ПРИ ОСТРОЙ ГИПОКСИИ

Компенсаторные и приспособительные реакции при острой гипоксии были рассмотрены выше (см. 3.5). Обсуждение этого вопроса в данном разделе представлено с позиций их участия в формировании срочного этапа фенотипической адаптации и его кардинальных особенностей.

Следует отметить, что компенсаторные и приспособительные реакции координировано осуществляются на всех уровнях интеграции организма и лишь условно могут быть рассмотрены раздельно. При острой гипоксии эти реакции характеризуют т.н. «срочный этап фенотипической адаптации» (Меерсон Ф.З., 1981) и возникают немедленно или вскоре после начала действия гипоксического фактора на основе имеющихся в организме физиологических механизмов. Основным содержанием этого этапа является мобилизация (формирование) доминирующей функциональной системы,обеспечивающей в конечном счете поддержание биологического окисления в тканях, а тем самым – самую возможность существования организма в условиях действия гипоксического фактора. Такая доминирующая система включает регуляторно связанные воедино и осуществляющие повышенную функцию по устранению недостатка кислорода органы дыхания и кровообращения, систему крови, а также тканевые системы утилизации кислорода (Лосев Н.И. с соавт., 1977). Активация и координация реализуемых ими приспособительных механизмов осуществляется высшими центрами вегетативной регуляции, подвергающимся рефлекторному (через хеморецепторы) или непосредственному воздействию гипоксемии. Иными словами срочный этап фенотипической адаптации гипоксии базируется на общих закономерностях системной саморегуляции функций организма.

Вторым неотъемлемым компонентом срочной адаптации, в том числе и к гипоксии, является стресс-реакция (Меерсон Ф.З. с соавт., 1989; 1993; Хитров Н.К., Пауков В.С., 1991), представляющая собой адаптивный процесс, направленный на восстановление гомеостаза и сохранение нормальной жизнедеятельности (Selye H., 1936). Принципиально важно, что стресс-реакция есть обычный и закономерный ответ организма не только на прямые повреждающие действия, но и на любые другие «стимулы». Иными словами, эта реакция реализуется по отношению к любым факторам окружающей среды, включая гипоксическое воздействие. Исходя из данного положения очевидно, что в условиях острой гипоксии происходит мобилизация центральных и периферических звеньев стресс-реализующих систем, в том числе, симпато-адреналовой и гипоталамо-гипофизарно-адрекортикальной осей, играющих ключевую роль в активации и координации всех приспособительных механизмов.

Реакция системы дыхания на гипоксию характеризуется увеличением альвеолярной вентиляции за счет углубления дыхания, учащения дыхательных экскурсий и использования резервных альвеол. Происходит усиление легочного кровотока и повышение перфузионного давления в легочных капиллярах. Возрастает проницаемость альвеолярно-капиллярной мембраны. Отмеченные сдвиги обусловлены рефлекторной стимуляцией дыхательного центра с хеморецепторов аорты и каротидного синуса. Последние находятся в состоянии тонического возбуждения даже при нормальном РаО₂, посылая в ЦНС побуждающие афферентные сигналы. В условиях гипоксии эти сигналы резко возрастают, изменяя поведение, активируя дыхание и кровообращение. Существенно, что хеморецепторы синокаротидных клубочков усиливают побуждающие воздействия не только при дефиците кислорода, но и в случае снижения кровотока через каротидный синус, блокаде тканевого дыхания цианидом, а также при действии 2,4 динитрофенола, разобщающего дыхание и окислительное фосфорилирование. Отсюда следует, что хеморецепторы реагируют на любые воздействия, вызывающие энергетический дефицит, т.е. реагируют на уровень собственного энергетического обеспечения (Хитров Н.К., Пауков В.С., 1991). Прямым активирующим влиянием на дыхательный центр обладают и катехоламины, уровень которых при гипоксии возрастает вследствие стрессорной активации симпато-адреналовой системы. Важную роль в усилении вентиляции легких играет также и индуцированная катехоламинами дилатация бронхов.

