Хипоксия

Хипоксията е патологично състояние на кислороден дефицит на ниво организъм, орган, телесен участък, клетки, митохондрии. Тя е полиетиологично патологично състояние, което е характеризира с видово-зависим облик на възникване, развитие и изход и индивидуални особености на протичане.

Значение на кислорода за организма

Екосистемите в живата природа постоянно акумулират биоенергията и рационално я използват. Това се осъществява непрекъснато чрез процесите на фотосинтеза и клетъчно дишане. Благодарение на съществуването на кръговрата между кислорода и въглеродния диоксид, кислорода се само възпроизвежда. Това го прави неизчерпаемо и евтино гориво за аеробните организми и за човека. Доставянето на кислород до живите организми се осъществява чрез процесите на дифузия (бърз физичен процес, който се определя от концентрационния градиент на газа, съпротивлението на тъканта и дифузионната площ) и конвекция (придвижване на газа от едно пространство в друго с разход на енергия). При човека конвекцията е свързана с дишането и кръвообращението. Доставката на кислород до тъканите стои в основата на тяхното правилно функциониране. Използването на този газ е процес на метаболитно и функционално контролирана кислородна редукция, която се означава като кислородна консумация. Спрегнатостта на механизмите на доставка на кислород и на използването му е същността на жизнено необходимия кислороден поток или „реката на живота“. Кислородният поток към тъканите се регулира от единна система, която включва дихателния апарат, хемоглобина на кръвта, сърдечно-съдовата система, тъканните дихателни ензими и нервно-хуморалните фактори и механизми, участващи в регулацията. Този физиологичен комплекс поддържа оптималните нива на кислород в организма. Парциалното налягане на кислорода намалява в посока от белите дробове към митохондриите. Това формира така наречената кислородна каскада. Градиентите в нея осигуряват най-икономичното, ефективно и пластично внасяне, пренасяне и използване на кислорода.

За да се получи кислородно гладуване, е необходимо да се нарушат постепенно или комбинирано процесите на внасянето на кислорода в белите дробове, на преминаването му от алвеолите в кръвта, пренасянето му до клетките и клетъчното използване. В основата на хипоксията стои неадекватността между нуждата и доставката на кислород, която се проявява с транспортен или с тъканен кислороден дефицит. Кислородно гладуване може да настъпи и при хипербарна или нормобарна хипероксия, недостатъчен внос или нарушено използване на енергосубстрати от клетките, прилагане на антидепресани и анестетици, хипотироидизъм. Всички тези ситуации водят до недостатъчна аеробна енергопродукция, състояние известно като хипоксидоза или хипоксидно състояние. Последица от разтроената аеробна енергопродукция е хипоенергизмът на клетката, органа или организма, който понижава дееспособността си. На нивото на целия организъм това се проявява с лесна уморяемост, обща слабост до тежка адинамия.

Хипоксията е най-съществената форма на хипоксидоза. Тя представлява сложен патологичен процес, при който системите внасящи, пренасящи и използващи кислорода и техните регулаторни механизми не са в състояние на обезпечат жизнените метаболитни потребности на организма. Хипоксията има два патофизиологични варианта:

1. вариант на устойчиво нарушение на кислородния статус на организма с компенсаторно до патологично преустройство на системите транспортиращи и използващи кислород. При това състояние животът на организма е влошен.;
2. състояние на недостатъчен кислороден поток – кислородно гладуване, което дестабилизира жизнените функции. При това състояние животът на организма е застрашен.

Най-чувствителни към кислородно гладуване са централната нервна система, ретината и в по-малка степен клетките на паренхимните органи – бъбреци, черен дроб, гастроинтестинален тракт. Клетките на кората на главния мозък издържат без кислород 5-7 минути, а на продълговатия мозък и ретината 10-15 минути. Клетките на напречнонабраздените мускули издържат без кислород 60-90 минути. Резистентни на хипоксията са гладкомускулните клетки и структурите на нормално хипоксичните тъкани, към които се причисляват очна корнея, хрущялна тъкан, космени фоликули.

Основните клинични симптоми на кислороден дефицит са цианоза, задух, анемичен статус, прояви на хипоенергизъм, моно- или полиорганна недостатъчност.

