, например смешанный тип гипоксии при травматическом шоке, отравлениях. Выделяют острое и хроническое течения гипоксии. При хроническом течении более четко проявляется действие приспособительных механизмов (учащенное дыхание, эритроцитоз).

Животные разных видов неодинаково реагируют на гипоксию. Высокоорганизованные животные более чувствительны к кислородному голоданию, чем низкоорганизованные; взрослые более реактивны, чем молодые (новорожденные). Неодинаково влияет гипоксия на органы и ткани. Более дифференцированная ткань менее устойчива к кислородному голоданию. Например, действие гипоксии сильнее сказывается на функции центральной нервной системы (продолговатый мозг и кора головного мозга), сердца, секреторных органов. Менее чувствительны к гипоксии поперечнополосатые мышцы, соединительная ткань, хрящи, кости. Однако длительная гипоксия приводит к разрастанию соединительной ткани и жировой инфильтрации органов.

Центральная нервная система является одним из главных потребителей кислорода. В нормальных условиях она использует около 18% всего кислорода. При полном прекращении поступления кислорода в головной мозг уже через 3--4 мин в коре головного мозга и мозжечке возникают очаги некроза. Через 15--20 мин начинают погибать клетки продолговатого мозга.

Первыми признаками декомпенсации при гипоксии являются нарушения функции продолговатого мозга: замедление сердечной деятельности и дыхания, падение кровяного давления вследствие вазодилатации. Нарушение функций головного мозга обнаруживают на электроэнцефалограмме в виде замедления ритма, вплоть до полного исчезновения следов функциональной активности мозга. Кислородная недостаточность головного мозга клинически выражается вначале возбуждением, которое затем сменяется глубоким торможением, проявляющимся сонливостью, нарушением координации движения и двигательной функции.

Цианоз -- синюшный цвет слизистых и кожных покровов при гипоксии, вызывается присутствием в капиллярах кожи и слизистых оболочек более 5% неокисленного (восстановленного) гемоглобина, имеющего вишнево-синий цвет, что соответствует приблизительно 80% насыщения крови кислородом (в среднем). При цианозе цвет кожи и слизистых зависит также от количества крови в капиллярах, толщины и пигментации данного участка. Наиболее выражен цианоз при гемодинамическом (застойном) типе гипоксии, менее -- на кожных и слизистых покровах органов, находящихся в состоянии ишемической гипоксии. При гипоксиях анемического и гистотоксического типов цианоз не проявляется.

Изменение метаболизма. Гуморальные изменения при гипоксии включают повышение вязкости крови из-за повышенного выделения влаги во время вентиляции. Заметно выражено увеличение числа ретикулоцитов, как следствие усиленного эритропоэза в костном мозге. Может быть, повышенное содержание гемоглобина в единице объема крови.

При недостатке кислорода отмечается сдвиг метаболизма глюкозы в сторону анаэробного типа, что приводит к большому расходу глюкозы, так как в условиях анаэробного распада на выработку такого же количества энергии требуется в 19 раз больше глюкозы, чем в норме. В этих условиях распад глюкозы неполный и останавливается на стадии молочной кислоты, что влечет за собой снижение щелочного резерва, а затем и развитие ацидоза в организме.

Гипоксия вызывает нарушение процесса дезаминирования азотистых продуктов в организме, что приводит к увеличению остаточного и аминного азота в крови. Существенно меняется процесс окисления жиров. Вследствие недостатка кислорода обмен жиров останавливается на стадии ацетона, ацетоуксусной и 3-оксимасляной кислот. Содержание данных веществ в крови и моче животного увеличивается, развивается состояние ацетонемии. Нарастает содержание молочной кислоты в тканях и крови, ацидоз становится еще более глубоким. Клеточная аноксия сопровождается проникновением воды и ионов натрия внутрь клеток и выделением из них ионов калия. Сократительная, секреторная и чувствительная функции клеток в условиях гипоксии нарушаются.