Компенсаторные реакции системы кровообращения в условиях умеренной гипоксии проявляются стимуляцией сердечной деятельности за счет увеличения частоты и силы сердечных сокращений. Гиперфункция сердца в этих условиях также связана со стимуляцией хеморецепторов синокаротидных рефлексогенных зон, возбуждением нейронов кардиовазомоторного центра и увеличением симпатоадреналовых влияний на орган. Такие влияния обеспечиваются не только нервным (симпатические волокна), но и гуморальным путем (гиперкатехоламинемия). Гипоксические рецепторы синокаротидных клубочков включают и барорецепторные сигналы, обусловливающие спазм кровеносных сосудов и повышение артериального давления. По данным Н.К. Хитрова и В.С. Паукова (1991), развивающаяся при стимуляции афферентных нейронов реакция системы кровообращения, проявляется, прежде всего артериальной гипертензией и лишь позднее к ней присоединяется тахикардия. При этом нарастание частоты сердечных сокращений и гиперфункции сердца происходит несмотря на сохранение выраженной артериальной гипертензии. Это означает, что кардиодепрессивные влияния от барорецепторов при острой гипертензии в условиях энергетического дефицита не реализуются. По мнению авторов такая функциональная изоляция кардиовазомоторного центра от дополнительных (кроме гипоксического) афферентных стимулов является одним из механизмов, обеспечивающих соответствие степени увеличения симпатических влияний и функции сердца тяжести гипоксии. Развитие устойчивой гиперфункции миокарда обеспечивается и на уровне эффекторных механизмов, регулирующих деятельность сердца через изменения содержания и действия в нем нейромедиаторов. В частности, в условиях гипоксии происходит возрастание содержания катехоламинов и стабилизация их повышенного уровня в ткани сердца, при некотором снижении чувствительности этой ткани к нейромедиаторам. Указанные особенности рассматриваются как важный механизм обеспечения устойчивости усиленных симпато-адреналовых влияний на кровообращение (Хитров Н.К., Пауков В.С., 1991).

Наряду с этим происходит увеличение массы циркулирующей крови, вызванное опустошением кровяных депо при спазме сосудов селезенки и печени. Эти сдвиги определяют возрастание сердечного выброса, повышение венозного возврата, увеличение параметров кровяного давления и системного кровотока. Поддержанию повышенной функции сердца, преимущественно за счет увеличения частоты сердечных сокращений, способствует и рефлекс с барорецепторов стенки устья полых вен и, особенно, правого предсердия (рефлекс Бейнбриджа), воспринимающих рост венозного давления при увеличении объема притекающей к сердцу крови.

Еще одним важным аспектом адаптивной перестройки системы кровообращения при гипоксии является перераспределение кровотока, обеспечивающее усиление кровоснабжения жизненно важных органов (головной мозг, сердце) за счет ограничения кровоснабжения кожи и висцеральных органов. Это перераспределение контролируется симпато-адреналовой системой. В его основе лежат различия в количественном соотношении α- и β-адренорецепторов в соответствующих органах-мишенях, что определяет тканевую специфичность действия гормонов мозгового слоя надпочечников. Так, в сосудах кожи, почек и кишечника, сфинктерах желудочно-кишечного тракта, трабекулах селезенки преобладают α-адренорецепторы, активация которых ингибирует аденилатциклазу (α₂-рецепторы) или стимулирует фосфоинозитольный каскад (α₁-рецепторы) с ростом содержания внутриклеточного кальция. Соответственно, основной эффект активации этих рецепторов – сужение кровеносных сосудов. В сердце, мышцах бронхов, сосудах скелетных мышц преимущественно находятся β-адренорецепторы, активация которых стимулирует аденилатциклазу, увеличивает внутриклеточный пул цАМФ и обусловливает дилатацию кровеносных сосудов. Наряду с катехоламинами важная роль в перераспределении кровотока отводится вазопрессину, ангиотензину II, а также субстанции Р, содержание которых увеличивается при стресс-реакциях различного генеза (Пшенникова М.Г., 2001).

Особенности регионарного кровотокапри острой гипоксии в значительной степени определяются как плотностью соответствующих адренорецепторов, так и локальным соотношением вазодилататоров и вазоконстрикторов. Гипоксия является мощным стимулом для продукции оксида азота и адреномедулина – двух важнейших вазодилататоров, продуцируемых эндотелиоцитами. Выраженным сосудорасширяющим действием обладают и продукты распада АТФ: АДФ, АМФ, а также аденозин, синтезируемый из АМФ под влиянием 5 нуклеотидазы в присутствии ионов магния. Все эти вещества накапливаются в тканях, испытывающих гипоксию. Указанные метаболические изменения в наибольшей степени реализуются в тех системах, которые непосредственно осуществляют адаптивную реакцию (сердце, легкие), и, следовательно, испытывают наибольшую потребность в пополнении энергии. Таким образом формируется ситуация, при которой происходит развитие артериальной гиперемии, и, соответственно, усиление доставки кислорода в органы и ткани с повышенным уровнем функциональной активности, и снижение кровотока в неработающих органах, лимитирующее возможность его утилизации последними.

