Автореферат и диссертация по медицине (14.00.16) на тему:Тиреоидная патология как проявление нарушения гомеостаза

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ЛЕНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ВРАЧЕЙ

На правах рукописи

МЫШКИНА Алла Константиновна

■ШРЕОИДНАЯ ПАТОЛОГИЯ

КАК ПРОЯВЛЕНИЕ НАРУШЕНИЯ Г0МЕ0СГАЗА

14.00.16 - Геологическая физиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук

Санкт-Петербург - 1992

Работа выполнена в отделе по изучению гипоксических состояний Института физиологии ни.А.А.Богомольца Академии Наук Украины

Научный консультант - доктор медицинских наук, профессор, лауреат Государственной премии СССР, заслуженный деятель науки России Ф.З.Меерсон.

Официальные оппоненты!

доктор биологических наук, профессор В.А.Сафонов доктор медицинских наук, профессор А.М.Герасимов доктор Медицинских паук, профессор А.Л. Верткин

Ведущее учреждение - Университет Дружбы Народов ям. П.Лумумбы

Автореферат рааоолан .Х^у? I ^ 199/г.

Защита диссертации соотоитол

в Л_чаоов на васеданин Специализированного совета Д 001.03.01

при Научно-исследовательской институте общей патологии и патологической физиологии Российской АМН (125315, Москва,

Балтийская ул., 8).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Ученый секретарь Специализированного совета,

кандидат медицинских наук Л. Н. ШТАТОВСКАЯ

ГЕН |

¡СПИ"

зл | ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

сциГйктуалыюсть проблемы. Хорошо известно, что гипоксия обладает широким спектром действия на организм, в том числе и на дыхание. Работами шопп исследователей убедительно доказано стимулирующее и коррегирующеа влияние умеренных ее степеней, тогда как повреждающие эффекты тяжелой гипоксии изучены явно недостаточно. Вместе о тем, выяснение этих вопросов существенно облегчает понимание механизмов поддержания - и нарушения в экстремальных ситуациях соответствия вентиляции метаболизму - одной из центральных задач патофизиологии дыхания. До последнего времени в качестве главных критериев такого соответствия использовались интегральные показатели внесшего дыхания - минутные обьемы вентиляции и транспорта респираторных газов. При этом из поля зрения выпадал тот факт, что в организме регулируются непосредственно не эти интегральные величины, а их компоненты - глубина и скорость вдоха и выдоха, продолжительности фаз дыхательного цикла и т.д. Поэтому, до настоящего времени мало изучены механизмы согласования практически непрерывного газообмена в тканях с циклическим по своей сути обменом газов в легких. В конечном итоге для тканей безразлично какими отдельными порциями поступает кислород из воздуха в кровь. Однако, именно объемно-временная структура дахательного цикла определяет затраты энергии, экономичность и эффективность дыхания - факторы, приобретающие решающее значение в условиях гипоксии и связанного о ней 'энергодефицита. Однако, до настоящего времени неясно каким должен быть оптимчльннй режим дыхания п каждой конкретной ситуации, какие факторы его определяют и каковы механизмы его нарушения в условиях тяжелой гипоксии.

Известно, что развитие стресс-реакции является необходимым звеном адаптации организма к изменившимся факторам внешней среды, в том числе и к гипоксии. Но при определенных обстоятельствах, при действии чрезвычайно сильных и/или длительных раздражителей, стресо из необходимого звена адаптации может превращаться в ведущий фактор развития повреждения как организма в целом, так и систем., ответственных за транспорт респираторных газов. Несмотря' на несомненную важность и актуальность в современных условиях жизни изучения реакции системы дыхания в ответ на тяжелое, заведомо повреадащее стрессорное воздействие, такого рода исследования к

моменту начала нашей экспериментальной работы не были проведены.

В последнее время пристальное внимание уделяется фармакологической коррекции гипоксии. Однако, неомотря на большое количество иооледований, антигипоксанты пока еще не нашли достаточно широкого применения. Подобная ситуация по нашему мнению обусловлена не только трудностями, связанными о разработкой высокоэффективных препаратов, но и отсутствием достаточно убедительного патофизиологического обоснования стратегии и тактики повышения устойчивости к недостатку кислорода организма в целом и дыхания, в частности.

Цель работы! изучить механизмы, ответственные за нарушения внешнего дыхания и газообмена в условиях тяжелой гипоксии и обосновать применение экзогенных фосфолипидов для их коррекции.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следуЮ1Щ18 основные задачи!

1. Выявить общие закономерности нарушения внешнего дыхания при гипоксии различного генеза.

2. Изучить вклад изменения регуляции дыхания, работы дыхательной мускулатуры и биомеханических свойств дыхательной сиотемы в развитие нарушений обьемно-временной структуры дыхательного цикла при тканевой гипоксии.

3. Обооновать требования к оптимальному режиму дыхания в условиях 1 тяжелой тканевой гипоксии.

4. Изучить изменения диффузионной способности легких и их роль в развитии нарушений дыхания при гипоксии различного гнеза.

6. Еыявить основные, общие для гипоксии различного происхождения причины нарушения биомеханики дыхания и газообмена.

6. Выделить специфические особенности нарушений внешнего дыхания и газообмена при гипоксической гипоксии, кровопотере И после тяжелого стресса.

7. Доказать возможность применения экзогенных фосфолипидов в виде лилосом для коррекции тканевой гипоксии и сопутствующих нарушений дыхания; установить основные физиологические механизмы их антигипоксического действия.

Научная новизна. Впервые проведенный детальный анализ обьемно - временных соотношений в структуре дыхательного цикла и биомеханики дыхания позволил обосновать существование оптимальных с точ-

ки зрения соответствия метаболизму и снижения энерготрат уровней как интегральной величины альвеолярной и легочной вентиляции, так и их составляющих - дыхательного обьема и частоты дыхания при ГИПОКС1М различного генеза. Выяснение причин и механизмов развития тканевой гипоксии посла тякелего стресса, исследование паттерна дыхания и газообмена позволило обосновать концепцию синдрома стрессорного легкого и респираторного стресс - синдрома, имеющих наряду с общими для гипоксии иного происхождения свои специфические черты. Еакное значение для понимания механизмов формирования оптимального режима вентиляции легких в норме и при гипоксии имеет проведенное в работе исследование изменения легочного объема и его производных до второго порядка включительно в динамике дыхательного цикла. Данные показатели характеризуют как собственно биомеханические свойства аппарата внешнего дыхания, так и работу мкшц-инспираторов, напряженна которых является интегральным показателем адекватного функционирования систем, регулирующих дыхание в соответствии с изменившимися условия™ внутренней и внешней среда. Впервые проведенный анализ начального (изометрического) напряжения дыхательной мускулатуры и его зависимости от гуморальных стимулов в условиях тяжелой тканевой гипоксии и стресса дал возможность утверждать, что первостепенное значение при втом имеет адекватность реакции внешнего дыхания на изменения рСС^ и рН, что дополняет традиционное представление о кислороде как главном регуляторе дыхания при гипоксии. Кроме того, установлено, что ведущей причиной падения эффективности и экономичности внешнего дыхания в условиях тяжелой гипоксии является не расстройство регуляции дыхания и работы дыхательных мышц, а развитие повреждения легких и нарушение работы сурфактантной системы, вызванное энергодефицитом, ацидозом, активацией перекисного окислз-ния лшшдов, нарушением фосфолкпидного состава легочной паренхимы и сурфактанта, а такке ограничением диффузии кислорода из воздуха в кровь и из крови в ткани.

Теоретическое значение работы определяется тем, что в ней охарактеризованы основные механизмы развития повреждения легких и нарушения дыхания в условиях тканевой гипоксии и стресса, выделены общие черты и существенные отличия этого нарушения при гипоксии различного генеза и тяжелом повреждающем стрессорном воздей-

ствии. В работа впервыэ раскрыто соотношение изменения вентиляторной чувствительности аппарата дыхания и нарушения биомеханических свойств легких в развитии и компенсации тканевой гипоксии и сопутствующих ей нарушений дыхания.

Практическое значение проведенных исследований заключается в разработке принципиально нового подхода к коррекции и профилактике нарушений внешнего дыхания, газообмена и тканевой гипоксии. Показано, что повышение устойчивости организма к тяжелой гипоксии возможно не только при снижении киолородного запроса, что является общепризнанны критерием эффективности антигипоксических мероприятий, но, напротив, при увеличении потребления кислорода главным образом за счет улучшения условий для его диффузии из крови в ткани. Установлено, что для достижения положительного результата при втом необходимо одновременное уменьшение степени лактат-ацидоза, ингибирование пэрекисного окисления липидов в биологических мембранах и нормализация фосфолипидного состава тканей и легочного сурфактанта. Впервые показано, что для этих целей могут с успехом применяться экзогенные фосфолипиды, вводимые в организм в виде липосом. Полученные данные послужили основой для разработки нового высокоэффективного антигипоксического препарата "Ли пин", разрешенного для ограниченного применения в клинике.

