Молекулярные и физиологические механизмы развития гипоксии при бронхиальной астме

Для измерения использовали цельную кровь.

Перед работой анализатора проводили проверку уровней каждого реагента. Запуск пробы:

1) перед измерением несколько раз аккуратно перемешивали пробирку с образцом крови

2) снимали крышку с пробирки

3) помещали пробирку в роторе пробоотборника

4) нажимали кнопку ПУСК.

Далее анализатор все делал автоматически. Когда измерительный цикл завершался, результаты появлялись на дисплее и печатались.

2.5 Исследование функции внешнего дыхания (ФВД) методом спирометрии

Спирометрия - это вентиляционный тест, который проводят для диагностики состояния дыхательной системы.

Исследование функции внешнего дыхания проводили на компьютерном спирометре Cardio Point-Spiro BTL (BTL Великобритания/Чехия). (рис. 5)

рис. 5 Компьютерный спирометр Cardio Point-Spiro BTL

Компьютерный спирометр Cardio Point-Spiro BTL измеряет параметры, как спокойного дыхания пациента, так и ряда показателей, получаемых при форсированных дыхательных маневрах. Обработка данных проводится на компьютере, что позволяет проанализировать объемно-скоростные параметры выдоха пациента, установить объем легких, объем вдоха и выдоха, а также провести мультифакторный анализ полученных параметров и с достаточно высокой достоверностью установить характер и вероятную причину нарушения дыхания.

Измерения функции внешнего дыхания производились на компьютерном спирометре. Спирометрия начиналась с проверки условий окружающей среды (температура в помещении, влажность, атмосферное давление) и внесения этих данных в спирометр. После этого вносили паспортные данные пациента с обязательным указанием возраста, пола, роста, веса, расы, согласно которым были определены должные величины для каждого конкретного пациента, каждый пациент обеспечивался индивидуальным одноразовым мундштуком, пациенту зажимали нос специальном зажимом, далее он плотно охватывал загубник губами (при этом следили, чтобы на протяжении исследования не было протекания воздуха в углах рта, чтобы исследуемый не дышал через нос) и дышал через рот спокойно и равномерно, не глубоко, как обычно (исследовался дыхательный объем). После того, как дыхание становилось равномерным ( после 4-5 дыханий), переходили к выполнению маневра исследования жизненной емкости легких (ЖЕЛ), то есть того показателя, которое показывает какое количества воздуха человек может максимально вдохнуть или выдохнуть от уровня максимально глубокого выдоха или вдоха. Пациента предупреждали, чтобы он приготовился максимально глубоко вдохнуть и затем максимально глубоко выдохнуть, далее продолжал дышать как обычно. После исследования ЖЕЛ переходили к следующему маневру - форсированной спирометрии, при которой определялись ФЖЕЛ и скоростные показатели (ОФВ1 и др.). Пациент дышал равномерно, спокойно. Затем он глубокий выдох, потом быстрый и максимальный глубокий вдох и сразу же максимально сильный выдох. Продолжительность выдоха должна быть не менее 6 с или до достижения плато на кривой выдоха. Затем пациент делал сильный глубокий вдох. Маневр завершен. Полученные результаты распечатывались.

3. Результаты и их обсуждение

3.1 Результаты исследования

В ходе исследования были поставлены задачи: проанализировать патофизиологические механизмы развития гипоксии в газовом составе артериальной крови при бронхиальной астме, для этого всем пациентам проводилось обследование, включавшее определение газового состава артериальной крови и клинический анализ крови с подсчетом лейкоцитарной формулы; а также выявить нарушения функции дыхательной системы и развитие гипоксии, для решения этой задачи использовался метод спирометрии, исследовали функцию внешнего дыхания.

Согласно полученным данным клинико-функциональная характеристика пациентов представлена в таблице 6.

Таблица 6

Клиническая характеристика пациентов, включенных в исследование

Примечание «*» среднее количество симптомов в сутки по данным за последнее время

Клиническая характеристика у мужчин и женщин была аналогичной. Ведущим симптомом у всех пациентов был приступ удушья с нарастанием одышки и кашля или свистящих хрипов. В период обследования частота симптомов астмы была незначительна выше в группе женщин.

