Группировка компонентов горного комплекса по постоянству воздействия на человека

Факторы облигатные, действующие на человека постоянно

Факторы факультативные, действующие спорадически

общесоциальные факторы понижение атмосферного давления уменьшение плотности воздуха уменьшение абсолютного количества кислорода, азота, углекислого газа в единице объема воздуха уменьшение количества водяных паров (сухость воздуха) нарастание ионизации воздуха понижение внешней температуры повышение солнечной радиации с увеличением ультрафиолетовой части спектра суточные колебания температуры воздуха

микросоциальные факторы увеличение скорости воздушных потоков – ветры (в снежном высокогорье они постоянны) колебания относительной влажности уменьшение напряженности электрического поля состав микроэлементов почвы повышение физической нагрузки, обусловленное сложностью рельефа характер грунта и растительного покрова, гидрография гравитационные аномалии повышение радиационного и космического излучения суровость природы

Поэтому течение горной болезни отличается на одних и тех же высотах, но в разной местности.

Выделяют следующие формы горной болезни:

• высокогорный отек легких;

• высокогорный отек головного мозга;

• геморрагический синдром;

• нарушение свертывающей системы крови с преимущественной гиперкоагуляцией.

По длительности течения выделяют:

• молниеносная (обморочная форма горной болезни) – развивается в течение нескольких секунд;

• острая (коллаптоидная форма горной болезни) – в течение нескольких нут;

• хроническая (при пребывании в условиях высокогорья в течение многих часов и суток).

Основной этиологический фактор горной болезни – это снижение парциального давления кислорода в альвеолярной газовой смеси, обусловленное низким парциальным давлением кислорода во вдыхаемой газовой смеси. От горной болезни страдают 30% неадатированных к высотной гипоксемии людей после быстрого подъема на высоту большую, чем 3000 м над уровнем моря. У 75% неприспоболенных субъектов симптомы острой горной болезни выявляют после быстрого подъема на высоту, превышающую 4500 м над уровнем моря. Головная боль как первый признак начала развития горной болезни связана со спазмом сосудов головного мозга в ответ на падение напряжения углекислого газа в артериальной крови в результате компенсаторной гипервентиляции, обусловливающей гипокапнию, но не устраняющей артериальной гипоксемии. Когда напряжение кислорода в артериальной крови не больше, чем 60 мм рт.ст., то значительный гипоэргоз церебральных нейронов, несмотря противодействие системы ауторегуляции локальной скорости мозгового кровотока, обусловливает расширение артериол и раскрытие прекапилярных сфинктеров в системе микроциркуляции мозга. В результате увеличивается кровоснабжение головного мозга, что повышает внутричерепное давление и проявляет себя головной болью.

Компенсаторная гипервентиляция у страдающих горной болезнью на высотах в диапазоне 3000-4500 м над уровнем моря вызывает респираторный алкалоз и бикарбонатурию как компенсаторную реакцию на снижение содержания протонов и рост бикарбонатного аниона во внеклеточной жидкости и клетках. Бикарбонатурия усиливает натрийурез и, снижая содержание в организме натрия, уменьшает объем внеклеточной жидкости и даже обусловливает гиповолемию. При подъеме на высоты, на которых компенсаторные реакции в ответ на гипоксическую гипоксию не в состоянии предотвратить связанного с ней гипоэргоза клеток, гипервентиляция через повышение потребления кислорода организмом обостряет системный гипоэргоз. Усиление системного гиперэргоза на уровне всего организма повышает интенсивность анаэробного гликолиза, что вызывает метаболический лактатный ацидоз типа А.

Патологически низкое парциальное давление кислорода во вдыхаемой газовой смеси служит стимулом для «альвеоло-капиллярного рефлекса» с еще не выявленным центральным звеном. В эфферентном звене, на уровне эффектора, рефлекс сужает легочные венулы и артериолы, что обусловливает легочную первичную как венозную, так и артериальную гипертензию. Легочная артериальная гипертензия может приводить к острой правожелудочковой недостаточности в результате патогенно высокой постнагрузки правого желудочка.

