Гипероксия: её роль в патологии

Государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Волгоградский государственный медицинский университет

Министерства здравоохранения Российской Федерации

 

 

 

Кафедра Патологической физиологии

 

 

Реферат на тему: «Гипероксия: её роль в патологии.

Гипероксигенация и свободно-радикальные процессы»

 

 

 
 

 

Выполнил: 
студента 3 курса 5 группы 
педиатрического факультета 
Абдулманапова М.А  
Проверила: 
Шепелева Т.И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Волгоград 2015г

Содержание:

1. Введение………………………………………………………………3
2. Гипероксия…………………………………………………………….3
3. Патологическое воздействие…………………………………………4
4. Гипероксигенация…………………………………………………..….5
5. Свободно-радикальные процессы…………………………………….7
6. Заключение…..…………………………………………………………9
7. Список использованной литературы………………………………….10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Введение

Гипероксия (от греч. hyper — много, избыток и лат. oxygenium — кислород) — состояние, возникающее в результате избыточного поступления в организм или отдельную его часть кислорода и приводящее к развитию комплекса физиологических или патогенетических реакций в тканях. Гипероксия может произойти при использовании кислородных аппаратов, регенеративных аппаратов, при использовании для дыхания искусственных газовых смесей, во время проведения кислородной рекомпрессии, а также вследствие превышения лечебных доз в процессе оксигенобаротерапии.

 

2. Гипероксия

Гипероксия может быть физиологическим явлением. В этом случае она обычно является относительной, т.е. не сопровождается абсолютным возрастанием Р02 в ткани по сравнению с нормой, а характеризуется увеличением Р02 в ткани по сравнению с предшествующим состоянием. Такая гипероксия может быть общей, например после чрезмерного физического напряжения, и местной, в частности при постишемической артериальной гиперемии. В этих случаях гипероксия имеет компенсирующее значение, ликвидируя кислородную задолженность в организме или органе и устраняя ее негативные последствия (дефицит АТФ, ацидоз и др.). Вместе с тем гипероксия, вероятно, может быть и активным самостоятельным процессом, направленным на обеспечение приспособительных реакций в ткани при ее повреждении. Гипероксия в определенном диапазоне Р02 стимулирует тканевое дыхание и генерацию АТФ, а следовательно, активирует репаративные процессы, усиливает образование активных радикалов кислорода, в связи с чем повышает уровень микросомальных процессов дезинтоксикации и активность фагоцитоза, оказывает бактериостатическое действие при некоторых инфекциях и т.д. Подобная естественная, физиологическая, гипероксия используется организмом при травматическом (раневом) процессе, воспалении, лихорадке и других приспособительных явлениях. Именно эти свойства определяют широкое применение искусственной гипероксии при нормальном или повышенном давлении (гипербарическая оксигенация) в практической медицине.

 

