Начало >> Статьи >> Архивы >> Основы патологической физиологии

Типовые нарушения механизма компенсации недостаточности тканевого дыхания - Основы патологической физиологии

Оглавление
Основы патологической физиологии
Основы учения о здоровье, предболезни и болезни
Внутренние причинные факторы
Роль условий в происхождении болезни
Патогенез
Общие механизмы патологических процессов
Формирование симптоматики болезни
Методы патологической физиологии
Барьерные механизмы
Гематоэпителиальные барьеры
Гематолимфатический барьер
Гистогематические барьеры
Циркуляторно-органные барьеры
Параиммунитет
Неспецифическая клеточная защита
Специфическая иммунная защита
Метаболизм антигенов
Антитела
Регуляция антителообразования
Реакции антиген-антитело
Иммунодефициты
Специфическая клеточная защита
Типовые клеточные патологические процессы
Типовые нарушения клеточной защиты
Повреждение клетки
Патохимические проявления повреждения клетки
Повреждение цитоплазматической мембраны
Нарушение трансмембранного транспорта
Нарушение рецепторной функции мембран
Функции органелл в поврежденной клетке
Цитозоль поврежденной клетки
Ядро поврежденной клетки, типовые нарушения
Патологические процессы при общих нарушениях обмена веществ
Типовые нарушения механизма компенсации недостаточности тканевого дыхания
Виды гипоксии
Патофизиологическое обоснование методов повышения устойчивости к гипоксии
Патология углеводного обмена
Дефекты энергетического использования углеводов
Нарушение утилизации моносахаридов
Врожденные нарушения утилизации моносахаридов
Мукополисахаридозы
Типы недостаточности инсулина
Патология жирового обмена
Внутриклеточное метаболизирование транспортных форм липопротеидов
Гиперлипопротеидемии
Ожирение
Патология белкового обмена
Белково-энергетическая недостаточность
Частичное голодание
Недостаточность растепления и всасывания белков в кишечнике
Типовые нарушения синтеза сывороточных белков
Диспротеинемии
Типовые нарушения внутриклеточного обмена белков
Пуриновый обмен
Патология обмена витаминов
Патология обмена витамина C
Патология обмена витамина A
Патология обмена коферментной группа витаминов
Патология обмена гормоноподобной группы витаминов
Патология обмена незаменимых микроэлементов
Марганец, медь
Магний
Молибден, селен, хром, фтор
Типовые нарушения водно-электролитного обмена
Нарушения объемного гомеостаза
Нарушения внеклеточного осмотического гомеостаза
Нарушения внутриклеточного осмотического гомеостаза
Местные нарушения объемного и осмотического гомеостаза
Типовые нарушения обмена кальция
Типовые нарушения обмена фосфора
Типовые нарушения кислотно-основного состояния
Дисфункция буферных систем - нарушения кислотно-основного состояния
Неспецифическое острое воспаление
Соединительная ткань в процессе воспаления
Противовоспалительная защита
Медиаторы воспаления
Системные проявления острого воспаления
Динамика местного острого воспаления
Хроническое воспаление
Лихорадка
Типовые нарушения регенерации
Неспецифическая над клеточная регуляция клеточной регенерации
Специфические регуляторы клеточной регенерации
Малигнизации клеток
Химический канцерогенез
Физический канцерогенез
Вирусный канцерогенез
Особенности малигнизированных клеток
Самозащита малигнизированных клеток
Противоопухолевая защита организма
Опухолевая болезнь
Боль
Рецепторы болевой чувствительности
Проводящие пути боли
Антиноцицептивная система
Специфическая рецепция опиоидных пептидов
Механизмы действия опиоидных пептидов в ЦНС
Опосредованное действие опиоидных пептидов
Острая боль
Хроническая боль
Стресс
Острый физиологический стресс
Хронический физиологический стресс
Патологический стресс
Типовые нарушения иммунитета
Атопия
Тестирование гиперчувствительности немедленного типа, иммунная аутоагрессия
Болезни иммунных комплексов
Гиперчувствительность замедленного типа
Трансплантационная иммунопатология
Инфекционный процесс
Радиационное повреждение
Повреждающее действие высоких и низких температур
Температурный анализатор
Эфферентные звенья терморегуляции
Типовые нарушения теплового баланса в организме
Ожоговая болезнь
Система крови
Энзимопатические гемолитические анемии
Органические повреждения клеток эритроидного ряда
Экстракорпускулярные гемолитические анемии
Кровопотеря
Возрастные и функциональные изменения эритропоэза
Белая кровь
Нейтрофилы
Эозинофилы
Базофилы
Пул агранулоцитов
Пул лимфоидных клеток
Пул тромбоцитов
Лейкозы
Гемостаз
Противосвертывающая система крови
Фибринолитическая система крови
Нарушения гемостаза
Сердечно-сосудистая система
Нарушения автоматизма сердца
Номотопные аритмии
Гетеротопные аритмии
Сердечная недостаточность
Адаптация к нагрузкам неповрежденного сердца - сердечная недостаточность
Адаптация к нагрузкам поврежденного сердца - сердечная недостаточность
Миокардит
Тампонада сердца
Венечное кровообращение
Механизмы повреждения венечных сосудов
Постинфарктные осложнения
Механизмы повреждения сосудистой системы
Механизмы быстрой регуляции артериального давления
Механизмы долгосрочной регуляции артериального давления
Система микроциркуляции
Комбинированные повреждения артериальных сосудов
Алиментарные факторы в патогенезе артериальной гипертензии
Атеросклероз
Нарушения регуляции обмена липопротеидов - атеросклероз
Патология лимфатической системы
Патология венозной системы
Дыхательная система
Нарушения нервной регуляции внешнего дыхания
Дыхательная недостаточность
Бронхиальная астма
Асфиксический синдром
Рестриктивная недостаточность дыхания
Отек легких
Патология плевры
Пищеварение в ротовой полости
Механизмы повреждений слизистой оболочки полости рта
Слюнные железы
Регуляция секреции слюнных желез
Нарушения деятельности слюнных желез
Жевание
Глотание
Пищеварительный транспортный конвейер
Нейроэндокринная регуляция моторной и секреторной функции желудка
Механизмы нарушения пищеварения в желудке
Гастрит
Механизмы язвообразования в желудке
Оперированный желудок
Пищеварение в кишечнике
Иммунная система тонкой кишки
Моторика тонкой кишки
Механизмы нарушения функций тонкой кишки
Острый перитонит
Пищеварение в толстой кишке
Типовые нарушения функции толстой кишки
Поджелудочная железа
Типовые нарушения внешнесекреторной функции поджелудочной железы
Панкреатит
Печень
Защита гепатоцитов
Типовые нарушения функций гепатоцитов
Гепатит
Печеночная недостаточность
Генетические дефекты функций печени, регенерация
Желтуха
Желчевыводящие пути
Структура и функции почек
Типовые повреждения нефрона
Типовые нарушения функций почек
Почечная недостаточность
Мочевыводящие пути
Костная ткань скелета
Регуляция активности остеогенных клеток
Типовые нарушения опорно-двигательного аппарата
Компенсационная перестройка кости
Искусственная активация репаративного остеогенеза
Остеопатии
Артропатии
Типовые нарушения суставов
Артрит
Скелетные мышцы
Адаптация скелетных мышц к режиму работы
Типовые нарушения скелетных мышц
Нарушения нервно-мышечной передачи возбуждения и нейротрофических влияний
Общая характеристика гормонов
Типовые нарушения функций эндокринных клеток
Гипофиз
Эпифиз
Паращитовидные железы
Корковое вещество надпочечников
Щитовидная железа
Женская репродуктивная система
Гормональная дисфункция у женщин
Мужская репродуктивная система
Типовые нарушения функций яичек и придатков
Дисфункция гипоталамо-гипофизарно-гонадной системы у мужчин
Типовые нарушения функций предстательной железы
Врожденная дисфункция гормональной регуляции репродуктивной функции у мужчин

