Інформація призначена тільки для фахівців сфери охорони здоров'я, осіб,
які мають вищу або середню спеціальну медичну освіту.


Підтвердіть, що Ви є фахівцем у сфері охорони здоров'я.

 

"News of medicine and pharmacy" 12 (422) 2012

Back to issue

Адаптация к гипоксии

Authors: В.А. Березовский - заведующий отделом ­клинической патофизиологии Института физиологии НАН Украины, д.м.н., профессор

print version

Развитие естественных наук — физиологии, биохимии и биофизики позволило найти объяснения как саногенному, так и патогенному действию горного климата на организм человека. Перемещаясь в горы, человек или животное попадают в условия сниженного общего атмосферного давления, низкого парциального давления кислорода (PO2), значительного суточного перепада температур. В воздухе повышается концентрация легких отрицательных аэроионов, возрастает интенсивность ультрафиолетового и нейтронного потоков солнечного излучения. Суммарное действие этих факторов вызывает ряд рефлекторных и гуморальных адаптивных перестроек, направленных на поддержание относительной стабильности кислородного снабжения тканей, несмотря на снижение парциального давления кислорода. Это системные адаптации, перераспределяющие кровоснабжение таким образом, чтобы обеспечить работу головного мозга и миокарда, дыхательные функции легкого. Одновременно включаются и механизмы тканевой адаптации: активируются клеточные элементы костного мозга, обеспечивающие кроветворение и клеточный иммунитет [31, 32, 154, 155, 256, 292, 307, 317, 343]. В горах организм попадает в «условно гипоксическую» атмосферу, типичную для раннего этапа филогенеза — первых шагов эволюции Жизни на планете.

Основатель отечественной гипоксологии Н.Н. Сиротинин был убежденным сторонником ведущей роли системных адаптаций к недостатку кислорода в процессах приспособления к условиям высокогорья. В то же время З.И. Барбашова, как менее известная исследовательница процессов адаптации, была ярым сторонником ведущей роли тканевой адаптации. Полемика между этими двумя корифеями на научных симпозиумах и конференциях не раз достигала высочайшего интеллектуального накала, но никогда не выходила за пределы академических дискуссий. Да и личные взаимоотношения столпов отечественной гипоксологии всегда были искренни, уважительны и доброжелательны. Время показало полную аналогию этих дискуссий и результатов исторической полемики между Гальвани и Вольта о происхождении «животного» электричества. Время показало, что оба из них оказались правы. В случае полемики между Николаем Николаевичем и Зоей Ивановной случилось то же самое. И системная, и тканевая адаптация в равной степени участвует в физиологическом процессе приспособления организма к недостатку кислорода.

Генетики утверждают, что у современного человека в создании необходимых для существования организма белков-ферментов используются лишь 5–7 % всех наличных в клетках генов. А для чего же остальные? Ведь согласно классическому принципу Эрнста Геккеля, все, что не используется организмом, атрофируется и удаляется! Почему же так упорно клеточное ядро и цитоплазма сохраняют не используемые ими в реальной жизни гены?

Уместно предположить, что геном тщательно хранит информацию прежних времен, поскольку в истории Земли климатические условия периодически менялись [87, 102], вызывая потребность в изменениях энергетического метаболизма и в обеспечивающих его белковых структурах [154, 288]. Нет оснований полагать, что из генома человека элиминирована информация о структурах, обеспечивавших высвобождение энергии в тех далеких периодах развития Жизни, когда содержание кислорода в ­атмосфере было в десятки раз ниже ныне существующего [87, 91, 299].

Достижения молекулярной биологии за последние десятилетия позволили раскрыть многие механизмы реализации тканевой биохимической адаптации к гипоксии. Оказалось, что одним из первых сенсоров кислородного голодания выступает соединение, именуемое как hypoxic inducible factor (HIF), имеющее несколько изоформ.

 

Системные реакции адаптациик гипоксии

Горы создают у каждого человека массу новых ярких впечатлений и ощущений. Эстетическое восприятие альпийских лугов и неприступных скальных или снежных вершин в сочетании с гипоксической эйфорией оставляют неизгладимый след в сознании человека. Особенно сильное впечатление производят горы на людей художественного типа нервной системы. Люди мыслительного склада относятся к горному климату спокойнее, но ощущения определенных сдвигов в сознании и поведении сохраняются у них дольше. И у тех, и у других изменения условий существования раньше всего возникают благодаря органам чувств и ЦНС.

