Гипоксия: что это такое, симптомы, лечение, причины, признаки, последствия, профилактика
Гипоксия развивается при нарушении транспорта O2 из окружающего воздуха в ткани.
Причины гипоксии
Выделяют следующие причины гипоксии.
В результате гиповентиляции легких падает альвеолярная концентрация O2 , уменьшая насыщение кислорода кровью. Однако значительное снижение поглощения O2 возникает только при выраженных нарушениях вентиляции.
Снижение диффузионной способности легких нарушает газовое равновесие между альвеолами и капиллярной кровью.
Уменьшение кислородной емкости крови отмечается при анемии либо неспособности гемоглобина связывать и высвобождать O2 . Например, аффинность окиси углерода (CO) к гемоглобину превышает сродство кислорода в 200 раз. Соединение CO с одной из групп гема повышает сродство остальных трех, в результате пораженная молекула гемоглобина связывает меньше O2 , значительно снижается и ее способность высвобождать ранее связанный кислород. Повышенная аффинность к O2 в сочетании с уменьшением высвобождения O2 в ткани встречается при дефиците 2,3-бисфосфоглицерата и алкалозе.
Недостаточность кровообращения или местная ишемия вызывают нарушения сосудистого транспорта O2.
Нарушение диффузии в тканях возникает в случае увеличения расстояния между клеткой и ближайшим к ней капилляром, которое встречается при гипертрофии тканей без соответствующей пролиферации сосудов микроциркуляторного русла или отеке. Диффузионное расстояние увеличивается также при сокращении прекапиллярного сфинктера ближайшего капилляра. В этом случае O2 поступает через следующий ближайший сосуд.
Некоторые токсины, поступающие в дыхательную цепь, также могут нарушать утилизацию O2 .
Последствия гипоксии
Наиболее значимое последствие всех вышеупомянутых причин — нарушение аэробного энергетического обмена клеток.
При гипоксии возрастающие потребности клетки в энергии могут быть частично удовлетворены АТФ, образующимся при распаде глюкозы до молочной кислоты. Однако в результате такой реакции высвобождается очень мало энергии, а диссоциация молочной кислоты приводит к развитию метаболического ацидоза. Недостаточное поступление энергии в клетку вначале вызывает обратимые нарушения ее функции, которые в конечном итоге сменяются необратимым повреждением. Максимально допустимая продолжительность периода кислородного голодания, в течение которого изменения носят обратимый характер, зависит от типа клеток. Нейроны погибают приблизительно через 10 мин, клетки почек и печени — через несколько часов. Однако весь организм гибнет уже через 4 мин. Период обратимых изменений можно значительно увеличить путем снижения потребности клеток в O2 (например, при гипотермии).
Гиповентиляция, нарушение диффузии газов в легких и недостаточность кровообращения вызывают цианоз в том случае, если средняя концентрация восстановленного гемоглобина в капиллярной крови не превышает 0,7 ммоль/л (5 г/100 мл). При гиповентиляции и нарушении диффузии газов в легких артериальная кровь содержит недостаточное количество O2 (центральный цианоз). Следует, однако, отметить, что цианоз не всегда является показателем дефицита O2 . Если концентрация гемоглобина в крови возрастает, цианоз может сохраняться даже при отсутствии дефицита O2 (псевдоцианоз). И наоборот, низкое содержание гемоглобина (анемия) может сопровождаться недостатком O2 , но концентрация восстановленного гемоглобина может не достигать уровня, необходимого для возникновения цианоза.
Недостаток кислорода вызывает увеличение количества чувствительных рецепторов HIF (фактор, индуцируемый гипоксией). Когда O2 поступает в достаточном количестве, происходит гидроксилирование этого фактора транскрипции НIЕ-пролил-4-гидроксилазой с последующим убиквитинированием — реакцией, опосредованной белком Гиппеля—Линдау (vHL). Убиквитинирование способствует протеасомному расщеплению HIF. При наличии O2 гидроксилазы активируются, в условиях гипоксии — инактивируются. Таким образом, при гипоксии HIF не расщепляется, проникает в ядро, связывается с ответственными за гипоксию элементами ДНК и вызывает экспрессию генов, отвечающих за выживание в условиях гипоксии. К HIF-чувствительным генам относятся VEGF (эндотелиальный фактор роста сосудов), который стимулирует образование новых капилляров (ангиогенез), и TGF-β, стимулирующий образование матриксных белков (фиброз). Замещение клеток матриксными белками снижает потребность ткани в O2 . Однако уменьшение количества клеток нарушает функцию органа (например, сократимость сердечной мышцы). Изменение экспрессии клеток при повторных коротких или продолжительных транзиторных периодах гипоксии повышает сопротивляемость тканей к гипоксии или ишемии (предварительная подготовка и гибернация). В почках HIF повышает выработку эритропоэтина, который является стимулятором образования новых эритроцитов и, соответственно, улучшает транспортную функцию крови.