По данным исследования определения газового состава крови у всех пациентов была установлена недостаточность газообмена в легких вследствие вентиляционно -перфузионных нарушений, это выражается в увеличении парциального давления PСО2 > 1 и снижении PO2 < 2,5 от нормы, что приводит к развитию гипоксемии и гиперкапнии.

Известно, что для всех форм дыхательной недостаточности характерна гипоксия, а для части из них - гипоксия в сочетании с гиперкапнией (избыток углекислоты) или гипокапнией (недостаток кислорода). Следовательно, что независимо от этиологии и патогенеза дыхательной недостаточности ее конечные физиологические механизмы связаны с действием гипоксии, респираторного ацидоза или алкалоза.

В результате снижения объема дыхания в крови парциальное давление кислорода незначительно понижено у мужчин и значительно ниже у женщин, уменьшение pH крови 7,32 ±0,02 и у мужчин, и у женщин, а также повышение парциального давления углекислого газа, что подтверждает дыхательный ацидоз. При этом состоянии кровь имеет кислую реакцию, вызванную повышением в ней концентрации углекислого газа вследствие недостаточной функции легких или расстройств дыхания.

Количество углекислого газа в крови определяется частотой и глубиной дыхания. В норме, если растет содержание углекислого газа, pH крови снижается и реакция крови становится кислой. Высокое содержание углекислого газа в крови стимулирует отделы мозга, регулирующие дыхание, которые в свою очередь стимулируют более быстрое и глубокое дыхание.

Исследование газов крови позволило дифференцировать вид дыхательной недостаточности по физиологическому механизму:

Гипоксическая(дыхательная) -патологическое состояние, при котором система внешнего дыхания не обеспечивает нормального газового состава крови, либо он обеспечивается только повышенной работой дыхания, проявляющейся одышкой.

Причина развития дыхательной гипоксии - нарушение оксигенации крови в легких, что может быть следствием недостаточной вентиляции, перфузии или диффузии.

Изменения газового состава и рН крови при гипоксии определяются доминирующими расстройствами механизмов транспорта и утилизации кислорода, субстратов обмена веществ, а также процессов биологического окисления в разных тканях. Характер изменений при этом может быть разным и весьма динамичным.

Артериальная кровь пациентов больных бронхиальной астмой была проанализирована с помощью клинического анализа крови с подсчетом лейкоцитарной формулы (таблица 7)

Таблица 7

Клинический анализ крови норма и результаты

При исследовании артериальной крови пациентов (таблица 7) выявлено умеренное увеличение СОЭ: 13±2 мм/ч у мужчин и 18 ±3 мм/ч у женщин, и повышение числа эозинофилов в среднем на 25-30% от нормы, что свидетельствует о периоде обострения бронхиальной астмы.

Известно, что характерным признаком бронхиальной астмы в клиническом анализе крови является эозинофилия-- повышение числа эозинофилов. Более выражена эозинофилия при частых приступах астмы. В ряде случаев эозинофилия наблюдается только перед приступом, после приступа и в ремиссию эозинофилия может отсутствовать. Большое количество эозинофилов является маркером аллергических процессов, помимо этого отсутствие признаков воспаления и интоксикации было важным для дифференциальной диагностики астмы. Высокие показатели гемоглобина у мужчин 165 ± 6 г/л и у женщин 145 ± 5 г/л от нормы, а также повышение эритроцитов на 20% от нормы появляются при развитии недостаточности внешнего дыхания.

Функция внешнего дыхания (ФВД) была проанализирована методом спирометрии. Исследование функции внешнего дыхания представлены в таблице 8.

Таблица 8

Результаты исследования функции внешнего дыхания

Согласно полученным данным (таблица 8), в период обострения бронхиальной астмы, степень нарушения функции внешнего дыхания была обусловлена обратимой обструкцией дыхательных путей, что проявляется в первую очередь снижением объема форсированного выдоха за 1 секунду (ОФВ1) и пиковой объемной скорость выдоха (ПОС).