При подъеме на определенную высоту почти каждый человек начинает ощущать изменения своего восприятия внутреннего и внешнего мира. Появляется прилив энергии, бодрость, уверенность в себе, ощущение полноты и радости жизни. В медицине такое состояние обозначают термином «эйфория». Она может сопровождаться раскрепощенностью, дурашливостью, беспричинным смехом, желанием петь, танцевать и веселиться. Степень выраженности эйфории зависит от высоты над уровнем моря, типа нервной системы человека и его чувствительности к недостатку кислорода. Особенно ярко проявляется эйфория у детей и подростков. Состояние эйфории возникает также и при подъемах в барокамере или вдыхании газовых смесей с низким РО2. У лиц с высокой чувствительностью к гипоксии эйфория может развиваться, в горах начиная с высоты 0,8–1,0 тыс. м н.у.м. Это весьма приятное состояние, напоминающее эффект приема бокала шампанского. Но сопутствующая переоценка своих реальных возможностей и частичная потеря инстинкта самосохранения в горах могут стать причиной травмы или более серьезных последствий [246, 253, 206].

Признаки преобладания возбуждения ЦНС над торможением в начальных периодах действия гипоксии наблюдаются и у лабораторных животных. Об этом свидетельствуют как поведенческие реакции, так и данные инструментальных исследований биоэлектрической активности и теплопродукции мозга [41,188]. Регистрация импульсной активности отдельных нейронов ЦНС подтверждает активацию процессов возбуждения и угнетение тормозных реакций [171].

Исследования высшей нервной деятельности (ВНД) лиц, находившихся на умеренных высотах (2,2 тыс. м) в Приэльбрусье, показали, что горный климат благотворно влияет на состояние высшей нервной деятельности, улучшая время реакции и способность запоминания. По мере подъема на большие высоты возбуждающее действие сменяется угнетением ВНД, замедлением простых и сложных нейромоторных реакций, ухудшением ассоциативного мышления вплоть до полной потери сознания [187, 192, 206].

Аналогичные результаты получены сотрудниками высокогорной научно-исследовательской станции, расположенной на пике Юнгфрау (3454 м н.у.м., Швейцария), где среднее атмосферное давление составляет 500 мм рт.ст. Эти исследования показали, что начиная с высоты 2 тыс. м порог чувствительности нервной системы снижается, что приводит к повышению чувствительности и интенсивности реакций на воздействия внешней среды. Максимальная чувствительность достигается на высоте 3,5 тыс. м н.у.м., а затем начинает круто снижаться вплоть до полной потери сознания. Авторы считают, что физиологический предел общего атмосферного давления — зона, где отсутствует повреждающее действие гипоксии, — расположен в области 550–450 мм рт.ст., что соответствует высотам 2600–4200 м [206].

Подъем на такие высоты действует подобно раздражителю, вызывающему «аварийную» реакцию (по Селье). В результате реактивность организма повышается, все защитные механизмы стимулируются, он приобретает более высокую резистентность к недостатку кислорода. При подъеме на большие высоты, где общее атмосферное давление ниже 450 мм рт.ст., происходят нарушения функций организма [206]. Поэтому уместно ограничивать верхний предел зоны саногенного действия горного климата, который зависит от быстроты подъема и индивидуальных адаптивных возможностей организма.

Для человека определяющими фенотипическими факторами индивидуальной резистентности к гипоксии являются наличие или отсутствие физических нагрузок в детстве и юности, общая степень физического развития, образ повсе­дневной работы и жизни. Учет таких генетических и фенотипических различий резистентности к гипоксии представляет собой весьма важную и не менее сложную проблему, рассмотрение которой будет предметом дальнейшего изложения.

К системным реакциям ВНД на недостаток кислорода во вдыхаемом воздухе относятся также изменения работы органов дыхания и кровообращения. В горах человек дышит чаще и глубже, минутный объем дыхания возрастает по мере подъема и степени физической нагрузки. До высоты 2–2,5 тыс. м н.у.м. практически здоровый человек даже не ощущает разницы плотности воздуха в горах. Автоматическая приспособительная реакция дыхания обеспечивается хеморецепторами дыхательного центра продолговатого мозга и кровеносного русла. В пределах небольших высот приспособительные реакции системы внешнего дыхания способны полностью обеспечить организм кислородом, несмотря на снижение его парциального давления на высоте.

Реакции сердечно-сосудистой системы более сложны и разно­образны. Начиная с высоты 2–3 тыс. м н.у.м. частота сердечных сокращений (ЧСС) в первый день прибытия даже в состоянии покоя начинает повышаться. На второй-третий день пребывания в условиях гипоксии ЧСС нормализуется. Однако даже при небольшой физической нагрузке ЧСС возрастает в большей мере, чем при выполнении такой же работы на уровне моря. Во многих случаях в первые дни пребывания на высоте у человека повышается как систолическое, так и диастолическое давление. Возрастает минутный объем крови. Изменяются условия работы миокарда. Энергия желудочковых сокращений возрастает, укорачивается период систолического изгнания. Эффективное венозное давление слегка снижается. Через 3–5 дней первичная реакция завершается, показатели работы сердца приближаются к исходным величинам. Такие изменения характерны для условий небольшой высоты. На больших высотах могут наблюдаться обратные эффекты.