Как терапевтическое воздействие общая гипероксия значительно менее эффективна при гемической гипоксии, а при тканевой гипоксии и при разобщении окислительного фосфорилирования, т.е. при усилении окисления и ослаблении фосфорилирования в митохондриях, она может оказывать токсическое влияние. В основе гемической гипоксии лежит уменьшение количества или изменение свойств гемоглобина при нормальном Р02 в крови. Поэтому использование гипероксии в данном случае может быть направлено главным образом на превращение патологических форм гемоглобина (карбоксигемоглобин, меттемоглобин) в нормальную форму. В основе тканевой гипоксии лежит утрата способности клеток использовать кислород в процессе биологического окисления при нормальном Р02 в тканях. Поэтому дополнительное возрастание Р02 в тканях в таких условиях малоэффективно и может привести к резкому усилению свободно-радикальных процессов, повреждению мембран и ферментов митохондрий, а следовательно, усугублению гипоксии. Таким образом, возможны ситуации, при которых гипероксия в зависимости от состояния обмена веществ в клетках приводит к гипоксии. Местная гипероксия оказывает терапевтический эффект при раневых процессах с анаэробной инфекцией, вялотекущих ранах, трофических язвах, связанных с расстройством кровообращения, при кровоизлияниях, хронических воспалительных процессах с преобладанием деструкции ткани[5]. Гипероксия может усиливать терапевтическое действие цитостатиков и ионизирующей радиации, используемых для лечения злокачественных новообразований. Гипероксическое воздействие не является индифферентным для организма и с определенной концентрацией кислорода, барометрического давления и продолжительности использования включает защитные реакции, направленные на предупреждение возрастания Р02 в артериальной крови и в тканях. Эта защита состоит прежде всего в ослаблении легочной вентиляции и центрального кровообращения. При гипероксии снижаются минутный объем дыхания и кровообращения, частота сердечных сокращений, ударный объем сердца, возникает артериальная гипотензия, происходит уменьшение объема циркулирующей крови и возникает ее депонирование в паренхиматозных органах. Одновременно сужаются мелкие артерии и артериолы мозга, сетчатки глаза и почек, наиболее чувствительные как к недостатку, так и к избытку кислорода. В целом этими реакциями достигается соответствие потребности тканей в кислороде и его доставки. Ведущее значение в формировании этих приспособительных реакций на гипероксию имеют хеморецепторы синокаротидных клубочков, определяющие и защитные реакции организма на гипоксию. Порог возбуждения данных рецепторов по Р02 составляет 160—180 мм рт.ст. (21,3—24,0 кПа), поэтому даже в норме (Ра02 96—105 мм рт.ст., или 13,2—14 кПа) они формируют побуждающую афферентацию, которая стимулирует внешнее дыхание и центральное кровообращение. При превышении указанного порога побуждающая импульсация в синокаротидных нервах ослабевает и активность внешнего дыхания и центрального кровообращения снижается.

 

3. Патологическое воздействие

Одним из проявлений токсического действия кислорода при высоком его напряжении в артериальной крови является гиперкапния. Возникновение гиперкапнии в условиях значительной гипероксемии связано не только с угнетением внешнего дыхания и уменьшением удаления двуокиси углерода через легкие, но и с нарушением транспорта С02 от тканей к легочным капиллярам. Двуокись углерода транспортируется в легкие в форме бикарбоната и в связи с гемоглобином (карбаминовая связь). При снижении уровня свободного гемоглобина (возрастание количества оксигемоглобина) транспорт С02 из тканей в легкие нарушается, вызывая гиперкапнию. При этом происходит задержка двуокиси углерода в межклеточной жидкости и капиллярной крови вследствие так называемой парадоксальной реакции микрососудов и органных сосудов на гипероксемию. При выраженной гипероксемии возникает спазм мелких артерий и артериол, ограничение кровотока в тканях, и как следствие снижение удаления из них С02. Результатом этого становится накопление двуокиси углерода в тканях. При значительном возрастании двуокись углерода вызывает наркотический эффект, действует на микроциркуляцию в направлении, противоположном гипероксии, и вызывает расширение артериол и увеличение кровотока, способствуя усилению токсического действия кислорода, приводит к респираторному ацидозу и др.Токсическое действие кислорода связано с избыточной стимуляцией свободнорадикального окисления, накоплением в клетках радикалов кислорода и усилением перекисного окисления липидов, являющихся основной частью всех субклеточных и клеточных мембран. Выделяют три клинические формы кислородной интоксикации: общетоксическую, легочную и мозговую (судорожную). Общетоксическая форма развивается при остром воздействии гипероксии высокой степени, когда легочные изменения не успевают сформироваться. Она проявляется полиорганностью поражения. В данном случае возникают повреждения эритроцитов и лейкоцитов — снижение осмотической резистентности эритроцитов и ослабление фагоцитарной активности грануло- и агранулоцитов, нарушается микроциркуляция в тканях — стазы и сладжи, повреждается миокард — изменения ЭКГ-зубцов и экстрасистолия, возникают спазмы периферических артерий, акропарестезии и др. Легочная форма, помимо рассмотренных расстройств вентиляции, проявляется раздражением слизистых оболочек дыхательных путей (сухость во рту, полости носа и трахее, жжение и боль в грудной клетке, сухой кашель), токсическим бронхитом, нарушением дренажной функции бронхов, падением уровня сурфактанта, микро- и макроателектазами и уменьшением дыхательной поверхности легких. Возможен отек легких прежде всего в связи с повреждением альвеолярно-капиллярных мембран. Мозговая форма характеризуется развитием центральных судорог, которые протекают в две фазы. При гипероксии в первую фазу возникают фибриллярные мышечные подергивания на губах, веках и шее; возможно также онемение пальцев рук и ног, появление чувства тяжести в голове или головной боли, тошноты или рвоты. Вторая фаза характеризуется внезапным развитием эпилептиформных судорог с потерей сознания и последующей амнезией. Судороги обычно продолжаются 1—2 мин, но после короткой паузы могут возобновляться. Использование гипероксии, в терапии требует четкого определения показаний и противопоказаний, индивидуального подхода к выбору интенсивности и продолжительности ее воздействия на организм.[7].

