Про дыхание. Философско-физиологическое. Часть 5. Клетка: тканевая гипоксия.

sovenok101 — 25.08.2019 Теперь ныряем в клетку.

Помним, что основные процессы клеточного дыхания это гликолиз -цикл Кребса -дыхательная цепь - 12H2O + 34 АТФ (из одной молекулы глюкозы).

Что здесь можно нарушить? Массу всего.

Самое очевидное -в клетке может закончиться глюкоза.
Причин масса и самая простая -диабет. В крови глюкоза зашкаливает (самое большое, что я видела -70 ммоль на литр при норме до 6), а в клетку не попадает -или из-за отсутствия инсулина, или из-за поломки рецепторов к нему. Что будет делать клетка? Вспомнит, что есть и другие источники субстратов для цикла Кребса, например, жирные кислоты. Проблема в том, что окисление жирных кислот процесс трудоемкий и не все клетки это умеют. Например, этого не умеют нервные клетки -понятно, почему они страдают первыми? Но организм вещь целостная и когда звучит сигнал: вставай, липолиз!-печень берет этот процесс на себя, окисляя жирные кислоты до уксусной кислоты и переводя последнюю в транспортную форму – кетоновые тела (ацетоацетат, 3-гидроксибутират и ацетон). Они доставляются к голодающим клеткам и там в виде ацетил-кофермента А запускаются в цикл Кребса. В крови при этом падает рН (кетоновые тела имеют кислую реакцию). А дыхание пациента приобретает стойкий запах ацетона.
Примерно так же выглядит длительное голодание, а еще запой. Только в крови глюкоза, естественно, будет низкая. В последнем случае механизм следующий: алкоголь тормозит синтез гликогена в печени, так что гипогликемия чаще развивается после длительного запоя и очень плохо коррегируется. Как-то был пациент, которому непрерывно вливали 40% глюкозу в течение трех дней. Как только инфузия прекращалась, глюкоза падала ниже единицы и начинались судороги. А через три дня всё прошло. Печень заработала.
Еще причиной тяжелой гипогликемии может быть специфичная опухоль поджелудочной железы, инсулинома. Ну и передозировка сахароснижающих препаратов, естественно. Интересно, кстати: мало инсулина -клетки голодают от отсутствия глюкозы, много -в сущности, происходит то же самое (поначалу, естественно, глюкозы в клетке много, но очень быстро запасы истощаются). Только лечение другое.

Лечится диабет, естественно, инсулином. Ещё инфузией жидкости, так как при повышении глюкозы в крови развивается осмотический диурез -почки выделяют большое количество мочи. До 10-15 литров в сутки. А чтобы затормозить липолиз и следующий за ним кетоацидоз, при относительно невысоких цифрах глюкозы в крови вводим...глюкозу с инсулином и с калием (но про электролиты нужно затевать отдельный разговор).

Любая же гипогликемия лечится введением глюкозы, что вполне логично. Чем быстрее эту глюкозу ввести, тем менее пострадает головной мозг, его клетки в этой ситуации самые беззащитные. Самое простое, кстати, если вы не медик в больнице, это дать выпить любого фруктового сока. Ну а если нет сока -то, что есть: конфету, сахар, что найдете.
Да, по поводу изменений газов крови, сами понимаете: с кислородом будет все прекрасно, а вот рСО2 упадет. Механизм простой: кетоновые тела снижают рН, дыхательный центр возмущается и начинается одышка. Ещё одна картинка, показывающая, как дыхательный центр реагирует на рН: был пациент с кетоацидозом, который при обычном лечении (инсулин, быстрая инфузия растворов, в том числе, глюкозы) задыхался так, что рСО2 в вене падало до 7. Стоило же начать инфузию соды (бикарбоната натрия), как одышка прекращалась и рСО2 возвращалась к норме. Заканчивалась инфузия -возобновлялась одышка. И так почти 2 литра соды. В итоге, всё обошлось, даже без ИВЛ, но запомнилось.

Про диабет я могу рассказывать бесконечно, но нас ждут не менее интересные проблемы.

Дыхательную цепь можно заблокировать.
Цианиды
Агата Кристи: великосветская тусовка, жертва радостно выпивает бокал с коктейлем и падает замертво. Склонившийся над ним детектив (случайно проходил мимо) ощущает запах миндаля...
Из всей разнородной группы цианидов быстродействующими ядами являются растворимые цианиды щелочных металлов (калия и натрия), свободный цианистый водород (синильная кислота), дициан, галоидоцианы и некоторые другие производные.
Цианиды угнетают окислительно-восстановительные процессы в тканях, нарушая последний этап передачи протонов и электронов цепью дыхательных ферментов от окисляемых субстратов на кислород. Конкретная мишень -компонент дыхательной цепи цитохромоксидаза. Соединившись с цианидом, цитохромоксидаза утрачивает способность переносить электроны на молекулярный кислород. Соответственно блокируется вся дыхательная цепь и развивается тканевая гипоксия. Кислород с артериальной кровью доставляется к тканям в достаточном количестве, но ими не усваивается и переходит в неизмененном виде в венозное русло. При анализе газов крови будет много кислорода во всех видах, а большое количества лактата, который выделяют задыхающиеся клетки, обрушивают рН и приводит в неистовство дыхательный центр, так что возникает одышка и падает рСО2. Если успевает, естественно.