Кровяное давление и в горах, и при подъеме в барокамере, как правило, возрастает. На Кавказе и в Альпах эта реакция наблюдается практически у всех новоприбывших. В то же время в горах Тянь-Шаня, по данным ряда исследователей, артериальное давление практически не изменяется. Причины таких различий до настоящего времени не выяснены.

Прямые измерения кровоснабжения миокарда при вдыхании газовых смесей с низким содержанием кислорода показали, что объем коронарного кровотока существенно возрастает при снижении парциального давления кислорода (РО2) до уровня около 70 мм рт.ст. (что эквивалентно 9 % кислорода в газовой смеси). Такая степень гипоксии является более мощным сосудорасширяющим фактором, чем нитрит натрия, амилнитрит, гистамин и ксантиновые дериваты. При дальнейшем возрастании степени гипоксии коронарный кровоток уменьшается, возбуждение миокарда переходит в его угнетение, возникают нарушения ритма сердца.

Особый интерес представляют наблюдения за состоянием микроциркуляторного аппарата сердечно-сосудистой системы. Гистоморфологическими и прижизненными микроскопическими исследованиями показано, что пребывание лабораторных животных и человека в условиях умеренной гипоксии уже в первые часы приводит к увеличению числа функционирующих на единице площади капилляров. Это явление многие исследователи рассматривают как адаптивное включение нефункционирующих капилляров, которые до этого находились в закрытом состоянии. Наличие таких капилляров в тканях было установлено Альбертом Крогом и послужило основанием создания теории «дежурных» капилляров. Вместе с тем сопоставление плотности капилляров в тканях животных одного вида, но обитающих как на уровне моря, так и в горах, показало, что у «горных» представителей вида число капилляров на единице площади значительно выше. Двухнедельная тренировка лабораторных животных (белые крысы линии Вистар) путем имитации подъема на высоту 5–6 тыс. м н.у.м. в барокамере существенно увеличивает количество капилляров на единице площади разных тканей и кровенаполнения этих тканей по сравнению с исходным состоянием кровоснабжения (рис. 1). Возрастание капилляризации тканей после воздействия низкого парциального давления кислорода описано многими авторами и не подвергается сомнениям [38, 44, 135].

Как раскрытие нефункционирующих капилляров при кратковременной гипоксии, так и новообразование капилляров в условиях длительного пребывания в горах (или барокамере) позволяет значительно сократить путь диффузии кислорода из плазмы крови к функционирующей клетке. Сохранение этой структурной адаптации достаточно длительное время после воздействия низкого РО2 является одним из ведущих факторов повышения работоспособности сердца, скелетных мышц и внутренних органов. Даже у лиц с начальными стадиями нарушения здоровья и кислородным голоданием тканей вдыхание газовых смесей с пониженным РО2 позволяет увеличить число капилляров, площадь их соприкосновения с паренхиматозными клетками и улучшить физиологическое обеспечение тканей кислородом.

 

Индивидуальные различия реакции на гипоксию

При профессиональном отборе в ряде специальностей возникает необходимость определить индивидуальную устойчивость человека к недостатку кислорода. В большинстве случаев как критерий при определении «высотного потолка» используют реакции со стороны сердечно-сосудистой системы: изменение величины кровяного давления, ЧСС и т.д. Однако исследования, проведенные различными авторами [3, 8, 23, 225], показали, что нервная система человека, особенно ее высшие отделы, наиболее чувствительны к кислородной недостаточности. Поэтому изменения в высшей нервной деятельности, ее сенсомоторной сфере, при действии гипоксии должны проявляться раньше, чем в других системах организма. Наша цель — исследовать изменения показателей, характеризующих состояние ВНД, сопоставить их с данными, определяющими деятельность сердечно-сосудистой системы при нарастающем гипоксическом воздействии.

