Термин гипоксия происходит от греческого hypo - мало, ниже и от латинского oxygenium - кислород (О2).
Гипоксия или кислородное голодание рассматривается как типовой патологический процесс, который возникает в результате снижения содержания или использования О2 в тканях, а также в результате чрезмерной нагрузки (когда возросшего количества О2 не хватает для обеспечения еще более возросших потребностей тканей организма).
Термин гипоксия введен в научную литературу Виггерсом в 1941 г. вместо использовавшегося термина аноксемия (отсутствие кислорода в крови), введенного Журданэ в 1863 г., условно обозначающего отсутствие кислорода в тканях, что фактически не бывает при жизни организма как целого.
У одноклеточных организмов гипоксия развивается из-за недостатка кислорода в воздухе или другой среде обитания или из-за нарушения самого биохимического процесса дыхания. У многоклеточных к этому добавляются еще нарушения систем доставки О2 (легких, кровообращения, кроветворения, связи с Нв) и расстройства аэробных (окислительных) процессов. Это, как правило, сопровождается активацией процессов гликолиза, а также уменьшением активности пентозофосфатного цикла и окислительного фосфорилирования.
18.2 Классификация гипоксий
Начальник кафедры общей и экспериментальной патологии Медико-хирургической академии академик В. В. Пашутин еще в конце XIX предложил выделять 2 типа кислородного голодания: 1) экзогенное (в результате уменьшения рО2 во вдыхаемом воздухе) и 2) эндогенное (в результате нарушения доставки О2 тканям).
Ученик и преемник В. В. Пашутина - профессор П. М. Альбицкий в 1905 году причиной развития кислородного голодания, наряду со снижением доставки О2 тканям, назвал еще нарушение процессов утилизации О2 тканями.
Согласно этиопатогенетической классификации Дж. Баркрофта, предложенной в 1922 г. и базировавшейся на изменении количества и качества гемоглобина (Нb), являющегося основным переносчиком О2, гипоксия (аноксия) может быть: аноксической (возникает вследствие недостаточной оксигенации Нb из-за снижения рО2 во вдыхаемом воздухе, альвеолярном воздухе и в артериальной крови); анемической (возникает в результате уменьшения количества Нb, либо способности его переносить О2 ); циркуляторной (возникает вследствие нарушения циркуляции крови по сосудам).
Термин гистотоксическая гипоксия (тканевая гипоксия) предложен в 1922 г. М.Питерсом и Ван Слайком, а также П.М.Альбицким для обозначения гипоксии, вызванной повреждением дыхательных ферментов, ответственных за утилизацию О2 клетками организма.
По предложению профессора (в последующем академика АМН СССР) Н.Н.Сиротинина на международной конференции по гипоксии, проходившей в Киеве в 1949 году, выделены следующие типы гипоксии: 1) гипоксический (в результате понижения рО2 во вдыхаемом воздухе), 2) респираторный (вследствие расстройств внешнего дыхания), 3) гипоксия в результате нарушения дыхательной функции крови (анемический тип – из-за уменьшения количества гемоглобина в крови, гемический тип – из-за инактивации гемоглобина), 4) циркуляторный (ишемический тип – из-за затруднения притока крови и застойный тип – из-за нарушения венозного оттока крови).
Согласно международной классификации выделяется:
гипоксическая гипоксия (развивается вследствие недостаточности О2 в окружающей среде – воздухе и в результате нарушения внешнего дыхания);
анемическая (гемическая) гипоксия (связана с уменьшением количества Нв, обусловленного кровопотерей, развитием аутоиммунной анемии, уменьшением эритропоэза, нарушением качества Hb, в частности, образованием MetHb);
застойная гипоксия (при недостаточности сердечно-сосудистой системы);
гистотоксическая гипоксия (при нарушениях ферментных систем, ответственных за процессы окисления и окислительного фосфорилирования).
Начальник кафедры патологической физиологии Военно-медицинской академии профессор (в последующем академик АМН СССР) И.Р. Петров предложил следующую классификацию гипоксии.
I. Гипоксия в результате понижения рО2 во вдыхаемом воздухе
(или гипоксический тип).
II. Гипоксия, при патологических процессах:
1) дыхательный (респираторный) тип,
2) циркуляторный (застойный или ишемический) тип,
3) кровяной (анемический или гемический) тип,
4) тканевой тип (из-за угнетения дыхательных ферментов),
5) смешанный тип
На всесоюзной конференции по специальной и клинической физиологии в 1979 году А.З. Колчинская и Н.Н. Сиротинин предложили следующую классификацию гипоксических состояний:
I. Гипоксия, вызванная возмущающими воздействиями на входе системы дыхания:
1) гипоксический тип (снижение рО2 в воздухе)
2) гипероксический тип (повышение рО2 в воздухе)
3) гипербарический тип (резкое увеличение барометрического давления)
II. Гипоксия, вызванная возмущениями в отдельных звеньях системы дыхания:
1) респираторный тип (патология органов дыхания);
2) циркуляторный тип (патология сердечно-сосудистой системы, нарушения сердечной деятельности и циркуляции крови);
3) гемический тип (патология крови, снижение ее кислородной емкости, способности гемоглобина переносить кислород);
4) цитотоксический или тканевой тип (поражение клеточного аппарата дыхания цитотоксическими веществами), который может быть в виде: либо первичной, либо вторичной тканевой гипоксии.