Полагают, что легочная венозная гипертензия и отрицательные нервные влияния на легочную паренхиму в ответ на гипоксическую гипоксию обуславливают некардиогенный отек легких как осложнение горной болезни. При этом отрицательные нервные влияния на легкие в частности приводят к росту экспрессии флогогенного потенциала клеточных эффекторов воспаления, локализованных в легких, то есть эндотелиоцитов, нейтрофилов, тучных клеток и клеток мононуклеарных фагоцитов (не имеющее биологического смысла нейрогенное воспаление).

Гипербарическая гипоксия развивается в условиях повышенного парциального давления воздуха (например, при дыхании в барокамере). Известно, что повышение давления вдыхаемого воздуха на каждую атмосферу при неизменной температуре влечет за собой дополнительное растворение в 100 мл крови 2,3 мл кислорода (закон Генри-Дальтона). Высокое парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе приводит к увеличению его напряжения в артериальной крови и тканях. Таким образом, основным звеном патогенеза гипербарической гипоксии является повышение напряжения кислорода в тканях организма. Гипероксическая гипоксия возникает вследствие патогенно высокого парциального давления кислорода во вдыхаемой смеси газов, которое обуславливают: а) рост содержания кислорода во вдыхаемой газовой смеси; б) увеличение давления (барометрического, атмосферного) смеси газов.

Гипероксическая гипоксия - возникает при дыхании газовыми смесями, содержащими кислорода больше, чем во вдыхаемом атмосферном воздухе (при нормальном атмосферном давлении –760 мм рт. ст., парциальное давление кислорода в окружающем нас воздухе равно 159 мм рт.ст.).

Основным звеном патогенеза развивающимся в данном случае является повышение напряжения кислорода в тканях.

Гипероксическая гипоксия - это следствие токсичного действия кислорода при его аномально высоких парциальном давлении в альвео­лярной газовой смеси и напряжении в артериальной крови и в тканях. Под токсичным действием кислорода понимают повреждения тканей, клеток и интерстициальных тканевых структур, обусловленные свободнорадикальным окислением. Токсическому действию кислорода особен­но подвержены старики, у которых со старением падает активность антиоксидантных систем, в частности ферментов супероксиддисмутазы, каталаз и пероксидазы. Циркуляторная гипоксия при травматическом шоке предрасполагает к токсическому эффекту кислорода, вызывая через свободнорадикалыюе окисление и дефицит свободной энергии недостаточность антиоксидантных систем. При гипероксической гипоксии высокое напряжение кислорода в тканях ведет к окислительной деструкции внутриклеточных митохондриальных структур, что угнетает тканевое дыхание или снижает эффективность улавливания клеткой свободной энергии при биологическом окислении. Патогенез гипероксической гипоксии весьма сложен, так как этот вид кислородной недостаточности сопровождается разнообразными сдвигами обмена веществ под влиянием высокого напряжения кислоро­да в тканях. Прежде всего происходит инактивация многих энзимов, особенно тех, что содержат сульфгидрильные группы. Одним из следствий системной ферментопатии при гипероксической гипоксии выступает падение содержания в мозге гамма-аминобутирата, главного тормозного медиатора серого вещества, что обуславливает судорожный синдром кортикального генеза. Высокое напряжение кислорода в тканях приводят к усиленному образованию свободных кислородных радикалов, нарушающих образование дезоксирибонуклеиновой кислоты, и тем самым извращающих внутриклеточный синтез белка. Кроме того, свободнорадикальное окисление фосфолипидов клеточных мембран как фактор первичной альтерации тканей служит инициирующим моментом воспаления. При увеличении парциального давления кислорода во вды­хаемой газовой смеси в первую очередь патологические изменения воз­никают в легочной паренхиме, в которой в наибольшей степени возрас­тают напряжение кислорода и образование свободных кислородных радикалов. Токсический эффект кислорода может клинически значимо про­явить себя уже при возрастании парциального давления кислорода во вдыхаемой газовой смеси до 200 мм рт. ст., если больной непрерывно дышит такой смесью в течение нескольких часов. При парциальных давлениях кислорода во вдыхаемой смеси газов меньших, чем 736 мм рт. ст., гистотоксический эффект высокого напряжения кисло­рода в тканях приводит в основном к воспалительным изменениям ле­гочной ткани, а у некоторых больных и к некардиогенному отеку легких. Кроме того, у больных выявляют диффузное микроателектазирование легких из-за разрушения свободнорадикальным окислением системы сурфактанта. Дыхание газовой смесью, парциальное давление кислоро­да в которой выше, чем 4416 мм рт. ст., приводит к тоникоклоническим судорогам и потере сознания в течение нескольких минут. Резистентность по отношению к гистотоксическому эффекту высокого напряжения кислорода в тканях снижает наследственная недостаточ­ность антиоксидантных систем клетки, в частности низкая активность ферментов глютатионпероксидазы и супероксиддисмутазы. Высокие парциальное давление кислорода в альвеолах и его напряжений в артериальной крови и тканях являются патогенными раздражи­телями, которые вызывают дисфункции элементов респиронов. В основном эти расстройства складываются из нарушений легочной микро­циркуляции, обусловленных спазмом микрососудов в ответ на избыточные нервные регуляторные влияния. Это индуцирует патологическую вариабельность вентиляционно-перфузионных отношений структурно-функциональных элементов легких, а через активацию эндотелия легоч­ных микрососудов предположительно предрасполагает к воспалению лишенному биологической цели, вторичная альтерация при котором разрушает респироны.