Комплексное обследование в условиях барокамерного тестирования с участием восьми практически здоровых мужчин в возрасте от 25 до 55 лет проведено нашим сотрудником В. Тодосиевым. Оценивали состояние ВНД по изменению функциональной подвижности нервных процессов и величины латентного периода простой сенсомоторной реакции. Исследованы также вегетативные компоненты общей реакции организма на подъем: измеряли пульс и артериальное давление. Простую сенсомоторную реакцию и функциональную подвижность нервных процессов оценивали с помощью психоанализатора ППН-3 [109, 187]. Каждого испытуемого обследовали до подъема в барокамере в условиях нормобарии и на высотных горизонтах 3, 4, 5 и 6 тыс. м н.у.м. Подъем осуществляли со скоростью 10 м/с. Время экспозиции на каждом горизонте 20 мин: 15 — адаптация и 5 — исследование.

После подъема на высоту 3 тыс. м по изменению индивидуального показателя успешности работы (ПУР), характеризующего функциональную подвижность нервных процессов, испытуемых разделили на три группы. К первой группе мы отнесли испытуемых, у которых происходило резкое увеличение ПУР. Во вторую подгруппу — испытуемых, для которых этот же показатель заметно снизился. В третью группу — испытуемых, у которых ПУР оказался стабильным и остался практически на уровне исходного значения.

При дальнейшем подъеме у испытуемых первой группы величина ПУР либо резко снижалась, либо возвращалась к исходному значению, а затем на следующих высотных горизонтах резко снижалась. Во II группе при дальнейшем подъеме величина ПУР возвращалась к исходному значению, полученному на уровне моря, либо варьировала в пределах этого значения, либо повторно снижалась. В III группе дальнейший подъем на 4000 м н.у.м. позволил одного из испытуемых отнести к I группе, другого — ко второй. У остальных испытуемых этой группы ПУР не изменялся по мере дальнейшего снижения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе.

Изменения латентного периода простой сенсомоторной реакции носили синхронный характер с изменениями функциональной подвижности нервных процессов. Однако четкой коррелятивной связи между двумя этими показателями не установлено: в одних случаях увеличение ПУР сопровождалось уменьшением латентного периода, в других — увеличением.

Анализ данных, характеризующих общее состояние организма, показал, что по изменению частоты пульса при нарастающем гипоксическом воздействии всех испытуемых можно разделить на две группы. В первую отнесли тех, у кого после подъема на высоту 3000 м н.у.м. ЧСС осталась на исходном уровне или незначительно снизилась (на 10 %) по сравнению с исходным значением на уровне моря (при Н0).

При дальнейшем подъеме в этой группе значение ЧСС либо не изменялось, либо имело тенденцию к снижению. Ко II группе мы отнесли всех испытуемых, у которых при подъеме на 3000 м н.у.м. наблюдалось умеренное учащение пульса (на 10–12 %) от исходного значения. При дальнейшем снижении парциального давления кислорода у испытуемых этой группы пульс несколько замедлялся по сравнению с максимально достигнутым значением, оставаясь выше исходного уровня.

Артериальное давление при подъеме на высоту 3000 м н.у.м. у всех испытуемых оставалось на уровне исходного значения. При дальнейшем подъеме на высоту 4000 м н.у.м. наблюдали снижение артериального давления на 6 % от исходного лишь у одного испытуемого, которое сохранилось и на условной высоте 5000 м н.у.м. На этой же высоте еще у одного испытуемого артериальное давление снизилось на 21 %. У остальных участников постепенно нарастающее гипоксическое воздействие вызывало лишь умеренное увеличение артериального давления, либо его величина незначительно менялась в пределах исходного уровня.

Индивидуальные различия реакции разных лиц на снижение РО2 вдыхаемого воздуха ярко проявляются в характере изменения минутного объема дыхания (МОД) при гипоксии разной степени. Большинство людей реагируют на снижение содержания кислорода в воздухе постепенным увеличением глубины и частоты дыхания. В какой-то момент дыхательный центр резко увеличивает минутный объем дыхания, компенсируя недостаток кислорода во вдыхаемом воздухе (рис.2, кривая 1). Момент повышения возбудимости дыхательного центра у разных лиц существенно отличается. Для оценки его индивидуальной чувствительности можно использовать графический прием, который состоит в следующем. Проводим касательную к правой части кривой, затем касательную ко второй части кривой. Точка пересечения касательных имеет проекцию на ось абсцисс.