Влияние гипоксии на сердечно-сосудистую систему. Гипоксия тканей вызывает расширение капилляров с замедлением местного тока крови. При этом проницаемость капилляров оказывается повышенной, что позволяет выходить белкам плазмы крови в межклеточную жидкость и обусловливает уменьшение общей массы крови и гипо-протеинемию плазмы. Тахикардия вызывается прямым действием гипоксии на бульбарный дыхательный центр. Миокард также очень чувствителен к гипоксии. Функциональное нарушение его проявляется на электрокардиограмме в виде уплощения или извращения зубца Т. Коронарное кровообращение в условиях гипоксии относительно улучшается при расширении коронарных сосудов.

Влияние гипоксии на функцию почек. Клубочковая фильтрация почек уменьшается в результате сужения артериальных сосудов почек и соответствующего уменьшения тока крови по ним. Реабсорб-ция в канальцах тоже нарушается вследствие изменения функции канальцевого эпителия, в то время как организм, находящийся в состоянии ацидоза, нуждается в усиленном выделении ионов водорода (Н+).

Компенсаторные приспособления при гипоксии. Организм отвечает на возникшую гипоксию рядомрегуляторных приспособлений. Это прежде всего рефлекторное усиление дыхания и кровообращения, а при длительном течении гипоксии -- увеличение транспорта кислорода и изменение тканевого дыхания.

Компенсация дыхания происходит за счет увеличения легочной вентиляции. Это осуществляется путем рефлекторного возбуждения дыхательного центра; раздражителем рефлексогенных зон сосудистого русла является недостаток кислорода и избыток углекислого газа в крови. Углубленное и учащенное дыхание при одышке способствует увеличению дыхательной поверхности легких в результате вовлечения в действие резервных альвеол.

Компенсация гемодинамическая возникает рефлекторно и осуществляется за счет повышения минутного объема крови, проходящей через сердце, в силу увеличения систолического объема сердца и учащения сердечных сокращений, а также вследствие повышения кровяного давления и скорости кровотока. Во время гипоксии происходит перераспределение крови в кровеносных сосудах организма. Например, во время инспираторной одышки возрастает присасывательное действие грудной клетки на кровь, находящуюся в венах. Под энергичным движением диафрагмы быстрее вытесняется кровь от брюшных органов, что усиливает приток крови к сердцу и головному мозгу. Увеличение минутного объема крови компенсирует нарушение газообмена.

Компенсация гематогенного характера. Гипоксия является активным раздражителем кровяных, депо и органов кроветворения. В начальном периоде гипоксии отмечается относительный эритроцитоз -- увеличение количества эритроцитов в периферической крови вследствие их мобилизации из кровяных депо (селезенка, костный мозг, сосуды кожи). При хроническом течении гипоксия -- сильный стимулятор эритропоэза в костном мозге, в результате чего развивается абсолютный эритроцитоз. Последний улучшает транспорт кислорода из легких в ткани, чем помогает компенсировать неблагоприятное воздействие гипоксии на организм.

Компенсаторным фактором является способность гемоглобина крови связывать почти нормальное количество кислорода даже при значительном уменьшении напряжения его в крови. В условиях гипоксии и вызванного ею ацидоза усиливается диссоциация оксигемоглобина на кислород и гемоглобин, что также содействует компенсации неблагоприятных воздействий гипоксии.

Компенсаторные изменения в клетках и тканях. В условиях гипоксии ткани более активно поглощают кислород из притекающей к ним крови. В клетках видоизменяется характер обмена веществ в сторону преобладания анаэробного распада глюкозы.

Приспособительные реакции организма во многих случаях могут полностью компенсировать неблагоприятное влияние гипоксии на организм. Животные способны адаптироваться к частичному недостатку кислорода на высокогорье. Нередко полностью компенсируются гипоксии при эмфиземе легких, а также некоторых врожденных и приобретенных пороках сердца. Но если приспособительные механизмы не могут компенсировать вредное воздействие гипоксии, наступает паралич дыхательного центра.

Размещено на Allbest.ru