В ходе исследования функции внешнего дыхания функциональные показатели проходимости бронхов у мужчин - ЖЕЛ 70,0 ± 12,5%, ФЖЕЛ 67,4 ± 9,5%, ОФВ1 57,8 ± 11,0%, ПОС 45,7 ± 6,3% от нормы, эти же показатели были незначительно ниже в группе женщин (см. таблицу 8). Анализ данных показателей выявил умеренное нарушение бронхиальной проходимости по типу обструкции.

3.2 Обсуждение результатов исследования

При бронхиальной астме среднетяжелого течения, особенно сопровождающейся постоянным кашлем и приступом удушья с нарастанием одышки, наблюдалась преимущественная обструкция мелких бронхов.

Во время приступа бронхиальной астмы ОФВ1 и ПОС снижались пропорционально степени обструкции бронхов, улучшение состояния сопровождалось постепенной нормализацией этих показаний. Более быстрая нормализация свидетельствовала о том, что обструкция крупных бронхов больше поддается лечению, чем обструкция мелких бронхов. Обструкция мелких бронхов часто связана с отеком и закупоркой слизистыми пробками, поэтому она требует более длительного лечения.

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) снижалась во время приступов, а также при длительном течении бронхиальной астмы. Снижение ЖЕЛ обусловлено эффектом воздушной ловушки. Эффект воздушной ловушки и увеличения сопротивления дыхательных путей привело к перерастяжением легких. Оно носит компенсаторный характер, поскольку сопровождается увеличением диаметра бронхов. Однако при возрастании объема электрическая тяга легких и подвижность диафрагмы снижались, что приводило к повышению работы дыхания. После длительного приступа бронхиальной астмы легочные объемы восстанавливались медленно. В некоторых случаях лечения бронхиальной астмы приводило к субъективному улучшению без выраженного увеличения ОФВ1.

Таким образом, у обследованных пациентов, несмотря на патологические изменения, связанные с наличием бронхообструктивного синдрома, аппарат внешнего дыхания работает без наличия функциональных резервов.

У больных с бронхиальной астмой установлено достоверное повышение числа эозинофилов и умеренное увеличение СОЭ, что свидетельствует о периоде обострения заболевания, а также высокие показатели гемоглобина и эритроцитов в крови.

Кровь в организме выполняет множество функций. Одной из главных является транспортировка кислорода и углекислого газа. Таким образом, кровь является важным звеном в дыхательной системе, связывающим непосредственно органы дыхания с другими тканями организма. В крови перенос кислорода осуществляется эритроцитами. Это красные кровяные тельца, содержащие гемоглобин. Попадая в капиллярную сеть легких, они принимают участие в процессе газообмена с воздухом, содержащимся в альвеолах. Непосредственно перенос газов через мембрану осуществляется набором специальных ферментов. На вдохе гемоглобин связывает атомы кислорода, превращаясь в оксигемоглобин. Это вещество обладает ярко-красным цветом. После этого эритроциты переносятся к различным органам и тканям. Там в живых клетках оксигемоглобин отдает кислород и связывается с углекислым газом. Образуется соединение под названием карбоксигемоглобин. Он транспортирует углекислый газ к легким. Там соединение распадается, и углекислый газ выделяется с выдыхаемым воздухом.

Таким образом, в развитии дыхательной гипоксии кровь тоже играет определенную роль. Например, количество эритроцитов и гемоглобина напрямую влияет на то, сколько кислорода может связать определенный объем крови. Этот показатель называется кислородной емкостью крови. Чем сильнее падает уровень эритроцитов и гемоглобина, тем быстрее развивается дыхательная гипоксия. Кровь попросту не успевает поставить нужное количество кислорода к тканям. Существует ряд физиологических показателей, которые отражают транспортные функции крови. Их определение важно для диагностики дыхательной гипоксии.

Газовый состав антериальной крови характеризовал эффективность легких, как газообменного прибора и позволил более объективно оценить тяжесть развития и обострения заболевания.

Как известно, изменение функциональной активности дыхательного центра происходит под действием потока афферентной импульсации, исходящей от специальных хеморецепторов каротидного тельца, расположенного в области бифуркации сонной артерии, а также от хеморецепторов вентрального отдела продолговатого мозга. Гломусные клетки каротидного тельца чувствительны к снижению РаО2, повышению РаСО2 и концентрации ионов водорода (Н+), а хеморецепторы продолговатого мозга - только к повышению РаСО2 и концентрации водородных ионов (Н+).

