Акліматизація

Акліматизація до височини настає внаслідок взаємодії різноманітних компенсаторних механізмів. Дихальний алкалоз утворюється завдяки гіпервентиляційним зміщенням кривої дисоціації оксигемоглобіну ліворуч з одночасним супутнім збільшенням кількості 2,3-ДФГ в еритроцитах, що зумовлює зменшення афінності 02 до гемоглобіну. Кінцевий ефект полягає у зниженні Р50 (див. Розділ 35). Зменшення афінності 02 сприяє доступності 02 для тканин. Крім того, підвищення Р50 є обмеженим, бо якщо артеріальний Ро2 відчутно підвищується, то зменшення афінності 02 також перешкоджає поглинанню 02 гемоглобіном у легенях.

Початкова відповідь вентиляції у разі підіймання на висоту є порівняно невеликою, оскільки алкалоз нейтралізує стимулювальний ефект гіпоксії. Однак стійке збільшення вентиляції настає через чотири дні (рис. 37-8). Активне транспортування Н+ у СМР або розвиток лак-тоацидозу у головному мозку зумовлює зменшення pH у СМР, що збільшує реакцію на гіпоксію. Після чотирьох днів вентиляційна відповідь починає поступово сповільнюватись, проте потрібні роки для перебування на височинах для зниження до початкового рівня. Супутньою до такого зниження є поступова десенситизація на стимулювальні впливи гіпоксії.

З підійманням на височину швидко збільшується секреція еритропоетину (див. Розділ 24), а потім через наступні чотири дні незначно зменшується, коли вентиляційна відповідь посилюється й артеріальний Р02 підвищується. Збільшення кількості еритроцитів, що циркулюють, зумовлене еритропоетином, розпочинається через два-три дні і триває стільки, скільки особа перебуває на височині.

У тканинах також відбуваються пристосувальні зміни. Кількість мітохондрій, які є місцем оксидативних реакцій, збільшується, і рівень міоглобіну підвищується (див. Розділ 35), що сприяє рухові 02 у тканини. Одночасно в тканинах збільшується вміст цитохромоксидази.

і і і і-1—-1-1

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Висота, м

Рис. 37-8. Вплив акліматизації на вентиляційні реакції на різних висотах. VE/Vq2~ вентиляційна рівновага — співвідношення експіраторного хвилинного об’єму (VE) до споживання 02 (V0 ) (відтворено за дозволом з Lenfant С, Sullivan К: Adaptation to high altitutude. N Engl J Med 1971;284:1298).

Ефективність процесу акліматизації визначає факт, що в Андах та Гімалаях довгочасне людське житло розташоване на висоті 5500 м. Тубільці, що проживають у таких поселеннях, мають бочкоподібну грудну клітку і виражену поліцитемію. Значення альвеолярного Р02 у них є низькими, проте інші показники нормальні.

                                                                                                                                                                  

Хвороби внаслідок гіпоксичної гіпоксії

Гіпоксична гіпоксія є найпоширенішою формою гіпоксії, яку фіксують у клініці. Хвороби, що спричинюють її, можна класифікувати як перші, за яких настає недостатність газообмінного апарату (наприклад, вроджені вади серця, у яких великі кількості крові потрапляють з венозної частини кровообігу відразу в артеріальну, минаючи мале коло кровообігу), і другі, в яких простежується вентиляційна недостатність (порушення нагнітальної функції дихальної системи, табл. 37-1). Легенева недостатність трапляється, коли за таких станів, як легеневий фіброз, виникає блокада альвеолярно-капілярного бар’єру і порушення співвідношення між вентиляцією та перфузією. Вентиляційна недостатність може бути зумовлена слабістю дихальних м’язів у станах, коли робота з виконання дихання збільшується, або в разі різноманітних механічних пору-

Таблиця 37-1. Порушення, що спричинюють гіпоксичну гіпоксію

Легенева недостатність (недостатність газообміну)

Легеневий фіброз

Дисбаланс між вентиляцією-перфузією Шунт

Вентиляційна недостатність (порушення нагнітальної функції)

Втома

Механічні порушення

Депресія респіраторних центрів у головному мозку

ПРИСТОСУВАЛЬНІ ЗМІНИ ДИХАННЯ У НОРМІ ТА ПАТОЛОГІЇ / 631

шень, наприклад пневмотораксу або бронхіальної недостатності, що обмежує вентиляцію. Також її можуть спричинювати аномалії нейрональних механізмів, що регулюють дихання, такі як депресія дихальних нейронів у довгастому мозку морфієм та іншими ліками.