Положения выносимые на защиту!

1. Главная причина нарушений внешнего дыхания и газообмена в условиях тякелой тканевой гипоксии заключается в резком увеличении эластического и резистшзного сопротивлешя дыханию, а также в ограничении скорости диффузии кислорода из воздуха в кровь. В свою очередь, нарушения биомеханики и диффузии обусловлены изменением фосфолипидного состава легочного . сурфактанта и паренхимы, повреждением легких, активацией перекисного окисления липидов, развитием лактат-ацидоза и угнетением тканевого дыхания.

2. Тяжелый стресс приводит к нарушению регуляции дыхания и работы дыхательной мускулатуры, развитию первичной и вторичной тканевой гипоксии, увеличению сопротивления дыханию и стрессорному повреждению легких. В результате этого, вне-

шнее дыхание не способно беспечнть требуемый уровень альвеолярной вентиляции, поддержание нормального нагтр.чхенпн кислорода в крови и эффективную компенсацию ацидоза. Особенности состояния системы дыхания после тяжелого стресса позволяют выделить особый тип нарушения ее фгакционировппая - респираторный стр-зсс - синдром.

3. Применение фосфсл-.птидов г. виде лжтосом позволяет улучит кислородное снабжение тканей, снизить степень тканевой гипоксии у- сопутствующего ей лактат - ацидоза, интабировать перекисное окисление лглтидов, уменьшить гипоксическое повреждение легких и других органов, что в свою очередь обусловливает повык-зкие эффектиьности внеэнаго дыхания и газообмена в условиях тлжолой гипоксии.

Обьем н структура раСоун. Диссертация изложена на 237 стран;; цах машинопосного текста и состоит из введения, обзора литература (2 раздела), описания методов исследования, экспериментальной части, состоящей из 4 разделов, заключения, выводов, списка основной использованной литературы и приложения. Список литературы содержит 492 источника. Работа иллюстрирована 53 рисунками, 8 таблицами.

Апробация работы. Материала диссертации доложены и обсуад.зкы на заседаниях сектора висцеральных систем и Ученого совета Института физиологии им.А.А.Богомольца АН Украины (1936-1990 гг.); Всесоюзной конференции "Регуляция дыхания и массоперенос газов в организме" (Ленинград, 1985г.);Всесоюзной конференции "Актуальные проблемы современной физиологии" (Киев, 1985 г.); IV научной конференции Украинского республиканского общества (Запорожье, 1935 г.); Всесоюзной конференции "Адаптация и резистентность организма в условиях гор" (Терскол, 1936 г.); ХЗ и ХЖ съездах Украинского физио-логического общества им.И.П.Павлова (Львов, 19-36 г. и Харьков, 1990 г.); И Всесоюзном симпозиуме "Кровообращение в условиях высокогорной и экспериментальной гипоксии" (Фрунзе, 1936 г.); Всесоюзной конференции "Реактивность и резистентность: фундаментальные и прикладные вопросы" (Киев, 1937 г.); XV сьезде Всесоюзного физиологического общества игл.И.П.Павлова (Кишинев, 1937 г.); Всесоюзной конференции "Проблемы и методы исследования в возрастной физиологии" (Баку, 1987 г.); V Украинском биохимическом сьез-

де (Ивано-Франковск, 1987 г.); П Всесоюзной конференции "Фармакология, патофизиология и физиология мозгового кровообращения" (Тбилиси, 1988 г.)! Всесоюзной конференции "Эколого-физиологические проблемы адаптации" (Москва, 1988 г.); Всесоюзном совещании "Способы коррекции гипоксии в тканях" (Эльбрус, 1988 г.)! Всесоюзной конференции "Физиология и патофизиология дыхания, коррекция гипоксических состояний" (Киев, 1988 г.); Всесоюзном совещании "Транспорт кислорода и антиоксидантные сиотемы" (Гродно, 1989 г.)! IV Всесоюзном съезде патофизиологов (Кишинев, 1989 г.). Всесоюзном симпозиуме "Структурно-энергетичеокое обеспечение механической работы мышц" (Москва, 1990 г.); Всесоюзной конференции "Система терморегуляции при адаптации организма к факторам среды" (Новосибирск, 1990); Международном совещании координационного совета Европейской лаборатории биофизики и патофизиологии дыхания (София,Болгария, 1990 г.); Международной конференции "Биохимические и физиологические аспекты мышечного утомления (Париж, Франция, 1990 г.); Всесоюзной конференции "Функциональные резервы и адаптация" (Киев, 1990 г.); Международном симпозиуме "Гипоксия-91" (ЛеЯк Луис, Канада, 1991 г.); Я Международном симпозиуме по гипокоии (Берлин, Германия, 1991 г.).

ОБЪЕКТ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИИ Исследования выполнены на 568 белых лабораторных крысах-самцах и 15 беспородных собаках. Эксперименты на крысах проведены в отделе по изучению гипоксических состояний (зав.отделом профессор М.М.Середенко), собак обследовали в отделе вкспериментальной кардиологии (зав.отделом академик А.А.Мойбенко) Института физиологии им,А.А.Богомольца АН Украины. Исследования с применением фосфоли-пидов выполнены совмеотно о сотрудниками лаборатории липосом (заведующий доктор Сиол. наук А.В.Стефанов) Института биохимии им.А.В.Палладина АН Украины. Эксперименты с моделированием у животных пневмонии проведены совместно о кандидатом мед.наук А.В.Зубаренко (Одесский мединститут). Морфологические исследования легких выполнены совместно с врачем- патологоанатомом Института эндокринологии МЗ Украины кандидатом мед. наук Я.М.Черний. Перечисленные выше исследования выполнены согласно плана научно-исследовательской работы Института физиологии им.А.А.Богомольца.

Кроме того, в рамках Всесоюзной программы № 0.69.01 по заданию ГКНТ (руководитель профессор О.З.Меерсон) проведены эксперименты по моделированию тяжелого стресса у бодрствующих крыс.

Исследования выполнены под хлоралозо-уретановым наркозом. Наркоз однократно вводили внутрибрюшинно в виде подогретого до 37°С раствора с концентрацией 2 мг хлоралозы и 20 мг уретаяа на 1 мл дистиллированной вода. Вид наркоза, способ введения, концентрация в растворе и общая доза наркотических веществ (5 мг хлоралозы и 50 мг уратана на 100 г массы тела животного) был;! предварительно подобраны в специальной серии опытов. Сравнение данных, полученных у наркотизированных и бодрствующих адаптированных к дыханию в каске животных показало, что внешнее дыхание, состояние кислородного режима и кислотно-основной балланс крови через 30 ш послэ введения наркоза поддерживались на достаточно стабильном уровне в течение 90 глин, при этом величины изучаемых показателей в условиях наркоза достоверно не отличались от таковых до наркотизации как при дыхании атмосферным воздухом, так и при кратковременной ингаляции гшгаксических газовых смесей.

Были использованы следуюие экспериментальные подели: гипокскческая гипоксия - крысы дышали в течение 60-90 мин газовыми смесями с концентрацией кислорода 16, 14, 12, 10, 8, е>%; кровопотеря осуществлялась из общей сонной артерии в течение 5-10 мин в объеме 2-3 мл на 100г массы тела, в части опытов объем выпущенной крови восполнялся геоссеном;

отресс вызывали фиксацией бодрствующих животных на спине за 4 конечности в течение 6 часов, после чего вводили наркоз и спустя чао брали в опыт;

пневмония провоцировалась введением в легкие около 1 мл подогретой до 70°С нестерильной воды, максимум заболевания приходился на 8 сутки;

гипертермия использовалась в качестве модели тепловой, одышки, которую вызывали помещая собак в камеру с повышенной температурой, приводящей к росту ректальной температуры у животных до 42°С.

В опытах по применению экзогенных фосфолипидов они вводились в виде лшгасом различного состава. Доза липида колебалась от 0.1 до Б мг на 100 г массы тела животного. При гипоксической гипоксии

литгосомы вводили через 30 мин после начала дыхания газовой смесью внутриартериалько или интратрахеально. При пневмонии - ингаляторно при помощи ультразвукового ингалятора типа и31-2 (Германия) на 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 сутки заболевания. Исследования в этом случае выполнены через 2 часа после последней ингаляции, В части опытов обьем кровопотери восполнялся суспензией липосом через артериальный катетер. При стрессе фосфолипиды вводили в сонную артерию через 30 мин после применения наркотических препаратов. Животным контрольной группы при всех моделях вводили эквивалентный обьем физиологического раствора.