Таким образом, рассматривая механизм гипероксической и гипербарической гипоксии, необходимо подробно охарактеризовать токсическое действие кислорода.

Кислородная интоксикация проявляется в двух формах:

• острой, при которой главным объектом поражения является центральная нервная система. В данном случае может развиваться кислородная эпилепсия (эффект Бера);

• хронической, с поражением легких, при которой развивается кислородная пневмония (эффект Смита).

Острая интоксикация возникает обычно при сравнительно кратковременной экспозиции кислорода под давлением более 3 атм.

Хроническое кислородное отравление развивается, как правило, при длительном воздействии малых избыточных давлений кислорода, а также при нормобарической гипероксии. У взрослых людей при дыхании чистым кислородом под обычным давлением (760 мм рт. ст.) через 6-12 часов появляются болезненные ощущения в груди, кашель, боли в горле. Дальнейшая экспозиция ведет к повреждению легочных альвеол, сопровождающемуся интерстициальным отеком, увеличением альвеолокапиллярного барьера с последующим замещением эпителиоцитов гиперплазированными клетками. На 7-10 день могут появляться признаки фиброза.

Респираторный тип гипоксии возникает в результате нарушения функции внешнего дыхания, то есть в результате нарушения вентиляции, диффузии, перфузии.

Этиологическими факторами данного типа гипоксии являются следующие:

• нарушение регуляции внешнего дыхания (патология коры головного мозга, пневмотаксического, дыхательного центров, мотонейронов спинного мозга);

• патология костно-мышечного аппарата грудной клетки, приводящая к ограничению ее движений;

• воспалительные, дистрофические, опухолевые процессы в легких, приводящие к уменьшению дыхательной поверхности;

• изменение функций альвеолярно-капиллярных мембран;

• нарушение перфузии легких.

Основными патогенетическими механизмами данного типа гипоксии являются:

• нарушение оксигенации крови;

• снижение доставки кровью кислорода к тканям;

• снижение его напряжения в тканях;

• уменьшение доли окислительного фосфорилирования в метаболизме клеток;

• активирование бескислородных путей метаболизма;

• нарушений функций клеток и тканей.

Циркуляторный тип гипоксии развивается при местных и общих нарушениях кровообращения.

Выделяют ишемическую и застойную формы циркуляторной гипоксии.

В случае, если нарушение гемодинамики развивается в сосудах большого круга кровообращения, насыщение крови кислородом может быть нормальным, однако, страдает его доставка к тканям.

При нарушении кровообращения в сосудах малого круга страдает оксигенация крови.

Этиологическими факторами циркуляторной гипоксии являются:

• сердечная недостаточность (вследствие перегрузки сердца давлением или объемом, при коронарогенных и не коронарогенных повреждениях миокарда);

• сосудистая недостаточность;

• сердечно-сосудистая недостаточность.

Циркуляторная гипоксия может возникнуть не только вследствие абсолютной, но и относительной недостаточности кровообращения, когда потребность тканей в кислороде превышает его доставку, примером может служить относительная недостаточность кровообращения в условиях стресса.

Отличительной особенностью циркуляторной гипоксии является снижение массопереноса кислорода артериальной кровью и скорости его доставки к тканям.