 

4. Гипероксигенация

 

   Сущность  и механизм действия основе гипербарической оксигенации лежит повышение артериального давления кислорода в жидких средах организма (плазме, лимфе, межтканевой жидкости и др.). Это приводит к соответствующему увеличению их кислородной емкости и сопровождается увеличением диффузии кислорода в гипоксические участки тканей. Регулируя давление кислорода вовдыхаемой газовой смеси, а следовательно, и в альвеолах, можно дозированно увеличить его концентрацию во внутренних средах организма.

   Способность значительно увеличивать кислородную емкость крови позволяет использовать гипербарическую оксигенацию при патологических состояниях, когда гемоглобин полностью или частично исключается из процесса дыхания, т.е. при анемической (массивная кровопотеря) и токсической (отравления с образованием карбокси-, мет- и сульфгемоглобина) формах острой гемической гипоксии, а также для компенсации метаболических потребностей организма в кислороде при снижении объема циркулирующей крови и скорости кровотока. Повышение напряжения кислорода в артериальной крови не приводит к строго линейному подъему артериального давления кислорода в тканях и клетках. Степень его нарастания в различных органах зависит от васкуляризации, условий местного кровотока, кислородной емкости тканей, интенсивности метаболизма.

 

При воздействии терапевтических режимов гипербарической оксигенации наблюдается закономерное изменение ряда жизненно важных функций организма, направленное на ограничение чрезмерного повышения артериального давления кислорода в тканях: дыхание урежается и углубляется, отмечается брадикардия, сердечный выброс и органный кровоток уменьшаются, периферическое сосудистое сопротивление увеличивается и т.д. В основе большинства этих явлений лежит возникающее при адаптации к гипероксии раздражение парасимпатических центров. Увеличение артериального давления кислорода ведет к устранению нормальной гипоксической активности периферических хеморецепторов, снижению возбудимости дыхательного центра и угнетению легочной вентиляции. Последнее сопровождается увеличение давления кислорода, вызывающего расширение кровеносных сосудов головного мозга. Одновременно нарастание напряжения кислорода в крови обуславливает нарушение диссоциации оксигемоглобина (уровень восстановленного гемоглобина в венозной крови снижается), повышает кислотность крови, затрудняет транспорт углекислого газа и водородных ионов в тканях головного мозга, включая дыхательный центр. Гиперкапния ведет, в свою очередь, к увеличению минутного объема дыхания и гипервентиляции. В результате давления кислорода в артериальной крови падает, сосуды мозга суживаются и напряжение кислорода в тканях мозга уменьшается[5].

 

Отравление кислородом разделяют по преобладанию проявлений на три формы: легочную, судорожную и сосудистую

1)Легочная  форма

Возникает при относительно длительном дыхании смесью, с парциальным давлением кислорода 1,3−1,6 бар и более. Она характеризуется преимущественным поражением дыхательных путей и легких. Сначала проявляется раздражающее действие кислорода на верхние дыхательные пути — сухость в горле, отек слизистой оболочки носа с появлением чувства «заложенности». Затем появляется усиливающийся кашель, сопровождающийся чувством жжения за грудиной. Все это происходит на фоне повышения температуры тела. При нарастании степени отравления могут развиться кровоизлияния в сердце, печень, лёгкие, кишечник, головной и спинной мозг. После прекращения вдыхания избыточно обогащенной кислородом смеси, интенсивность симптомов снижается в течение 2−4 ч, и окончательно они исчезают в течение 2−4 суток.

