Гипоксия 2007 г.

Гипоксия (от греч. hypo – ниже + лат. oxygenium – кислород) – типовой патологический процесс, возникающий вследствие недостаточного снабжения тканей кислородом или нарушения его использования в клетках и характеризующийся недостаточностью биологического окисления.

Классификация гипоксий Гипоксическая (норма-,гипобарическая, респираторная) Циркуляторная Гемическая Тканевая Смешанная

Причины гипоксической гипоксии: Снижение рО 2 во вдыхаемом воздухе (гипобарическая гипоксическая гипоксия) Уменьшение процентного содержания О 2 во вдыхаемом воздухе (нормабарическая гипоксическая гипоксия) Нарушение функций аппарата внешнего дыхания (респираторная гипоксия)

Респираторная гипоксия Развивается при нарушении функций аппарата внешнего дыхания: недостаточность вентиляции, нарушение соотношения вентиляции и перфузии, нарушение диффузии

Гипоксическая гипоксия Независимо от причин, вызывающих уменьшение скорости и интенсивности массопереноса кислорода через альвеолярно-капиллярную мембрану, при гипоксической гипоксии всегда уменьшается парциальное давление кислорода в артериальной крови – артериальная гипоксемия. Pа O 2 – 95 мм.рт.ст. Ра СО 2 – 46 мм.рт.ст.

Циркуляторная гипоксия возникает в результате несоответствия между запросом тканей в кислороде и обеспечением их вследствие неадекватного кровотока Причины: уменьшение объема циркулирующей крови (кровопотеря, депонирование крови, обезвоживание ) уменьшение систолического объема сердца (миокардит, инфаркт миокарда и т.п.) уменьшение средней линейной скорости кровотока (артериальная гипотензия, увеличение вязкости) уменьшение оксигенации крови при врожденных пороках сердца

Циркуляторная гипоксия при циркуляторной гипоксии перфузия тканей уменьшается и, несмотря на нормальные значения арт.рО 2 и концентрацию гемоглобина, в ткани поступает недостаточное количество кислорода ; при этом артерио-венозная разница по кислороду растет

Сердечно-сосудистая (циркуляторная) гипоксия: врожденные пороки сердца Транспозиция аорты и легочной артерии Выраженный цианоз

Гемическая гипоксия развивается при нарушении кислород-транспортной функции крови вследствие уменьшения количества гемоглобина (НЬ) или его способности связывать кислород. 1 г НЬ связывает 1,34 мл О 2, при нормальном содержании НЬ в крови (14,0 - 16,0 г/100 мл) кислородная емкость крови составляет мл О 2 /100 мл. Насыщение крови кислородом - процент оксигемоглобина по отношению к имеющемуся в крови гемоглобину; в норме насыщение крови кислородом составляет %.

Гемическая гипоксия Для гемической гипоксии, независимо от причины ее возникновения, наиболее характерным признаком является уменьшение кислородной емкости крови, однако количество растворенного кислорода остается нормальным

Тканевая гипоксия Характеризуется снижением способности клеток использовать кислород для биологического окисления. Причинами этого, могут быть: снижение активности ферментов цепи электронного транспорта в митохондриях; нарушение синтеза ферментов, участвующих в биологическом окислении; нарушение структуры клеточных мембран, в том числе митохондриальных.

Тканевая (гистотоксическая) гипоксия: отравление цианидами Цитохром оксидаза утилизация О 2 ; лактат метаболический ацидоз Гибель клетки Аэробный метаболизм: нормальное клеточное дыхание Анаэробный метаболизм: единственный источник АТФ при отравлении цианидами 2Н + + ½О 2 Н 2 О Окислительное фосфорилирование Fe 2+ Fe 3+ Fe 2+ Fe 3+ -HCN

Критический уровень pO 2 Критический уровень рО 2 – величина рО 2, по достижении которой дальнейшее снижение ее приводит к уменьшению потребления О 2 и нарушениям метаболизма (вторичная тканевая гипоксия ) Критический уровень рО 2 в альвеолярном воздухе – мм рт. ст., в артериальной крови – около 50 мм рт. ст., в митохондриях – 2-5 мм рт. ст.

