В каких условиях насыщение гемоглобина кислородом снижается
Содержание статьи
Недостаток кислорода в крови
Кислород (oxygenium, обозначение — О) является жизненно необходимым газом в составе воздуха, не имеющим цвета и запаха. Недостаточное содержание кислорода в органах и тканях человеческого организма в медицине называется гипоксией.
Нормальный уровень сатурации (насыщения кровеносных сосудов oxygenium) у взрослого человека составляет 96-98%. При снижении показателей развивается гипоксемия – нехватка кислорода в крови. Гипоксемия и гипоксия находятся в тесной корреляции.
Дефицит молекул О в крови, неизменно, приводит к кислородному голоданию всех органов и систем. Эти состояния не относятся к самостоятельным заболеваниям, а являются патологическими процессами, сопутствующими болезням сердца, головного мозга, центральной нервной системы, органов дыхания, почек, печени и т.д.
При вдыхании кислород из легких поступает в кровь, где захватывается гемоглобином – железосодержащим белком. С помощью красных кровяных клеток (эритроцитов), гемоглобин, насыщенный кислородом, разносится по организму. Проникая в органы и ткани, гемоглобин отдает кислород для обеспечения их жизнедеятельности. Взамен молекул oxygenium, к железосодержащему белку присоединяется диоксид углерода.
Эритроциты переносят его в обратном направлении (в легкие) для дальнейшей утилизации. Сбой процесса обмена газами в организме происходит под влиянием экзогенных или эндогенных факторов. К первым относятся внешние воздействия, не зависящие от человека, ко вторым – нарушения, происходящие внутри организма.
Основные причины кислородного дефицита
Экзогенными причинами дефицита кислорода являются:
- разряженный воздух в окружающей среде. Такое явления характерно для высокогорных климатических районов, непроветриваемых помещений.
- дегидратация (обезвоживание) организма, вследствие воздействия высоких температур (перегрева), на фоне недостаточного употребления воды.
Условно, к экзогенным факторам можно отнести специфические пристрастия и условия, вызывающие повышенную потребность в кислороде:
- никотиновая зависимость;
- увлечение подводными видами спорта или альпинизмом;
- интенсивные спортивные тренировки и иные физические перегрузки;
- избыточная масса тела;
- голодание и кахексия (истощение организма);
- тяжелые условия труда (работа в помещениях, закрытых от доступа внешней среды с недостаточной искусственной вентиляцией).
Эндогенные причины кислородного голодания связаны с различными патологиями органов дыхания, сердца, сосудов, кровеносной системы.
Дыхательная система
Артериальная гипоксемия сопровождает заболевания, для которых характерно снижение вентиляции легких:
- пневмосклероз (замещение паренхимы легких соединительной тканью);
- пневмония (воспаление легких);
- плеврит (воспаление легочной оболочки);
- обструкция органов дыхания (бронхов или легких), вследствие хронических заболеваний (астма, бронхит и т.д.);
- перелом или сильный ушиб грудной клетки.
При бронхо-легочных патологиях количество расходуемого oxygenium превышает его поступление в кровь, что вызывает симптомы диспноэ (одышки) и боли в груди
Сердечно-сосудистая система
Циркуляторными причинами, провоцирующими дефицит кислорода, являются:
- врожденный дефект межжелудочковой перегородки сердца, при котором происходит смешивание артериальной и венозной крови;
- угнетение способности миокарда перекачивать кровь, иначе сердечная недостаточность;
- воспалительные болезни миокарда (миокардит, перикардит, эндокардит);
- ИБС (ишемическая болезнь сердца) и некроз участка миокарда (инфаркт);
- иммунопатологические воспаления сосудов;
- тромбоз, тромбофлебит, варикоз, атеросклероз.
Любые хронические патологии сердца и сосудов могут привести к гипоксии.
Кровеносная система
Повышенная потребность в кислороде возникает при утрате способности гемоглобина присоединяться к эритроцитам. Гемическая гипоксия может быть вызвана онкогематологическими болезнями (злокачественное поражение крови и лимфатической системы), гематологическим синдромом, иначе анемией (пониженное содержание гемоглобина в крови).
Справка! Анемия может возникать по нескольким причинам: дефицит железа в организме, внешние и внутренние кровотечения, недостаточный синтез эритроцитов в костном мозге, либо их стремительное разрушение.