Точка проекции пересечения касательных на ось абсцисс характеризует величину парциального давления кислорода, при которой происходит резкое повышение возбудимости дыхательного центра. Для типичного случая, отображенного кривой 1, повышение возбудимости дыхательного центра произошло при РО2 около 90 мм рт.ст. Для испытуемого 2 эта же точка расположена на уровне 70 мм рт.ст., т.е. он позже почувствовал недостаток кислорода. Для испытуемого 3 период возбуждения дыхательного центра возник значительно раньше — при РО2 вдыхаемой газовой смеси около 106 мм рт.ст., т.е. он намного раньше других ощутил состояние гипоксии и своевременно отреагировал на него увеличением МОД. У некоторых лиц (кривая 4) дыхательный центр практически линейно реагирует на снижение РО2, что может свидетельствовать о недостаточно высокой чувствительности дыхательного центра этого испытуемого к гипоксии или о более высокой резистентности организма к недостатку кислорода. Крайне редко встречаются лица с чрезвычайно низкой чувствительностью к снижению РО2 вдыхаемой газовой смеси. У таких индивидуумов высока угроза внезапной потери сознания без каких-либо предшествующих ощущений.

В личных беседах Н.Н. Сиротинин часто рассказывал, что лица, страдающие патологией ВНД (больные шизофренией), хорошо выдерживают физические нагрузки в горах, способны переносить тяжелые рюкзаки вплоть до определенной высоты. После этого они приходят в состояние полного истощения, категорически отказываются идти дальше и их невозможно убедить продолжать вос­хождение.

 

Состояние высшей нервной деятельности при гипоксии

Наблюдения за поведением человека в горах или в условиях барокамеры показали, что по изменению функциональной подвижности нервных процессов можно выделить два основных варианта реакции на постепенно нарастающую гипобарическую гипоксию. В первом случае начало снижения парциального давления кислорода вызывает резкое увеличение подвижности нервных процессов, которое сохранялось некоторое время при нарастающей степени гипоксии, а затем сменялось резким снижением этого показателя. Во втором случае начальное действие гипоксии проявлялось в значительном снижении функциональной подвижности нервных процессов; при дальнейшем понижении РО2 этот показатель возвращался к исходному уровню, а затем повторно резко снижался. Степень гипоксии, при которой наступали те или иные изменения нервных процессов, была сугубо индивидуальна.

По мере снижения парциального давления кислорода изменения подвижности нервных процессов носили фазный характер, что соответствует данным [7, 8] по изучению влияния нарастающей степени гипоксии на биоэлектрическую активность мозга. Временное резкое увеличение функциональной подвижности нервных процессов может соответствовать фазе десинхронизации альфа-ритма, которая сопровождается усилением внимания, улучшением качества выполняемой работы и показателей условно-рефлекторной деятельности. Снижение функциональной подвижности нервных процессов может быть сопряжено с фазой полиморфных изменений, которая сопровождается ослаблением внимания, снижением умственной работоспособности.

При анализе данных, характеризующих состояние сердечно-сосудистой системы, по изменению пульса и артериального давления нами выделены два типа реакций на снижение парциального давления кислорода. К первому относятся лица, у которых при возрастающем действии гипоксии пульс либо не изменялся, либо наступало его урежение; величина артериального давления в некоторых случаях снижалась. Ко второму типу относятся лица с умеренно выраженным (до 25 %) учащением пульса и постепенным повышением величины артериального давления. Эти результаты хорошо согласуются с данными [8], где эти два типа реакций со стороны сердечно-сосудистой системы на гипоксическое воздействие определены как слабый и сильный соответственно.

Если при определении индивидуальной устойчивости организма человека к нарастающему гипоксическому воздействию как критерия использовать конечное резкое снижение функциональной подвижности нервных процессов, то «высотные потолки» для данной группы испытуемых распределятся следующим образом: 5000 м н.у.м. — для 37,5 % от всей группы, 4000 — 25 %, 6000 — 25 % и 3000 — 12,5 %. При определении «высотного потолка» по изменению со стороны пульса и артериального давления получим следующие данные: 6000 м н.у.м. — для 62,5 % от всей группы, 3000 м — 37,5 %. Следовательно, использование изменений функциональной подвижности нервных процессов при определении индивидуальной устойчивости к гипоксии позволяет более конкретно дифференцировать допустимые для данного индивидуума высоты.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что резкое снижение функциональной подвижности нервных процессов является объективным показателем индивидуальной устойчивости организма человека к гипобарической гипоксии. Определение «высотного потолка» у человека по изменению функциональной подвижности нервных процессов является более точным, чем по реакции со стороны ЧСС.

 

Состояние вегетативной нервной системы при гипоксии

Центральная нервная система включает весьма важную часть — вегетативную нервную систему (ВНС), которая регулирует работу всех внутренних органов и систем. Она состоит из симпатического и парасимпатического отделов. Учащение ритма сокращений сердца при дыхании горным воздухом многие исследователи рассматривают как признак активации симпатических влияний на работу мио­карда. Вместе с тем при вдыхании человеком газовой смеси с содержанием кислорода около 16 % электрическая активность волокон блуждающего нерва, иннервирующих сердце, возрастает и устойчиво сохраняется на повышенном уровне. Это подтверждает участие парасимпатических отделов ВНС в реакции организма на гипоксию.