Для измерения параметров внешнего дыхания и газообмена у крыс после трахеостомии использовали сконструированную нами автоматизированную установку, включающую пневмосопротивление с. линейной зависимостью давление - поток, датчик давления и датчик концентрации Од и СО2 от масс-спектрометра типа МХ-6202. Сигналы от датчиков через аналогоцифровой преобразователь поступали в ЭВМ ("Электроника МС 0401" или "Искра 1030.11") с частотой БО - 100 Гц на канал. Анализировали в динамике дыхательного цикла изменение легочного объема, скорости и ускорения газового потока в трахее животного; потребление кислорода и выделение углекислого газа за дыхательный цикл и скорость газообмана; дыхательный обьем; длительности фаз дыхательного цикла и. частоту дыхания; легочную и альвеолярную вентиляцию; парциальное давление респираторных газов в различные моменты дыхательного цикла. Оценивали начальное (изометрическое) напряжение мышц - инспираторов по максимальному экстраполированному значению первой производной легочного давления в начале вдоха (К.Вигк1 а1, 1977, Т.АМо et а1., 1981). В части опытов спонтанное дыхание животных останавливалось тубоку-рарином ("Кео1агта", Финляндия), проводилось искусственное дыхание под управлением ЭЁМ в различных режимах (включая спонтанно выбираемый в исследуемых условиях паттерн дыхания), и анализировалась зависимость эластического и резистивного сопротивления дыханию (А.ВоиЪиуа, 1970), затрат энергии на их преодоление от величины дыхательного обьема и частоты дыхания (Г.Као, 1972).

В пробах крови (200 мкл) измеряли напряжение респираторных газов и рН при помощи датчиков фирмы "ИайДоп^ег" (Дания), концентрации молочной и пировиноградной кислот (наборы реактивов

J625 S773, "Boehringer", ФРГ и № 726, "SIgna", СЕА). Состояние процесса перекисного окисления липидов оценивала по накоплению его продуктов, вступающих в реакции о тиобарбитуровой кислотой, в крови (K.Yagi, 1987) и гомогенатах тканей (H.Ohlcawa at al., 1979), а такие измеряя при помощи спектрофотометра типа F-4000 ("Hitachi", Япония) абсорбцию диеновыми коньюгатамл н ультрафиолетовой области (около 233 ж,?) в растворе липидов, выделенжх из тканой ряда органов (L.Packer, 1984). Анализировали фосфолигюдиый состав гомогената легочной ткшш и лаважноЯ лзддкости методе;.; дзу-мерной тонкослойной хроматографы на селикагело (J.B.Karsh and D.B. (Veins tein, 1966). Напряжение кислорода в тканях мозга, печгни и скелетных мышц измерял! методом дифференциальной импульсной полярографии при помощи открытого платинового электрода диаметром Бмкм (В.А.Березовский и др., 1981).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КХ ОБСУЖДЕНИЕ Нарушезия внешнего дыхания и газообмена при гипоксии.

Анализ внешнего дыхания при гипоксии различного генеза свидетельствует о том, что на определенной стадии развития гипоксии наблюдаются однотипные изменения внешнего дыхания. Для примера па рио.1 показаны средние данные, полученные з условиях прогрессирующего снижения концентрации кислорода во вдыхаемой газовой смеси. Их анализ показывает, что по мера синения концентрации кислорода наблюдается рост легочной и альвеолярной вентиляции. Причем, если концентрация 02 превышает 8%, повышение вентиляции обусловлено главным образом увеличением .дыхательного объема при относительном постоянстве частоты дыхания. Если же концентрация кислорода во вдыхаемой газовой смеси становится кике 8%, то наблюдается резкое уменьшение альвеолярной вентиляции. Кроме того, отмечается перестройка режима вентиляции, заключающаяся в уменьшении дыхательного объема и пропорциональном росте частоты дыхания. Аналогичшиа изменения наблюдаются при дыхании смесью с постоянной концентрацией кислорода. В этом случае в первые 5-10 мин отмечается как правило усиление дыхания, затем величины минутной и альвеолярной вентиляции становятся равными исходным, резко снижается дыхательный обьем и возрастает частота дыхания. При гипоксии иного генеза также зарегистрирована подобная динамика изменения вентиляции.

Альвеолярная вентиляция (мл/ЮОг-мин)

100 г-

80 60 40 20 О

X

Частота дыхания (цикл/мин)

100 г-

90 80 70 60 50

Л

л.

Напряжение углекислого гаэа в артериальной крови (кПа) 5|—

йй

Дыхательный обьем (мл/100г) 1.21—

1.0 0.8 0.6 0.4 0.2

Напряжение кислорода в ^артериальной крови

12 10 -8 6 А

г о

О

Ой

■21 16 14 12 10 8 6

Концентрация кислорода во

рН артериальной крови *

7.5 7.4 7.3 7.2 7.1 7.0

21 16 14 12 10 8 6 вдыхаемой газовой смеси (%)

о

?кс.1. Изменение параметров внешнего дыхания,' напряжения респираторных газов и рН артериальной крови в условиях прогрессирующего снижения концентрации кислорода во вдыхаемой газовой смеси. *Р<0.05 по сравнению с контролем.

4

3

2

10

Отличия заключаются лишь в частоте дыхания - она увеличивается в отпет на падение дыхательного объема не всегда. Тем не менее, снижение дыхательного- обьема является первой характерной чертой нарушения внешнего дыхания в условиях тяжелой гипоксии.

Вторая особенность заключается в резком увеличении затрат энергии на дыхание. Полученные данные свидетельствуют о том, что для обеспечения одной и той же величины минутного обьема дыхания через час после начала дыхания газовой смесью, содержащей 6% кислорода, требуется на Б8Ж, а после кровопотери - в 4 раза больше энергии, чем в контроле. Такое возрастание энерготрат на дыхание в условиях вызванного гипоксией знергодефкцита резко ограничивает возможности компенсации гипоксии и усиливает ее тяжесть. Оно обусловлено о одной стороны упомянутой выше перестройкой структуры дыхательного цикла,' связанной с переходом на частое и неглубокое дыхание, а с другой, вызвано нарушениями легочной биомеханики.

Газообмен в легких в условиях тяжелой гипоксии также нарушается. Основными признаками его нарушения при всех изученных типах гипоксии является снижение т.н. "кислородного эффекта дыхательного цикла" (потребление кислорода за один дыхательный цикл) и падение эффективности оксигенации крови в легких, приводящее к росту шунтирования смешанной венозной крови в артериальное русло. Анализ полученных данных позволяет утверждать, что эти нарушения лишь частично обусловлены перестройкой внешнего дыхания. Главная их причина заключается в выраженном ограничении диффузии кислорода из воздуха в кровь.

Критерии соответствия внешнего дыхания тканевому метаболизму.

Полученные даише позволяют выделить критерии, которым должны удовлетворять внешнее дыхание и легочный газообмен для эффективной компенсации тканевой гипоксии и сопутствующего ой метаболического ацидоза. Для этого прежде всего интегральная величина альвеолярной вентиляции должна соответствовать некоторому определенному уровню, который в свою очередь зависит от фактического потребления Од и выделения СО^. Причем, отклонение вентиляции от оптимума опасно как в сторону уменьшения, так и чрезмерного е<з увеличения. Данные, полученные при гипертермии, однозначно свидетельствуют о том, что увеличение альвеолярной вентиляции

выше некоторой предельной величины, зависящей от реального кислородного запроса и состояния кислотно - основного равновесия крови, приводит к таким же отрицательным последствиям, как и ее угнетение - к развитии артериальной гипокоемии, усилению тканевой гипоксии, падению эффективности и экономичности внешнего дыхания и т.д. На основании фактического материала и расчетов на математической модели удалось доказать, что для оптимального соответствия легочного газообмена метаболизму в условиях тяжелой тканевой гипоксии обязательно должна быть достигнута гипервентиляция по отношении к фактическому выделению СОд тканями. При этом автоматически будут обеспечены переход требуемого количества 02 из воздуха в кровь и максимально возможная в данных условиях компенсация тканевой гипоксии и ацидоза.

Следует отметить, что в условиях резкой тканевой гипоксии и ограничения тканевого метаболизма существует возможность обеспечения гипервентиляции и требуемого уровня гипокапнии даже при сниженном по сравнению с контролем минутном обьеме дыхания. Принципиальное'значение этого впервые установленного факта заключается в возможности предотвращения бесполезных с точки зрения компенсации гипоксии и ацидоза знерготрат на внешнее дыхание за счет снижения вентиляции при сохранении гипервентиляции и поддержания оптимальных величин напряжения респираторных газов в крови. Данная ситуация особенно ярко проявляется при кровопотере. В этом случае вследствие падения кровотока, нарушения диффузии кислорода из крови в ткани и развития тканевой гипоксии, резко снижено и потребление кислорода тканями, и выделение ими 00%. Поэтому, даже при уменьшенной по сравнению с контролем на 30 и более процентов величине альвеолярной вентиляции достигается крайне низкий уровень напряжения С02 в артериальной крови (вплоть до 13-15 мм рт. ст. или 1.6-2.0 кПа), и поддерживается относительно высокая для гипоксии величина рН. Водородный показатель артериальной крови в этом случае в среднем составлял 7.25±0.01 при концентрации молочной кислоты 8-10 ммоль/л, тогда как при гипоксической гипоксии существенно меньшее накопление лактата (максимум до Б.5 ммоль/л) сопровождалось сдвигом рН до 7.0С±0.01 несмотря на достоверный рост альвеолярной вентиляции.

