а) внешнего дыхания;
б) системы кровообращения;
в) красной крови;
г) ЦНС;
д) эндокринных желез, которые в свою очередь регулируют деятельность этих систем и активность метаболизма организма в целом. Поэтому возможность эффективного воздействия на уже развившуюся кислородную недостаточность или, предупреждение ее при различных экстремальных состояниях служит залогом благоприятного исхода подавляющего большинства острых и хронических заболеваний, роль ГБО при этом трудно переоценить. Что в настоящее время вкладывается в понятие "гипоксия" Гипоксия это не только понижение содержания кислорода в тканях вследствие нарушения поступления кислорода к местам его непосредственного потребления (митохондрии), но и нарушение процесса утилизации кислорода, уже доставленного к тканям в необходимом количестве (так называемая гистотоксическая, или тканевая, гипоксия ). Однако результатом тканевой гипоксии является не снижение, а повышение напряжения кислорода в клетке, т. е. гипероксия. Однако конечным результатом как одного, так и другого процесса является дефицит энергетического баланса клетки. В то же время энергетическая недостаточность клетки может быть обусловлена нарушением как биологического окисления (недостаточное поступление кислорода в клетку, снижение активности ферментов, осуществляющих перенос электрона водорода на кислород), так и сегобах (?)других процессов, блокирующих ресинтез АТФ из АДФ (разобщение процессов окисления и фосфорелирования, дефицит процессов фосфорелирования и использование уже синтезируемых в митохондриях макроэргических соединений для нужд клетки и организма в целом. Немаловажная роль в этом принадлежит изменениям, возникающих в цикле Кребса, который является основным донатором атомов водорода и восстановленных форм НАД, а также в электроннопереносящей дыхательной цепи митохондрии, представляющей по сути дела основную кислородутилизирующую энергообразующую систему организма. Следовательно недостаток кислорода в клетке является лишь одной из причин, нарушающих процессы биологического окисления, а нарушение биологического окисления в свою очередь служит только частным случаем, который может вести к развитию энергетической недостаточности клетки, ткани или всего организма (кислород участвует не только в энергетическом обмене, т. е. выделении и аккумуляции энергии, но и в биосинтетических и детоксикационных реакциях). Энергетическая недостаточность клетки-универсальный исход практически всех форм ее патологии. Энергетический обмен у человека зависит не только от потребности организма в энергии. Во многом он регламентируется возможностями освобождения, накопления и использования свободной энергии. Освобождение энергии в организме происходит в четыре этапа: 1. Гидролитическое расщепление полимеров (белков, жиров, углеводов) на мономеры (моносахариды, жирные кислоты, глицерин, аминокислоты ). При этом выделяется только 0, 1 % всей энергии и то в виде тепла. 2. Превращение мономеров в такие низкомолекулярные вещества, как пировиноградная кислота и ацетил-КоА, служащий основным "энергетическим топливом"для цикла Кребса. При этом освобождается 1/3 всей энергии, заключенной в пище, причем около 60 % ее рассеивается в виде тепла. 3. Окисление ацетил-КоА в цикле Кребса, где происходит освобождение водорода и образование углекислого газа. Однако свободной энергии в цикле Кребса практически не выделяется. 4. Окислительное фосфорелирование, благодаря которому энергия атомов водорода ( его электрона ) путем ряда последовательно происходящих на дыхательной цепи митохондрии окислительно-восстановительных реакций аккумулируется в макроэргических связях АТФ и других фосфоросодержащих соединений. При этом выделяется вся энергия пищевых веществ, причем половина энергии выделяется в виде тепла. Следовательно, сущностью биоэнергетики является процесс превращения химической энергии поступающих в клетку органических веществ пищи в различные формы физиологически полезной энергии (механическая, химическая, тепловая, электрическая). Энергетический обмен организма тесно связан с потреблением кислорода. Окисление