Повреждающее действие тканевой гипоксии

Тканевая гипоксия - необязательный компонент, респираторной, гипоксии и гипоксии нагрузки. Она является следствием недостаточной эффективности функции компенсаторных механизмов (усиление дыхания, кровообращения, дыхательной функции крови) в ответ на экстремальное воздействие фактора, вызывающего гипоксию, в результате чего Р02 в клетках падает ниже критического уровня, снижается скорость окислительных процессов в клетках.

Само по себе низкое Р02 не оказывает повреждающего действия. Им обладают вещества, образующиеся в результате биохимических реакций, вызванных снижением Р02, а также его биофизические последствия. При низком в митохондриях тормозится перенос электронов, с оказывается неспособным передавать электроны кислороду из-за недостатка его атомов в дыхательных ансамблях, поэтому не возникает разности потенциалов на мембранах митохондрий. Положительно заряженные ионы водорода (протоны) скапливаются на поверхности мембраны, не соединяясь с кислородом; выделения энергии для синтеза АТФ не происходит. Скопление положительно заряженных водородных ионов тормозит работу переносчиков водорода, нарушается функция всего дыхательного ансамбля, ферменты которого нормально функционируют лишь при определенной концентрации водородных ионов. Таким образом, падение напряжения кислорода в митохондриях ниже критического уровня имеет весьма значимые биохимические последствия: нарушается функция дыхательных ансамблей, замедляется синтез АТФ, нарушается функция челночных механизмов, переносящих субстраты для окисления («горючее») и готовую продукцию - АТФ через мембраны митохондрий.

Не менее существенны и биофизические последствия. Падение Р02 в митохондриях вызывает глубокие биофизические изменения в их биологических мембранах, изменяются электрические свойства мембран, нарушается трансмембранный транспорт ионов натрия, калия, кальция, магния, хлора и электронов. Мембрана становится проницаемой для многих соединений, в том числе и низкомолекулярных белков.

Биохимические и биофизические изменения, причиной которых служит падение Р02, вызывают повреждение ультраструктуры, функции клеток и тканей. При тканевой гипоксии любого происхождения наблюдаются сходные структурные изменения. В мышечной ткани они наиболее выражены при гипоксии нагрузки.

Реакция на предельную физическую нагрузку и сопровождающую ее тканевую гипоксию обнаруживается прежде всего в кровеносных капиллярах. С помощью электронного микроскопа можно увидеть, что их стенки утолщаются, клетки (эндотелий) становятся отечными, митохондрии набухают. Изменяются и мышечные волокна. В них наряду с признаками повышенной активности (гипертрофия ядра и ядрышка, извилистость ядерной мембраны, увеличение, количества свободных рибосом и полисом) отмечаются признаки функционального истощения: уменьшается количество гранул гликогена, расширяются цистерны сети, существенно изменяется структура митохондрий, часть из них становится отечной, мембраны их разрываются, распадаются. Наряду с нарушенными встречаются целые митохондрии с хорошо выраженными. Они образуют скопления вокруг ядерных клеток и мышечных волокон. Усиление функции одних митохондрий при повреждении других обеспечивает поддержание высокого уровня метаболизма при напряженной мышечной деятельности.

Неоднородность изменений в ультраструктуре мышц, участвующих в осуществлении двигательных актов, можно объяснить неодинаковыми изменениями микросреды при физической нагрузке, обусловленными неравномерным распределением в мышцах и зон при гипоксии нагрузки. Кроме нормально снабжающихся кислородом, существуют такие зоны, в которых Р02 ниже критического уровня, окислительные процессы резко замедлены, концентрация водородных ионов повышена.

Гипоксия нагрузки и сопровождающие ее изменения внутренней среды приводят к нарушению функции и ультраструктуры мышечных клеток, снижению работоспособности, развитию утомления, проявляющемуся неодинаково в «красных» и «белых» мышечных волокнах с разным типом метаболизма.

При кислородной недостаточности происхождения (остановка или значительное ограничение кровотока в ткани) тканевая гипоксия может вызывать отмирание участков ткани, некрозы, что наблюдается при инфарктах миокарда и других органов, однако, если прекращение кровотока было кратковременным и доставка кислорода к тканям нормализовалась, вызванные гипоксией изменения оказывались обратимыми, структура и функция ткани восстанавливались.

При снижении Ра02 наиболее опасной для организма является гипоксия мозга, она может вызвать его отек, нарушение структуры и функции нервных клеток (нейронов различных отделов мозга и особенно коры больших полушарий, мозжечка, клеток соединительной ткани). Эти явления при острой кислородной недостаточности служат базой для проявления патологических симптомов (горной болезни), а в тяжелых случаях приводят к смерти. Не менее опасны для жизни изменения на высоте свыше 3000 м в легких, описанный многими исследователями отек легких у альпинистов.

Последствия тканевой гипоксии могут проявиться не только в нарушениях структуры и функции клеток, но (особенно при мышечной деятельности) и в изменениях состава крови, а также функции внутренних органов. Кровь, особенно венозная, становится кислой. В ней повышается общее содержание угольной кислоты, накапливаются ионы водорода. Это отражается на функции всех органов и тканей, прежде всего - на деятельности высших отделов центральной нервной системы. Особенно большие изменения в крови происходят при тканевой гипоксии, сопровождающей мышечную деятельность. Мышцы составляют около 35 % массы тела. Если движения производятся большим массивом мышц (особенно нижних конечностей), тканевая гипоксия охватывает обширные области. Поэтому при тяжелой мышечной работе изменения в мышцах и в крови оказываются максимальными. Эти изменения являются причиной развивающегося во время работы утомления и снижения работоспособности.

Не только изменения в тканях и в крови обусловливают повреждающее действие гипоксии. При снижении Р02 у человека повышается артериальное давление, учащаются сердечные сокращения. У здоровых людей это - благоприятная реакция со стороны сердечно-сосудистой системы, которая направлена на поддержание скорости доставки кислорода артериальной кровью к тканям на уровне, близком к нормальному. У больных же гипертонией либо сердечными болезнями излишняя нагрузка на сердце может усилить патологию, ухудшить состояние сердца.

При заболеваниях сердечно-сосудистой системы, сопровождающихся гипоксией, кровь может застаиваться в легких, что в тяжелых случаях приводит к их отеку. Вследствие замедления кровотока в легких снижается скорость массопереноса кислорода в кровь и транспорта кислорода к тканям.