Таким образом, даже в том случав, если анализировать только

I Р.

интегральные валичины показателей внешнего дыхания, можно прийти к выводу о существовании оптимального уровня легочной и альвеолярной вентиляции при гипоксии. Детальный анализ объемно - временной структуры дыхательного цикла показывает, что с точки зрения обеспечения минимальной кислородной стоимости дыхания оптимальная в указанном выше смысле величина альвеолярной вентиляции должна достигаться при некоторых вполне определенных величинах дыхательного обьема, длительности дыхательного цикла, средней и мгновенной скорости газового потока в легких. Для примера на рис.2 показана зависимость работы дыхания от его частоты в изо-вентилягорном режиме, т.е. при постоянном минутном обьеме дыхания и дыхательном объеме, изменяющемся обратно пропорционально частоте дыхания.

№ (мВт) 15

10

а) контроль

. - А'т □ -

+ - %

б) 6% 02

I_+±

++

40 80 120 160 40 80

Частота дыхания (цикл/мин)

120

160

В

В

В

Рио.2. Работа дыхания (№т) и затраты энергии на преодоление эластического (Йс) и резистивного С^и) сопротивления дыханию в контроле (а) и при гипоксической гипоксии (б). Данные получены при искусственной вентиляции с постоянной величиной минутного обьема дыхания (100 мл АТРЗ/мин), оптимальной для нормы и гипоксии.

Данные, представленные на рисунка свидетельствуют о том, что как в норме, так и при гипоксии существует оптимальное соотношение между глубиной и частотой дыхания, при котором поддержание минутного объема легочной вентиляции требует минимально возможных для данного состояния затрат энергии. Наличие такой оптимальной структуры обусловлено следующими обстоятельствами (И.С.Бреслав, 1984, А.В.СШв, 1964). Энергия, затрачиваемая на осуществление дыхательного акта, расходуется главным образом на преодоление резистивного и элаотического сопротивления дыханию. Причем, последнее возрастает о увеличением дыхательного обьема, а резистив-ное сопротивление воздухоносных путей пропорционально скорости газового потока, т.е. резко увеличивается по мере роста частоты дыхания (рис.2). Вследствие этого, зависимость суммарной или полной работы дыхания (Ит) от частоты (или дыхательного обьема) при постоянном уровне легочной вентиляции имеет более или менее четко выраженный минимум. Анализ спонтанного дыхания показал, что его частота и дыхательный объем выбираются вблизи этой точки минимума знерготрат как в норме, так и при всех изученных моделях гипоксии. Тем не менее, работа дыхания весьма существенно возрастает по мере развития гипоксического состояния и усиления его тяжести. Так, если в норме средняя величина затрат энергии на дыхание составляет 4.35+0.30 мВт или около 0.4Ж от обшего онергообмена, то при дыхании в течение 60 мин газовой смесью с 6% Од она возрастает до 7.61+0.62 (Р<0.05) или 1 .456, а через час после кровопотери - до 12.1+1.1 (Р<0.001) или до 4.1% от затрат энергии организмом в целом. Таким образом, даже в том случае, когда поставленный в условия тяжелой тканевой гипоксии организм изначально здорового животного может обеспечить требуемый уровень легочной и альвеолярной вентиляции, это достигается ценой резкого возрастания работы и мощности, развиваемой дыхательной мускулатурой. В то же время,, при пневмонии и после тяжелого стресса внешнее дыхание и легочный газообмен не способны поддерживать нормальное напряжение респираторных газов в артериальной крови и оптимальный уровэнь альвеолярной вентиляции. Расчет показывает, что для этого потребовалось бы дыхательным мышцам развить мощность 10-15 мВт при стрессе и 25-30 мВт при пнеЕМОнии. Очевидно, такое напряжение работы дыхательных мышц но может быть достигнуто в этих условиях.

Мехвнизиы нарушения внешнего дыхания и газообмена при гипоксии.

Отмечешше выше нарушения дыхания и газообмена, а также перестройка обьемно - временной структуры дыхательного цикла в условиях тяжелой гипоксии могли быть обусловлены главным образом тремя факторами: сдвигам гуморальных стимулов - напряжения респираторных газов и рН крови, изменением вентиляторной чувствительности к этим стимулам, и, наконец, нарушением биомеханики дыхания. Изменение напряжения респираторных газов и рН крови при гипоксии.

Измерение важнейших регуляторов дыхания - напряжения респираторных газов и рН крови при гипоксии показало следующее (рис.1). В условиях прогрессирующей гипоксии было зарегистрировано постепенное снижение напряжения 02 и С02 в артериальной крови, в то время как реакция со стороны буферных систем крови носила двухфазный характер. При слабых степенях гипоксии решающее значение имело падение рС02 крови, приводившее к респираторному алкалозу. Если же концентрация кислорода падала до Б%, то Накопление кислот и дефицит оснований вызывали развитие метаболического ацидоза. Таким образом, при снижении концентрации кислорода во вдыхаемой газовой смеси ниже ВД отмечались две взаимно противоположные тенденции: падение напряжения кислорода и рН требовало роста вентиляции, а уменьшение рС02 - ее снижения. Очевидно, что, в том случае, если бы вентиляторная чувствительность аппарата регуляции дыхания к гуморальным стимулам на измененялась при одвигах концентрации кислорода в газовой смеси, то динамика вентиляции должна была бы отражать соотношение между двумя этими тенденциями. В эксперименте падение р02 вследствие уменьшения содержания кислорода в смеси вызывало рост вентиляции, пропорциональный снижению концентрации кислорода, только если последняя превышала 10Ж (рис.1). При дальнейшем уменьшении концентрации 02 развитие гипо-капнии ограничивало увеличение вентиляции. Однако, только изменением гуморальных стимулов нельзя объяснить снижение вентиляции при уменьшении концентрации кислорода от 856 до В%, и, тем более, перестройку обьемно-временной структуры дыхательного цикла, наблюдаемую в этих условиях. Действительно, при изменении концентрации кислорода от 8% до 6%, р02 в артериальпой крови и рН достоверно уменьшались. Оба эти изменения требовали увеличения вентиляции. Тем не менее, уровень вентиляция снизился. Поскольку на

было зарегистрировано достоверных отличий по рС02 в артериальной крови при 8% и 6й кислорода, следует предположить, что в этих условиях долкно было произойти увеличение чувствительности внешнего дыхания к С02, а, возможно, и снижение ее к изменениям рОо и рН.

Изменение вентиляторной чувствительности к гуморальным стимулам,

В результате проведенных исследований было установлено, что зависимость начального (изометрического) напряжения дыхательных мышц, оцениваемого по максимальному значению второй производной легочного обьема в начале вдоха, от рОг> и рСОд моиет быть описана следующим уравнением регрессии:

Г = А- [1-ехр |в-р02| ]2 + С-ехр {в-рС02 - Е- [рС02]2 } + Р

где В = 4.31-1СГ2рН - 2.71-10-1,

А, О, Б, Е, Р - константы

Кривые зависимости легочной вентиляции от изменения напряжения респираторных газов в крови описываются аналогичными уравнениями, но с другими величинами коэффициентов А - Р. Полученная нами взаимосвязь вентиляции и р02 артериальной крови в изокапнических условиях совпадает с моделью, предложенной А.Б.ЕеЬиск et а1. (1977). Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что гипоксия слабо влияла на зависимость изометрического напряжения дыхательной мускулатуры от рС^ артериальной крови. В то же время, и кровопотеря, и дыхание смесью с 6% кислорода весьма существенно изменяли чувствительность аппарата внешнего дыхания к рСО^. При анализе зависимости параметров дыхания от рСС^ крови мы вынуждены были отказаться от широко распространенной экстраполяции кривой, отражающей эту связь, двумя прямыми, одна из которых практически параллельна оси ординат и отражает слабую зависимость вентиляции от гипэркапничэокого отимула при рС0£<40 мм рт.ст. (Б.З кПа), в то время как другая прямая описывает гиперкапнический драйв вплоть до рСОг,- 60 мм рт.ст. (8 кПа). Такая зависимость, получившая в свое время образное название "собачья лапа" или "хоккейная клюшка" (Р.Р.Као, 1972; Б..1.Си1т:1г1£1тат, 1974), хорошо описывала

легочную вентиляцию и напряжение дыхательных мышц только в контроле. Дело в том, что в условиях тяжелой гипоксии угнетение дыхания наблюдалось уже при рС09 в артериальной крови, превышающем 40 мм рт.ст. (5 кПа), и очень сильная зависимость дыхания от рС02 регистрировалась при низких величинах этого показателя. В связи с этим мы вынуждены были применить более сложную экспоненциальную кривую (А.Й.НеЬиск аг в1., 1977), усложнив ее квадратичным членом для более точного описания вентиляторного ответа при высоких уровнях рСОд (см. формулу).

У (мл-с Г2) дУ (мл'С"2-кПа-1)

250 1 30 — 1 1

200 150 - оПОПо 0°++++т?+ 1 V / ......... 24 18 — + □ .1: ■У - .