Отдельно выделяют ночной и техногенный вид нехватки кислорода. Ночной вариант представляет собой апноэ – временную остановку дыхания, обусловленную чрезмерным расслаблением глотки вследствие храпа.
Техногенная гипоксия является результатом длительного пребывания или постоянного проживания в неблагополучных экологических условиях (искусственное загрязнение атмосферы промышленными отходами).
Формы гипоксии
По скорости развития классифицируют три формы гипоксии:
- хроническая (может длиться на протяжении нескольких лет);
- острая (до двух часов);
- молниеносная (развивается в течение трех минут).
При несвоевременном приеме медикаментов, под воздействием нервно-психологического или физического напряжения, хронический недостаток кислорода может перейти в острую форму гипоксии.
Симптоматика кислородной недостаточности
В зависимости от степени тяжести, симптомы кислородного голодания принято разделять на две категории (ранние и поздние). К первой категории относятся:
- головокружения, сопровождаемые цефалгическим синдромом (головными болями);
- вялость, сонливость, гипоактивность;
- нервно-психологическая слабость (астения);
- повышение частоты сердечного ритма (тахикардия);
- частое и глубокое дыхание;
- бледность кожных покровов (нередко, синюшность в области носогубного треугольника).
Хроническая гипоксия понижает показатели АД (артериального давления). Поздние проявления нехватки oxygenium характеризуют:
- СХУ (синдром хронической усталости);
- дисания (нарушение сна);
- стабильная тахикардия;
- психоэмоциональная неадекватность (тревожность, апатия или агрессивность);
- быстрые, ритмичные сокращения мышечных волокон ног и рук (тремор);
- диспноэ;
- накопление жидкости в межклеточном пространстве нижних конечностей (отечность);
- нарушение координации (атаксия);
- инконтиненция (недержание мочи);
- тошнота.
Психосоматические проявления гипоксии сопровождают симптомы основного заболевания, спровоцировавшего кислородную недостаточность. Из клинико-диагностических признаков дефицита кислорода выделяют ненормированное содержание гемоглобина и повышение уровня эритроцитов в общем анализе крови.
Опасные последствия гипоксии
Длительное кислородное голодание вызывает дегенеративные процессы головного мозга и нервной системы, приводящие к энцефалопатии и деменции (слабоумию), повышенный риск инфарктов, инсультов, отека легких, гипотонию, судорожный синдром. Острая кислородная недостаточность опасна развитием коматозного состояния и летальным исходом.
Дополнительно о гипоксемии плода
Отдельного внимания заслуживает дефицит кислорода у женщины в перинатальный период. Гипоксемия у будущей мамы отражается низким кислородным снабжением плода. Состояние представляет опасность:
- отставания ребенка в развитии;
- фетопатии (патологии плода);
- преждевременного родоразрешения;
- отслойки плаценты;
- внутриутробной гибели малыша.
Своевременно выявить гипоксию плода помогают плановые скрининги беременных
Способы медицинской коррекции
Лечение кислородного голодания – это комплекс мер, направленных, прежде всего, на ликвидацию причины гипоксемии. При проявлении симптомов нехватки кислорода врач должен скорректировать терапию основного заболевания. В зависимости от патологии и особенностей ее течения, пациентам могут быть назначены:
- препараты, разжижающие кровь;
- регуляторы окислительно-восстановительных процессов;
- витаминно-минеральные комплексы;
- железосодержащие лекарства;
- медикаменты, улучшающие кровообращение.
Сердечно-сосудистые средства (кардиотоники) и лекарства от легочных болезней подбираются индивидуально. Для повышения вентиляции легких используется оксигенотерапия:
- ингаляционная (посредством кислородной маски или носового катетера, через кислородную подушку);
- гипербарическая оксигенация с помощью сеансов в барокамере;
- неингаляционная (внутривенное введение физраствора, обогащенного перекисью водорода и озоном).
Гипоксемия, связанная с нарушением кроветворения, лечится посредством гемотрансфузии (переливание крови). Оксигенотерапия и гемотрансфузия проводятся в стационарных условиях.
Немедикаментозные методы
Повысить кислород в крови, не прибегая к лекарственным препаратам, помогают:
- Рациональная физическая нагрузка. При выполнении физических упражнений естественным образом кровь насыщается молекулами oxygenium, ускоряется обмен веществ, стабилизируется уровень АД.