У здорового человека всегда имеется лишь скрытая (физиологическая) гипоксия (насыщение кислородом крови, оттекающей от легких, происходит на 90—98 %). При этом сохраняется вне- и внутриклеточный гомеостаз, в жидких средах организма отсутствуют недоокисленные продукты распада. Физиологическая гипоксия связана с неравномерной вентиляцией легких и наличием «физиологических» ателектазов. Эта гипоксия объясняется также особенностью кровоснабжения легких. Бронхиальные артерии относятся к системе большого круга кровообращения и вместе с тем они анастомозируют с капиллярами системы легочных артерий (малый круг кровообращения) и имеют небольшое число артериоло-венулярных анастомозов. При заболеваниях дыхательных путей развиваются нарушения тканевого дыхания, что может быть связано с недостаточностью альвеолярной вентиляции и кровообращения в легких в результате патологического шунтирования, ограничения диффузионных потоков газов. В органах и тканях в происхождении повреждений клеточного дыхания важную роль могут играть нарушения распределения объема кровотока в системе микроциркуляции вследствие патологического раскрытия артериоловенулярных шунтов, ослабления диффузии газов между кровью и клетками. У взрослого человека уменьшение потребления кислорода ниже критического уровня (300 мл/мин/м2) ведет к патологическому снижению РО2 в артериальной крови, нарушению механизмов ауторегуляции объема кровотока и экстракции кислорода, в результате чего ткани и органы начинают испытывать гипоксию (кислородное голодание). Это вызывает включение системных и клеточных механизмов компенсации.