Содержание и напряжение кислорода при этой форме гипоксии может находиться в пределах нормооксических величин. Напряжение кислорода в венозной крови снижено. Вследствие этого венозно-альвеолярный и общий воздушно-венозный градиенты увеличены.

При циркуляторной гипоксии выделяют:

• компенсированную форму;

• субкомпенсированную форму;

• некомпенсированную форму.

Кровяной (гемический) тип гипоксии формируется при уменьшении кислородной емкости крови.

Напомним, что кислородная емкость крови - количество О₂, которое может быть связано с 100 мл крови. 1 г гемоглобина связывает 1,34 мл кислорода; 100 мл крови содержит около 15 г гемоглобина, следовательно, кислородная емкость крови около 20,1 мл кислорода.

Гемическая гипоксия подразделяется на:

• анемическую;

• гипоксию вследствие разрушения гемоглобина и его инактивации.

Этиологическими факторами анемической гемической гипоксии могут быть:

• острая и хроническая кровопотеря;

• процессы, связанные с нарушением кровообразования;

• усиленное разрушение форменных элементов крови.

Гемическая (кровяная) гипоксия выступает результатом умень­шения кислородной емкости крови в результате: а) дефицита объема циркулирующих эритроцитов и низкой концентрации гемоглобина в крови; б) снижения кислородсвязывающих свойств гемоглобина. Кро­вяную гипоксию, которая развивается вследствие дефицита объема цир­кулирующих эритроцитов, называют анемической. Гемическая гипоксия развивается не только в результате блокады кислородсвязывающих свойств гемоглобина, но может быть следствием избыточного сродства гемоглобина к кислороду, снижающего восстановление гемоглобина и транспорт кислорода в клетку на периферии.

Врожденные гемоглобинопатии, которые служат причиной гемической гипоксии подразделяют на два вида:

• гемоглобинопатии, вызывающие цианоз,

• гемоглобинопатии с изменением сродства гемоглобина к кислороду. Если кислород на периферии высвобождается в виде супероксидного аниона, не возвращая электрона атому железа, то образуется метгемоглобин, неспособный к обратимому связыванию кислорода. Образо­вание метгемоглобина идет непрерывно, и у здорового человека в метгемоглобин превращается 1 % всего гемоглобина. Большему образованию метгемоглобина противостоят антиоксидантные системы клеток, например активность каталазы и глютатион. Рост содержания метгемоглобина до 15 г/л и более вызывает гемическую гипоксию и цианоз. Патологически высокая концентрация метгемоглобина в крови развивается вследствие врожденных нарушений реакций деструкции метгемог­лобина, содержания в крови патологических форм гемоглобина, устой­чивых по отношению к физиологическим механизмам их разрушения и элиминации, а также вследствие токсического окисления двухвалентно­го иона железа молекулы восстановленного гемоглобина.

При гемоглобинопатиях, сопровождающихся цианозом, вследствие изменения аминокислотного состава молекулы гемоглобина в участке, прилегающим к гему (образование гемоглобина М), окисление желези­стой группы гемоглобина приводит к образованию метгемоглобина, чаще, чем при окислении нормального гемоглобина. Замещение в крови гемоглобина способного к переносу кислорода метгемоглобином приво­дит к падению кислородной емкости крови. Такие гемоглобинопатии наследуется по доминантному механизму.

Побочные эффекты ряда лекарств и токсинов могут привести к па­тологическому росту содержания в крови метгемоглобина. К ним следует отнести в первую очередь нитриты и нитраты, анилиновые красители и сульфаниламиды. К образованию метгемоглобина в результате побоч­ного действия лекарственных веществ и токсических эффектов химиче­ских соединений существует наследственная предрасположенность, за которую ответственен один из аллелей гетерозиготного гена.

Известно более, чем 20 видов врожденных дефектов гемоглобина, при которых кривая диссоциации гемоглобина патологически сдвинута влево, что приводит к недостаточному высвобождению кислорода из соединения с гемоглобином на периферии и гипоксии.

