Последствия гипоксии

Медицинская информация достоверна!

Игорь Лукьяненко

Врач-невролог, нейробиолог, аллерголог-иммунолог.

Подробнее об эксперте

Длительные периоды кислородного голодания могут вызвать ацидоз, воспаление, энергетический сбой, клеточный стресс или гибель клеток. Однако кратковременная глубокая гипоксия (определяется как SaО₂ 50-70% в течение приблизительно 10 минут) не связана с сердечно-сосудистыми нарушениями и переносится здоровыми людьми без видимых побочных эффектов.

Напротив, хроническая гипоксия вызывает ряд адаптаций и стрессов, которые могут привести либо к повышенной переносимости гипоксии, либо к заболеванию, например, при адаптации к высоте или при синдроме хронической горной болезни. У здоровых людей кратковременная глубокая гипоксия приводит к увеличению минутной вентиляции и сердечного выброса, но незначительным изменениям или отсутствию изменений в химическом составе крови. Воздействие острой глубокой гипоксии на центральную нервную систему включает временное снижение когнитивных функций, основанное на изменениях внимания, вызванных нарушением лобной / центральной мозговой связи. Однако, при условии отсутствия снижения сердечного выброса или ишемии, кратковременная глубокая гипоксемия у здоровых людей хорошо переносится без признаков ацидоза или стойких когнитивных нарушений.

Историческое понимание проблем гипоксии у людей

«Открытие» кислорода и признание последствий кислородного голодания имеют сложную и интересную историю. Открытие молекулярного кислорода приписывают шести разным ученым. Возможно, первое четкое признание того, что один из компонентов воздуха (фактически 1/5 по объему) необходим для жизни, было сделано Джоном Мэйоу, работавшим в Оксфордской лаборатории Роберта Бойла в 1668 году. Публикации Бойла четко определили компонент воздуха, необходимый для жизни, и признали, что переносимость недостатка воздуха различна: новорожденные проявляли гораздо большую переносимость асфиксии или недостатка воздуха, чем взрослые.

Признание того, что большая высота влечет за собой снижение плотности воздуха, произошло в 1644 г., когда Торричелли описал первый ртутный барометр и сделал основополагающее заявление: «Мы живем под водой на дне океана из элемента воздуха».

Паскаль признал, что давление воздуха падает с увеличением высоты, а Отто фон Герике продемонстрировал огромную силу атмосферного давления. Когда Роберт Бойл узнал об экспериментах Герике, он и Роберт Гук сконструировали первый воздушный насос, позволяющий подвергать мелких животных воздействию пониженного давления окружающей среды. Физиологические эффекты были предсказуемы.

С изобретением полета на воздушном шаре люди стали внезапно испытывать очень низкое давление на большой высоте, иногда со смертельным исходом. Когда французский аэростат Zenith поднялся на высоту > 8000 м, 2 из 3 человек на борту погибли, а третий, находился в полубезсознательном состоянии.

Берт был первым человеком, который четко заявил, что вредные последствия большой высоты были вызваны низким парциальным давлением кислорода. В последующем столетии тысячи исследователей сосредоточились на воздействии высоты на людей и других животных. Одним из основных вкладов исследований высоты было то, что они позволили глубже понять ограничения на газообмен и транспорт газов в легких и тканях.

Физиология, определенная и уточненная в исследованиях высоты, применима не только к здоровым людям, адаптирующимся к высотной гипоксии, но и к пониманию того, как адаптация терпит неудачу при хронических заболеваниях, связанных с нарушениями газообмена и транспорта газа.

Заболевание у людей, связанное с хронической гипоксией

Хроническая гипоксия явно приводит к заболеванию и инвалидности. Возможно, самым ярким примером заболевания у людей, вызванного гипоксией у внешне здоровых людей, является хроническая горная болезнь (CMS). Она был впервые описан Карлосом Монжем-Медрано около 1925 года. Это состояние встречается у уроженцев низменностей, проживающих на высотах > 3500 м более 3 месяцев.

CMS связан с:

• полицитемией (хроническая патология, когда костный мозг продуцирует аномально повышенное количество эритроцитов);
• системной и легочной гипертензией;
• снижением толерантности к физической нагрузке;
• снижением роста;
• гипертонией;
• нарушением сна;
• снижением когнитивных способностей.

Беременность на этих высотах может привести к рождению детей с низким весом. Следует отметить, что тяжесть патологии CMS часто связана с уже существующими сердечно-сосудистыми заболеваниями, сахарным диабетом.

Респираторные и сердечно-сосудистые заболевания являются наиболее важными причинами хронической гипоксии. Хроническая тяжелая гипоксемия связана с рядом заболеваний, включая:

• врожденный порок сердца;
• хроническую обструктивную болезнь легких;
• тяжелую астму;
• легочный фиброз;
• гепатолегочный синдром;
• синдромы центральной гиповентиляции;
• опухоли головного мозга;
• боковой амиотрофический склероз и другие.