I ++ 12 — 9" +

100 7" ■г ■ + ■ а ■ ■ б - б 0 + + ■

50 I— ■ _ ■ 0 —

-б ■ о ■ + "

0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 — 1 . . , . 1 , . ■ М

0 5 10 0 5 10

рС02 (кПа)

• - контроль в - 6% бОмин + - кровопотеря

Рис.3. Зависимость начального напряяедая дыхательной мускулатуры (а) и вентиляторной чувствительности к С02 (б) от напряжения углекислого газа в крови. Вертикальными стрелками показаны максимум напряжения на рис 3,а и Максимум вентиляторной чувствительности на рис.3,6.

Необходимо отметить следующие особенности этой кривой (рис.3). Прежде всего, как в норме, так и при гипоксии, она имеет максимум. На рис.3,а этот максимум показан вертикальными стрелками. Он соответствует нулевому значению производной изометрического напряжения по рС02 на рис.3,6. Впервые проведенный в данной работе анализ реакции внешнего дыхания на изменение напряжения С02 в

условиях тяжелой гипоксии показал, что кривые, описыващив зависимость вентиляторного ответа от рС02 сдвинуты влево, в сторону меньших величин напряжения С02 в артериальной крови. Второй важной особенностью анализируемых кривых как в норме, так и при гипоксии, является наличие максимума чувствительности дыхания к изменению С02 в крови, показанного стрелками на рис.3,6. Под вентиляторной чувствительностью аппарата дыхания к гиперкапшш понимают наклон (й1оре) кривой, описывающей зависимость вентиляции или начального напряжения дыхательных мышц от рСС^, т.е. прирост вентиляции (напряжения) на каждый мм рт.ст. (кПа) увеличения рС02 (И.С.Бреолав и В.Д.Глебовский, 1981). В отличие от традиционной точки зрения, предполагающей постоянство чувствительности к рС02 в широком диапазоне напряжений С02, мы получили четко выраженный максимум чувствительности как в норме, так и при гипоксии (рис.3,6). Было обнаружено, что этот максимум всегда лежит вблизи реальной величины рСО^ в артериальной крови, т.е. при гипоксии, когда отмечается снижение рС02 вследствие гипервентиляции, направленной на компенсацию метаболического ацидоза, максимум вентиляторной чувствительности аппарата регуляции дыхания также смещен влево, в сторону низких значений рС02. Такой сдвиг имеет глубокий физиологический смысл. Увеличение чувствительности внешнего дыхания к изменению рСС^ в артериальной крови позволяет очень четко регулировать его величину. Тем самым, с одной стороны, достигается максимально возможная компенсация метаболического ацидоза, и, с другой стороны, предотвращается резкое падение рСО^, могущее привести к спазму сосудов мозга и сердца (Е.А.Коваленко и др., 1987). Таким образом, при гипоксии наблюдается увеличение вентиляторной чувствительности к изменениям С02 в крови. Очевидно, что именно это увеличение может быть ответственно за отмеченное выше снижение легочной и альвеолярной, вентиляция при уменьшении концентрации кислорода с 8 до 6%, а также после массивной кроводате-ри. Для того, чтобы оценить, насколько значимо влияние этого фактора, 'можно подсчитать, какое напряжение дыхательной мускулатуры развивалось бы при концентрации кислорода 'во вдыхаемой газовой смэси, равной 6%, воли бы вентиляторная чувствительность к С02 оставалась неизменной и соответствовала бы контролю. Для этого в приведеннуп выше формулу необходимо подставить величины коэффици-

ентов А, С - F, характерные для контроля, а величины р02, рС02 и рН - для гипоксии. В результате такого расчета получается величина начального напряжения мышц-инспираторов около 267 мл-с-2. Реально, при дыхании смесью, содержащей GX 02, в течение G0-90 мин, мышцы создают в начале вдоха ускорение газового потока в среднем 205 ± 19 мл-с-2. Таким образом, увеличение ресшграторной чувствительности к С02 при гипоксии приводит к уменьшению напряжения дыхательных мышц примерно на 30%. В то же время вентиляция снижается более значительно (рис.1). Полученные данные показывают, что длительное (60-90 глин) дыхание газовой смесью приводит к уменьшению вентиляции более, чем на G5S, по сравнению о кратковременной (5 мин) ингаляцией такой же смеси. Следовательно, около половины от общего снижения вентиляции в условиях тяжелой гипоксии может быть связано с увеличением вентиляторной чувствительности к С02. Дополнительное уменьшение вентиляции (примерно на 50-55% от уровня, характерного для 8% 02) связано нарушением биомеханики дыхания.

Предположение о развитии нарушений биомеханики дыхания позволяют обьяснить также перестройку структуры дыхательного цикла, наблюдаемую в условиях тяжелой гипоксии. Анализ изменения легочного обьема, его первой и второй производной по времени в динамике дыхательного цикла показал, что между величинами максимального значения ускорения газового потока в начале вдоха и дыхательного обьема существует линейная зависимость как в норме, так и при гипоксии. Однако, если в контроле для достижения средней величины дыхательного обьема, равной 1.3 мл АГРЗ, мышцы-инспираторы долгий создать начальное ускорение газового потока в среднем 111 мл-с-2, т.е 8S мл-с~2 на 1 мл дыхательного обьема, то в условиях тяжелой гипоксической гипоксии эти величины составляют в среднем 0.98 мл ATPS и 205 мл-с-2 соответственно. Т.е. при гипоксии для достижения 1 мл легочного обьема дыхательные мышцы должны создать в начале вдоха ускорение газового патока около 214 мл-с-2 или в 2.5 раза больше, чем в контроле. Отсюда понятно, что в условиях тяжелой гипоксии энергетически более выгодно обеспечивать требуемый уровень альвеолярной вентиляции за счет увеличения частоты дыхания и при сниженном дыхательном объеме, а, следовательно, и при меньшем напряжении мышц-инспираторов.

Б то же время, пооле тяжелого стресса вентиляторная чувствительность к изменении гуморальных стимулов на только на повышена, но, несмотря на развитие постстрессорной гипоксии, значительно снижена. Такое нарушение регуляции дыхания является характерной особенностью отрессорного повреждения, и приводит к полному отсутствию вентиляторной компенсации ацидоза и развитию артериальной гипоксемии. Однако, только одним снижением вентиляторной чувствительности к кислороду и СОд нельзя объяснить отмеченные после стресса нарушения внешнего дыхания. Оценки, аналогичные проведенным выше, показывают, что до 30-60% нарушений внешнего дыхания и в атом случае также связаны о изменением биомеханики.

Таким образом, полученные данные и их анализ позволяют утверждать, что основная причина отмеченной при гипоксии перестройки дыхания заключается в нарушении биомеханических свойств легких. Важное место ореди причин, вызывающих такие нарушения, ваинмает развитие тканевой гипоксии. Развитие тканевой гипоксии.

Принципиальное значение по нашему мнения имеет установленный факт развития гипоксии в легких, как, впрочем, и в других органах, по замкнутому кругу. Именно в силу наличия такого порочного круга, первоначальное нарушение соответствия доставки киолорода к тканям метаболическому вопросу приводит к развитию целого ряда взаимосвязанных процессов, которые в конечном итоге дополнительно снижают транспорт кислорода. В свою очередь, вто добавочное ограничение доотавки усиливает гипоксию и вызывает еще большее уменьшение количества 0¡¡, доставляемого к тканям и т.д. Если бы отсутствовали эффективные механизмы компенсации гипоксии, то вследствие развития порочного круга даже умеренное гипоксическое воздействие приводило бы к гибели организма. Однако, и в реальных условиях при тяжелых степенях гипоксии погибало от 30% (кровопо-теря) до 60-70% (дыхание смесью о 6Ж кислорода) животных. При втом, именно в силу развития тканевой гипоксии по замкнутому кругу, даже у выживших животных состояние кислородного режима организма оказывалось крайне неустойчивым, и малейшее дополнительное воздействие- приводило организм к гибели.

Главные о нашей точки зрения этапы развития тканевой гипоксии представлены в виде схемы на рио.4. Они включают: несоответствие

доставки кислорода его запросу и снижение вследствие этого тканевого р0?, ограничение тканевого дыхания и компенсаторное усиление анаэробной фазы гликолиза, приводящее к накоплению в крови органических кислот, в первую очередь молочной, и развитию декомпен-сированного метаболического ацидоза, активацию процессов перекис-ного окисления лшшдов (ПОЛ), развитие интерстициального отека. В конечном итоге эти изменения ограничивают диффузию кислорода из крови к тканям.

нарушение диффузии 02

несоответствие доставки 0г кислородному запросу

интеостици-' алышй отек.

активация пере-кисного окисления лшшдов

лактат-ацидоз

ограничение оксидации

усиление гликолиза

Рио.4. Основные этапы развития порочного круга тканевой гипоксии. Пояснение в тексте.