 

2) Судорожная форма

 

Возникает при парциальном давлении кислорода в дыхательной смеси 2,5−3 бар и характеризуется преимущественным поражением центральной нервной системы. На фоне нарастающей бледности и потливости возникает сонливость, нарушение зрения, безучастность или эйфорическое возбуждение. При нарастании степени отравления возникает оглушение, сильная рвота, тик мимических мышц и наконец потеря сознания и судороги. Во время повторных приступов судорог может наступить смерть от остановки дыхания. Если приступ разовьется под водой — велик риск утопления. Если дыхание избыточным потоком кислорода прекращено, судороги прекращаются в течение нескольких минут и сознание возвращается. После восстановления сознания пострадавший может проспать несколько часов, как после приступа эпилепсии. Судорожный приступ не оставляет остаточных явлений.

 

Необходимо отметить, что потребление кислорода у человека находится в пределах от 0,33 до 3 л/мин. При этом, максимальное потребление 3 л/мин могут выдержать в течение 10 минут только хорошо тренированные пловцы, далее развивается отравление. При нахождении под водой в состоянии покоя (например — при декомпрессии) потребление составляет в среднем 0,66 л/мин. Если декомпрессия проходит в холодной воде, то потребление составляет 1 л/мин. При тяжелой физической работе кислород может потребляться в количестве 2 л/мин.

 

 

3) Сосудистая форма

 

Наблюдается при парциальном давлении кислорода выше 3 бар. При этой форме отравления происходит внезапное расширение кровеносных сосудов, резкое падение артериального давления и сердечной деятельности. Часто появляются многочисленные кровоизлияния в кожу и слизистые оболочки. Подобные кровоизлияния могут быть и во внутренних органах. Во время резкого падения артериального давления может наступить смерть от остановки сердечной деятельности[3].

 

 

5. Свободно-радикальные процессы

В последние  годы  широкое распространение получила свободно-радикальная теория токсического действия  кислорода, связывающая повреждающий эффект гипероксии с высокореактивными метаболитами молекулярного кислорода. Молекулярный кислород (диоксиген) в процессах аэробного  метаболизма  активируется путем переноса на

него электронов.

     В организме  существует  два  типа  использования кислорода

клеткой, или два пути окисления, сопряженных с активацией  молекулярного кислорода:

     1.оксидазный

     2.оксигеназный

     1.-происходит четырехэлектронное восстановление кислорода с

образованием воды. Таким  образом,образуется универсальное биологическое топливо - АТФ и малотоксичные для клетки вода и  углекислота.

     2.-происходит прямое присоединение  кислорода к органическим

веществам, при этом  полного  четырехэлектронного  восстановления кислорода не происходит, а наблюдается неполное одноэлектрическое

его восстановление. Появление  неспаренного  электрона в молекуле

кислорода придает свойства активного радикала,  получившего название супероксидного анион-радикала[2].

     Присутствуя (в норме) в малых  концентрациях эти радикалы  не  оказывают повреждающего действия, однако при увеличении, складывается  ситуация, реально угрожающая нормальному  протеканию   важнейших  метаболических  реакций, проницаемость мембран  и существованию клетки. Одним  из условий, создающих подобную ситуацию  является  избыточное насыщение тканей кислородом. В

эксперименте, подобное было получено  на  крысах, при  воздействии

гипероксии 1,2 атм. 26-29 часов.

     Повреждающее действие тканей  реализуется  через

инициирование реакций свободнорадикального перекисного окисления

липидов в мембранах клеток или клеточных  органелл, изменения структуры  ДНК, РНК  и белков,  инактивацию Н-группы тиоловых ферментов, глютатиона и  деградацию  макромолекул   гиалуроновой кислоты.