Хроническая гипоксия вызывает нарушение всасывания питательных веществ в кишечнике, потерю веса, нарушение сна и когнитивную дисфункцию, а также правожелудочковую недостаточность от легочной гипертензии. Острый респираторный дистресс-синдром приводит к когнитивной дисфункции, хотя неясно, является ли когнитивное воздействие результатом гипоксемии как таковой или других стрессов, связанных с критическим заболеванием и интенсивной терапией. Длительное применение дополнительного кислорода у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких связано с улучшением результатов, включая сердечно-сосудистые и когнитивные преимущества.

Хроническая периодическая гипоксемия, связанная с апноэ во сне, включает краткие и многочисленные периоды гипоксии и реоксигенации в течение месяцев и лет. Несколько парадоксально, что эти повторяющиеся приступы гипоксии и реоксигенации связаны не с преимуществами предварительного кондиционирования, а с негативными последствиями для мозга и других органов.

Когнитивное воздействие апноэ во сне и нарушений сна широко изучалось, но остается неясным, в какой степени лишение сна и гипоксия / реоксигенация способствуют когнитивным проблемам людей, страдающих апноэ во сне. Модели на животных позволили исследователям решить этот нерешенный вопрос путем введения повторных приступов гипоксии окружающей среды на животных моделях. У грызунов повторяющиеся приступы гипоксии в течение нескольких месяцев связаны с воспалением и потерей клеток в нескольких областях мозга. Вполне возможно, что то же самое происходит у людей, испытывающих тяжелое апноэ во сне.

Повреждение тканей в результате острой гипоксии: чистая гипоксия против гипоксии + ишемия

Чистая гипоксия и гипоксия + ишемия из-за очень разных стрессов приводят к совершенно разным патогенезам и воздействиям на мозг, сердце, печень и почки. В частности, многочисленные публикации о гипоксических / ишемических повреждениях головного мозга не позволяют адекватно различать гипоксию (само по себе, отсутствие значительной недостаточности кровообращения), асфиксию (удушье, приводящее к гипоксии и коллапсу кровообращения, например, асфиксия при рождении из-за сдавления пуповины в сочетании с недостаточной вентиляцией легких), чистую ишемию (например, эмболический инсульт) или сочетание гипоксии, приводящее к нарушению кровообращения и ишемии тканей. Без сомнения, даже у здоровых людей, если гипоксия достаточно тяжелая (т. е. близкая к аноксии) и продолжительная, кровообращение в конечном итоге нарушится, и ишемия станет компонентом последующей патологии.

В ситуациях, когда произошла только гипоксия, трудно выявить сообщения о стойких и явных когнитивных нарушениях.

Влияние гипоксии на людей с заболеваниями сердца и легких

Лица с сопутствующими сердечно-сосудистыми или легочными заболеваниями, несомненно, подвергаются большему риску нарушения кровообращения, вызванного гипоксемией. Это происходит по нескольким важным причинам.

Во-первых, доставка кислорода к миокарду уже может быть незначительной у людей с ишемической болезнью сердца, что приводит к стрессу миокарда при снижении содержания кислорода в артериях. Снижение доставки кислорода может привести к угнетению функции миокарда, нарушению движения стенки, изменениям электрокардиограммы, сходным с ишемией, и аритмиями.

Симпатическая нервная система активируется системной гипоксией, что приводит к увеличению частоты сердечных сокращений, легочного сосудистого и системного сосудистого сопротивления. Это дополнительные нагрузки для и без того скомпрометированного миокарда.

Другим фактором риска угнетения миокарда, вызванного гипоксией, является анемия, поскольку это приведет к снижению доставки кислорода к сердечной ткани. Компенсаторное увеличение кровотока в ответ на снижение доступности кислорода нарушается при ишемической болезни сердца. Аналогичным образом, сопутствующее заболевание легких увеличивает риск достижения критической доставки кислорода к тканям из-за нарушения газообмена.

В отличие от ситуаций, когда возникает ишемия тканей, гипоксия сама по себе очень хорошо переносится здоровыми людьми с нормальной сердечно-легочной функцией. Увеличение частоты сердечных сокращений является обычным явлением, но оно участвует в поддержании доставки кислорода к тканям в условиях гипоксии, и даже увеличение частоты до 130 или выше хорошо переносится молодыми здоровыми субъектами.Помимо ожидаемых физиологических реакций на гипоксию у здоровых людей, таких как учащенное дыхание или тахикардия, частота других эффектов, таких как головная боль, тошнота или беспокойство, составляет менее 1%.