- Ежедневное пребывание на свежем воздухе. Для прогулок следует выбирать парковые зоны, расположенные вдали от промышленных предприятий, железнодорожных и автомобильных магистралей.
- Йога и дыхательная гимнастика. Рекомендуется пациентам с ограниченными физическими возможностями. Специальные упражнения для поверхностного и глубокого дыхания позволяют увеличить скорость газообмена.
- Соблюдение режима труда и отдыха. Человеку, страдающему от гипоксии, необходим полноценный сон, и категорически противопоказаны нервные и физические перегрузки.
- Использование средств народной медицины. Фитоотвары, обладающие сосудорасширяющими и антиоксидантными свойствами, готовят на основе боярышника, березовых и брусничных листьев, гинкго билобы.
Важно! Растительное сырье может иметь противопоказания. Перед применением необходимо получить одобрение лечащего врача.
Не менее важным условием нормальной концентрации кислорода в крови является здоровое питание и правильный питьевой режим. Необходимо обогатить рацион овощами, фруктами, зеленью – в качестве натуральных витаминов, выпивать ежедневно до двух литров чистой (не газированной) воды.
Наиболее эффективный результат при гипоксии дают занятия физкультурой на свежем воздухе
Дополнительно
При развитии острой гипоксии человеку требуется экстренная медицинская помощь, с последующей госпитализацией. До приезда бригады скорой помощи необходимо обеспечить пациенту доступ свежего воздуха (ослабить ворот одежды, открыть окна), измерить частоту сердечных сокращений (пульс). При наличии медицинских навыков, по необходимости, провести процедуру искусственного дыхания.
Итоги
Недостаток кислорода в крови может быть обусловлен:
- наличием хронических патологий сердечно-сосудистой, кровеносной и дыхательной системы;
- обильным кровотечением;
- неблагоприятными условиями (высокогорный климат, работа в шахте);
- образом жизни (никотиновая зависимость, увлечение подводным плаваньем и альпинизмом, нерациональные физические нагрузки, голодание и т.д.).
Состояние кислородного голодания может иметь острую и хроническую форму. В первом случае, пациенту показана срочная госпитализация. При острой гипоксии возникает серьезная опасность развития удушья, коматозного состояния, остановки сердечной деятельности и летального исхода.
В повышении кислорода задействуют внутривенные медицинские препараты и процедуры искусственного насыщения крови молекулами oxygenium. При хронической форме гипоксии назначаются медикаменты, диетотерапия, лечебная физкультура. Поднять кислородный уровень помогает дыхательная гимнастика, регулярные прогулки в лесополосе, занятия йогой, средства народной медицины.
Избыток кислорода в крови, так же, как и его недостаток, вреден для здоровья. Кислородное отравление может привести к чрезмерному образованию свободных радикалов, которые ускоряют процесс старения организма и активизируют раковые клетки.
Источник
Гемоглобин: роль в газообмене и процессе дыхания
Одним из самых сложных процессов, что происходят в организме человека, несомненно, является дыхание. И сложность эта не только в танце легких, благодаря которому человек получает кислород, но и в процессах, с помощью которых этот кислород проникает дальше, в ткани, где превращается в углекислый газ, что отправляется в обратное путешествие. О данных процессах и пойдет речь далее.
Итак, приступим. Человек делает вдох, иии… Далеко не весь кислород поступает в легкие, а затем и в кровь. Часть вдыхаемого воздуха остается в так называемом мертвом пространстве. Мертвое пространство, в свою очередь, делится на анатомическое (дыхательные пути), в котором остается около 30 % вдыхаемого воздуха, и функциональное (вентилируемые, но по каким-то причинам не перфузируемые альвеолы).
Ухудшение альвеолярного газообмена может происходить при неглубоком и частом дыхании (причиной может стать перелом ребер, паралич дыхательной мускулатуры различного генеза и др.), а также при увеличении мертвого пространства, вызванном разнообразными причинами (нарушение перфузии альвеол в результате воспалительных заболеваний легких, удаление доли или целого легкого и др.), при снижении скорости кровотока по альвеолярным капиллярам (ТЭЛА, инфаркт легкого), при наличии диффузионного барьера (отек легких) и в результате ослабления альвеолярной вентиляции при обтурации просвета бронха. Газообмен между легкими и кровью происходит путем диффузии в соответствии с законом Фика. В легочных капиллярах она происходит за счет разности парциальных давлений в альвеолах и эритроцитах.