водорода кислородом воздуха яляется важнейшей реацией, обеспечивающей энергией основные процессы жизнедеятельности организма. Выделяющаяся при этом энергия депонируется в макроэргических соединениях типа АТФ и других. Для обозначения тех форм патологии, в основе которых лежит энергетическая недостаточность организма, введен термин гипоэргоз. Различают гипоэргоз: 1. Диссимиляционный 2. Аккумуляционный 3. Утилизационный Диссимиляционный связан с нарушением выделения энергии, в молекулах пищевых веществ. Аккумуляционный возникает при нарушении накопления энергии, освобожденной из молекулы пищевых веществ, в макроэргических связях (снижение скорости расщепления АТФ). Утилизационный зависит от нарушения использования энергии, аккумулированной в АТФ. Энергетическая недостаточность-исход практически любого патологического процесса, локализующегося на уровне клетки. Резюмируя вышесказанное, можно дать следующее определение гипоксии:гипоксия (или кислородная недостаточность)-это состояние, возникающее при несоответствии между потребностью клетки кислорода и его доставкой к ней, либо в том случае, когда это соответствие достигается в результате чрезмерного напряжения деятельности кислородтранспортной системы, что ведет к уменьшению ее функционального резерва. В первом случае происходит снижение клеточного Ро 42 0, во втором Ро 42 0 на отдельных этапах кислородного каскада организма. Гипоксия в клинических условиях-явление всегда вторичное, при устранении причины заболевания исчезает и причина гипоксии. Однако ликвидация гипоксии в то же время далеко не всегда в состоянии ликвидировать основное заболевание. В основе терапевтического эффекта ГБО лежит значительное увеличение кислородной емкости жидких сред организма (кровь, лимфа, тканевая жидкость и т. д. ), которые при этом становятся достаточно мощными переносчиками кислорода к клеткам. Кислородная емкость жидких сред организма при ГБО повышается преимущественно за счет увеличения растворения в них кислорода. Способность намного увеличивать кислородную емкость крови послужила основанием для использования ГБО при таких состояниях, когда гемоглобин полностью или частично исключается из процесса дыхания, т. е. при анемической (массивная кровопотеря) и токсической (отравление с образованием карбоксигемоглобина и т. д. )формах гемической гипоксии. Многие важные стороны применения ГБО связаны с ее способностью компенсировать метаболические потребности организма в кислороде при снижении скорости кровотока в целом или в отдельных участках тела. Наряду с повышением артериального Ро 42 0 ГБО существенно улучшает диффузию кислорода из капилляра к наиболее отдаленным клеткам. Следует остановиться на основных преимуществах ГБО по сравнению с кислородной терапией при обычном давлении. Гипербарическая оксигенация: 1. компенсирует практически любую форму кислородной недостаточности и прежде всего гипоксию, обусловленную потерей или инактивацией значительной части циркулирующего гемоглобина; 2. существенно удлинняет расстояние эффективной диффузии кислорода в тканях; 3. обеспечивает метаболические потребности тканей при снижении объемной скороти кровотока; 4. создает определенный резерв кислорода в организме.
При применении ГБО в сложных процессах взаимодействия кислорода и функциональных систем организма просматриваются два механизма:
1. ПРЯМОЙ
2. ОПОСРЕДОВАННЫЙ
Прямое действие гипербарического кислорода можно условно разделить на : а)компрессионное (связанное с гипербарией) б)антигипоксическое (частичное или полное восстановление сниженного напряжения кислорода в тканях); в)гипероксическое (повышение тканевого Ро 42 0 по сравнению с его нормальным уровнем). Опосредованное действие избыточной оксигенации заключается в том, что рефлекторным путем через различные рецепторные образования может трансформировать престрогуморальнную регуляцию жизненных процессов на разных уровнях организма в норме и патологии. Через систему нейрогуморальной регуляции ГБО осуществляет влияние на биологические процессы, стимулируя или ингибируя метаболическую активность различных клеток.