                                                                                                                                                                  

Порушення співвідношення між вентиляцією та перфузією

Відновлення порушення між співвідношенням вентиля-ція-перфузія, що є найчастішою причиною гіпоксичної гіпоксії, головне завдання у клінічній практиці. Фізіологічні впливи на порушення вентиляційно-перфузійної рівноваги та їхня роль у створенні змін альвеолярного газу внаслідок земного тяжіння описані у Розділі 34.

У разі розвитку хвороби, яка заважає вентиляції в деяких альвеолах, співвідношення вентиляція-кровоплин у різних частинах легень визначене відхиленням системного артеріального Р Якщо невентильовані альвеоли перфузувати, то у невентильованій, але перфузованій частині легені виникає ефект шунта справа наліво: скидання неоксиге-нованої крові у ліву половину серця. Переважно поширені менші ступені порушень вентиляційно-перфузійного спів

відношення. У прикладі, що показаний на рис. 37-9, невентильовані альвеоли (В) мають низький Р02, тоді як надмірно вентильовані (А) — високий альвеолярний Р Крім того, ненасичений гемоглобін крові, що надходить з В, не є повністю компенсований більшим насиченням крові, що надходить з А, оскільки гемоглобін у нормі майже повністю насичується у легенях. Підвищення альвеолярного Р02 додає лише трошки більше 02 до гемоглобіну, ніж той звичайно може переносити. Як наслідок, артеріальна кров ненасичена. З іншого боку, вміст СО, в артеріальній крові здебільшого нормальний у тих випадках, коли надлишкова втрата С02 у надмірно вентильованих ділянках може врівноважувати зменшені втрати у невентильованих ділянках.

                                                                                                                                                                  

Венозно-артеріальні шунти

Коли серцево-судинні вади, такі як міжпередсердний дефект перегородки, дають змогу великій кількості неок-сигенованої крові обходити легеневі капіляри і розводити оксигеновану кров у системних артеріях (шунт справа наліво), то розвивається хронічна гіпоксична гіпоксія і ціаноз (ціанотична застійна хвороба серця). Уведення 100% 02 збільшує вміст 02 в альвеолярному повітрі,

ІДЕАЛЬНО

Va = 4,0 я

ХОД = 6,0 л НЕКОМПЕНСОВАНО

Va = 4,0 л

ХОД = 6,0 л

Однорідна

вентиляція

Змішана венозна кров (А + В)

Однорідний

кровоплин

Неоднорідна

вентиляція

Змішана венозна кров (А + В)

Артеріальна кров (А + В)

Однорідний

кровоплин

Артеріальна кров (А + В)

А

В

А+В

А

В

А + В

Альвеолярна вентиляція, л/хв

2,0

2,0

4,0

Альвеолярна вентиляція, л/хв

3,2

0,8

4,0

Легеневий кровоплин, л/хв

2,5

2,5

5,0

Легеневий кровоплин, л/хв

2,5

2,5

5,0

Відношення вентиляція-кровоплин

0,8

0,8

0,8

Відношення вентиляція-кровоплин

1,3

0,3

0,8

Змішане венозне насичення 02, %

75,0

75,0

75,0

Змішане венозне насичення 02, %

75,0

75,0

75,0

Артеріальне насичення 02, %

97,4

97,4

97,4

Артеріальне насичення 02, %

98,2

91,7

95,0

Змішаний венозний тиск 02, мм рт. ст.

40,0

40,0

40,0

Змішаний венозний тиск 02, мм рт. ст.

40,0

40,0

40,0

Альвеолярний тиск 02, мм рт. ст.

104,0

104,0

104,0

Альвеолярний тиск 02, мм рт. ст.

116,0

66,0

106,0

Артеріальний тиск 02, мм рт. ст.

104,0

104,0

104,0

Артеріальний тиск 02, мм рт. ст.

116,0

66,0

84,0

Рис. 37-9. Ліворуч: “ідеальний” взаємозв’язок між вентиляцією і кровоплином. Праворуч: некомпенсовані неоднорідна вентиляція й однорідний кровоплин. VA— альвеолярна вентиляція; ХОД — хвилинний об’єм дихання (відтворено за дозволом з Comroe JH Jr et al: The lung: Clinical Physiology and Pulmonary Function Tests, 2nd ed. Year Book, 1962).

