Гипоксическая гипоксия

Фундаментальные и прикладные исследования кислородной недостаточности, у истоков которых стояли X. Соссюр, П. Бэр, И. М. Сеченов, А. Моссо, Н. Цунтц, Дж. Холдейн, Дж. Баркрофт, Н. Н. Сиротинин, создали предпосылки для возникновения и развития физиологии гипоксических состояний, высокогорной, авиационной и космической физиологии и медицины, клинической физиологии кислородной недостаточности, реаниматологии, интенсивной терапии.

Исторически сложилось так, что гипоксические состояния, проявляющиеся при снижении атмосферного давления, а с ним и Pа02 стали изучать в лабораторных и в горных условиях ранее других типов гипоксии. Этому способствовали стремление человека к покорению высочайших вершин мира, развитие воздухоплавания, а затем авиации и космонавтики, открытие кислорода, гемоглобина, успехи физиологии дыхания и кровообращения, развитие естественных наук.

Что вызывает нарушение функции органов и систем организма, что же в нем изменяется при снижении содержания кислорода в воздухе либо его Ра02? Прежде всего, при падении Ра02 снижается P02 в дыхательных путях, альвеолах и в артериальной крови.

Падение Р02 обусловливает недонасыщение им гемоглобина, снижение содержания кислорода в крови. Гемоглобин стал бы уносить меньше кислорода к органам, тканям и клеткам. Усиление легочной вентиляции может увеличить объем кислорода, поступающий в легкие и кровь, но не может полностью препятствовать снижению Ра02. Если в этом случае будут воздействовать другие компенсаторные механизмы, такие, как увеличение количества эритроцитов и с ними гемоглобина в крови, если не увеличится скорость общего и местного кровотока, то органы и ткани будут получать меньшее количество кислорода. При снижении скорости доставки кислорода до критической в тканях снизится напряжение кислорода и затормозятся окислительные процессы, ткани будут испытывать кислородный голод, проявится тканевая гипоксия. Выраженность ее будет зависеть не только от снижения скорости доставки кислорода, но и от состояния дыхательного аппарата клеток, их способности использовать кислород при низком его напряжении в крови.

Чтобы противостоять кислородной недостаточности, организм мобилизует свои компенсаторные возможности - прежде всего, усиливаются дыхание и кровообращение, происходят перераспределение кровотока и выброс эритроцитов из депо в циркулирующую кровь. Поэтому даже при нерезкой, а тем более при выраженной кислородной недостаточности у человека наблюдается одышка, ему не хватает воздуха, учащается сердцебиение. Степень гипоксии и состояние человека при снижении Р,0, зависят поэтому не только от Р02 в воздухе, но и от реакции организма на него, от того, насколько активно действуют компенсаторные механизмы, насколько усиливается внешнее дыхание, кровообращение, дыхательная функция крови, насколько повышается способность клеток использовать кислород.

Причиной кислородной недостаточности, развивающейся в горах либо при подъемах в негерметизированных кабинах самолетов в различные слои атмосферы, является снижение, связанное с разрежением воздуха, падением барометрического давления.

Уровень Ра02 и высота, над уровнем моря, на которой впервые ощущаются признаки кислородной недостаточности, внешне проявляющиеся в виде горной болезни, различны. В связи с неодинаковой индивидуальной устойчивостью к гипоксии некоторые люди (особенно лица пожилого возраста) могут испытывать дискомфорт уже на высоте 1000 - 1500 м, но у большинства лиц синдром острой горной болезни отмечается с высоты 2500 - 3500 м на Эльбрусе, а в Андах, Гималаях и горах Африки - с высоты 4500 м. Отмечена широкая вариабельность проявлений различных симптомов горной болезни: на высоте 3500 - 4800 м у 40 - 50 % лиц значительно ухудшается самочувствие с временной утратой работоспособности, у 40 % она значительно снижена, и только у 10 - 20 % сохраняется удовлетворительное состояние.

Описаны многочисленные случаи нелепого поведения человека в условиях кислородной недостаточности. Так, в ту пору, когда летательные аппараты не имели еще герметически закрытых кабин с дополнительным снабжением кислородом, были описаны случаи, когда летчики воюющих между собой стран на высоте 2000 м жестами приветствовали друг друга вместо выполнения боевых действий.