Дыхательный центр, воспринимая афферентную импульсацию от этих хеморецепторов, постоянно контролирует наличие (или отсутствие) гипоксемии и гиперкапнии, и в соответствии с этим регулирует интенсивность потока эфферентных импульсов, направляющихся к дыхательным мышцам. Чем сильнее выражены гиперкапния, гипоксемия и изменения рН крови, тем больше оказываются глубина и частота дыхания и тем выше минутный объем дыхания и больше вероятность появления одышки.

Известно, что основным стимулом дыхательного центра, реагирующего на изменение газового состава крови, является повышение РаСО2 (гиперкапния); стимуляция дыхательного центра приводит к увеличению глубины и частоты дыхания и к возрастанию минутного объема дыхания. Скорость увеличения этого дыхания при повышении РаСО2 существенно возрастает па фоне одновременного снижения парциального давления О2 в артериальной крови. Наоборот, снижение РаСО2 ниже 30-35 мм рт. ст. (гипокапния) приводит к уменьшению афферентной импульсации, снижению активности дыхательного центра и уменьшению минутного объема дыхания. Причем критическое падение РаСО2 может сопровождаться апноэ (временной остановкой дыхания).

Чувствительность дыхательного центра к гипоксемической стимуляции хеморецепторов каротидной зоны ниже. При нормальном РаСО2 в крови минутный объем дыхания начинает заметно увеличиваться только при снижении РаО2 до уровня менее 60 мм рт. ст., т.е. при выраженной дыхательной недостаточности. Увеличение объема дыхания при развитии гипоксемии происходит в основном путем повышения частоты дыхательных движений (тахипноэ).

Следует добавить, что изменения рН артериальной крови влияют на дыхательный центр аналогично колебаниям значений РаСО2: при уменьшении рН менее 7,35 (дыхательный или метаболический ацидоз) возникает гипервентиляция легких и возрастает минутный объем дыхания.

В результате обусловленных изменением газового состава крови увеличения глубины и частоты дыхания происходит раздражение рецепторов растяжения и ирритантных рецепторов трахеи и бронхов, реагирующих на быстрое увеличение объемной скорости потока воздуха, а также проприорецепторов дыхательных мышц, чувствительных к повышению легочного сопротивления. Поток афферентных импульсов от этих и других рецепторов достигает не только дыхательного центра, но и коры головного мозга, в связи с чем у больных появляются ощущения дыхательного дискомфорта, затруднения дыхания, одышки.

У обследуемых пациентов с бронхиальной астмой средне-тяжелого течения были выявлены достоверные признаки хронической дыхательной гипоксии и дифференцирован синдром бронхиальной обструкции и нарушения дыхания. Таким образом, полученные данные позволяют определить новые принципы лечения и диагностики при иных вариантах течения этого заболевания.

Заключение

Гипоксия - это типовой патологический процесс, возникающий вследствие кислородного голодания клеток и ведущий к деструктивным изменениям в тканях.

Гипоксия возникает или за счет нарушения доставки кислорода к тканям или в результате нарушений его утилизации дыхательными системами клеток.

Умеренная гипоксия порождает нормальную адаптивную физиологическую реакцию организма и является одним из важнейших стимулов его развития. напротив, при тяжелой гипоксии адаптивные реакции мене выражены, преобладают глубокие диструктивные изменения. Именно тяжелая гипоксия является тем патогенным фактором, который может играть важную роль в развитии повреждения при многих заболеваниях, особенно при таких, как бронхиальная астма. Установлено, что у больных бронхиальной астмой в результате формирования бронхообструктивного синдрома и нарушения бронхиальной проходимости снижается насыщение кислородом крови. При устоявшейся гипоксемии в периферической крови нарушается кислотно-щелочной баланс, а в эритроцитах периферической крови снижается оксигенация гемоглобина. Это формирует нарушение тканевого метаболизма, так как к клеткам тканей доставляется кровь с низким содержанием кислорода. Изменяется строение слизистой оболочки бронхов. Развитие гипоксии при бронхиальной астме происходит в три процесса: бронхоспазм, утолщение стенки и закупорка бронхов, которые вызывают различную степень обструкции, эти процессы являются основными молекулярными и физиологическими механизмами при дыхательной гипоксии.