После перемещения человека на высоту у многих лиц отмечается расширение зрачков, что свидетельствует об активации тонуса симпатического отдела ВНС. В процессе адаптации к недостатку кислорода на протяжении 3–5 суток диаметр зрачков постепенно нормализуется. Большинство исследователей придерживаются точки зрения о том, что в условиях горного климата активируются оба отдела вегетативной нервной системы с некоторым пре­обладанием симпатических влияний [97, 200, 298].

Биохимические исследования гуморальных сдвигов в организме подтверждают, что в первом периоде воздействия низкого парциального давления кислорода в крови возрастает содержание катехоламинов, повышается концентрация глюкозы, что способствует более быстрому и полному приспособлению организма к новым условиям. Развитие гипергликемической реакции крови свидетельствует о преобладании симпатических влияний над парасимпатическими. Вместе с тем для уроженцев гор и постоянного населения высокогорных районов типичны признаки преобладания тонуса парасимпатического отдела ВНС [196, 197, 200].

Одним из важных показателей приспособительной реакции организма на дыхание горным воздухом или газовыми смесями с низким РО2 может служить увеличение количества эритроцитов в крови. Впервые это было показано в 1890 г. Виолем во время трехнедельной экспедиции в Перу на высоту 14 тыс. футов (4267 м н.у.м.). С тех пор эти данные многократно подтверждены различными исследователями и не вызывают сомнений. Сформулировано общее положение: на каждые 100 мм снижения общего атмосферного давления (или 21 мм снижения РО2, или на 2,7 % снижения содержания кислорода в газовой смеси) у практически здорового человека среднего возраста содержание гемоглобина крови повышается в среднем на 10 %. При подъеме в горы до 6 тыс. м н.у.м. обнаружена прямая зависимость между числом эритроцитов в периферической крови и высотой. На больших высотах эта зависимость ослабляется. Кроме того, для полного развития этих необходимых для поддержания кислородного гомео­стазиса и здоровья приспособительных изменений требуется достаточно длительное время — от 2 до 3 недель [97, 225, 247].

Установлено, что аналогичная реакция на изменение высоты — полицитемия — развивается в той же мере, если животные, находящиеся на уровне моря, вдыхают газовую смесь с низким РО2 при нормальном атмосферном давлении. При этом после нескольких сеансов вдыхания такой газовой смеси высокий уровень эритроцитов и гемоглобина сохраняется более чем 1 месяц. Эти наблюдения подтвердили, что ведущим фактором активации физиологической функции костного мозга, продуцирующего клетки крови, является низкое парциальное давление кислорода.

Стимулирующее действие пониженного РО2 на активность костного мозга подтверждается появлением в крови юных, незрелых форм клеточных элементов красной крови — ретикулоцитов. У человека, проживающего на уровне моря, в 1 мм3 крови обычно содержится около 50 тыс. ретикулоцитов. Для постоянных жителей высокогорных районов Перуанских Анд типичен постоянный ретикулоцитоз — до 175 тыс. У морских свинок после двухнедельного пребывания в атмосфере при РО2 около 78 мм рт.ст. (что примерно эквивалентно пребыванию на высоте 5,7 тыс. м н.у.м.) содержание ретикулоцитов возрастает на 6–14 %.

Установлено, что реакция костного мозга активируется эритропоэтинами, вырабатываемыми юкстагломерулярными структурами почки [276]. Показано, что в горах на высоте 3,2 тыс. м н.у.м. после кровопускания регенерация крови даже у неакклиматизированных собак происходит на 6–7 дней раньше, чем в обычных условиях обитания. Еще быстрее восстанавливается клеточный состав крови у животных, предварительно адаптированных к условиям высокогорья. В этих случаях уровень содержания в крови эритропоэтинов возрастает в 6–7 раз [272]. Аналогичная закономерность была выявлена при изучении процессов регенерации крови у доноров, постоянно проживающих на высоте 2,2 тыс. м н.у.м. (г. Нарын). После очередной кровосдачи (450 мл) у коренных жителей высокогорья уровень эритропоэтинов на пятый день составлял 285,0 ± 3,2 усл.ед. Наивысший уровень эритропоэтинов был обнаружен у доноров на высоте 4,2 тыс. м, где их величина достигала 357 ± ± 1,9 усл.ед. [272].