Общеизвестны эйфории (возбуждение со снижением самокритической оценки своего поведения), в результате которых вновь прибывающие туристы ведут себя в горах беспечно, неосторожно, что является причиной многих печальных последствий. Человеку кажется, что он может все: легко взобраться на любую вершину, перескакивать через трещины и т. п. Так, однажды после перехода с высоты 1600 м на высоту 3800 м на Казбеке (где находится метеорологическая станция) нам стоило больших усилий удержать одного из участников экспедиции от прыжка в пропасть - он уверял окружающих в том, что будет парить в воздухе, как птица, и после полета приземлится у дверей станции.

На небольшой высоте (1000 - 2000 м) люди становятся разговорчивыми, их речь, жестикуляция, движения ускоряются, настроение повышается. Состояние напоминает легкое опьянение от алкоголя. Следует сказать, что и обычное опьянение - это реакция организма на кислородную недостаточность, развивающуюся вследствие того, что алкоголь - клеточный яд; поражая дыхательный аппарат клеток, он нарушает в них процесс дыхания, снижает способность клеток утилизировать кислород.

Действие недостатка кислорода на организм зависит как от Ра02, так и от количества кислорода, поступившего в организм. При более резкой кислородной недостаточности эйфория уступает место общей заторможенности. Любое действие выполняется с трудом, движения, речь, жестикуляция становятся замедленными, вместо одних слов могут употребляться противоположные им по значению (ужин - вместо завтрака), путаются дни недели, числа, ухудшается ассоциативное мышление, обедняется словарный запас, появляются персеверации (повторение многократное одних и тех же слов, «застревание» на чем-то одном), ухудшается умственная и физическая работоспособность, изменяется почерк, ухудшается координация движений, походка становится шаткой, появляется головная боль, сонливость, тошнота, рвота, т. е. проявляется горная болезнь. Комплекс ее симптомов включает все признаки снижения умственной и физической работоспособности, головную боль, тошноту или рвоту, усиленное сердцебиение, одышку.

В первые два дня на высоте 3 500 - 5000 м н. у. м. и в первые четыре дня на меньшей высоте горная болезнь наиболее выражена. В последующие дни могут постепенно ослабляться проявления симптомов либо, если деятельность компенсаторных механизмов недостаточно эффективна, форма болезни может перейти в хроническую, состояние ухудшается, больного необходимо спустить на меньшую высоту.

В соответствии с проявляющимися субъективными и объективными симптомами, изменениями кислородных режимов организма различают пять степеней гипоксии. При гипоксии первой степени (скрытой) усиление доставки кислорода возмещает организму недостаток его во вдыхаемом воздухе; действие пониженного Р02 на организм может быть обнаружено лишь специальными объективными исследованиями, так как субъективно оно почти не ощущается. При скрытой гипоксии настроение несколько приподнято, изменений самочувствия не ощущается, движения убыстрены, жестикуляция несколько усилена, темп речи ускорен, тонкая координация движений нарушена. Изменения высшей нервной деятельности заключаются в некотором нарушении внутреннего торможения, растормаживании тонких дифференцировок (более грубые не нарушаются). Величина условных рефлексов возрастает, латентный период сокращается. На электроэнцефалограмме нет заметных изменений. Частота дыхания в горизонтальном положении и полном покое может оставаться в норме или изменяться незначительно. МОД увеличивается, прирост его может достигнуть 4 - 40 %. Учащение сердечных сокращений не превышает 10 % по сравнению с тем, что было зарегистрировано на уровне моря. Нет заметных изменений на ЭКГ (кроме длительности интервала R - R). Насыщение гемоглобина артериальной крови кислородом еще высокое - 94 - 89 %. различие по кислороду в пределах нормы. Потребление кислорода незначительно (недостоверно) возрастает. Перечисленные явления происходят на высоте 1000 - 3000 м в барокамере, 1000 - 1500 м в горах в первые дни пребывания. Падение Р02 во вдыхаемом воздухе сопровождается некоторым снижением его в альвеолярном воздухе (не более чем на 15 - 25 мм рт. ст.) и Ра02 (на 15 - 18 мм рт. ст.), однако последний показатель остается на достаточно высоком уровне (не ниже 70 мм рт. ст.), и его снижение еще не отражается ощутимо на напряжении кислорода в тканях и в смешанной венозной крови - Ра02 остается (т. е. таким, как при нормальном Р502).

Хотя скорость поступления кислорода в легкие и альвеолы ниже, чем на уровне моря, но благодаря большей эффективности использования кислорода в легких скорость потребления кислорода не снижается: на уровне моря 1 л кислорода извлекается кровью из 5,4 л поступающих в легкие (потребляется тканями), на высоте 1500 м - из 4 л. Характерной особенностью изменения кислородных режимов организма при падении Р502 является снижение экономичности: для утилизации 1 л кислорода легкие должны вентилировать примерно в 1,5 раза больший объем воздуха. Такой проигрыш в экономичности необходим организму для поддержания поэтапной скорости доставки кислорода на нормальном уровне.

При гипоксии второй степени (т. е. компенсируемой гипоксии), дефицит кислорода приводит в действие дополнительные компенсаторные механизмы. Происходит не только усиление функций всей системы доставки кислорода, но и перераспределение его резервов. Возрастает кровоснабжение жизненно важных органов. Уровень Р02 в артериальной крови и тканях выше критическою, но при артериальной гипоксемии (снижении напряжения и содержания кислорода в артериальной крови) ткани получают еще значительное количество кислорода, скорость его потребления превышает норму, в крови начинает увеличиваться содержание продуктов (возрастают содержание в крови лактата), увеличивается содержание избытка кислот (отрицательного избытка оснований - BE). Из-за вымывания углекислого газа рН крови повышен.

При гипоксии второй степени снижается работоспособность и ухудшается самочувствие, появляется ощущение тяжести в голове и во всем теле. Возможны (но не обязательны) головная боль, тошнота, усиленное сердцебиение, т. е. начальные проявления горной болезни. Умственная и физическая работа требуют усилий. Движения и темп речи замедлены, отмечается ухудшение качества речевых реакций, трудность образования новых речевых связей. Изменяется высшая нервная деятельность: величина условных рефлексов снижается, латентный период возрастает. Нарушаются все виды внутреннего торможения, растормаживаются грубые дифференцировки, наблюдаются гипноидные фазовые состояния. На электроэнцефалограмме может наблюдаться учащение ритма электрических колебаний, увеличение их амплитуды. МОД возрастает, дыхание может учащаться, прирост его составляет около 20 - 80 %. Частота сердечных сокращений повышается на 6 - 30 %, на электрокардиограмме видны изменения: зубцы Т и R уплощаются, зубец R может либо уменьшиться, либо возрасти. Интервал сокращается за счет уменьшения интервала Т - R.

Насыщение гемоглобина артериальной крови кислородом снижается на 88 - 70 %. Артериовенозное различие по кислороду уменьшается преимущественно за счет относительно меньшего снижения насыщения гемоглобина венозной крови кислородом. Его потребление возрастает по сравнению с нормой. Эти показатели могут быть зарегистрированы на «высоте» 4000 - 6000 м в барокамере и 3000 - 4500 м в горах.

При этой степени гипоксии благодаря усилению дыхания и кровообращения скорость поступления кислорода в легкие и альвеолы, транспорта его артериальной кровью и потребление кислорода оказываются не меньшими, чем на уровне моря, несмотря на то, что Ра02 может быть ниже на 30 - 50 мм, в альвеолярном воздухе - на 20 - 35 мм, а Ра02 - на 15 - 30 мм рт. ст. Существенно, что Ра02 продолжает оставаться выше критического уровня на 6 - 18 мм рт. ст., благодаря чему потребление кислорода организмом в целом не падает.

При гипоксии третьей степени - выраженной гипоксии с наступающей декомпенсацией (гипоксии), несмотря на напряженную деятельность многих компенсаторных механизмов, в частности двух-, трехкратного увеличения МОД, Ра02 и Р502, в тканях падает до уровней, ниже критических, скорость потребления кислорода снижается, достоверно повышается содержание в крови, его отношение к содержанию, рН снижается, т. е. проявляются все признаки тканевой гипоксии, наступает декомпенсация с потерей работоспособности.

Основные симптомы этой степени гипоксии - головная боль, тошнота, предобморочное состояние с побледнением кожных покровов. Возможно подергивание век, лицевых мышц. Существенно нарушается высшая нервная деятельность: преобладает разлитое торможение, углубляется состояние. Изменения на электроэнцефалограмме наиболее выражены. Вольтаж биотоков снижается, ритм становится более медленным и четким, как при засыпании, могут наблюдаться веретенообразные залпы. Появляются медленные колебания. МОД увеличивается в два-три раза и более. У большинства заметно учащается. Ускорение пульса превышает 30 % исходной нормы. ЭКГ становится более низковольтной, только величина зубца Т возрастает. Высота зубца R уменьшается. Наблюдаются изменения продолжительности интервалов R - R, R - QhQ - Т. Насыщение гемоглобина артериальной крови кислородом оказывается менее 70 % (50 - 40 %). Артериовенозное различие по кислороду уменьшается, снижается коэффициент утилизации кислорода из артериальной крови. При гипоксии третьей степени скорость поэтапной доставки кислорода и Ра02 настолько ниже критических уровней, что потребление кислорода всеми тканями снижается и значительно нарушается их функция.

Основное в изменении кислородных режимов организма при гипоксии третьей степени проявляется в том, что, несмотря на значительное усиление дыхания, кровообращения, Ра02 и Р02 в тканях находятся на критическом или даже на несколько более низком уровне. Это ограничивает потребление кислорода в тканях, в том числе в сердечной и в дыхательных мышцах. Дальнейшее усиление работы этих мышц становится невозможным, поэтому деятельность компенсаторных механизмов начинает нарушаться. Значительно снижается экономичность кислородных режимов организма, большая часть потребленного кислорода идет на удовлетворение возросшей потребности в нем дыхательных и сердечной мышц.

При четвертой степени некомпенсируемой гипоксии действие таких приспособительных механизмов, как усиление внешнего дыхания и кровообращения, прекращается. Напряжение кислорода в крови и тканях вследствие этого и низкого Р02 становится значительно ниже критических уровней. В тканях появляются не только гипоксические, но и обширные аноксические (бескислородные) зоны, рН снижается, кислотно-щелочное равновесие крови сдвигается в сторону ацидоза, проявляются не только функциональные, но и ультраструктурные изменения в тканях. Возможны судороги с потерей сознания, непроизвольным мочеиспусканием, дефекацией. Может наблюдаться периодическое дыхание. Пульс урежается, увеличивается продолжительность цикла R-R, удлиняется R - Q и Q - Т, происходит дальнейшее снижение вольтажа, исчезает зубец R, зубец Т становится высоким либо отрицательным, появляется приподнятый или опущенный над изолинией интервал S - Т. Все это признаки глубокой гипоксии сердечной мышцы.

Насыщение гемоглобина артериальной крови кислородом ниже 40 % Потребление кислорода падает. Такие изменения происходят у неадаптированного человека на «высоте» 8000 - 9000 м, в горах - на высоте свыше 6000 м.

При гипоксии четвертой степени скорость поэтапной доставки кислорода и уровень Р02 настолько ниже критического, что потребление кислорода всеми тканями снижается и значительно, как сказано выше, нарушается их функция.

Пятая степень гипоксии а представляет собой терминальное состояние с резким замедлением дыхания, одиночными глубокими выдохами частотой 1 - 3 в минуту, падением сердечной деятельности. Резко замедляется дыхание (до 1 - 3 вдохов в минуту), возможна полная его остановка, происходит падение сердечной деятельности, появляется высокий остроконечный зубец. Насыщение гемоглобина артериальной крови кислородом падает ниже 20 %, потребление кислорода значительно меньше нормы. Следует, однако, подчеркнуть, что вдыхание кислорода быстро восстанавливает функции дыхания, кровообращения и улучшает общее состояние организма.

Описанные изменения кислородных режимов организма свидетельствуют о том, что при снижении Ра02 отдельные органы и ткани не обязательно будут испытывать кислородное голодание. Тканевая гипоксия проявляется при Ра02 ниже 50 мм рт. ст., при превышении скорости транспорта кислорода артериальной кровью кислородного запроса ткани только на 15 - 20 %.