В альвеолах парциальное давление кислорода значительно превышает таковое для углекислого газа и составляет примерно 13,3 кПа (100 мм рт. ст.) и 5,3 кПа (40 мм рт. ст.) соответственно. Альвеолы омываются приносимой легочными артериями венозной кровью, в которой соотношение парциальных давлений этих двух газов обратно пропорционально и составляет приблизительно 5,3 кПа (40 мм рт. ст.) для кислорода и 6,1 кПа (46 мм рт. ст.) для углекислого газа. В среднем разница парциальных давлений составляет около 8 кПа (60 мм рт. ст.) для кислорода и около 0,8 кПа для углекислого газа.
Как уже было сказано выше, кислород путем диффузии проникает в кровь легочных капилляров. Диффузионное расстояние для кислорода при этом составляет 1–2 мкм, то есть именно на такое расстояние он проникает внутрь капилляра. Обмен крови в легочном капилляре происходит примерно за 0,75 секунды, но этого времени хватает на то, чтобы парциальные давления в альвеолах и в крови пришли в равновесие.
Кровь, в которой показатели парциального давления для кислорода и углекислого газа примерно равны таковым в альвеолах, называется артериализированной. Однако за счет наличия в легких артериовенозных шунтов и притока венозной крови из бронхиальных вен такой она остается недолго. В результате парциальное давление кислорода в аорте составляет примерно 12,0 кПа (как уже было сказано выше, парциальное давление в артериализированной крови равно таковому в альвеолах и составляет 13,3 кПа), а давление углекислого газа меняется незначительно и не приводит к затруднению его диффузии из крови в альвеолы.
Но кислород непосредственно в ткани попадает лишь в крайне незначительных количествах: для свободного перемещения по организму ему необходим транспортер. Эту функцию выполняет содержащийся в эритроцитах белок — гемоглобин. Гемоглобин существует в оксигенированной и неоксигенированной формах. В дезокси-гемоглобине железо находится на уровне порфиринового кольца и стабилизируется электростатическими силами, что обеспечивает поддержание всей структуры. Появившись, кислород начинает «тянуть» за железо, которое переносится на проксимальный гистидин на другом конце полипептидной цепи и меняет структуру всего протеина.
В результате гемоглобин переходит в оксигенированную форму, альфа- и бета-цепи при этом поворачиваются относительно друг друга на 15 градусов, облегчая присоединение остальных молекул кислорода. В итоге каждый из четырех содержащихся в нем атомов двухвалентного железа обратимо связывается с молекулой кислорода, что превращает молекулу гемоглобина в оксигемоглобин. По сравнению с миоглобином гемоглобин имеет низкое сродство к кислороду, однако оно не статично. Так, миоглобин может связывать кислород только одним участком, поэтому кривая его связывания — гипербола. Кривая связывания гемоглобина с кислородом имеет S-образную форму, демонстрируя, что при его связывании с первой молекулой кислорода гемоглобин имеет очень низкое сродство к кислороду, но при связывании последующих молекул кислорода сродство остальных его субъединиц к нему значительно увеличивается и в конечном счете повышается примерно в 500 раз.
При этом альфа-цепи связывают кислород легче, чем бета-цепи. Этот процесс назван кооперативным взаимодействием. По мере снижения парциального давления кислорода в крови происходит его высвобождение из гемоглобина и поступление в ткани. Например, парциальное давление кислорода в работающих мышцах составляет всего 26 мм рт. ст, и при прохождении эритроцитов через капилляры, кровоснабжающие мышцы, происходит высвобождение и поступление в мышечные клетки примерно ⅓ всего переносимого гемоглобином кислорода. При повышении температуры тела также возрастает потребность в кислороде, что, в свою очередь, стимулирует высвобождение и поступление его в ткани. При снижении температуры, напротив, развивается гипоксия тканей, способствующая компенсаторному увеличению сродства гемоглобина к кислороду.