послаблює дифузію або порушує вентиляційно-перфузійну рівновагу (короткочасна перфузія у загально невентильо-ваних сегментах), збільшуючи вміст 02 у крові, що виходить з легень. Крім того, у хворих з венозно-артеріальним шунтами і нормальними легенями будь-який корисний вплив 100% 02 є незначним і зумовлений єдиним збільшенням кількості нерозчиненого 02 у крові.

                                                                                                                                                                  

Колапс легень

У випадку, коли бронхи або бронхіоли обструктують, то газ в альвеолах поза обструкцією абсорбується, і сегмент легені колабує. Колапс альвеол називають ателектазом. Ділянка ателектазу може мати розміри від невеликого клаптика до цілої легені. Частина крові відходить від ділянки колапсу до ліпше вентильованих частин легені, і це зменшує відхилення Р02.

Коли велика частина легені колабує одночасно, то помітно зменшується об’єм легені. Тому внутрішньоплевраль-ний тиск стає негативнішим і тягне середостіння, яке у людей є достатньо рухомою структурою, до ураженої частини.

Іншою причиною ателектазу є відсутність або інактивація сурфактанту — речовини, що зменшує поверхневий натяг і в нормі міститься у тоненькому прошарку рідини, яка вистеляє альвеоли (див. Розділ 34). Таке порушення є головною причиною недостатності легень у разі їхнього розширення у нормі під час народження. Колапс легень може також бути наслідком наявності у плевральному просторі повітря (пневмоторакс), тканинної рідини (гідроторакс, хілоторакс) або крові (гемоторакс).

                                                                                                                                                                  

Пневмоторакс

Якщо повітря надходить у плевральний простір через розрив легень або отвір у грудній стінці, то легеня на ураженому боці колабує внаслідок еластичної тяги. З моменту, коли внутрішньоплевральний тиск на ураженій стороні стає знову атмосферним, середостіння зміщується у нормальне положення. Якщо взаємозв’язок між плевральним простором та зовнішнім середовищем відкритий (відкритий, або аспіраційний, пневмоторакс) то більше повітря рухається у плевральний простір або від нього кожного разу, коли хворий вдихає. Якщо ж отвір великий, то опір для потоку повітря у плевральний простір менший, ніж опір для потоку повітря в інтактну легеню, і невелика кількість повітря потрапляє у легені. Під час вдихання середостіння зміщується у неуражений бік, вигинаючи великі судини, зміщуючи серце й утруднюючи його діастолічне наповнення під час видихання. Також відбувається значне стимулювання дихання через гіпоксію, гіперкапнію й активування легеневих рецепторів спадіння. Дихальний дистрес є важким.

У разі якщо над отвором у легенях або грудній клітці є тканина, що її закриває, то вона працює як рухомий клапан, що перешкоджає руху повітря: входженню під час вдихання, і затримує його вихід під час видихання, і тиск у плевральному просторі підвищується понад атмосферний (пневмоторакс напруження). Якщо гіпоксичний подразник для дихання спричинює глибші зусилля під час вдихання, які у подальшому збільшують тиск у плевральній порожнині, то відхиляються великі вени і виникає гіпоксія та шок. Внутрішньоплевральний тиск у таких випадках

може збільшуватись до 20-30 мм рт. ст. Периферійні вени стають розтягнутими, розвивається інтенсивний ціаноз, і стан стає потенційно небезпечним, якщо пневмоторакс не декомпресувати виведенням повітря.

З іншого боку, якщо отвір, через який повітря потрапляє у плевральний простір, герметично закритий (закритий пневмоторакс), то дихальний дистрес не є великим, бо з кожним вдиханням повітря плине в легені на неуражену сторону швидше, ніж у плевральний простір; оскільки судинна резистентність збільшується у колабованій легені, то кров відводиться до іншої легені. Отже, якщо пневмоторакс є не дуже великим, то він не спричинить важкої гіпоксії.

Повітря у закритому пневмотораксі абсорбується. З того часу як воно дорівнює атмосферному тиску, його загальний тиск, Ро2 і PN2 є вищим, ніж у венозній крові (порівняйте значення для повітря і венозної крові на рис. 34-18). Газ дифундує вниз за такими градієнтами у крові і після одного-двох тижнів зникає.