Данные процессы поддерживает тяжелое течение бронхиальной астмы. В настоящее время на основании большого количества полученных показателей разработана экспертная система оценки состояния организма больных бронхиальной астмой, позволяющая осуществить комплексный анализ состояния больных, провести индивидуальную диагностику и определить эффективность проводимого лечения.

Выводы

1. Патогенез молекулярных и физиологических механизмов развития гипоксии при бронхиальной астме заключается в аллергической предрасположенности, иммунологических повреждениях различных типов, нарушения адренергической и холинергической регуляций, и в гиперреактивности дыхательных путей, респираторных симптомах и вариабельной бронхиальной обструкцией. Таким образом были изучены современные представления, описывающие проблему исследования.

2 .Основными молекулярными и физиологическими механизмами развития гипоксии при бронхиальной астме являются три процесса: бронхоспазм, утолщение стенки и закупорка бронхов, которые вызывают различную степень обструкции.

3 .Патофизиологическими механизмами развития гипоксии в газовом составе артериальной крови при бронхиальной астме явились: снижение парциального давления кислорода, уменьшение pH крови и повышение парциального давления углекислого газа, что характеризовало эффективность легких и позволило более объективно оценить тяжесть развития и обострения заболевания.

4. В функционировании дыхательной системы было выявлено нарушение бронхиальной проходимости по типу обструкции, что обусловлено снижением объема форсированного выдоха за 1 секунду(ОФВ1) и пиковой объемной скоростью выдоха(ПОС).

Список литературы

1. Адо А.Д. Патофизиология бронхиальной астмы // Новые аспекты бронхиальной астмы. М. 2008. С. 46.

2. Борухов С.А. Конструктивное действие гипоксии, гипоксия и геном // Гипоксия: деструктивное и конструктивное действие. Киев-Терскол.2013. С. 229-230.

3. Бэрнс П. Бронхиальная астма. М. 2008.125 с.

4. Баур К. Бронхиальная астма и хроническая обструктивная болезнь лёгких / Баур К., Прейссер А.; пер. с нем. под ред. И. В. Лещенко. М.: ГЭОТАР- Медиа, 2010. 192 с.

5. Ван Лир Э., Стикней К. Гипоксия. М.: Медицина. 2010. 367 с.

6. Вторичная тканевая гипоксия / Под ред. А.З. Колчинской. К.: Наукова думка, 2007. 256 с.

7. Возрастная физиология. Руководство по физиологии. Санкт-Петербург: Наука. 2003. С Л 91-194.

8. Гитун Т. В. Лечение бронхиальной астмы: Новейшие медицинские методики. Рипол Классик, 2010. 64 с.

9. Гольдберг Е. Д. Гипоксия и система крови / Гольдберг Е. Д., Дыгай А. М., Зюзьков Г. Н. ; РАМН, ГУНИИ фарм. ТНЦ СО РАМН. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2006. 140 с.: ил.

10 .Глобальная стратегия лечения и профилактики бронхиальной астмы (GINА): Пересмотр 2002 г.: пер. с англ. М. 2002. 160 с.

11 .Долгих В. Т. Патофизиология обмена веществ: (избр. лекции) / Долгих В. Т. 3-е изд., перераб. и доп.. М.: Мед. кн. ; Н. Новгород: Изд-во НГМА, 2013. 153 с. Учебная литература для студентов медицинских вузов. Все факультеты.

12 .Ельский В.Н., Бородин А.Д., Бондаренко H.H., Ельский A.B. Патогенетические механизмы коррекции адаптации к гипоксии // Гипоксия. Механизмы. Адаптация. Коррекция. Москва. 2009. С. 26-21.

13 .Иммунологические аспекты бронхиальной астмы // Под ред. Гургенидзе Г.В. 2008. 112 с.

14 .Клинические аспекты гипоксии: Сб. тр. / Под ред. В.Е.Гречко. М. 2009. С. 45-61.