Однако шансы на спасение у жертвы, как ни странно, неплохие. Если, конечно, герои детектива хоть немного разбираются в химии и физиологии.
Есть три основных класса антидотов. Первый - глюкоза, необратимо связывающая цианиды в нетоксичные циангидрины. Вот почему химикам, работающим с цианидами, рекомендуют держать под языком кусочек сахара или леденец. Это, конечно, только дополнение к обычным средствам безопасности: перчаткам, тяге, защитной маске. К цианидам более устойчивы диабетики, поскольку уровень сахара в их крови выше. Одно из немногих преимуществ диабета, между прочим!
Другой антидот, тиосульфат натрия, реагирует с цианидами, превращая их в безвредные роданиды.
Но особенно интересна третья группа антидотов - вещества, превращающие гемоглобин крови в метгемоглобин. Он не способен переносить кислород, но зато быстро связывает цианиды с образованием цианметгемоглобина, который впоследствии выводится из организма. К этой группе относятся некоторые красители (например, метиленовый синий -помните? такая полезная вещь, а в РФ не зарегистрирован!), органические и неорганические нитриты -да здравствуют овощи из не-органических магазинов!
Метгемоглобинобразователи наиболее эффективны из всех антидотов, так как действуют быстрее других, но в то же время они и опасны сами по себе. Что бывает при их передозировке -читай предыдущую часть. Кроме того, реакция образования цианметгемоглобина обратима, и со временем часть цианида будет высвобождаться обратно. Поэтому эти вещества вводят в сочетании с антидотами других групп.

В любом случае, если герой подозревает, что его хотят отравить, пусть держит под рукой аптечку с раствором глюкозы и парой ампул амилнитрита, в крайнем случае сойдет и нитроглицерин. (И то и другое - сильные и быстродействующие метгемоглобинобразователи.) Кстати, интересная история с неудачным отравлением Григория Распутина в 1916 году. Травили Распутина цианистым калием, подмешанным в кремовые пирожные и портвейн. Иначе говоря, давали ему яд вместе с антидотом, и цианид незамедлительно инактивировался, вступив в реакцию с сахаром.
Все эти любопытные сведения о цианидах взяты отсюда:http://www.chem.msu.su/rus/journals/chemlife/cianid.html

Можно нарушить синтез АТФ
Разобщители тканевого дыхания
Известны вещества, способные разобщать процессы биологического окисления и фосфорилирования. Они уничтожают градиент протонов на мембране митохондрий, что делает невозможным синтез АТФ. Наиболее известными и широко используемыми в хозяйственной деятельности являются 2,4-динитрофенол (ДНФ), динитро-о-крезол (ДНОК), пентахлорфенол. При авариях на промышленных объектах и других чрезвычайных ситуациях эти вещества могут стать причиной массового поражения людей.
В результате их действия значительно активируются процессы биологического окисления и потребления кислорода тканями, однако содержание АТФ и других макроэргов в клетках при этом снижается. Образующаяся в ходе окисления субстратов энергия рассеивается в форме тепла, температура тела отравленного резко повышается, что является характерным признаком острого отравления этой группой веществ.
Специфические противоядия отсутствуют. Просто поддерживаем организм чем можем, пока эта пакость его не покинет.

Ну и последняя страшилка: процесс аэробного клеточного дыхания можно просто истощить

Злокачественная гипертермия
Тяжелая наследственная пакость, кошмар любого анестезиолога. При введении в процессе наркоза триггерных агентов (обычно это галогеносодержащие анестетики, сукцинилхолин и некоторые стероидные миорелаксанты) нарушается функция кальциевых каналов саркоплазматического ретикулума скелетных мышц, и ионизированный кальций накапливается в цитоплазме. Концентрация кальция может возрасти в восемь раз по сравнению с нормой. Внутриклеточный Са2+ образует стабильный актин-миозиновый комплекс (читай: актин не может отсоединиться от миозина, миофибрилла удлиниться, а мышца расслабиться), что вызывает патологическое мышечное сокращение. Длительное мышечное сокращение требует постоянного потребления энергии, то бишь АТФ. Результатом возросшего метаболизма является повышенное потребление кислорода и повышенное образование СО2 и тепла. Истощение аэробного пути получения энергии запускает анаэробный метаболизм, что приводит к накоплению лактата и метаболическому ацидозу. Дальше мышечные волокна гибнут, что приводит к гиперкалиемии, гиперкальциемии, миоглобинурии и повышению уровня креатинфосфокиназы в крови.
Самым ранним симптомом развивающейся злокачественной гипертензии является быстрый рост рСО2 в вене и выдыхаемом воздухе, снижение РО2 в вене и смешанный ацидоз (лактат-ацидоз + дыхательный ацидоз вследствие накопления СО2 и бикарбоната).
Выраженность мышечной ригидности может быть различная, от умеренной неподатливости до генерализованной мышечной контрактуры. Курареподобные миорелаксанты мышечную ригидность не купируют.
Летальность злокачественной гипертензии до 80%. Антидот -дантролен (некурареподобный миорелаксант, замедляет высвобождение ионов кальция из саркоплазматического ретикулума, в результате чего угнетается сократимость мышечных волокон и устраняется гиперметаболизм мышечной клетки) в РФ не зарегистрирован. Если злокачественная гипертермия развивается в российской операционной, анестезиолог идет стреляться.

Итак, мы достаточно бегло просмотрели судьбу кислорода и углекислого газа при различных вариантах нарушения дыхания -от внешнего до клеточного.
За что люблю свою специальность: пульмонолог, увидев пациента с одышкой, задумается о легких, эндокринолог -об уровне глюкозы, кардиолог -о сердце, а реаниматолог мысленно разворачивает перед собой весь этот путь и прежде всего задается вопросом: а как там поживают клетки? Всего ли им хватает для счастья спокойной жизни? Чем не доволен дыхательный центр?
Да, кстати, мы совсем не обсуждали нарушения в самом дыхательном центре. Но это тема для совсем отдельного разговора.

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив