Гипоксия: виды, причины и последствия

Механизм развития гипоксии в современной патофизиологии изучены достаточно детально, также как и основные причины кислородного голодания. Если в организм попадает недостаточное количество кислорода, срабатывают механизмы адаптации к гипоксии – они могут быть экстренными и долговременными. К сожалению, в ряде случаев при гипоксии возникают функциональные нарушения, устранить которые не представляется возможным.

Почему возникает экзогенная и эндогенная гипоксия

Гипоксия, или кислородное голодание, — это состояние, возникающее в организме в результате нарушения как доставки кислорода к тканям, так и использования его в них.

Гипоксия обычно сочетается с гипоксемией — уменьшением содержания кислорода в крови.

Различают экзогенную и эндогенную гипоксию – почему возникает какждый из этих видов нарушений?

Экзогенная гипоксия

Экзогенная гипоксия развивается либо при уменьшении содержания кислорода во вдыхаемом воздухе, либо при нормальном давлении — нормобарическая гипоксия (при нахождении людей в тесных, плохо вентилируемых помещениях, при нарушении подачи кислорода в дыхательных аппаратах у водолазов, пожарных, при нарушении методики поведения ИВЛ), либо при снижении концентрации кислорода в окружающем воздухе при понижении атмосферного давления — гипобарическая гипоксия (горная болезнь у альпинистов, высотная болезнь у летчиков).

Эндогенная гипоксия

Основной причиной эндогенной гипоксии являются патологические процессы и болезни, приводящие к нарушению поступления и усвоения кислорода органами и тканями. Различают следующие виды эндогенной гипоксии: дыхательную, циркуляторную, гемическую, тканевую, субстратную, перегрузочную и смешанную.

Механизмы возникновения дыхательной и циркуляторной гипоксии

Дыхательная гипоксия. Причина этого типа дыхательной гипоксии — недостаточный газообмен в легких (дыхательная недостаточность).

Механизмы дыхательной гипоксии:

• альвеолярная гиповентиляция (снижение вентиляции в альвеолах) — в связи с нарушением проходимости дыхательных путей при закупорке инородным телом, отеке гортани и бронхов (обструктивные нарушения); в связи со снижением эластичности и растяжимости ткани легкого при пневмонии, спадении или сдавлении легкого при пневмотораксе, гемотораксе, экссудативном плеврите (рестриктивные нарушения);
• снижение кровообращения в легких — в связи с уменьшением ОЦК, сердечной недостаточностью и пр.;
• нарушение диффузии кислорода через аэрогематический барьер — при отеке (интерстициальном) ткани легочных альвеол, при уплотнении ткани при некоторых заболеваниях, сопровождающихся разрастанием соединительной ткани в альвеолярной мембране («пылевые» заболевания легких — пневмокониозы);
• нарушение соотношения вентиляция/перфузия — когда одни участки легких плохо вентилируются, но хорошо кровоснабжаются, другие — наоборот (при эмболии ветвей легочной артерии, при эмфиземе легких).

Циркуляторная гипоксия. Причина, почему бывает циркуляторная гипоксия — недостаточное кровоснабжение тканей и органов.

Механизмы возникновения циркуляторной гипоксии:

• снижение ОЦК при кровопотере, дегидратации;
• сердечная недостаточность при различных заболеваниях и патологических состояниях (инфаркт миокарда, повышение ОЦК — гиперволемия — при массивных переливаниях крови, сдавление сердца при тампонаде);
• снижение тонуса сосудистых стенок, что приводит к увеличению емкости сосудистого русла и относительному уменьшению ОЦК (например, при шоке, надпочечниковой недостаточности).

Циркуляторная гипоксия может быть местной (при венозной гиперемии, ишемии, стазе) и системной (при гиповолемии, сердечной недостаточности, снижении тонуса сосудистых стенок).

Механизмы развития гемической и тканевой гипоксии

Гемическая гипоксия. Причина этого вида гипоксии — снижение транспортной функции крови.

Механизмы гемической гипоксии:

• уменьшение содержания гемоглобина при анемии;
• нарушение транспортных свойств гемоглобина: а) при наследственных заболеваниях — гемоглобинопатиях (снижении транспортной способности гемоглобина из-за врожденного нарушения его структуры); б) при вступлении различных химических соединений в реакцию с гемоглобином (яды, некоторые лекарственные препараты, угарный газ и пр.).

Тканевая гипоксия. Причины развития тканевой гипоксии — снижение эффективности окислительных процессов в тканях.

Механизмы тканевой гипоксии:

• нарушение обменных процессов и повреждение клеток при различных болезнях и патологических процессах;
• увеличение потребности тканей в кислороде под влиянием внутренних (избыток кальция, гормонов щитовидной железы) и внешних факторов (токсические химические соединения, некоторые лекарственные вещества).

Почему бывает субстратная, перегрузочная и смешанная гипоксия

Субстратная гипоксия. Причина субстратной гипоксии — уменьшение содержания в клетках веществ, которые должны быть окислены (при отсутствии снижения доставки кислорода в ткани). Обычно это означает снижение уровня глюкозы в тканях; ее дефицит приводит к торможению процессов окисления, недостатку энергии, замедлению обменных процессов (метаболизма) и пластических процессов.

Перегрузочная гипоксия. Причина перегрузочной гипоксии — длительная интенсивная нагрузка, при которой резко возрастает потребность в энергии и соответственно в процессах окисления и кислороде.

Смешанная гипоксия. Как понятно из названия, при смешанной гипоксии имеется комбинация тех или иных форм гипоксии: например, тяжелая кровопотеря приводит к появлению гемической гипоксии из-за недостаточного количества гемоглобина; в свою очередь гипоксия приводит к угнетению сократительной функции сердца (сердечной недостаточности), следствием чего является появление компонента циркуляторной гипоксии.

По скорости возникновения и длительности патологического процесса гипоксию подразделяют на молниеносную (острейшую), которая развивается в несколько секунд (например, разгерметизация скафандра у космонавта), острую, которая развивается в течение нескольких минут (например, при острой кровопотере), подострую, которая развивается в течение нескольких часов (при отравлении гемоглобиновыми ядами), и хроническую, которая длится дни, недели, месяцы, годы (например, при хронической анемии, хронической сердечной недостаточности).

Экстренная стадия адаптации организма к гипоксии

При возникновении гипоксии в ряде ситуаций, возможно, ее устранение путем направленных поступков человека (например, можно открыть форточку в душной комнате).

Механизмы адаптации организма к гипоксии разделяют на экстренные и долговременные.

Экстренная адаптация к гипоксии состоит из следующих механизмов.

Со стороны дыхательной системы — это увеличение частоты и глубины дыхания.

Со стороны сердечно-сосудистой системы — увеличение частоты сердечного сокращения и силы сердечного выброса, расширение сосудов головного мозга и сердца.

Со стороны системы крови на этой стадии адаптации к гипоксии происходит выход эритроцитов из депо и красного костного мозга.

Со стороны тканей — усиление эффективности процессов окисления и производства энергии за счет оптимизации процессов биохимических реакций.

Механизмы долговременной адаптации к гипоксии

Механизмы долговременной адаптации к гипоксии активизируются при следующих условиях: гипоксия должна быть достаточно длительной, чтобы позволить механизмам адаптации включиться, и умеренно интенсивной, так как слишком слабая гипоксия не активирует механизмы адаптации, а слишком сильная приводит к выраженному повреждению структур организма, в частности и тех, которые отвечают за механизмы адаптации.

Долговременная адаптация гипоксии складывается из следующих механизмов.

Со стороны дыхательной системы — гипертрофия легких, увеличение количества альвеол.

Со стороны сердечно-сосудистой системы — гипертрофия миокарда и повышение сердечного выброса, увеличение числа (раскрытие) функционирующих капилляров.

Со стороны системы крови — активизация эритропоэза и увеличение концентрации эритроцитов (развитие эритроцитоза).

Со стороны тканей и органов — повышение эффективности метаболизма, на уровне клетки — повышение эффективности биологического окисления за счет увеличения числа митохондрий.

Со стороны систем регуляции — увеличение резистентности нейронов к гипоксии, снижение активности системы, активизирующей обменные процессы (гипоталамус — гипофиз — надпочечники).

Функциональные нарушения, возникающие при гипоксии

Этот раздел статьи посвящен тому, какими последствиями грозит гипоксия организму.

Возникновение расстройств в организме характерно для острой и подострой гипоксии, так как острейшая (молниеносная) гипоксия обычно приводит к гибели, а хроническая — к адаптации организма.

Со стороны обмена веществ происходит нарушение различных его звеньев: снижение процессов окисления приводит к возникновению дефицита энергии и угнетению пластических процессов, а также к накоплению недоокисленных продуктов; дефицит энергии ведет и к нарушению энергозависимых процессов обмена электролитов, что выражается, например, в выходе калия за пределы клетки, задержке натрия и хлоридов (это связано с повышением количества гормонов надпочечников — минералокортикоидов) и набухании клеток из-за задержки воды по той же причине.

Последствия после гипоксии для органов и тканей неодинаковы: самыми чувствительными к ней являются нейроны, затем клетки миокарда, почек и печени, чуть менее — скелетной мускулатуры. Костная, хрящевая, соединительная ткань к гипоксии почти не чувствительна.

Наиболее заметно появление гипоксии со стороны нервной ткани — возникают головные боли, нарушаются мыслительные процессы, координация движений, появляется ощущение дискомфорта, возможно угнетение сознания.

Со стороны сердечно-сосудистой системы и системы крови отмечается снижение сократительной функции миокарда, аритмии, снижение или повышение АД, изменение текучести (реологических свойств) крови.

Со стороны системы дыхания характерны следующие нарушения после гипоксии: сначала (рефлекторно) увеличивается объем вентиляции легких, а затем он уменьшается из-за наблюдающихся расстройств функций организма (возникает дыхательная недостаточность).

Многообразные нарушения, возникающие при гипоксии, отмечаются со стороны почек; характер этих нарушений зависит от формы, длительности и степени гипоксии и проявляется как повышением, так и снижением диуреза, а также изменением состава мочи.

Печень реагирует на гипоксию различными нарушениями своих многообразных функций — снижением дезинтоксикационных свойств, нарушением обменных процессов (обмена углеводов, белков, жиров и витаминов), в которых этот орган принимает участие. Кроме этого в печени угнетается и синтез различных веществ — мочевины, факторов свертывающей системы крови, желчных пигментов и т.д.

Со стороны желудочно-кишечного тракта отмечается снижение аппетита, моторики желудка и кишечника, могут образовываться эрозии и язвы.

Иммунная система реагирует на гипоксию снижением активности иммунокомпетентных клеток и угнетением факторов неспецифической иммунной зашиты.