Класификация на хипоксиите

Според анатомо-физиологичния принцип хипоксията бива белодробна, сърдечно-съдова, кръвна, тъканна и смесена. Тя може да бъде местна или обща. Местната се наблюдава при спазъм или механично запушване на периферните артериални съдове, а общата – при заболявания на белите дробове и кръвообращението, които се придружават от артериална или венозна хипоксемия. От гледа точка на клиничното протичане кислородното гладуване бива остро, подостро и хронично. При острото доминират симптомите от страна на централната нервна система. Острата хипоксия има три степени на протичане. При първа степен дишането и пулсът се ускоряват и се нарушават когнитивните функции. При втора степен се наблюдава прекоматозно състояние и загуба на грубите координационни движения. Третата степен се характеризира с пълна загуба на съзнание, мускулни гърчове, тежка депресия на дихателната и на сърдечно-съдовата система. Хроничната хипоксия се наблюдава при хронични заболявания на белите дробове, кръвообращението, еритропоезата и при интоксикации с увреждане на ензимни системи. Отговорът на организма към възникващата хипоксия зависи от бързината на възникване, продължителността и степента на кислородно гладуване.

Най-разпространена е класификацията на хипоксиите, която се основава на патогенетичния принцип. Тя ги разделя на:

• хипоксична хипоксия;
• кръвна (хемична) хипоксия;
• циркулаторна хипоксия;
• кислородо-утилизационна хипоксия;
• смесена хипоксия.

Хипоксична хипоксия

Хипоксичната хипоксия се дължи на недостатъчно постъпване на кислород от атмосферата в кръвта, вследствие на дефицит на кислород в атмосферата, недостатъчно внасяне на кислород в алвеолите, нарушен трансфер на алвеоларния кислород в кръвта. В резултат на тези нарушения се засяга оптималното оксигениране на оттичащата се кръв. Според етиологичните фактори, хипоксичната хипоксия се разделя на:

• екзогенна хипоксична хипоксия – при нея е нарушено физичното внасяне на кислорода. Първо се понижават инспираторното и алвеоларното рО₂, а вторично – артериалното рО₂. Екзогенната хипоксия се съчетава с други патогенни фактори. Пример за екзогенна хипоксична хипоксия е планинската болест.;
• ендогенна хипоксична хипоксия – нарича се дихателна хипоксия. Тя е последица от физиологично разстроено внасяне или постъпване на кислорода в организма. Дължи се на апнеични паузи или на хипопнеични епизоди по време на сън, обща алвеоларна хиповентилация, намалено отношение вентилация/перфузия и затруднена дифузия на кислорода през алвеоло-капилярната бариера.

Основното патогенетично звено на хипоксичната хипоксия е артериалната хипоксия. На нивото на белия дроб не се оползотворяват напълно кислородсвързващите способности на хемоглобина. Неусложнената хипоксична хипоксия се характеризира с чист кислороден недоимък. Доставката на субстрати и изнасянето на крайни метаболити не е нарушено. Продължително време клетъчния метаболизъм не е нарушен. Клетките се приспособяват да използват кислорода при по-ниско рО₂ и кислородната консумация в тъканите е почти нормална.

Кръвна хипоксия

Кръвната хипоксия, наречена още хемична или хипемична, се характеризира с намалена дихателна площ на кръвта, в резултат на което се нарушава хемоглобиновото пренасяне на кислорода. Хемичната хипоксия се среща под две основни форми:

• анемичен тип – дължи се на понижен брой на еритроцитите или на хемоглобин. Наличният ефективен хемоглобин е под оптималните метаболитни потребности на организма.;
• инактивитетен тип – среща се под формата на карбоксихемоглобинемия, метхемоглобинемия и сулфхемоглонбинемия. Тези хипоксии се означават като цветни, поради промените в цвета на кръвта. Карбоксихемоглобинът се образува при дишане на замърсен с въглероден оксид въздух. Въглеродния оксид инхибира цитохромите в тъканите, което намалява използването на кислород от клетките. Карбоксихемоглобиновата кръв има вишневочервен цвят, което затруднява появата на цианоза. Метхемоглобинемията е дължи на наличието на тривалентно желязо в метхемоглобина. Съществува физиологична метхемоглобинемия, която се дължи на физиологичното равновесие между процесите на окисление и редуциране на хемоглобина. Това състояние участва в обезвреждането на някои токсични продукти чрез свързването им в комплексни съединения. Наблюдава се и патологична метхемоглобинемия, която може да бъде вродена (при атипичен строеж на хемоглобина) и придобита (предизвиква се от ендогенни окислители на хемоглобина или от екзогенни токсични метхемоглобинобразуватели). При нива на метхемоглобина над 20% се наблюдават задух, гадене, умора, слабост, синкоп. Метхемоглобинемичната кръв има кафявошоколадов цвят. Суфхемоглобинът е друга неактивна форма на хемоглобина, която се образува при токсичното действие на сулфамидни препарати и при токсични отравяния с екзогенни източници на сяра. Сулфхемоглобинемичната кръв има жълтозелен оттенък.

Основно звено в патогенезата на кръвната хипоксия е намалената анатомична или функционална кислородна вместимост, която понижава кислородното съдържание на кръвта. Хипоксемичната и кръвната хипоксия се обединяват под названието хипоксемична хипоксия, поради понижената концентрация на кислород в кръвта. Тя винаги е генерализирана и засяга в различна степен всички структури на организма. Нарушеният кислороден транспорт разстройва кислородното снабдяване. Най-важният хипоксичен клиничен признак е цианозата. Тя е изява на стойности на неоксигенирания хемоглобин в капилярната кръв над 50 g/l.

Циркулаторна хипоксия

Циркулаторната хипокия се дължи на нарушено снабдяване на тъканите с кислород, поради смутени функции на сърдечно-съдовата система и при нормално съдържание на кислород в артериалната кръв. Тя е следствие от разностепенната тъканна хипоперфузия. Циркулаторната хипоксия е три типа:

• исхемичен тип – наблюдава се при спазъм или запушване на артериален съд. На лице са кислородна и субстратна недостатъчност, които бързо нарушават клетъчния метаболизъм.;
• застоен тип – дължи се на забавяне или временно задържане на кръвния ток в определени области. Той може да бъде генерализиран или локален. Кръвният ток в капилярите се забавя. Това води до нарастване на контактното време между кръвта и тъканите. Тези условия позволяват повишена кислородна екстракция, която е причина за венозна хипоксия и хипоксемия;
• смесен тип (шок, колапс) с перфузионни нарушения в микроциркулацията. Той се дължи на остра периферна съдова недостатъчност. При този тип хипоксия се съчетават в едно кислородно-субстратен недоимък с метаболитно-токсична асфиксия на клетките с въглероден диоксид, H⁺, разградни продукти.

Циркулаторната хипоксия се характеризира главно с понижен сърдечен дебит, венозна хипоксемия, повишена артерио-венозна разлика и повишен коефициент на използване на кислорода. Вариант на цикрулаторната хипоксия представлява хипоксията при екстремно натоварване, която се дължи на метаболитно неадекватният тъканен кръвоток. Появата на задух и умора по време на физическо усилие сигнализират за надхвърлен капацитет на двигателната активност с невъзможност на кислородния и гликолитичния поток да обезпечат повишения енергоразход.

Кислородо-утилизационна хипоксия

При кислородно-утилизационната хипоксия не страдат процесите на внасяне, пренасяне и доставяне на кислород, а е нарушено използването на кислорода от самите клетки. Кислородната утилизация от тъканите е комплекс от три процеса – дифузия, кислородна редукция и оксидативна енергопродукция. Тези процеси могат да бъдат засегнати изолирано или комбинирано. Кислородната утилизация се нарушава при неспособност на микроциркулацията и на хемоглобина да обезпечат адекватно количеството дифундиращ кислород и снижени екстракционни клетъчни възможности. Използването на кислорода от клетките е митохондриално (90%) и екстрамитохондриално (10%). Факторите, които водят до нарушаване на тъканното дишане, са разнообразни. Към тях спадат екзогенни и ендогенни интоксикации, инфекции, недоимъчни състояния, промени в алкално-киселинното равновесие и в терморегулацията. Нарушения в тъканното дишане се наблюдават при намалена митохондриална редукция на кислорода и при намалена ефективност на кислородното използване.