Реальность этих процессов доказана прямыми измерениями в эксперименте. Для оценки соответствия доставки кислорода кислородному запросу нами использовалось соотношение доставка-потребление кислорода. Показано (Т.Д.Миняйленко, 1984, М.М.Середенко и др., 1987, K.Talaiin et al., 1984), что вторичная тканевая гипоксия развивается в том случае, если величина указанного соотношения становится равна или меньше 2.5 ед. В наших опытах при всех использованных экспериментальных моделях было зарегистрировано достоверное снижение этого показателя (рис.5), что свидетельствовало о выраженном несоответствии количества Og, доставляемого к тканям в единицу времени, кислородному запросу. Указанное несоответствие приводило к ограничению потребления кислорода тканями и компенсаторному усилению анаэробной фазы гликолиза, накоплению в тканях

молочной кислота и развитию двкокпеноировакного метаболического ацидоза (рис.Б). Наряду о усилением гликолиза, в условиях тяжелой гипоксии была обнаружена активация процессов перекисного окисления липидов в легких и других органах (рис.6). Механизмы активации ПОЛ при гипоксии требуют отдельного более детального изучения. Б рамках данной работы мокно предположить, что главными из них по-видимому являются усиление образования свободных радикалов под влиянием резко выраженного ацидоза и активация ПОЛ за счет избытка восстановленных форм переносчиков электронов и протонов в дыхательной цепи. Аналогичные механизмы играют важную роль при активации ПОЛ в условиях ишемического и стрессорного повреждения сердца, а также при блокаде цитохромокоидазы антимицином А (Ф.З.Меерсон, 1988, Т.Ншпазагша, 1982, Р.Нао et а1., 1983). Кроме того, одним из возможных механизмов активации ПОЛ непосредственно во время гипоксии, очевидно может быть пространственная и временная гетерогенность напряжения кислорода в тканях. Так например, через 15-20 мин после массивной кровопотери в 30% случаев в икроножной мышце регистрировались весьма значительные (от 0 до 4кПа) периодачеокие колебания р02, связанные с изменением кровотока. Такая периодическая смена ситуаций типа "гинокоия-, реокоигснация" или "ишемия-реперфувия" должна вызывать гораздо большее повреждение тканей и значительно сильнее активировать ПОЛ, чем непрерывная достоянная гипоксия (С.Сиагп1ег1 et а1., 1980, В.Нашопй et а1., 1985).

Перекисноа окисление липидов в мембранах легочных сосудов, избыток его продуктов в ткани легких и крови, так же как и ацидоз, повреждают эндотелий капилляров и его проницаемость возрастает. Это повреждение сооудов приводит к развитию интерстициаль-його отека ткани легких. Помимо морфологических данных реальность развития отека подтверждает изменение оводненности и сухого остатка легких. Так, например, через час дыхания газовой смесью, содержащей в% 02, вес сырой ткани легких был увеличен на 35.7 ± 6.4 % (Р<0.05 по сравнению с контролем), содержание жидкости возросло на 44.4 ± 6.1 % (Р<0.01), в то время как изменения сухого остатка легких были статистически недостоверны.

Соотношение доставка - потребление кислорода (отн.ед.) 4 г-

Скорость потребления кислорода мл/(100г-мин)

2 г—

01-

Концент^ация молочной кислоты в легочной ткани (мкмоль/г)

20 -16 -12 -

рН артериальной крови 7.4 г—

7.3 7.2 7.1 7.0

Контроль 6% 0? Пневмо- Крово-ния потеря

Стресс

Рис.б. Соотношение доставка-потребление, скорость потребления кислорода, концентрация молочной кислоты в легочной ткани, и рН артериальной крови в условиях тканевой гипоксии различного генеза. *Р<0.05 по сравнению с контролем.

Концентрация ТЕЖ-активных продуктов ПОЛ (нмоль/г) 1200 р 1000 -

800 600 400 200 О

1

_1_

Концентрация диеновых коньюгатов (ед.зкстинции)

О.бг-

*

0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 О

Диффузионная способность легких (мл/ЮОг мин-кПа)

0.20 г-

0.15 0.10 0.05 О

-I-

Контроль Ор Пневмо- Крово- Стресс ния потеря

Рио.6. Концентрации продуктов ПОЛ, вступающих в реакцию с тиобарбитуровой кислотой (ТЕК), и диеновых коньюгатов в легких, диффузионная способность легких в.условиях тканевой гипоксии различного генеза. *Р<0.05 по сравнению с контролем.

*

Наряду о выраженным интерстициальным отеком в легких в условиях тяжелой гипоксии и пооле стресса отмечались частичные и полные спазмы легочных артерий, гиалиновые тромбы в просвете сосудов респираторной зоны, множественные микроателектазы о отеком и инфильтрацией межальвеолярных перегородок в одних участках и неравномерное расширение просвета альвеол с истончением и разрывом межальвеолярннх перегородок в других, десквамация альвеолярного эпителия, спазмы мелких бронхов и др. Помимо того, что такое значительное повреждение транзиторной и респираторной зоны легких приводит к нарушению внешнего дыхания и газообмена, оно ограничивает диффузию кислорода из крови в ткани. К сожалению, надежных способов прижизненного измерения скорости диффузии из крови в легочную ткань до настоящего времени не существует. Тем не менее,, диффузионная способность легких, мембранный компонент которой отражает диффузии кислорода через легочную паренхиму, может характеризовать в известной мере и условия для диффузии кислорода из крови в ткани легких. Данные эксперимента показывают, что развитие тяжелой гипоксии и повревдение легких приводят к снижения величины их диффузионной способности почти в три раза (рис.6). В свою очередь, нарушение диффузии кислорода уменьшает доставку кислороде к тканям, усиливает несоответствие этой доставки кислородному запросу, и таким образом порочный круг гипоксии замыкается.

Нарушения биомеханики дыхания.

Развитие тканевой гипоксии, сопутствующий ей энергодифицит, ацидоз и повревдение легких нарушают процессы синтеза легочных фосфолипидов. В то же время, усиление ПОЛ, повышение активности фосфолипаз и ряд других факторов, свойственных гипоксии, ускоряют процессы их деструкции в сурфактанте и паренхиме (В.А.Березовский и др., 1984, J.b.Harwooü and R.J.Richards, 1985). Изменение фос-фоляпидного состава легких приводит по крайней мере к двум важным результатам: нарушению нормальной работы легочного сурфактанта и снижению диффузионной способности легких. Первый из них поникает растяжимость легких, увеличивает затраты энергии на дыхание, приводит к перестройке обьемно-временной организации дыхательного цикла и внешнего дыхания в целом. Ограничение же диффузии кислорода из воздуха в кровь снижает эффективность оксигенации крови в

легких.

Изучение фоофолипидного ооотава легочного оурфактанта и паренхимы показало, что в условиях тяжелой гипоксии и после повреждающего отреооорного воздействия он существенно изменен. Наиболее важные о точки зрения легочной биомеханики изменения влючают снижение оодержания общих липидов, общих фосфолипидов, фосфатидилхо-лина, накопление лизофосфолипидов, свободных жирных кислот и увеличение соотношения фосфатидилхолин/сфингомиелин. Подобные изменения фосфолшшдного состава существенно снижают растяжимость легких (Рис.7). Так, для достижения объема легких, равного 2 мл, в контроле требуется создать давление в статическом режиме около 0.6 кПа, в то время как через чао пооле начала дыхания газовой смесью с'ег кислорода для этого требуется около 1.Б кПа, а после кровопотери -.2.3 кПа.

Обьем (мл)

2.0

1.8

1.6

1.4

1.2

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

О

О 0.6 ■ 1.0 .1.5 2.0 2.6

Давлешш (кПа)

Рис.7. Типичные вависимооти обьем - давление для легких в контроле и при гипоксии

!+++ + +

+ 1+ -и-

7+1 „0°, „о' >*—-** »* »* **—н к*

+ +0° и*"

+ ±° 0 . + 5 „о, V и + - контроль о - 6Ж о2

+

+ 0 « 01 *

о*

В условиях естественного дыхания респираторным мышцам кроме эластического необходимо преодолевать такжз добавочное сопротивление, возникающее за счет трения и турбулентности газового потока. При анализе результатов опытов было установлено, что зависимость легочного давления (Р) от обьема (V) и скорости газового потока в воздухоносных путях (V) может быть представлена в виде формулы, изображенной на рис.8. В этой формуле через коэфф!Щиентн Kj и К2 обозначены соответственно независимый от обьема и зависящий от него компоненты эластического сопротивления (elaatance). Резистивное (resistance) сопротивление или сопротивление воздухоносных путей в соответствие о классическими представлениями (H.Bartela et al.,1973) такие представлено в виде двух компонентов, описываемых константами Kg и К4, отражающими соответственно сопротивление ламинарному и турбулентному потоку газов.

отн.ед.