Гипоксия Адаптация Усиление продукции АТФ Активация гликолиза Неоангиогенез (VEGF) Уменьшение расхода АТФ Снижение активности АТФаз Уменьшение синтеза белка

HIF-1α,β Гены митохондрий Гены гликолитических ферментов Индукция гена VEGF Индукция генов iNOS (NO) и гемоксигеназы (CO) Индукция гена эритропоэтина Индукция гена тирозин-гидроксилазы HIF-1α HIF-1β Пролил- гидроксилаза Деградация HIF-1α рО 2 ~100 мм рт. ст. Вазодилатация Улучшение транспорта кислорода Оптимизация анаэробного метаболизма Модуляция функции хеморецепторов

Гены, индуцируемые гипоксией (1) Группа Примеры Метаболизм глюкозы Транспортеры глюкозы (GLUT-1;GLUT-3) Гликолитические ферменты: Контроль сосудистого тонуса Эндотелин-1, индуцибельная NO-синтаза (NO), гемоксигеназа (CO)

Гены, индуцируемые гипоксией (2) Группа Примеры Эритропоэз, ангиогенез и моделирование тканей Эритропоэтин, трансферрин, рецептор к трансферрину, сосудистый эндотелиальный фактор роста и другие факторы роста Функция каротидных телец Тирозин-гидроксилаза

Быстрые и медленные компенсаторные реакции на гипоксию (1) Быстрые (срочные) реакции (секунды- минуты) Медленные реакции (часы-дни) Гипервентиляция (артериальные и пульмональные хеморецепторы) Повышение сердечного выброса (периферические хеморецепторы, миокард) Системная артериальная вазодилатация Активация транспорта и утилизации глюкозы (в большинстве тканей) Эритропоэз Ангиогенез и неоваскуляризация (ишемия или гипоксия тканей)

Быстрые и медленные компенсаторные реакции на гипоксию (2) Быстрые (срочные) реакции (секунды- минуты) Медленные реакции (часы-дни) Легочная вазоконстрикция Активация захвата глюкозы (сердечная и скелетная мышца, жировая ткань) Гипертрофия тканей и их моделирование Образование вазодилататоров (сосудистый эндотелий и гладкая мышца)

Компенсаторные реакции при гипоксии Направлены на улучшение доставки О 2 к клеткам, более эффективное использование О 2 клетками, и на изменение метаболизма в соответствии с поступлением кислорода: -Реакции аппарата внешнего дыхания (увеличение альвеолярной вентиляции, мобилизация резервных альвеол, гипертрофия легочной ткани ) -Реакции сердечно-сосудистой системы (тахикардия, увеличение ОЦК, увеличение венозного возврата, гипертрофия сердца, увеличение капилляризации мозга, мышц, и других тканей )

Компенсаторные реакции при гипоксии - реакции системы крови ( увеличение количества эритроцитов и увеличения синтеза фракций гемоглобина, имеющих большее сродство к О 2 ) - метаболические реакции: стимуляция гликолиза и глюконеогенеза - реакции, направленные на улучшение утилизации О 2 клеткой: увеличение синтеза миоглобина (в мышцах), который связывает О 2 и отдает его при низких значениях рО 2 ; увеличение числа митохондрий на единицу массы клетки; увеличение сродства ферментов дыхательной цепи и О 2 (увеличение активности цитохромоксидазы, карбоангидразы);

Ремоделирование стенки легочной артерии при хронической гипоксии

Механизмы запуска апоптоза при гипоксии

Эффекты гипоксии на функцию эндотелия Гипоксия Активация эндотелия Сокращение эндотелиоцитов Повышение проницаемости Отложение фибрина Ишемия Интерстициальный отек Неоангиогенез Р-селектин ICAM VCAM VEGF-1 тканевой фактор PAI цАМФ Адгезия и миграция лейкоцитов