15 .Коваленко Е.А. Современные проблемы патогенеза гипоксии // Актуальные проблемы гипоксии. Москва- Нальчик. 2012. С. 5-12.

16 .Лукьянова Л.Д. Современные проблемы экспериментальной и клинической гипоксии // Гипоксия. Механизмы. Адаптация. Коррекция, Материалы 2 Всероссийской конференции. Москва.2009. С. 26-27.

17 .Лукьянова Л.Д. Современные проблемы гипоксии //Вестник РАМН. 2010. №1.

18 .Намазова Jl.С., Огородова JI.M., Геппе Н.А. Бронхиальная астма // Лечащий врач. 2006. № 4. С. 10.

19 .Немировская И.Н. Особенности структурной перестройки легких при гипоксии // Патология. Гродно,- 2006. С. 18-19.

20 .Национальная программа “Бронхиальная астма. Стратегия лечения и профилактика”. Москва, 2003, 90 с.

21 .Миррахимов М.М., Успенская Е.П., Федосеев Г.Б. Бронхиальная астма и ее лечение гипобарической гипоксией. Медицина Л. 2008. 198 с.

22 .Позхаров В.П. Нарушение (расстройство) механизма дыхания и газообмена при гипоксии // Тез. докл. I конгр. Междунар. общества патофизиологов. M. 2011. С. 315.

23 .Пульмонология: национальное руководство / Под ред. А. Г. Чучалина. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2014. 824 с.

24 .Серебровская Т.В. Индивидуальные особенности физиологических и биохимических механизмов адаптации к гипоксии // Тез. докл. I конгр. Междунар. общества патофизиологов. М. 2011. С. 320.

25 .Физиология дыхания: Руководство по физиологии. Л.: Наука. 2006. 342 с. 26.Физиология человека в условиях высокогорья / Под ред. О.Г. Газенко. М.

2007. 520 с.

27 .Цой А.Н., Архипов В.В. Бронхиальная астма: новые решения. М.: Мед. информ. Агентство. 2007. С. 72.

28 .Чучалин А.Г., Цой А.Н., Архипов В.В., Гавришина Е.А. Бронхиальная астма в России: результаты национального исследования качества медицинской помощи больным бронхиальной астмой // Пульмонология. 2006. № 6. С. 94.

29 .Чучалин А.Г., Балаболкин И.И., Ковзель Е.Ф., Шогенова MC. Хроническая обструктивная болезнь легких и сопутствующие заболевания // Пульмонология 2009. № 2. С. 5-14.

30 .Шпектор В.А. Гипоксия. /Шпектор В.А. // Вестник интенсивной терапии. 2007. №1. С. 12-15.

31 .Электронный научный портал Мед-терапия. http://med-therapia.ru/ 32.Информационный портал Здоровье Info. http://zdorovieinfo.ru/bolezni/bronhialnaya_astma/.

33 .Карпенко П.В., Немеров Е.В. Исследование ритма дыхания у больных бронхиальной астмой во время ночного сна [Электронный ресурс] - Режим доступа http://www.scienceforum.ru/2014/482/2949. Дата обращения: 25.04.2016.

34 .Борукаева И.Х. Диссертации по медицине / Патологическая физиология/ Патофизиологическое обоснование применения интервальной гипоксической тренировки и энтеральной оксигенотерапии при бронхиальной астме [Электронный ресурс] - Режим доступа http://medical- diss.com/medicina/patofiziologicheskoe-obosnovanie-primeneniya-intervalnoy-gipoksicheskoy-trenirovki-i-enteralnoy-oksigenoterapii-pri-bronh/ Дата обращения: 25.04.2016.

35 .Луценко М.Т., Надточий Е.В. Морфофункциональная характеристика слизистой бронхов при бронхиальной астме на фоне гипоксии // Бюл. фи- зиол. и патол. дыхания. 2008. Вып.28. С.38-43. [Электронный ресурс] - Режим доступа http://cyberleninka.ru/article/n/morfofunktsionalnye-izmeneniya- v-eritrotsitah-perifericheskoy-krovi-pri-gipoksii-u-bolnyh-s-bronhialnoy-astmoy Дата обращения: 25.04.2016.

Размещено на Allbest.ru