     В последние годы установлено, что супероксидный анион-радикал в  водных  растворах не очень  реактивен. Поэтому  скорее всего повреждающий эффект на

ткани оказывает не он сам, а его высокоактивные производные, такие

как синглетный  кислород и гидроокисный радикал. Эти высокоактивные

радикальные формы кислорода  обладают  выраженной

способностью реагировать  с  эндогенными субстратами, образующими

структуры организма, прежде  всего  с  мембранными   фосфолипидами,

причем один из атомов или вся молекула кислорода включается в

окисляемый субстрат, что характерно для оксигеназного окисления. В

результате таких реакций инициируется ценное свободнорадикальное

окисление липидов, в ходе которого образуются перекисные соединения.

Отсюда этот  процесс  в  целом  получил  название перекисное

окисление липидов[4].

     Выделяют следующие  механизмы  для продуктов перекисного

окисления липидов в биологических мембранах:

     1."разрыхление "гидрофобной области липидного биослоя мембран;

     2.разрушение веществ, обладающих антиоксидантной активностью

(витаминов, стеридных гормонов, убихинона) и снижение концентрации

тиолов в клетке,

     3.образование перекисных кластеров, являющихся каналами проницаемости для  ионов  Са" ведет к возникновению избытка Са" в клетках, повреждающее действие на сердце;

     4.изменение функциональных свойств  белков, входящих в состав

мембран и мембраносвязывающих ферментов и рецепторов (от их активации до полного ингибирования) и др.механизмы. Все это вызывает большие нарушения    функциональных    свойств    ферментов, белков, РНК, ДНК, а также повреждения мембран митохондрий, саркоплазматической сети и лизосом, деградацию полирибосом и угнетение синтеза белков, что сопровождается угнетением окислительного фосфорелирования, высвобождением  ферментов, глубокими расстройствами функции и гибелью клетки. Образующееся в процессе продуктов перекисного

окисления липидов гидроперекиси неустойчивы, их распад приводит к появлению разнообразных вторичных и конечных продуктов, представляющих собой высокотоксичные соединения (диеновые коньюгаты, шиффовы основания и др.), которые оказывают повреждающее действие на мембраны и клеточные структуры. Как следствие образуются сшивки биополимеров, определяются набуханием митохондрий и разобщение окислительного фосфорилирования, инактивация тиоловых ферментов, участвующих в дыхании и гликолизе, дальнейшее разрушение липидной основы мембран[6].

 

К первичным продуктам перекисного окисления липидов относятся циклические эндоперекиси и алифатические моно- и гидроперекиси, так называемые липопероксиды и диеновые конъюгаты.

 

Диеновые конъюгаты  являются первичными продуктами перекисного

окисления липидов. При свободнорадикальном окислении арахидоновой кислоты происходит отрыв водорода в α-положении по отношению к двойной связи, что приводит к перемещению этой двойной связи с образованием диеновых коньюгат. Диеновые конъюгаты, являющиеся первичными продуктами перекисного

окисления липидов, относятся к токсическим метаболитам, которые оказывают повреждающее действие на липопротеиды, белки, ферменты и нуклеиновые кислоты.

 

Липопероксиды являются весьма нестойкими и подвергаются дальнейшей окислительной дегенерации. При этом накапливаются вторичные продукты окисления, наиболее важными из которых являются ненасыщенные альдегиды (малоновый диальдегид). Продуктами взаимодействия малонового диальдегида с аминосодержащими соединениями являются шиффовы основания.

 

Шиффовы основания, органические соединения общей формулы RR¢C=NR¢¢ где R и R¢ - водород, алкил или арил, R¢¢ - алкил или арил (в последнем случае называют также анилами). Шиффовы основания – кристаллические или маслообразные вещества, нерастворимые в воде, растворимые в органических растворителях. Слабые основания, в безводной среде образуют соли с кислотами, в водных растворах кислот гидролизуются до амина и альдегида, в щелочных растворах большинство устойчиво. Гидрируются до вторичных аминов (RR¢CH - NHR¢¢), присоединяют многие соединения, содержащие подвижный водород, например b-дикарбонильные соединения, кетоны, имины. Образуются шиффовы основания в результате обратимой реакции между карбонильной группой альдегида или кетона со свободной аминогруппой. Непрерывное накопление оснований Шиффа дестабилизирует мембраны и способствует деструкции клеток.        