                                                                                                                                                                  

Астма

Астму характеризує епізодичне або хронічне дихання з присвистом, кашлем і відчуттям стискання у грудях унаслідок бронхоконстрикції. Захворювання на астму та смертність від неї збільшується, проте її фундаментальна причина остаточно не з’ясована, незважаючи на інтенсивні дослідження. У разі астми виникають три порушення: повітряна обструкція, яку найважче унормувати; запалення дихальних шляхів і гіперчутливість до різних подразників. Давно визначений зв’язок астми з алергією; рівень IgE у плазмі часто підвищений. Білки, що вивільняються з еозинофілів унаслідок запальних реакцій, можуть уражувати епітелій дихальних шляхів і відповідають за гіперчутливість. Лейкотрієни (див. Розділ 17), що вивільняються з еозинофілів і мастоцитів, зумовлюють бронхоконстрикцію. Численні інші аміни, нейропептиди, хемокіни та інтерлей-кіни впливають на гладкі м’язи бронхів або створюють запалення.

Асматичні приступи найважчі у пізні нічні або ранні ранкові години, оскільки, як зазначено вище, це періоди максимальної констрикції у циркадних ритмах бронхіального тонусу. Холодне повітря та навантаження, які у нормі спричинюють бронхоконстрикцію, також зумовлюють астматичні приступи. У 5% осіб астматичні приступи спричинює аспірин. Інгібітори лейкотрієнового синтезу, такі як зілеутон, і блокатори CysLTj-рецепторів, такі як монте-лукаст, є ефективними в лікуванні цих форм астми (і, вірогідно, інших). Стимулювання (З-адренорецепторів зумовлює бронходилатацію, тому лікування інгаляціями р-адреноергічних агоністів є стандартною терапією для астми. Посередництво мускаринових рецепторів створює бронхоконстрикцію, і ліки, що належать до мускаринових холіноблокаторів, також використовують у лікуванні. Додатковими препаратами, що часто застосовують, є кро-молін, який інгібує вивільнення продуктів з мастоцитів, і глюкокортикоїди, які гальмують запальну реакцію.

                                                                                                                                                                  

Емфізема

У разі дегенеративної і потенційно небезпечної легеневої хвороби, яку називають емфізема, легені втрачають

ПРИСТОСУВАЛЬНІ ЗМІНИ ДИХАННЯ У НОРМІ ТА ПАТОЛОГІЇ / 633

еластичність, а унаслідок руйнування еластичної тканини і стінок між альвеолами альвеоли заміщуються великими повітряними мішками. Фізіологічний мертвий простір значно збільшується, і з огляду на неадекватну та нерівну альвеолярну вентиляцію і перфузію у погано вентильованих альвеолах виникає важка гіпоксія. За подальшого перебігу хвороби виникає гіперкапнія. Вдихання та видихання утруднені, і робота для виконання дихання значно збільшується. Зміни у кривій тиск-об’єм у легенях показані на рис. 34-11. Грудна клітка збільшується і стає бочкоподібною. Оскільки грудна стінка розтягується, то протилежно до цього еластична тяга зменшується. Гіпоксія призводить до поліцитемії. Виникає легенева гіпертензія, і права половина серця збільшується (легеневе серце, cor pulmonale), а потім унаслідок виснаження резервів міокарда настає слабкість його скоротливої здатності.

У більшості випадків причиною емфіземи є куріння тютюну. Дим цигарок спричинює збільшення кількості легеневих альвеолярних макрофагів, які вивільняють хімічні речовини, що притягують лейкоцити до легень. Лейкоцити, відповідно, вивільняють протеази включно з еластазою, які ушкоджують еластичну тканину в легенях. Водночас (Xj-антитрипсин інактивують кисневі радикали, що їх вивільняють лейкоцити. Наслідком є порушення співвідношення між протеазами та антипротеазами зі збільшенням деструктивних змін у легеневій тканині.

У 2% причин емфіземи є вроджена недостатність активного (Xj-антитрипсину. В осіб, які гомозиготні на таку ваду і курять, швидко виникає емфізема, і в них на 20 років зменшена тривалість життя. У некурців з недостатністю антитрипсину теж може виникнути емфізема, однак тривалість життя набагато довша і якість його поліпшується. Наприклад, у формуванні хвороби недостатність о^-анти-трипсину забезпечує взаємовплив генетичних факторів і факторів зовнішнього середовища.

                                                                                                                                                                  

Вільям Ф. Ґанонґ. Фізіологія людини