Угарный газ, окись углерода обладает сродством к гемоглоби­ну в 240 раз большим сродства к нему кислорода. При парциальном давлении СО во вдыхаемой газовой смеси, составляющем 1/240 парци­ального давления в ней кислорода, окись углерода блокирует временное соединение кислорода с гемоглобином, образуя с ним относительно стойкое соединение, карбоксигемоглобин. В результате кровь содержит оксигемоглобин в количестве недостаточном для адекватного транспор­та кислорода. Токсический эффект СО вызывает патологический сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина влево, что обостряет гипоксию вследствие недостаточного содержания оксигемоглобина в крови.

Гипоксия вследствие инактивации гемоглобина развивается при острых и хронических интоксикациях.

В качестве примера возникновения гемической гипоксии можно привести состояние возникающее при отравлении соединениями, содержащими NО₂ группу. При остром и хроническом отравлении нитритами образуется метгемоглобин, в котором трехвалентное железо не обладает способностью присоединять кислород.

Патогенез различных видов гемической гипоксии имеет общие признаки, заключающиеся в снижении кислородной емкости крови, вследствие чего ткани не получают достаточного количества кислорода, тканевое напряжение которого падает часто ниже критического уровня.

Тканевая гипоксия. В зависимости от этиологии и патогенеза различают:

• первичную (цитотоксичскую) тканевую гипоксию;

• вторичную тканевую гипоксию;

К первичной относят все те состояния, при которых происходит первичное повреждение аппарата клеточного дыхания либо на уровне клеточных органелл (митохондрий), либо на молекулярном уровне (ферментном уровне).

Классическим примером тканевой гипоксии, при которой происходит инактивация дыхательных ферментов является отравление цианидами. Кроме того, первичная тканевая гипоксия может развиваться при отравлении лекарственными веществами, что важно знать врачам. Например, спирты, уретан и другие соединения блокируют дегидрогеназы. Ратион на уровне флавинадениндинуклеотида инактивирует дыхательную цепь.