Гипоксия + ишемия оказывают резко различающееся воздействие на человеческий мозг

Центральная нервная система является системой органов, наиболее чувствительной к краткосрочным и долгосрочным нарушениям из-за недостатка кислорода и / или кровотока. Ишемическое цереброваскулярное заболевание занимает 1-е место в топ-5 причин смерти во всем мире.

Ишемическая черепно-мозговая травма весьма отличается от преходящих изменений когнитивных функций высокого уровня, наблюдаемых при острой, кратковременной гипоксии. Наиболее важные различия заключаются в том, что кратковременные периоды ишемии (всего 4 минуты глобальной ишемии) могут привести к длительному, если не постоянному, неврологическому дефициту. При ишемическом повреждении головного мозга важно отличать глобальную ишемию (обычно связанную с остановкой сердца) от фокальной ишемии, например, вызванной эмболическим инсультом, разрывом аневризмы, внутричерепным кровотечением в результате травмы, артериовенозной мальформацией.

Чисто гипоксические повреждения, когда они возникают, имеют иную картину неврологического повреждения, чем комбинированные гипоксически-ишемические повреждения. Изолированное гипоксическое повреждение головного мозга обычно вызывается асфиксией и может привести к повреждению глубокого серого вещества, такого как хвостатая, путаменная и таламическая области. Напротив, после комбинированного гипоксического / ишемического повреждения головного мозга, нейровизуализация (магнитно-резонансная томография) часто выявляет высокий сигнал в хвостатом ядре и путамене, но меньше в таламических областях и с измененными сигналами в различных областях коры.

В редких случаях возникает изолированное гипоксическое повреждение головного мозга, которое может представлять клиническую картину, аналогичную той, которая наблюдается при отравлении угарным газом. Этот синдром, известный как отсроченная постгипоксическая лейкоэнцефалопатия, включает изменения, наблюдаемые после первоначального очевидного выхода из гипоксической комы. Через одну-4 недели наблюдается рецидив с ухудшением когнитивных функций, с симптомами лобной доли и экстрапирамидными симптомами, включая недержание мочи, нарушение походки, выраженность и ригидность паркинсонизма.

Временные или стойкие нейрокогнитивные изменения после глубокой гипоксии

Нет сомнений в том, что воздействие гипоксии может, если оно достаточно глубокое (примерно 65% насыщения или менее), вызвать временные изменения в нейрокогнитивной функции. Наиболее нерешенный вопрос, имеющий отношение к лабораторным исследованиям гипоксии, а также для тех, кто находится на большой высоте, заключается в том, являются ли эти изменения постоянными и представляют какую-либо угрозу для здоровья и благополучия людей. Нет никаких доказательств того, что кратковременная глубокая гипоксия вызывает какие-либо длительные неврологические нарушения.

Ряд различных тестов зафиксировали снижение когнитивных и двигательных функций в условиях острой гипоксии, но эти нарушения в большинстве своем – обратимые реакции.

Самый большой объем информации о нейрокогнитивных эффектах относительно более продолжительной, но не хронической гипоксии, относится к участникам высотных альпинистских экспедиций. Воздействие высоты снижает нейрокогнитивную функцию, оцениваемую по ряду показателей, преимущественно в областях внимания и скорости обработки, которые примерно отражают кортикальную и кортикальную / подкорковую связь соответственно. В ряде исследований были зафиксированы нарушения внимания и скорости обработки данных во время пребывания на больших высотах.

Обычно считается, что эти когнитивные нарушения улучшаются с акклиматизацией и являются обратимыми при спуске на более низкие высоты. Существует очень ограниченная информация о долгосрочных последствиях многократного длительного воздействия на очень больших высотах.

Однако исследование, опубликованное в 2008 году Ди Паолой, вызвало обеспокоенность в среде альпинистов-высотников. В десятилетнем исследовании у испытуемых альпинистов была обнаружена область пониженной плотности / объема белого вещества в левом пирамидном тракте вблизи первичной и дополнительной моторной коры головного мозга. Кроме того, в левой угловой извилине была обнаружена область с пониженной плотностью / объемом серого вещества. Эти изменения произошли после многих недель воздействия гипоксии в течение многих лет. Результаты исследования Ди Паолы показывают, что воздействие большой высоты может вызвать незначительные изменения белого и серого вещества, которые в основном затрагивают области мозга, участвующие в двигательной активности.

Выводы

Кратковременная и глубокая гипоксия (Sao2 50-70% в течение 10-30 минут) у здоровых людей хорошо переносится и не сопровождается системным ацидозом или нарушением кровообращения. Напротив, длительная гипоксия связана с заболеваемостью. В случае кратковременной гипоксии данные подтверждают вывод об отсутствии повреждения центральной нервной системы, чего нельзя сказать о длительной.