Системная и клеточная компенсация при гипоксии

Дефицит кислорода возбуждает через посредство хеморецепторов главным образом синокаротидной зоны ретикулярную формацию, повышает ее активирующее воздействие на жизненно важные центры ствола мозга, спинного мозга, коры большого мозга и включает механизмы мобилизации резервов. При напряженной деятельности резервных систем возможна полная компенсация дефицита кислорода.
Дыхательный резерв используется за счет повышения активности дыхательных центров, углубления и учащения дыхания, увеличения числа функционирующих альвеол, диффузионной поверхности легких и минутного объема дыхания.
Мобилизация гемодинамического резерва обеспечивается усилением и учащением сердечных сокращений, редепонированием крови, выходом эритроцитов из синусов костного мозга с увеличенным потенциальным резервом гликолитических ферментов и возрастанием содержания 2,3-дифосфоглицерата в эритроцитах. Облегчается диссоциация гемоглобина, увеличивается объем циркулирующей крови и приток ее к правому предсердию, повышается тканевый кровоток, улучшается транспорт кислорода к тканям, расширяются сосуды сердца, мозга, легких, почек и других органов.
Повышению тканевого резерва способствуют активация синтеза митохондрий в органах, увеличение их мощности, возрастание, особенно в жизненно важных органах, активности цитохромоксидазы, более интенсивное извлечение кислорода тканями из крови. Усиливается нервнотрофический контроль гликолиза и аэробного окисления, активируется синтез нуклеиновых кислот и белков в ответ на дефицит макроэргов в мышечных органах, возрастает содержание миоглобина в сердце, скелетных мышцах.
Увеличение эритропоэтического резерва обусловлено активацией продукции эритропоэтина, стимуляцией в костном мозге эритропоэза, усилением транспорта большого числа молодых эритроцитов, обладающих повышенной гликолитической активностью, в сосудистую систему, развитием умеренной полицитемии, увеличением кислородной емкости крови.
Начальная стадия декомпенсации при гипоксии развивается на фоне мобилизации всех резервных систем, но снижения оксигенирования крови ниже 96 %. Исходы начальной стадии декомпенсации определяются в основном продолжительностью и интенсивностью нарушения дыхания клеток. Сравнительно небольшое и кратковременное снижение клеточного дыхания обычно приводит к умеренному непродолжительному снижению РО2 ниже критической концентрации О2 в клетке. Если она уменьшается всего на 30 %, то напряжение внутриклеточного О2 повышается с 3,8 до 34,1 мм рт.ст. При повышении РО2 увеличивается эффективность окислительно-восстановительных систем за счет возрастания степени сопряжения окисления и фосфорилирования (усиление активности цитохромоксидазы, дегидраз, АТФазы и др.). Одновременно активизируется анаэробный синтез АТФ. На этом фоне возрастает синтез нуклеиновых кислот и белков, что со временем может привести к увеличению количества митохондрий в клетке. Наряду с этим происходит разобщение клеточного метаболизма с функцией мембран, что повышает проницаемость последних. Автоматически включается защитный механизм в виде заметного снижения плотности ионоселективных каналов для К+, Na+ при сохранении функции Na+/K+-Hacoca. Это предотвращает дальнейшее повышение проницаемости мембран, снижает их чувствительность к действию регулирующих систем организма и длительно поддерживает обратимый характер обменных и функциональных нарушений на фоне напряженной деятельности механизмов компенсации гипоксии. На этой стадии отмечается умеренное накопление лактата и других недоокисленных продуктов, развитие легкой недостаточности обновления макроэргов (АТФ и др.). В тканях с низкой гликолитической активностью возникает обратный эффект Пастера — активация гликолиза при недостаточности дыхания, в тканях с высокой гликолитической активностью — эффект Крэбтри — ингибирование окислительного фосфорилирования при активации гликолиза. Напряженная активность механизмов компенсации кислородного голодания ведет к возникновению дефицита окисленной формы НАД за счет недостаточности активности ферментной системы, катализирующей окисление НАДН янтарным полуальдегидом и превращающей ее в НАД. Такие нарушения ведут к угнетению утилизации кислорода в клетках в основном в двух узловых звеньях.