10 г— 8 б 4 2 О

ЁШ

P=ktV + Y^2 + + fyV2 НЕ = kj + kgV Rr = kg + k4V

га ш

6% кислорода

*

кровопотеря

*

*

Рио.8. Изменение эластического (Н^) и резистивного (Н^) сопротивления дыханию при гипоксии. Значение коэффициентов в контроле принято за 1. *Р<0.05 по сравнению с контролем.

Полученные данные свидетельствуют о том, что при гипоксии увеличивается не только эластическое, но и резистивное сопротивление дыханию. Они позволяют также объяснить наблюдаемые при различных моделях гипоксии, патологии и стрессе переотройки объемно - временной организации дыхательного акта. Так например, при гипокси-ческой гипоксии в большей степени возрастает эластическое сопротивление. Поэтому в этих условиях энергетически более выгодно

дышать с небольшим дыхательным обьемом и относительно высокими скоростями газового потока (т.е. с высокой частотой дыхания). В то же время, при кровопотере, когда в большей степени возрастает сопротивление воздухоносных путей, пропорциональное скорости воздушного потока и ее квадрату (рио.В), редкое дыхание более выгодно о точки зрения затрат анергии. Однако, поскольку суммарное сопротивление дыханию в условиях тяжелой гипоксии всегда увеличено, при любом режиме дыхания, обеспечивающем соответствие вентиляции и газообмена тканевому метаболизму, работа дыхания выше, чем в контроле (см рио.2).

Применение вкзогенных фосфолшшдов для коррекции гипоксии.

Для эффективной коррекции сопутствующих гипоксии нарушений внешнего'дыхания и газообмена необходимо прежде всего разорвать порочный круг тканевой гипоксии. Исходя из анализа основных механизмов, формирующих его (рис.4), для этого по нашему мнению необходимо как минимум одновременное увеличение потребления кислорода тканями, снижение степени лактат-ацидоза, ингибирование перекис-ного окиоления липидов и уменьшение на этой основе повреждения Легких. Кроме того, для увеличения скорости диффузии кислорода Через биологические барьеры и повышения растяжимости легких необходимо нормализовать фосфолипидный состав легочного сурфактанта и Паренхима. Поскольку в условиях продолжающейся гипоксии и энергоДефицита невозможно существенно интенсифицировать такой энергоемкий процесс как синтез фосфолшшдов (L.M.G.Van Golde et al, 1988), необходимо введение этих веществ извне. В результате исследования влияния экзогенных фосфолшшдов на течение пшокоии был получен неожиданный результат. Оказалось, что смесь фосфоли-йидов определенного соотвЕа, вводимая в оргшшвм в виде липооом, кмегацих оптимальные размеры и жидкокристаллическое состояние мембраны, не только компенсирует дефицит фосфолипидов в легких, но обладает выраженным антитоксическим и антиоксадантным действием (рио.9). Так, после введения липосом отмечалось ингибирование процессов ПОЛ в легких и других органах, увеличение скорости диффузии кислорода из воздуха в кровь и из крови в ткани, снижение степени лактат-ацидоза, уменьшение повреждения легких и интероти-циального отека. Таким образом, фосфолипиды оказывали коррегирую-Щее влияние одновременно на все ведущие механизмы развития

Чаотота дыхания (цикл/мин) 160

80

"■Они

□ □□

2

— 1"Ч|1|111||||||||

О 30 60 90

Скорость потребления кислорода (мл/ЮОг-мин)

— ■■■•В

а0и*ип°папа 2 ■.......... 1

11.. I. I

111111111111

30 60

90

Концентрация молочной кислоты в крови (ммоль/л) 8

........ 1

■ пп

■ о.

" а°°поп 2

■

_ 1111111111111111111

О 30 60 90

Диффузионная способность легких (мл/1ООг-мин■кПа) 0.2

0.1

о"о

■ °°оа

а

■ ».¡■■к"..... 1

_ I I I I I I I I ч I I I I I I I I 1

О 30 60 90

°а 2

Дыхательный обьем (мл/100г) 1.6 т-

□□□□□ 2

0.8 |- оОао°

* 1

— 1111111111111111111

О 30 60 90

Потребление кислорода за один дыхательный цикл (мкл/ЮОг) 32

16

аоо 2

0 |_ ||III11II1111111111

О 30 60 90 рН артериальной крови (ед.) 7.4

7.2

7.0

00

о"»1

,аааоо 2

'■8.

,,,,,'«,„, 1

_ I I I И I I I I 14 I I ч ч I

0 1 30 60 90

Концентрация продуктов ПОЛ в крови (мкмоль/л)

3.0

1.5

■ •■»5

_ 1| III11II 111

□попаа 2

30

60 90

Время (мин) 1 - гипоксия 2 - гипоксия + липосомы

Рис.9. Коррегирующее действие фосфолипидных липосом при гипок-

сической гипоксии.

О

гэ

тканевой гипоксии и сопутствующих ей нарушений внешнего дыхания и газообмена. Поэтому, резко повышалась раотякимость легочной ткани и объемно-временная структура дыхательного цикла приближалась к оптимальной для данных условий. После применения фосфолипидов увеличивался дыхательный объем, пропорционально снижалась частота дыхания, возраотала диффузионная способность легких и на этой оонове увеличивалась эффективность дыхательного цикла с точки врения газообмена (рио.Э). Положительный эффект липосом был обнаружен также в условиях кровопотери, при экспериментальной пневмонии и после тяжелого стреооа. Разработанный на основа липосом фосфолипидный препарат "Липин" уже о успехом применяется в ряде клиник Москвы, Киева и Одессы.

ВЫВОДЫ

1. Общая закономерность нарушения внешнего дыхания при гипоксии любго генеза заключается в том, что на определенной стадии ее развития ' неизбежно наблюдается резкая перестройка обьемно-временной структуры дыхательного цикла, приводящая к существенному падению эффективности легочного газообмена и увеличении затрат энергии на дыхание.

2. Нарушения обьемно-времэнной организации дыхательного цикла при тканевой гипоксии обусловлены главны),1 образом ухудшением динамических овойотв дыхательной сиотемы - возрастанием резистив-ного и эластического сопротивления дыханию, и в значительно меньшей степени связаны с изменениями регуляции дыхания и работы дыхательной мускулатуры.

3. При гипоксии любого генеза существует определенная, оптимальная для данных условий обьемно-временная структура дыхательного цикла, характерной особенностью которой является обеспечение адекватного метаболизму газообмена при минимальных затратах энергии.

4. Вакной особенностью нарушений газообмена в условиях тканевой гипоксии является снижение диффузионной способности легких, для компенсации которого необходимо удлинение дыхательного цикла,- что в свою очередь приводит к дополнительному возрастанию затрат энергии на дыхание.

Б. Основными причинами нарушения биомеханики дыхания и газообмена при тканевой гипоксии являются: метаболический ацидоз, активация парекисного окисления липидов, изменение фосфолипидного состава легочного сурфактанта и паренхимы, патологические изменения трапзиторной и респираторной зон легких.

6. Специфической особенностью нарушений внешнего дыхания при ги-поксической гипоксии является снижение дыхательного объема за счет возрастания эластического сопротивления дыханию и увеличение его частоты, преимущественно за счет укорочения выдоха.

7. После массивной кровопотери гипервентиляция по отношению к выделению углекислого газа, необходимая для максимально возможной компенсации сопутствующего гипоксии ацидоза, достигается на фоне сниженного минутного объема дыхания; дыхательный цикл удлинен в основном за счет экспираторной фазы, сопротивление дыханию резко увеличено как за счет эластического, так и ре-зистивного компонентов.

8. После тяжелого стресса развивается особое состояние системы дыхания - респираторный стресс-синдром, характерные черты которого включают развитие первичной и вторичной тканевой гипоксии, нарушение регуляции дыхания, его биомеханики и работы дыхательной мускулатуры, активацию свободнорадикальных процессов, а также стрессорноа повреждение легких и оурфактанта.

9. Для эффективной коррекции гипоксии и сопутствующих ей нарушений внешнего дыхания и газообмена могут использоваться экзогенные фосфолипиды, вводимые в организм в виде фосфатидилхоли-новых липосом.

10.Основные физиологические механизмы антигипоксического действия липосом включают: улучшение кислородного снабжения тканей, снижение степени лактат-ацидоза, ингибирование перекисного окисления липидов, увеличение скорости диффузии кислорода через биологические барьеры, повышение эффективности работы легочного сурфактанта я оптимизацию функции внешнего дыхания.

Список основных работ, опубликованных по темв диссертации

1. Середенко М.М., Пожаров З.П., Миняйленко Т.Д., Беспальчая Р.Ф. Особенности оксигенации крови в легких при острой дозированной кровопотере // Сизиол. журн. -1986. -Т.32,№3. -С.344-350.

2. Брыгинский С.А., Зубаренко A.B., Лишко В.К., Миняйленко Т.Д., Пожаров В.П., Резник р.Я., Розова Е.В., Середенко М.М., Стефанов A.B. Особенности течения пшоксии при"введении липосом // Доклады АН СССР. -19S6. -Т.291,№4. -С.1022-1024.