Гемоглобин также осуществляет перенос от тканей к легким продуктов тканевого дыхания — углекислого газа и ионов водорода. В ходе окислительных процессов в клетке выделяется углекислый газ, в результате гидратации которого образуются ионы водорода, что, в свою очередь, приводит к снижению рН. Давно известно, что снижение рН и повышение концентрации углекислого газа в крови оказывает сильное влияние на способность гемоглобина связывать кислород.
В периферических сосудах показатели рН низкие, и по мере связывания гемоглобина с ионами водорода и углекислым газом происходит снижение его сродства к кислороду. Это влияние величины рН и концентрации углекислого газа на способность гемоглобина связывать кислород называют эффектом Бора.
Обратная ситуация имеет место в альвеолярных капиллярах, где присоединение кислорода к гемоглобину превращает тот в более сильную кислоту.
При этом сродство гемоглобина к углекислому газу снижается, а повышение кислотности гемоглобина приводит к высвобождению излишка ионов водорода и образованию в крови из бикарбоната угольной кислоты, которая затем распадается на воду и углекислый газ. В обоих случаях углекислый газ из крови поступает в альвеолы, а затем в атмосферу. Данный процесс назван эффектом Холдейна. Стоит отметить, что важную роль в образовании углекислого газа в эритроцитах играет ион хлора, поступающий в плазму крови в обмен на бикарбонат при участии белка-переносчика АЕ1. Данный процесс в англоязычной литературе получил название «Chloride shift» или «перенос Хамбургера».
На сродство гемоглобина к кислороду оказывает влияние и присутствующее в эритроцитах вещество, получившее название 2,3-бисфосфоглицерат (БФГ). Его образование — своего рода побочная реакция анаэробного гликолиза, происходящего в эритроцитах в ходе ферментативного превращения глюкозы в пируват под действием фермента бифосфоглицератмутазы. БФГ способен самостоятельно связываться с неоксигенированной формой гемоглобина, образуя солевой мостик между двумя его бета-субъединицами и снижая сродство к кислороду.
При этом гемоглобин способен связать только одну молекулу БФГ, а при присоединении кислорода БФГ вытесняется из полости. В обычных условиях в эритроцитах крови содержится достаточно большое количество БФГ, которое может увеличиваться в условиях гипоксии (например, у дайверов при погружении на глубину), а также при восхождении на большую высоту. В первые часы подъема концентрация БФГ в эритроцитах будет возрастать, а сродство кислороду снижаться. Но на большой высоте парциальное давление будет значительно ниже такового на уровне моря, а значит, оно снизится и в тканях. При этом БФГ будет облегчать передачу кислорода от гемоглобина к тканям.
Некоторые вещества способны прочно связываться с гемоглобином или же вовсе менять его структуру. Одним из них является угарный газ, чье сродство к гемоглобину в 200 раз превышает таковое для кислорода. Отравления угарным газом часто происходят в помещениях с печным отоплением, при пожарах и авариях на производстве. Со временем кислород вытесняет угарный газ из гемоглобина, и в легких случаях пациенты помещаются под наблюдение и получают ингаляции с увлажненным кислородом. Необходимой мерой при тяжелых отравлениях угарным газом является переливание эритроцитарной массы.
К веществам, способным изменять структуру гемоглобина, относятся метгемоглобинобразователи — соединения, способные окислять двухвалентное железо в геме до трехвалентного. К ним относятся нитриты, нитраты, некоторые местные анестетики, аминофенолы, хлораты, примахин и некоторые сульфаниламиды. Состояние, характеризующееся появлением в крови окисленного гемоглобина, называют метгемоглобинемией. При высокой метгемоглобинемии капля крови, помещенная на фильтровальную бумагу, имеет характерный коричневый цвет, а при пропускании кислорода через пробирку с такой кровью ее цвет не меняется. Метгемоглобинемия выше 70 % от общего содержания гемоглобина часто приводит к гибели пациента еще до момента постановки диагноза.
Источники:
- Harrison’s hematology and oncology Longo, Dan L (Dan Louis), Third edition. New York : McGraw-Hill Education Medical, 2017.
- Наглядная физиология, С. Зильбернагль, А. Деспопулос, 2013.
- Ленинджер А. Основы биохимии: В 3-х т. Т. 1. /Д. Нельсон, М. Кокс ; Пер. с англ.-М.: БИНОМ: Лаборатория знаний, 2011.- 694 с.
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Источник