ТОКСИЧНОСТЬ КИСЛОРОДА И ЕГО АКТИВНЫХ ИНТЕРМЕДИАТОРОВ
(смысл ПОЛ) В последние годы широкое распространение получила свободно-радикальная теория токсического действия кислорода, связывающая повреждающий эффект гипероксии с высокореактивными метаболитами молекулярного кислорода. Молекулярный кислород (диоксиген) в процессах аэробного метаболизма активируется путем переноса на него электронов. В организме существует два типа использования кислорода клеткой, или два пути окисления, сопряженных с активацией молекулярного кислорода: 1. оксидазный 2. оксигеназный
1. -происходит четырехэлектронное восстановление кислорода с образованием воды. Таким образом, образуется универсальное биологическое топливо-АТФ и малотоксичные для клетки вода и углекислота.
2. -происходит прямое присоединение кислорода к органическим веществам, при этом полного четырехэлектронного восстановления кислорода не происходит, а наблюдается неполное одноэлектрическое его восстановление. Появление неспаренного электрона в молекуле кислорода придает свойства активного радикала, получившего название супероксидантного анион-радикала (О 42 5. 0). Присутствуя (в норме) в малых концентрациях ( 10 5-12 0-10 5-11 0), эти радикалы неоказывают повреждающего действия, однако при увеличении О 42 5. 0, складывается ситуация, реально угрожающая нормальному протеканию важнейших метаболических реакций, проницаемость мембран и существованию клетки. Одним из условий, создающих подобную ситуацию является избыточное насыщение тканей кислородом. В эксперименте, подобное было получено на крысах, при воздействии ГБО 1, 2 АТА-26-29 часов. Повреждающее действие (О 42 5. 0) на ткани реализуется через инициирование реакций свободнорадикального перекисного окисления липидов (ПОЛ) в мембранах клеток или клеточных органелл, изменения структуры ДНК, РНК и белков, инактивацию Н-группы тиоловых ферментов, глютатиона и деградацию макромолекул гиалуроновой кислоты. В последние годы установлено, что (О 42 5. 0)в водных растворах не очень реактивен. Поэтому скорее всего повреждающий эффект на ткани оказывает не (О 42 5. 0), а его высокоактивные производные, такие как синглетный кислород ( 51 0О 42 0) и гидроокисный радикал (ОН 5. 0). Эти высокоактивные радикальные формы кислорода обладают выраженной способностью реагировать с эндогенными субстратами, образующими структуры организма, прежде всего с мембранными фосфолипидами, причем один из атомов или вся молекула кислорода включается в окисляемый субстрат, что характерно для оксигеназного окисления. В результате таких реакций инициируется ценное свободнорадикальное окисление липидов, в ходе которого образуются перекисные соединения. Отсюда этот процесс в целом получил название перекисное окисление липидов (ПОЛ). Выделяют следующие механизмы для для продуктов ПОЛ в биомембранах: 1. "разрыхление "гидрофобной области липидного биослоя мембран; 2. разрушение веществ, обладающих антиоксидантной активностью (витаминов, стеридных гормонов, убихинона) и снижение концентрации тиолов в клетке, 3. образование перекисных кластеров, являющихся каналами проницаемости для ионов Са" (и др. )-----ведет к возникновению избытка Са" в клетках-----повреждающее действие на сердце; 4. изменение функциональных свойств белков, входящих в состав мембран и мембраносвязывающих ферментов и рецепторов (от их активации до полного ингибирования);и др. механизмы. Общий вывод: Отдавая должное важной роли ПОЛ в патологии биомембран, следует указать и на то, что и активные формы кислорода могут оказывать деструктивное воздействие на клетки посредством, например, инактивации SH-групп ферментов и взаимодействия ДНК и гиалуроновой кислотой. Свободные радикалы, О 42 5. 0 и 51 0О 42 0 могут прямо атаковать мембранные белки, вызывая их конформационные изменения и деградацию, что нарушает структуру и функцию белковолипидных комплексов мембран и связанных с ними ферментных ансамблей. Все это вызывает большие нарушения функциональных свойств ферментов, белков, РНК, ДНК, а также повреждения мембран митохондрий, саркоплазматичесой сети и лизосом, деградацию полирибосом и угнетение синтеза белков, что сопровождается угнетением окислительного фосфорелирования, высвобождением аутомических ферментов, глубокими расстройствами функции и гибелью клетки.