Разобщение окислительного фосфорилирования с дыханием появляется при воздействии на клетку слабых кислот, содержащих ОН-, NH2- и SH-группы. Слабые кислоты и другие разобщающие субстраты связываются в области фосфолипидного слоя с мембранными белками, в том числе с компонентами АТФ- синтетазного комплекса. Это ведет к угнетению активности ферментных систем окислительного фосфорилирования или к проявлению тормозных эффектов фосфорилирования АДФ, диссоциации электрохимического потенциала Н+. При перенесении Н+ через мембрану отсутствует энергетическое сопряжение между транспортом электронов и фосфорилированием АДФ в митохондриях.
Нарушение передачи электронов от геминовых ферментов на кислород возникает при инактивации железосодержащего геминового фермента цитохромоксидазы и нарушения его основной функции — превращения закисной формы железа в окисную, что угнетает утилизацию кислорода в клетке. При развитии гипоксемии еще до стадии существенных нарушений энергетического метаболизма в клетках периферических органов и тканей, в нейронах ЦНС и периферической нервной системы угнетается синтез различных нейромедиаторов (КТА, ацетилхолина, серотонина, ГАМК) из аминокислот-предшественников. Это служит причиной ослабления нейротрофических влияний на клетки-эффекторы уже в ранний период развития кислородного голодания. Недостаточность утилизации кислорода и нервнотрофических влияний на клетки-эффекторы ведут к торможению аэробного гликолиза в митохондриях, прогрессирующему дефициту синтеза макроэргов, угнетению активности ионных насосов. В этих условиях клетки начинают высвобождать медиаторы клеточных экстремальных состояний — производные фосфоинозитидов: диацилглицерида и инозитол-1,4,5-трифосфата. При этом возникает кратковременная мощная активация клеточных реакций с мобилизацией и выходом Са2+ из клеток в связи с быстрым расщеплением медиаторов клеточных экстремальных состояний до физиологически неактивных соединений. Одновременно происходит оксигенирование арахидоновой кислоты и усиление образования эйкозоноидов — простагландинов, тромбоксана и лейкотриенов, патогенное влияние которых на межклеточные контакты ослабляет обменные и функциональные взаимосвязи клеток. При острой блокаде обменных реакций, связанных с деятельностью ионных насосов в клетке, кислородная недостаточность уже через несколько минут приводит к развитию необратимых повреждений жизненно важных органов — ЦНС, печени, почек и др. Умеренная кислородная недостаточность вызывает нарушения функции тканей и органов, обусловленные преимущественно дефицитом синтеза макроэргов — в клетках угнетаются синтетические процессы — образование белков, нуклеотидов и других метаболитов, ослабляется секреторная активность, сократительная способность скелетной мускулатуры. В таких условиях возможно прекращение деятельности ряда нежизненно важных органов даже на несколько часов без угрозы для жизни.
Продолжительная выраженная кислородная недостаточность расстраивает механизмы саморегуляции кровотока и вызывает значительное хроническое повышение внутриклеточного РО2, превышающее критический порог. Это истощает и снижает активность антиоксидантных систем клеток, способствует усиленному образованию прооксидантов и развитию стадии декомпенсированной гипоксии. Стадия декомпенсации характеризуется значительной (менее 90 %) недостаточностью оксигенации крови, резким торможением синтеза АТФ в клетках. В этих условиях усиливается деградация АТФ, что ведет к повышенному образованию аденозина, инозина и гипоксантина и массивной продукции активных радикалов. Образование активных радикалов происходит на фоне содержания в крови высокой концентрации недоокисленных продуктов распада, повышения величины коэффициента лактат/пируват, развития выраженного вне- и внутриклеточного ацидоза. Это вызывает ослабление метаболизирования Н+ из-за нарушения бета-окисления жирных кислот, пентозофосфатного цикла и цикла Кребса, а также угнетение функции последовательной цепи обратимых окислительновосстановительных реакций с участием глутатиона, аскорбината и токоферола. Это связано с ингибированием активности ключевых звеньев антирадикальной защиты клеток — супероксиддисмутазы (гашение радикалов СО2), токоферола (гашение синглетного кислорода О2), глутатионпероксидазы, НАДФН — НАДН-зависимых пероксидаз и каталаз (нарушение формирования цепи реакций элиминации перекисей). При гипоксии концентрация свободных радикалов в тканях и органах возрастает также за счет «дыхательного взрыва» при возбуждении сегментоядерных лейкоцитов, локализованных в системе циркуляции и в интерстиции.