Тканевой тип гипоксии характеризует снижение способности клеток использовать кислород для биологического окисления. Кроме того, под тканевой гипоксией традиционно понимают системный гипоэргоз, обу­словленный падением эффективности улавливания клеткой свободной энергии, высвобождаемой при биологическом окислении, что обычно свя­зано с разобщением окисления и фосфорилирования. Использование клетками кислорода для биологического окисления на­рушают: а) снижение активности энзимов цепи дыхательных ферментов митохондрий; б), сдвиги гомеостазиса внутриклеточной среды, блокирую­щие аэробное окисление; в) нарушения синтеза ферментов, участвующих в аэробном биологическом окислении и разрушение наружной клеточной и цитоплазматических, в том числе и митохондриальных, мембран. Следует заметить, что сдвига среды обитания клеток и внутриклеточной среды;- обусловленные гипоэргозом вследствие гипоксии, (лактатный метаболический ацидоз, рост содержания в клетке и в интерстиции аденозинмонофосфата и др.) сами по себе тормозят активность ферментов аэробного биологического окисления и растормаживают анаэробный гликолиз. Когда локальная гипоксия обусловлена ишемией, то из тканей и клеток в состоянии гипоксического гипоэргоза не удаляются с кровью как протоны, так и аденозинмонофосфат (АМФ). В результате концентрации в клетке свободных ионов водорода и АМФ растут в такой степени, что это тормозит уже последний источник сво­бодной энергии анаэробный гликолиз. Нарушение способности клеток утилизировать кислород для биологи­ческого окисления и улавливать при нем свободную энергию в виде макро­эргов, связанное с разрушением аппарата тканевого дыхания в результа­те гипоксии-ишемии, называют вторичной тканевой гипоксией. Во многом вторичная гипоксия связана со свободнорадикальным окислением наиболее в функциональном отношении активных фосфолипидов клеточных мембран, в том числе и митохондриальных. Свободнорадикальное окисление мембранных фосфолипидов предельно интенсивно после восстановления кровотока в ранее гипоксичных или ишемизированных тканях. При этом в тканях высока концентрация таких субстратов синтеза свободных кислородных радикалов как прото­ны, и есть второй его субстрат, кислород. В результате угнетения антиоксидантных систем гипоэргозом образование свободных кислородных радикалов при восстановлении притока артериальной крови после ише­мии почти не ограничено, кроме свободнорадикального окисления фосфолипидов клеточных мембран к их деструкции может приводить широкий спектр патогенных воздействий, повреждающих клетку; гипо- и гипертермия, многочисленные экзогенные яды, проникающая радиация и т.д. Ингибирование ферментов биологического окисления как причина тканевой гипоксии происходит по трем основным путям. Первый состоит в специфическом связывании активных агентров дыхательных ферментов токсичными соединениями со вступать в стойкое соединение с активными центрами энзимов через специфическую реакцию, субстратами которой являются активный центр молекулы фермента и токсичный агент. Такими токсичными со­единениями являются цианиды, содержащие токсичный ион циана, а также соединения, диссоциирующие с высвобождением токсичного сульфидного иона, некоторые антибиотики и др. Второй - это неспе­цифическое связывание функциональных групп белковой части молеку­лы фермента ионами тяжелых металлов и в результате реакции с алкилирующими агентами. Третий заключается в конкурентном тор­можении вследствие блокады активного центра ферментом «псевдо­субстратом». «Псевдосубстрат» - это соединение, которое образуется на естественных путях метаболизма в норме или при их расстройствах, и, не являясь субстратом определенного энзима, блокирует его активный центр. Примером тут может служить ингибирование сукцинатдегидрогеназы малоновой и другими дикарбоновыми кислотами. Нарушения синтеза ферментов, участвующих в биологическом окислении, могут быть следствием качественного витаминного голода­ния, которое обуславливает недостаток в организме специфических нутриентов, необходимых для образования этих энзимов: витаминов группы В, тиамина, никотиновой кислоты и др. Алиментарная дистро­фия как состояние системной недостаточности экспрессии генома клетки также нарушает синтез дыхательных ферментов. Снижение эффективности улавливания клеткой свободной энергии при аэробном биологическом окислении часто происходит через сниже­ние сопряженности окисления и фосфорилирования на дыхательной цепи ферментов в митохондриях. При этом потребление кислорода рас­тет, но аккумуляция свободной энергии в виде макроэргов падает, и ее значительная часть рассеивается в виде тепла. Разобщают аэробное биологическое окисление и фосфорилирование внутриклеточный ацидоз, избыток в клетке ионизированного кальция, неэстерифицированных жирных кислот, а также избыточное влияние на клетку адреналина и гормонов щитовидной железы. Таким свойством обла­дают и микробные токсины. Разобщение окисления и фосфорилиро­вания может быть побочным эффектом лекарственных веществ (антибиотики и др.) При условии ненарушенных грубо легочного газообмена и транспорта газов с кровью напряжение кислорода в артериальной крови у больных с тканевой гипоксией находится в нормальных пределах при почти макси­мальном насыщении кислородом в ней гемоглобина. При этом растет на­пряжение О₂ в смешанной венозной крови, и падает различие артериальной и смешанной венозной крови по содержанию в них кислорода.

Выделяют четыре уровня адаптации к гипоксии (табл. 5.2 и рис. 5.1).

Если доставка кислорода тканями и клетками становится неадекватной их потребностям вследствие снижения минутного объема кровообращения, концентрация гемоглобина в крови или расстройств легочного газообмена, то растет экстракция тканями кислорода из капиллярной крови. В результате снижается напряжение кислорода в смешанной венозной крови. При падении напряжения кислорода в смешанной венозной крови до 30 мм рт.ст. и ниже клетки начинают улавливать свободную энергию в ходе анаэробного биологического окисления, что приводит к аккумуляции в них и во внеклеточной жидкости молочной кислоты. При полном угнетении транспорта кислорода уровне всего организма при условии достаточного содержания в клетках глюкозы при анаэробном гликолизе образуются 3600 ммоль лактата в час. Внеклеточная жидкость содержит всего 375 ммоль бикарбонатного аниона, которое не могут связывать протоны, высвобождаемы при при диссоциации молочной кислоты. Это ведет к стремительному прогрессированию лактатного метаболического ацидоза, который сам по себе обусловливает цитолиз (гибель клеток) еще до того, как причинами гибели клеток становятся другие следствия гипоксии.

При хронических циркуляторной и гемической гипоксии компенсаторный сдвиг вправо кривой диссоциации оксигемоглобина приводит к большему высвобождению кислорода на периферии при восстановлении оксигемоглоьина. Сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина враво вызывают: а) рост содержания в клетках 2,3-дифосфоглицерата; б) ацидоз.

Таблица 5.2