АНТИОКСИДАНТНАЯ ЗАЩИТА
Систему защиты можно разделить на :
1. физиологическую
2. биохимическую К физиологической относят:
1)наличие каскада уровней РО 42 0, понижающегося от альвеол к клеткам;
2)уменьшение локального кровообращения в тканях при увеличение РО 42 0 в крови; 3)наличие дистанции и высокого сродства цитохромоксидазы к кислороду. К биохимической относят: 1)строго определенная ориентация липидов в белково-липидных комплексах и большая плотность упаковки ненасыщенных жирных кислот в фосфорелирующих мембранах, затрудняющая доступ у ним кислорода и его активных форм; 2)наличие системы ферментов, ответственных за разрушение активных форм кислорода свободных радикалов, а также ферментов, участвующих в разложении гидроперекисей нерадикальным путем; 3)наличие системы низкомолекулярных регуляторов, обладающих антиокислительными свойствами. К естественным антиоксидантам относятся: а)витамины группы Е; б)стероидные гормоны; в)аминокислоты, содержащие SH группы (глютатион, цистеин, цистамин); г)аскарбиновая кислота; д)витамины группы А, В, К и Р; е)убихинон; ж)мочевина и др. Биооксиданты (особенно альфа токаферол)обладают способностью реагировать с перекисными радикалами липидов, инактивировать их и, таким образом обрывать цепи свободнорадикального ПОЛ. 4)наличие антирадикальных цепей, обеспечивающих поток Н 5+ 0, генерируемых при биологическом ферментативном окислении к ингибиторам, предотвращающим образование свободных радикалов; 5)наличие системы, регулирцющей обмен фосфолипидов мембраны и влияющей на скрость иницирования и продолжения цепного переноса путем изменения состава ненасыщенных жирных кислот фосфолипидов.
ПОЛ, АНТИОКСИДАНТНЫЕ СИСТЕМЫ И ТОКСИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ГБО В настоящее время действует концепция, связывающая первичные патогенетические звенья механизма токсического действия кислорода с увеличением стационарной концентрации активированных форм кислорода и интенсификации перекисного и свободнорадикального окисления. Гипербарический кислород (4, 1 АТА-15 мин. ) в эксперименте вызывает резкое увеличение скорости ПОЛ в изолированной печени, причем токаферолдефицитные животные были более чувствительны к действию гипероксии; то же было получено (экспериментально) при действии избытка кислорода на другие органы животных. Клинически же выраженная кислородная интоксикация на уровне организма проявляется в двух формах: 1) острой и 2) хронической При острой форме на первый план выдвигается поражение ЦНС, а при хронической-поражение легких. Однако необходимо знать, что существует различный диапазон между терапевтическим и токсическим действием ГБО. Практически можно считать, что условный градиент "токсичности"ГБО является давление 3 АТА, при котором возникает реальная угроза кислородной интоксикации. Поэтому в клинической практике используют ГБО в значительно меньших дозировках, не чреватых какими-либо негативными проявлениями. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ И ЛЕЧЕБНЫЕ ЭФФЕКТЫ ГБО 1. Умеренная "физиологическая" активация свободнорадикальных
реакций ПОЛ ГБО оказывает (по крайней мере частично) свое терапевтическое влияние пока некоторая активация ПОЛ компенсируется адекватными изменениями всех звеньев антиокислительной системы. Когда исчерпывается резервная мощность антиоксидантных механизмов и нарушается это равновесие начинает проявляться разрушающее действие ПОЛ на метаболизм, функцию и структуру клеток. 