Схема 6. Образование активных радикалов на основе кислорода полинуклеарами (по Augustin А.О., 1992)

«Дыхательный взрыв» в лейкоцитах происходит при активации НАДФН-оксидазы и трансмембранной электронно-транспортной цепи. В биохимических реакциях НАДФН используется как донатор электронов, а кислород — как их акцептор (схема 6).
При кислородном голодании накопление свободных радикалов в органах и тканях вызывает множественные повреждения (схема 7).
Из схемы видно, что свободные радикалы вызывают пероксидацию липидов микросомальных мембран, что ведет к образованию пероксидов эндогенных остатков полиненасыщенных кислот, входящих в состав фосфолипидов. Липидные гидроперекиси могут индуцировать липидную пероксидацию при участии цитохром-Р-450-зависимого механизма, что ведет к дополнительному образованию липидных гидроперекисей.

Схема 7. Роль свободных радикалов в повреждении макромолекул в клетке

Продукты перекисного окисления липидов повреждают мембраны, нарушают активность мембраносвязанных ферментов, ведут к дефициту цитохрома Р-450 — группы микросомальных и митохондриальных гемопротеидов, выполняющих роль мембраносвязанной электроннотранспортной цепочки, катализирующей окисление многих эндо- и экзогенных химических продуктов. Активация перекисных процессов приводит к повреждению белковых молекул, встроенных в мембранные структуры. Активные радикалы повреждают липопротеины (мембранные и др.), инактивируют ферменты, угнетают процессы пролиферации, накапливают в клетках инертные полимеры (продукты «сшивки» и полимеризации).
Характерно развитие дистрофических процессов в клетках и появление типовых органных и системных повреждений.
В ЦНС нарушается возбудимость нейронов, набухают митохондрии, угнетаются синтетические процессы, ослабевает или прекращается аксонный транспорт, усиливается пентозофосфатный цикл, снижается активность дыхательных ферментов (цитохромоксидаза и др.), тормозится образование аминокислот КТА, ГАМК, ацетилхолина и нейромедиаторов из глюкозного источника, значительно инактивизируется МАО.
Сердечно-сосудистая система реагирует резко выраженной брадикардией, замедлением распространения, а затем блокадой распространения возбуждения в атриовентрикулярном узле, ослаблением сократительной способности миокарда, особенно левого желудочка, увеличением среднего давления в левом предсердии. Наблюдаются спазм резистивных сосудов, шунтирование кровотока, первоначальное развитие тяжелой гипоксии скелетной мускулатуры, ЖКТ, печени, патологическое депонирование крови, гиповолемия.
Внешнее дыхание проявляется гипервентиляцией (тахипноэ) на фоне гипоксемии, затем развитием дыхательной недостаточности, которая обычно приводит к терминальной гипоксии. Терминальная гипоксия развивается на фоне значительного нарушения оксигенации крови, возникающего в результате недостаточности газового обмена в альвеолах (шунтирование кровотока при шоке, ателектазы при пневмонии и др.). Снижение кислородной емкости крови ведет к угнетению аэробных процессов, к торможению продукции макроэргов и значительной активации продукции лактата. Дезорганизация обменных процессов на стадии терминальной гипоксии угнетает функцию антиоксидантных систем клеток, резко повышает свободнорадикальные процессы окисления липидов. Возникающие нарушения метаболизма длинных цепей ацетил-КоА ведут к повреждению и увеличению проницаемости всех мембран клеток, что является причиной невосполнимой утраты клетками К , ферментов и накопления внутри клеток Na+, Са2+. Подобные нарушения сопровождаются развитием не только клеточного отека, но и активацией эндогенной фосфолипазы А2, интенсивно расщепляющей фосфолипиды клеточных мембран и тем самым потенцирующей обменные нарушения вплоть до появления необратимых повреждений с угнетением ионного транспорта, распадом митохондрий, активацией аутолиза и др. Эти процессы лежат в основе развития тяжелых органных повреждений и системных повреждений организма, часто не совместимых с жизнью.



 
« Основы иммунологии (Ярилин)   Основы педиатрии »