 

Реакции эндокринной системы при гипоксии

Дыхание горным воздухом и умеренное снижение РО2 в крови и тканях вызывают ответную реакцию со стороны большинства желез внутренней секреции. Показано, что в условиях среднегорья возрастает активность щитовидной железы. На больших высотах над уровнем моря и при большой степени кислородной недостаточности секреторная функция щитовидной железы угнетается. Надпочечники лабораторных животных после повторных сеансов гипобарической гипоксии в барокамере увеличиваются в объеме и массе. Особенно заметно увеличение коркового слоя, секретирующего стероидные гормоны. Одновременно стимулируется и адреналовая система.

Инсулярный аппарат поджелудочной железы в пределах саногенного уровня высот активизируется. Гипоталамическая нейросекреция возрастает. Половые железы оказываются весьма критичными по отношению к высоте, длительности пребывания и уровню РО2. У самок равнинных животных, перевезенных в условия высокогорья, масса яичников и способность к оплодотворению снижаются. У самцов в такой же ситуации ослабляется или полностью угнетается подвижность сперматозоидов, происходит атрофия тестикулярного аппарата. У мужчин длительное пребывание в условиях среднегорья сопровождается рождением от них в большем числе девочек, чем мальчиков.

Кроме фактора высоты над уровнем моря, характер реакции эндокринной системы на гипоксию зависит от возраста. Установлено, что детородная функция женщин среднего возраста, постоянно проживающих на высоте 2100 м н.у.м., сохраняется. Однако половое созревание у девушек, проживающих на этой же высоте, наступает примерно на 2 года позже, чем у проживающих на уровне моря [8, 13, 114, 199].

 

Реакции системы внешнего дыхания

Хеморецепторный аппарат каротидного гломуса и дыхательного центра одним из первых реагирует на снижение РО2 во вдыхаемом воздухе. Чем быстрее происходит это снижение, тем раньше наблюдается реакция системы внешнего дыхания. Она проявляется в увеличении частоты и/или глубины дыхания [244, 256, 286]. В результате в горах при гипобарической гипоксии минутный объем дыхания возрастает по нелинейной обратной зависимости от уровня РО2. В среднем на каж­дые 1500 м подъема н.у.м. или при снижении содержания кислорода в газовой смеси на 3 % МОД возрастает на 15 %. А в условиях нормобарической гипоксии — при вдыхании газовых смесей на уровне моря — практически здоровый молодой человек не ощущает разницы между 21 и 15 % О2, реагируя изменением МОД только на последующие изменения [88–90]. В то же время после подъема в горы на высоту 4200 м н.у.м. максимальный прирост МОД составляет в среднем 54 %. Из этого сравнения уместно сделать вывод, что сочетание горной гипобарии с гипоксией характеризуется аддитивным эффектом двух раздражителей рецепторного аппарата организма.

Следует также обратить внимание на существенные индивидуальные различия в характере реакции МОД у лиц с различной реактивностью. На одну и ту же степень снижения РО2 одни испытуемые реагируют чрезмерно интенсивным увеличением МОД, другие — в пределах умеренной реакции, третьи — минимальной реакцией или полным отсутствием таковой (так называемая гипоксическая глухота). В последнем случае при снижении РО2 в воздухе или интенсивной физической нагрузке человек может внезапно потерять сознание без каких-либо предвестников [61, 98]. Известны также случаи внезапной остановки дыхания на больших высотах при сохранении деятельности сердца [83, 286].

При реальном восхождении на вершины гор физическая нагрузка лимитируется дыханием. Так, на высоте 8 тыс. м н.у.м. на каждый шаг альпинист делает 8–10 дыхательных движений (при ЧД около 50–65 в 1 мин), но даже при таком медленном движении через каждые 6–8 м пути вынужден делать остановки для отдыха. Однако до высоты 4 тыс. м н.у.м. сохраняется типичная для уровня моря зависимость между физической нагрузкой и МОД. Длительность задержки дыхания при перемещении в горные районы или предварительном дыхании газовой смесью с пониженным РО2 практически не меняется. После задержки дыхания наблюдается период гипервентиляции, так же как после гипервентиляционной пробы наблюдается период апноэ или кратковременное снижение МОД. Иными словами, однократное кратковременное воздействие гипоксического состояния сопровождается столь же кратковременным периодом системной реакции последействия [295].

Наибольший интерес представляют данные об изменениях дыхания после предварительной экспозиции человека к сниженному РО2 в барокамере или на высоте.Кратковременное пребывание в барокамере на эквивалентной высоте 5 тыс. м на протяжении 30–90 мин оставляет последействие в виде гиповентиляции на протяжении 20–30 мин. У летчиков в послеполетном периоде наблюдается временное уменьшение легочной вентиляции, компенсирующее гипервентиляцию высоты и частичную потерю углекислоты [23]. Вместе с тем аборигены высокогорья в отличие от пилотов при спуске на уровень моря или меньшие высоты сохраняют гипервентиляцию легких [192, 226]. Это может свидетельствовать о стойком изменении чувствительности дыхательного центра к уровню после длительного пребывания в горном климате, т.е. о развитии тканевой адаптации к гипоксии, включающей биохимические и структурные изменения в клетках.