2. Повышение интенсивности биоэнергетических процессов На фоне ГБО происходит активация окислительного фосфорилирования и усиление энергообразования в ткани. Установлено, что увеличение Ро 42 0 в ткани приводит к ускорению транспорта электронов по редокс-цепям митохондрий и микросомам. При этом умеренная гипероксия сдвигает отношение АТФ/АДФ. ФН до уровня близкого к максимальному;тем большее значение это действие ГБО приобретает при гипоксических состояниях. 3. Активация дезинтоксикационных процессов Активация осуществляется через ингибирование образования токсических метаболитов, активацию их разрушения и стимуляцию генеза малотоксических веществ. 4. Активация биосинтетических регенераторных процессов При воздействии ГБО в нервных элементах отмечаются признаки повышенной функциональной активности, выражающиеся в усилении синаптической деятельности и возбуждении арен-и холенергических структур в сочетании с повышением синтеза РНК и усилением аксонплазматического тока. При ишимии г. м. с помощью ГБО происходит увеличение количества и размеров синаптических пузырьков, предохранение пре-и постсинаптических мембран от деструкции и активация новообразования митохондрий путем их деления. ГБО способна положительно воздействовать на регенерацию скелетных мышц костной ткани и, таким образом способствовать более быстрому заживлению раневого дефекта. После массивной кровопотери ГБО стимулирует процессы пролиферации дифференцировки эритроидных клеток костного мозга. Усиление регенераторных процессов в условиях ГБО обнаружено в печени при токсическом гепатите. В гепатоцитах ограничиваются некробиотические изменения и уменьшается степень их дистрофии. Уменьшение дистрофических и склеротических поражений в миокарде выявлено в эксперименте в состоянии шока, леченных ГБО. При мелкоочаговом инфаркте миокарда ГБО стимулирует внутриклеточные процессы регенерации митохондрий в сердечных миоцитах. Другие клинико-функциональные эффекты ГБО 5. Подавление жизнедеятельности микроорганизмов (антибактериологический эффект); 6. Потенцирование действия диуретических, антиаритмических, антибактериологических, цитостатических препаратов (фармакодинамический эффект); 7. Деблокирование инактивированного гемоглобина, миоглобина, цитохромоксидазы (деблокирующий эффект); 8. Стимулирование или подавление активности иммунной системы (иммуннокоррегирующий эффект); 9. Снижение черепно-мозгового давления, улучшение мозгового кровотока в зоне поражения вселедствие возникновения изврвщенного синдрома внутримозгового сосудистого "обкрадывания"(вазопрессорный эффект); 10. Повышение радиочувствительности клеток злокачественных опухолей (радиомодифицирующий эффект); 11. Уменьшение объема газа, находящегося в кишечнике и сосудах (компрессионный эффект при парезе кишечника и газовой эмболии).
ПРОТИВОПОКАЗАНИЯ ГБО
1. наличие в анамнезе эпилепсии (или каких-либо других судорожных припадков); 2. наличие полостей (каверны, абсцессы или воздушные закрытые полости) в легких; 3. тяжелые формы гипертонической болезни (АД больше 160/90 мм рт. ст. ); 4. нарушение проходимости слуховых (евстахиевых) труб и каналов, соединяющих придаточные пазухи носа с внешней средой (полипы и воспалительные процессы в носоглотке, в среднем ухе, придаточных пазухах носа, аномалии развития и т. д. ); 5. сливная двухсторонняя пневмония; 6. пневмоторакс (особенно напряженный0; 7. ОРЗ; 8. клаустрофобия; 9. повышенная чувствительность к кислороду. При наличии абсолютных жизненных показаний к ГБО большинство противопоказаний может быть устранено (введение седуксена при судорогах, дренирование каверны или плевральной полости, парацентез барабанных перпонок и т. д. ). однако и в этих условиях необходимо обратить особое внимание на наличие повышенной чувствительности к кислороду.