III. Гиперметаболическая гипоксия или гипоксия нагрузки (повышение скорости потребления О2 и продукции СО2 клеточно-тканевыми структурами, превышающих возможности по обеспечению их кислородом и по выведению ими углекислого газа, например, при чрезмерной функциональной нагрузке, в том числе при избыточной мышечной деятельности).
В настоящее время в зависимости от особенностей течения выделяют также следующие виды гипоксий:
1.По характеру развития гипоксия бывает:
-скрытой,
-компенсированной,
-некомпенсированной (декомпенсированной).
2. По скорости развития выделяют гипоксию:
-молниеносную (секунды, например при обморочной форме высотной болезни, при разгерметизации летательного аппарата (особенно космического) на высоте выше 19 км и т.д.);
-острую (минуты; например при коллаптоидной форме высотной болезни, при острой массивной кровопотере, при удушении или асфиксии;
-подострую (часы и дни; при непродолжительном пребывании в условиях высокогорья, при острой пневмонии, острой сердечной или дыхательной недостаточности и т.д.);
-хроническую (недели, месяцы и даже годы и десятилетия; при длительном пребывании в условиях высокогорья, при хронической анемии хронической сердечной, сердечно-сосудистой и дыхательной недостаточности и т.д.).
3. По степени тяжести (в зависимости от рО2 в артериальной крови) гипоксия бывает: легкой, средней тяжести, тяжелой и крайне тяжелой. При этих степенях гипоксии рО2 в артериальной крови соответственно равно: 60-50,
50-40, 40-20 и менее 20 мм рт.ст.
4. По распространенности (объему) гипоксия может быть:
локальной и распространенной (генерализованной).
18.3 Общий патогенез гипоксии
В основе любого вида гипоксии лежит абсолютная или относительная недостаточность процессов биологического окисления в клетках и внеклеточных структурах организма.
Гипоксия возникает в результате нарушения функциональной системы поддержания оптимального газового состава (рО2, рСО2) и рН внутри и вне клеток. Газовый состав в организме нарушается, чаще всего, в результате расстройств доставки О2 к тканям. Наибольшее значение в этом принадлежит расстройствам функции дыхательной, сердечно-сосудистой систем, системы крови, либо их различным сочетаниям.
Кроме того, гипоксия может развиваться в результате:
- дефицита субстратов окисления;
- угнетения или разобщения процессов окисления и фосфорилирования;
- чрезмерной активации процессов анаэробного гликолиза.
Основное звено патогенеза гипоксии – недостаточность процессов биологического окисления О2 в тканях, приводящая к расстройству энергетического и пластического обмена в тканях. Эти нарушения сопровождаются накоплением продуктов неполного окисления, развитием ацидоза, протеолиза, повреждением лиозосом, аутолизом клеток.
Дефицит О2 сопровождается снижением ресинтеза АТФ в митохондриях, возникновением дефицита макроэргических соединений в клетках, характеризуется недостатком энергообеспечения различных метаболических, структурных и физиологических процессов в организме. При этом уменьшается не только окислительное фосфорилирование, но и свободное окисление (в силу чего уменьшаются основной обмен, теплопродукция и другие функции), активизируются анаэробные процессы, накапливаются недоокисленные метаболиты в биосредах организма.
На фоне дефицита АТФ (в условиях уменьшения, но не отсутствия О2 в организме) активизируется генетический аппарат, увеличивается интенсивность функционирования структур (ИФС) клеток, повышается биогенез митохондрий и других клеточных органелл, увеличивается их функция. Это приводит к устранению дефицита АТФ и развитию гипертрофии, а затем к уменьшению ИФС, снижению использования АТФ, ликвидации нарушений жизнедеятельности. В итоге развивается адаптация к недостатку О2.
Можно утверждать, что основу долговременного приспособления организма к гипоксии составляет структурно обеспеченная гиперфункция систем транспорта и утилизации О2, что обусловлено активизацией генетического аппарата клетки, повышением синтеза нуклеиновых кислот, белка, мощности митохондрий и развитием гипертрофии клеточно-тканевых структур. Но такое приспособление обмена веществ возможно, главным образом, при хронической гипоксии.
При острой гипоксии, в силу острого дефицита О2, может наступить резкое нарушение функции и гибель клеток.
Рассматривая влияние недостатка О2 на организм необходимо учитывать различную чувствительность органов и тканей к гипоксии. Обычно характерна следующая закономерность: чем выше обменные процессы в тканях и органах, тем ниже их устойчивость к кислородному голоданию. Важную роль в обеспечении устойчивости играет мощность гликолитической системы (способность вырабатывать энергию без участия кислорода), а также запас макроэргов и их субстратов.
Потенциальные возможности генетического аппарата по обеспечению пластического закрепления гиперфункции, при одинаковой степени кислородной недостаточности, существенно различаются:
-наиболее чувствительна к гипоксии кора больших полушарий (ее структуры без кислорода погибают в течении 3-6 мин) в зависимости от нарастания гипоксии;
-подкорковые центры (особенно стволовые и спинномозговые) могут существовать без кислорода примерно 15-20 минут, редко больше;
-очень чувствителен к гипоксии миокард (в нем довольно быстро развиваются ишемия, дистрофия, некробиоз, некроз);
-чувствительны к недостатку кислорода эндокринные железы и паренхиматозные органы, среди них наиболее устойчивы к гипоксии почки и надпочечники;
- высоко устойчивы к гипоксии кожа, волосы, сухожилия, хрящи, кости.