3. Середенко М.М., Поваров В.П., Розова Е.В. О соответствии окси-генации крови в легких и массопеоеноса 02 через аэрогематичес-кий барьер кислородному запросу организма // Актуальные проблемы совюеменнои физиологии. - Киев: Наук, думка, 1986. -С. 224-22(3.

4. Бриг1нський С.О., Стефанов О.В., Середенко K.M., Показов В.П., шняйленхо Т.Д., Розова К.В. Вшшв л1посом на nepeöir гостро! rlnoKciï у тварин // V Укр. öioxiM. а'1зд: Тез. дои. - Ки1в: Наук, думка, 1987. -ч.1. -с.21.

Б. Сеоеденко М.М., Миняйленко Т.Д., Пожаров В.П. Гемическая гипоксия при кровопотере. Развитие гипоксического состояния // Механизмы развития и компенсации гемической пшоксии. -Киев: Наук, дукка, 1937. -С.82-97.

G. Пожаров В.П. Гемическая гипоксия при кровопотере. Особенности состояния внешнего дыхания // Механизмы развития и компенсации гемической гипоксии. -Киев: Наук, думка, 1987, -С.135-153.

7. Середенко М.М., Стефанов A.B., Пожаров В.П., Миняйленко Т.Д., Розова Е.В., Брыгинский С.А., Зубаренко A.B. Механизмы повышения резистентности организма к гипоксии при введении липосом // Реактивнооть и резистентность: фундаментальные и прикладные вопросы. -Киев: Наук, думка, 1987. -С.233-234.

•8. Пожаров В.П. К вопросу о резистентности тканевого метаболизма при гипоксии // Реактивность и резистентность: фундаментальные и прикладные вопросы. -Киев: Наук, думка, 1987. -С.222-223.

.9. Пожаров В.П., Миняйленко Т.Д. Оценка соответствия мозгового кровообращения метаболизму при гипоксии // Физиология, патофизиология, фармакология мозгового кровообращения. -Тбилиси: Мецниереба, 1983. -0.147.

10.Середенко М.М., Мойбенко A.A., Миняйленко Т.Д., Пожаров В.П., Грабовский Л.А., Видков Е.Г. Оксигенация крови в легких и особенности развития гипоксического состояния при гипертермии // Физиол. жури. СССР. -1988. -T.74.W7. -С.987-994.

11.Брыгинокий O.A., Зубаренко A.B., Лиджо В.К., Миняйленко Т.Д., Пожаров В.П., Розова Е.В., Середенко М.М., Стефанов A.B. Применение липосом для коррекции респираторной гипоксии при экспериментальной пневмонии // Бюл. эксперим. биол. и мед. -1988. -Т.10б,*10. -С.421-423.

12.Середенко М.М., Пожаров В.П., 'Миняйленко Т.Д., Бойко В.К., Грабовский Л.А. Внешнее дыхание» газообмен и кислотно-основное состояние крови при -гипертермии у собак // Физиол. журн. -1989. -T.35.J6i . -С.21-25.

13.Пожаров В.П. Автоматизированная установка для измерения объемно-временных параметров внешнего дыхания и газообмена у мелких лабораторных хивотных // Физиол. журн. -1989. -Т.35,A4. -С.119-121.

14.Тютюнник В.Р., Пожаров В.П., Миняйленко Т.Д., Калинский М.И., Лишко В.К., Середенко М.М., Стефанов A.B. Применение липосо-мальной формы адреналина для коррекции гипоксии натоузки // Теория и практика физической культуры. -1989,Ji3. -С.42-45.

15.Меерсон Ф.З., Киняйленко Т.Д., Пожаров В.П., Середенко М.М. Нарушения внешнего дыхания, транспорта и утилизации кислорода при стрессе // Патолопгч. физиол. и эксперим. терапия. -1989, Н£. -C.20-2G.

16.Середенко М.М., Миняйленко Т.Д., Пожаров В.П., Розова Е.В., Лишко В.К., Стефанов A.B., Британский с.А. Оптимизация функции дыхания при гипоксии посредством введения липосом // Пути оптимизации функция дыхания при нагрузках, в патологии и в экспериментальных состояниях. -Калинин: Б.и., 1989. -С.132-137.

17.Пожаров В.П. Взаимосвязь внешнего дыхания, гемодинамики и диффузии 02 через биологические барьеры при гипоксии // Актуальные вопросы патологии дыхания. -Куйбышев: Б.И., 1989. -С.223-224.

18.Пожаров В.П., Миняйленко Т.Д., Середенко М.М., Стефанов A.B., Касьянова Е.В., Лишко В.К., Меерсон Ф.З. Синдром стрессорного легкого и коррекция его фосфолипидами // Доклады АН СССР. -1990. -Т.310,&3. -С.754-757.

19.Пожаров В.П., М1няйленко Т.Д., Ежова 0.0. Фактори, що забезпе-чують в1дпов1дн1сть легеневого газообм1ну метаоол1зму при г1-поксН // ХИ зЧзд Укр. ф!з1ол. тов-ва: Тез. доп. -Ки1в: Наук, думка, 1990. -Т.2. -0.79.

20.Пожаров В.П., Середенко М.М. Механизмы нарушения внешнего дыхания при гипоксии // Физиол. журн. СССР. -1990. -T.76,Jf6. -С.678-684.

21 .Пожаров В.П., Миняйленко Т.Д., Стефанов A.B., Брыпшский С.А., Середенко М.М., Ляпко В.К. Некоторые физиологические механизмы антигипоксического действия липосом // Физиол. журн. СССР. -19Э0. -T.7G-С.897-902.

•22. Стефанов A.B., Пожаров В.11., Миняйленко Т.Д., Брыпшский O.A., Середенко K.M., Лишко В.К. Биологический эффект липосом при гипоксических состояниях различной этиологии /У Вестник АМН СССР. -1990, №6. -С.47-52.

23.Пожаров В.П. Механизмы нарушения внешнего дыхания и газообмена при гкпоксическом и стрессорном повреждении легких // Функциональные резервы и адаптация. -Киев: Б.и., 1990. -С.98-101.

24.Миняйленко Т.Д., Пожаров В.П., Ечова O.A. Оосфолипидный состав

органов и перекисное окисление липидов при гипоксии // Физиология и биоэнергетика гипоксии. -Минск: Б.и., 1990. -С.60. •

25.Пожаров В.П. Временная гетерогенность напряжения кислорода в мышечной ткани при гипоксии // Физиология и биоэнергетика гипоксии. -Минск: Б.и., 1990. -С.80.

2G.Minyailenko T.D., Pozharov V.P., Seredenko М.М. Severe hypoxia activates lipid peroxidation in the rat brain // Chem. Phys. Lipids. -1990. -V.55.Jil. -P.25-28.

27.Seredenko M., Pozharov V., Minyailenko Т., Blstrjukov V.A. Energy metabolism and fatigue // Biochem. and physiol. aspects of muscle fatigue. -Paris: Masson, 1990. -P.126.

28.Pozharov V.P. Hypoxic respiratory distress syndrome and its correction by phospholipids // Abstr. 7th Int. Hypoxia Symp. -Hamilton, 1991. -P.35.

29.Stefanov A.V., Pozharov V.P., Minyailenko T.D. Correction of severe hypoxia and stress by liposomes // Abstr. 7th Int. Hypoxia Symp. -Hamilton, 1991. -P.34.

30.Pozharov V.P., Ezhova O.A. Prophylaxis of hypoxic respiratory distress syndrome by periodic adaptation to high altitude // Abstr. Int. Congr. of Mountain lied. -Crans-Montana, 1991. P.16.

31.Pozharov V., Minyailenko Т., Ezhova 0., Bystrjukov V., Sidoreriko A. Changes in the respiratory sensitivity to carbon dioxide under severe hypoxia // A Guide 4th Int. Symp. on High-Altitude Med. Sci. -Matsumoto, 1991. -P.20.

32.Minyailenko Т., Pozharov V., Byatrjukov V., Ezhova 0. Adaptation to moderate stress increases the resistance to ' severe hypoxia // A Guide 4th Int. Symp. on High-Altitude Med. Sci. -Matsumoto, 1991. -P.33.

33.Pozharov V.P. Mechanisms of breathing and gas exchange disturbances under hypoxia // Abstr. Constituent Congr. Int. Soc. for Pathophysiology. -Moscow, 1991. -P.315.

34.Stefanov A.V., Pozharov V.P., Minyailenko T.D., Zubarenko A.V. Usage of exogenous phospholipids for the prevention and treatment of hypoxic tissue damage // Abstr. 2nd Int. Symp. on Hypoxia. -Berlin, 1991. -P.75-T5a. -

35.Pozharov V. Mechanisms of hypoxic lung damage // Abstr. 2nd Int. Symp. on Hypoxia. -Berlin, 1991. -P.22-22a.

36.Minyailenko Т., Pozharov V., Seredenko M. Oxygen supply-consumption ratio as the criterion of tissue hypoxia // Abstr. 2nd Int. Symp. on Hypoxia. -Berlin, 1991. -P.23-23a.