Смесена хипоксия

Това е най-често срещания тип хипоксия. При критични състояния на организма – травми, шок, кома, респираторен дистрес синдром се наблюдава смесена хипоксия. До това състояние довеждат и всички екстремни въздействия.

Тъканна хипоксия

До тъканна хипоксия довеждат различните форми на системна хипоксия. Тя се дефинира като състояние на тъканен кислороден дефицит, който се съчетава с недостатъчен или разстроен аеробен метаболизъм. Тъканната хипоксия се дължи на функционално недостатъчната в началото и намалената редукция на кислород в клетките. Прогресирането на това състояние минава през четири функционални стадия:

1. сатурационен стадий – функциите на клетките не са засегнати. Снижени са кислородните резерви и клетъчната работоспособност и издръжливост.
2. стадий на метаболитно адаптиране – клетките съхраняват своите жизнени функции чрез компенсаторно модулиране на метаболизма си.
3. хипоаеробиозен стадий – започва след изчерпване на метаболитните адаптации. По време на този стадий тъканния кислороден поток и синтезирания оксидативен АТФ са недостатъчни, за да обезпечат тъканните функции.
4. деструктивен стадий – преди клетката да навлезе в този стадий се наблюдава алармено снижаване на енергоразхода. Клетката напълно или частично се самоизолира и преминава към живот при екстремни условия.

Адаптации при хипоксичните състояния

Организмът притежава способността в известна степен да се адаптира към хипоксичните състояние. Адаптацията включва верига от последователни звена за отчитане на кислородния дефицит, възникване на сигнал за хипоксична опасност, пренасяне на сигнала, метаболитно и функционално преустройство на клетките, стабилизиране на промените на по-високо равнище с покачване на общата резистентност на организма към факторите на средата. Адаптациите са най-добре проявени при леките и средните форми на хипоксия. Най-изразени са при хипоксичната хипоксия, по-слабо при хемичната и циркулаторната. Видът на компенсацията се определя от свръхфункцията на неувреденото звено от кислородния транспорт. По тази причина адаптациите се разделят на:

• белодробни адаптации – целта им е внасяне в алвеолите и в кръвта на колкото е възможно повече кислород. Най-съществен момент от белодробните адаптации е повишената алвеоларна вентилация. Повишени са и минутния дихателен обем и вентилаторния енергоразход. Алвеоларното мъртво пространство се снижава и нараства газообменната площ. Дифузията на кислород през алвеоло-капилярната бариера се повишава. Тези адаптационни механизми повишават рО₂ в кръвта и подобряват хемоглобиновата сатурация.;
• сърдечно-съдови адаптации – основната им цел е своевременно и съобразено с нуждите придвижване и разпределение на кръвта до тъканите. Основна проява на сърдечно-съдовите адаптации е увеличеният минутен обем на сърцето, която се увеличава за сметка на тахикардия и/или на увеличаване на ударния обем. Други механизми са повишаване на кръвното налягане, увеличаване на васкуларизацията на тъканите. При циркулаторна хипоксия специфичен адаптационен механизъм е повишаването на мобилизацията на кръвта от кръвните депа и централизация на кръвотока (преразпределянето му към жизнено важните органи).;
• кръвни адаптации – те са най-ефективни. Основната им цел е пренос на повече хемоглобинов кислород. Наблюдава се компенсаторна еритроцитоза, която увеличава дихателната площ на кръвта. При хипоксия се променя кислородсвързващата функция на хемоглобина.;
• тъканно-клетъчни адаптации – те се изразяват в повишено използване на кислорода и оптимална продукция на енергия при намалена доставка на кислород.

Хипоксиите са опасни състояния. Тяхното лечение е етиологично и патогенетично. Кислородотерапията играе ролята на патогенетично лечение. Тя изисква точно прецизиране и строг контрол, за да бъдат засегнати опасните токсични ефекти на кислорода върху организма.