 

ТБК-реактанты – вторичные продукты перекисного окисления липидов. Как известно, малоновый диальдегид  образуется только из жирных кислот с тремя и более двойными связями, он принадлежит важная роль в синтезе простагландинов, прогестерона и других стероидов. Отрицательная роль малонового диальдегида заключается в том, что он сшивает молекулы липидов и понижает текучесть мембраны. Вследствие этого мембрана становится более хрупкой. Нарушаются процессы связанные с изменением поверхности мембраны: фагоцитоз, пиноцитоз, клеточная миграция.

 

Гидроперекиси, ненасыщенные альдегиды, являются мутагенами и обладают выраженной цитотоксичностью. Они подавляют активность гликолиза и окислительного фосфорилирования, ингибируют синтез белка и нуклеиновых кислот, нарушают секрецию триглицеридов гепатоцитами, ингибируют различные мембранносвязанные ферменты.

 

 Накопление  в организме продуктов перекисноготокисления липидов (диеновых коньюгатов, ТБК-реактантов, шиффовых оснований) и развитие эндотоксикоза приводит к стимуляции монооксигеназной системы, изменениям реакции липидного, гормонального, иммунного, микроэлементного, нейромедиаторного статусов, числа мест связывания и сродства рецепторов к лигандам, истощению антиоксидантной системы.

 

6.Заключение

 

   Во-первых, повышенное напряжение кислорода в крови и тканях может быть раздражителем многочисленных рецепторных зон организма. Возбуждение этих и, возможно, других рецепторных зон приводит в деятельное состояние адренергическую систему и гипоталамус. Активирование гипоталамической деятельности сопровождается выработкой большого количества пептидов, в частности рилизинг-факторов ТРФ, КРФ, приводящих в деятельное состояние гипофиз. Гипофиз же в свою очередь, выделяя тиреотропин и АКТГ, активизирует деятельность щитовидной железы, надпочечников и других желез внутренней секреции, участвующих в формировании адаптации компенсаторный период.

   Во-вторых, длительное высокое напряжение кислорода в крови и тканях завершается развитием защитно-приспособительной реакции организма в виде генерализованного ангиоспазма, охватывающего не только периферические органы и системы, но и внутренние органы, что ведет к ишемической форме кислородного голодания тканей, называемого «гипероксической гипоксией». Гипероксическая гипоксия изменяет течение биохимических процессов на клеточном уровне, нарушая тем самым деятельность различных органов и систем. В этом случае ведущее значение имеет нарушение обменных процессов.

   В-третьих, высокое напряжение кислорода, являясь чрезмерным раздражителем, сравнительно быстро приводит к «поломке» защитных реакций организма. Возникает неадекватный синдром общей адаптации, развитие которого связано с нарушением выделения гормонов гипофиза, надпочечников и щитовидной железы. Это ведет к срыву координированной деятельности между нервной и эндокринной системами. Последнее способствует дальнейшему нарастанию напряжения кислорода в крови и тканях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература:

1. Гипербарическая оксигенация. Клиническое применение и техника безопасности, - 2004 г., Москва 70с.
2. Курашвили Л.В., Косой Г.А., Захарова И.Р. Современное представление о перекисном окислении липидов и антиоксидантной системе при патологических состояниях // 2003. Методическое пособие. Пенза: Институт усоверш. врачей МЗ РФ, 32 с.
3. Чеснокова Н.П. Типовые патологические процессы // 2004. Саратов: Саратовский медицинский университет, С. 150с.
4. Скулачев В.П. Кислород в живой клетке: добро и зло // 2005. Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. № 1. 20 с.
5. Жиронкин А. Г. Кислород. Физиологическое и токсическое действие: Обзор проблемы.,2003. – Л.: Наука – 172с
6. Жиронкин А. Г. Гипоксический фактор в механизме токсического действия кислорода 2004. Киев,, 55с.
7. материалы с сайта http://www.medrose.ru
8. Владимиров Ю.А. Свободные радикалы и антиоксиданты // 2005. Вестник РАМН. № 8. 50 с.