Изменения со стороны системы крови характеризуются увеличением ее кислородной емкости за счет прироста содержания в циркуляции эритроцитов, регистрируемого в период 6-12 часов после однократного гипоксического воздействия: гипобарическая гипоксия при давлении 0,3-0,5 атм. (Горизонтов П.Д. с соавт., 1983). Такой прирост вызван усиленным выходом эритроидных клеток из костного мозга, о чем свидетельствует резкое снижение содержания в нем в указанный период времени этих клеток всех степеней зрелости. Еще одной адаптивной реакцией со стороны системы крови в условиях гипоксии служит увеличение содержания в эритроцитах 2, 3 ДФГ, определяющее снижение сродства гемоглобина к кислороду, а, следовательно – увеличение возможности его отдачи тканям. Этому же эффекту – сдвигу кривой диссоциации оксигемоглобина вправо способствует и ацидоз, развивающийся в тканях вследствие неполного окисления в них метаболитов и накопления нелетучих кислот. Важное адаптивное значение имеет отмеченная выше способность гемоглобина эффективно насыщаться кислородом даже при значительном падении РаО₂(до 60 мм рт ст.), поддерживая тем самым объемное содержание кислорода в артериальной крови. В сочетании с ростом содержания самого гемоглобина, это приводит к сохранению кислородтранспортной функции крови даже на больших высотах. Так, на высоте 5000 м 100 мл крови, содержащей 20,0 г гемоглобина даже при ее 75% насыщении свяжут то же количество кислорода, что и 15,5 г гемоглобина при 97% насыщении на уровне моря (Ульмер Х.Ф., 2007).

Вместе с тем, следует иметь ввиду, что в ткани переносится растворенная фракция кислорода, и что этот перенос напрямую связан с величиной РаО₂. Поэтому снижение напряжения кислорода в артериальной крови чревато развитием гипоксии ткани даже при относительно высоком содержании в этой крови оксигенированного гемоглобина. Кроме того, эритроцитоз и повышение гематокрита вызывает существенное нарастание вязкости крови, что приводит к снижению кровотока в капиллярах и, соответственно, к снижению оксигенации тканей.

В мышечной ткани адаптивное значение имеет увеличение содержания миоглобина, обладающего способностью связывать кислород при низком значении его напряжения в крови. Образующийся оксимиоглобин служит резервом кислорода при резком падении РО₂, способствуя поддержанию окислительных процессов.

Тканевые приспособительные механизмы при острой гипоксии проявляются ограничением функциональной активности органов и тканей, не имеющих непосредственного отношения к поступлению и транспорту кислорода;усилением анаэробного синтеза АТФ за счет активации гликолиза; повышением сопряженности транспорта электронов в дыхательной цепи с окислительным фосфорилированием. В регуляции этих процессов определенная роль принадлежит катехоламинам (перераспределение кровотока, мобилизация энергоемких субстратов окисления – глюкозы и жирных кислот) и глюкокортикоидам. Последние активируют некоторые ферменты дыхательной цепи и способствуют ряду других метаболических эффектов адаптивного характера: поддержание сердечного выброса и сосудистого тонуса, усиление вазоконстрикции, повышение устойчивости к гипоксическому фактору, регуляция активности клеток головного мозга. Наряду с этим глюкокортикоиды стабилизируют клеточные мембраны, в частности, мембраны лизосом, предотвращая аутолиз.

Существует некоторое своеобразие адаптационных процессов при каждом виде гипоксии. Приспособительные реакции в меньшей степени могут проявляться со стороны патологически измененных органов, ответственных за развитие гипоксии в каждом конкретном случае. Например, гемическая и гипоксическая гипоксии могут вызвать увеличение сердечного выброса, тогда как циркуляторная гипоксия (сердечная недостаточность) не сопровождается такой приспособительной реакцией (Лаврова В.С., 2001).

Важно представлять, что компенсаторные и приспособительные механизмы имеют свои функциональные резервы,истощение которых при чрезмерной интенсивности и (или) большой длительности гипоксического воздействия приводит к развитию декомпенсации с соответствующими структурными и функциональными нарушениями, вплоть до необратимых. Формирование таких нарушений, наряду с доминирующей функциональной системой и стресс-реакцией организма являетсятретьей компонентой срочного этапа адаптации (Меерсон Ф.З., 1993), а их манифестация определяет его клиническую картину.