 

Реакции сердечно-сосудистой системы

Впервые прибывший в горы человек, как правило, ощущает учащение сердцебиения при малейшей физической нагрузке и, соответственно, ограничивает скорость ходьбы или интенсивность физической нагрузки. По степени выраженности реакции пульса на снижение РО2 можно судить об индивидуальной чувствительности организма к гипоксии, дифференцируя высокочувствительных и низкочувствительных к гипоксии лиц [58, 61]. С высоты 2–3 тыс. м н.у.м. начинается проявление учащения ЧСС в покое. При длительном пребывании в условиях пониженного РО2 ЧСС постепенно нормализуется. У предварительно адаптированных к высоте лиц и уроженцев гор ЧСС на умеренных высотах остается стабильной. После спуска до уровня моря ЧСС у таких лиц длительное время сохраняется на субнормальном уровне.

Специальные эксперименты показали, что у собак в условиях умеренной гипоксии на фоне повышения ЧСС возрастает пульсовое давление, увеличивается минутный объем крови, что улучшает снабжение тканей кровью и кислородом. Увеличение МОК обусловлено повышенной систолической разгрузкой, увеличением ЧСС, снижением периферического сопротивления. Энергия желудочковых сокращений возрастает, укорачивается период систолического изгнания, эффективное венозное давление незначительно снижается. Это благоприятное влияние пониженного РО2 сохраняется до уровня около 70 мм рт.ст. (9 % О2). Дальнейшее снижение парциального давления кислорода в газовой смеси вызывает обратный эффект.

Прямые измерения кровоснабжения миокарда при вдыхании газовых смесей с низким содержанием кислорода показали, что объем коронарного кровотока значительно возрастает при снижении РО2 до 70 и даже 60 мм рт.ст. (8 % О2). Оказалось, что такие условия являются более мощным сосудорасширяющим фактором, чем нитрит натрия, амилнитрит, гистамин и ксантиновые дериваты. Возбуждение миокарда переходит в его угнетение только тогда, когда возникает несоответствие между увеличенным коронарным кровотоком и снижением объема кислорода, доставляемого кровью.

При быстром подъеме в горы (автомобиль, поезд) у новичков часто повышается систолическое давление при относительной стабильности диастолического давления. Такая реакция часто является предвестником горной болезни и исключает возможность дальнейшего подъема. Если на протяжении 2–3 дней давление не нормализуется, показан спуск на более низкий уровень. В то же время у здоровых людей, длительно проживающих в горах, повышения артериального давления не происходит. У летчиков среднего возраста (32 года), неоднократно подвергавшихся влиянию высоты 3–4 тыс. м н.у.м., обнаружена общая тенденция к снижению САД, что согласуется с результатами обследований аборигенов высокогорья [23, 120]. Описаны существенные индивидуальные вариации направленности и степени выраженности изменений САД при одинаковой степени снижения РО2 [39, 44].

Особый интерес представляют собой многочисленные данные об увеличении количества капилляров в активно функционирующих органах.При этом речь идет не только о полном раскрытии существующих, но и об образовании новых капилляров и значительном уменьшении пути диффузии кислорода к митохондриям клетки. При длительном (2–3 недели) действии пониженного РО2 в миокарде, мозге, легком и печени количество капилляров на единице площади возрастает на 60–80 % и более [38]. Изолированные полоски миокарда предварительно тренированных к гипоксии крыс оказываются способными длительное время сохранять сократительную способность даже в атмосфере чистого азота. Эта метаболическая адаптация достаточно длительное время сохраняется после воздействия низкого РО2 и может рассматриваться как один из важных факторов повышения работоспособности сердца в условиях ограниченной доставки кислорода.


Bibliography

Список литературы находится в редакции

Similar articles

Authors: Никонов В.В., Чернов А.Л., Феськов А.Э., Харьковская медицинская академия последипломного образования, Волкова Ю.В., Харьковский национальный медицинский университет
"Emergency medicine" 4(29) 2010
Date: 2010.09.29
Categories: Family medicine/Therapy, Medicine of emergency
Authors: Л.В. БОГУН, к.м.н., доцент, Харьковская медицинская академия последипломного образования
"News of medicine and pharmacy" 3-4(269-270) 2009
Date: 2009.04.01

Back to issue