Поскольку в основе явлений гипоксии лежит несоответствие между величинами кислородного запроса организма и способностью транспортных систем в его удовлетворении, общие реакции организма на гипоксию могут иметь двоякую направленность: а) включение физиологических механизмов, увеличивающих доставку кислорода тканям и б) приспособление самих тканей к существованию в бедной кислородом среде или ограничение кислородного запроса путем снижения жизнедеятельности организма или отдельных его систем. Такая схема физиологических изменений позволяет разделить все случаи приспособлений к недостатку кислорода на реактивный тип приспособления, связанный с увеличением транспорта кислорода тканям, и тканевой тип, связанный с приспособлением к недостатку кислорода тканей тела (Campbell, 1926—1927, 1927а, 1927; Барбашова, 1941, 1960; Гинецинский и Барбашова, 1942, 1945; Ольнянская, 1950; Слоним, 1952; Филатова, 1957, и др.).
Физиологическое влияние высоты на организм складывается из уменьшения парциального давления кислорода (вследствие снижения общего барометрического давления с высотой) и понижения температуры окружающей среды. Кроме того, на больших высотах значительную роль играет и ультрафиолетовая солнечная радиация, на равнине в значительной мере задерживаемая атмосферой и изменяющая чувствительность организма к гипоксии.
Длительное пребывание в условиях недостатка кислорода вызывает значительные изменения дыхания. Из морфологических изменений следует указать на увеличение размеров грудной клетки. Последнее установлено для человека, постоянно живущего на высотах (Forbes, 1870,
1875; Jourdanet, 1875; Третьяков, 1895, 1897; Barcroft a. oth., 1923). Эти морфологические изменения сопровождаются значительным углублением дыхания и возрастанием общей величины легочной вентиляции. Последнее очень четко выявляется у человека при подъеме с равнины на высоту.
Увеличение глубины и отчасти частоты дыхания приводит к возрастанию величины так называемой альвеолярной вентиляции, в результате чего в альвеолах поддерживается более низкое парциальное давление СО2. Последнее является фактором, снижающим возбуждение дыхательного центра. Недостаток углекислоты в альвеолярном воздухе и в крови приводит к акапнии, т. е. к состоянию, когда легочная вентиляция, вследствие снижения возбуждения дыхательного центра, не возрастает, несмотря на развивающиеся явления кислородного голодания. При этом вследствие понижения содержания СО2 в крови ухудшаются условия снабжения тканей кислородом из-за уменьшения степени диссоциации оксигемоглобина. Чувствительность к акапнии у разных организмов весьма сильно различается. Так, у человека акапния быстро приводит к появлению кислородного голодания и горной болезни. У млекопитающих, обладающих механизмом полипноэ, всегда сопровождающимся значительным вымыванием углекислоты из альвеолярного воздуха и из крови, этого почти не наблюдается.
Изменение кровообращения при пребывании на высотах сводится к значительному увеличению объема выбрасываемой сердцем крови (минутного объема сердца), при этом учащается и пульс.
Некоторые считают отсутствие реакции со стороны сердечно-сосудистой системы в процессе приспособления к высотам благоприятным критерием акклиматизации.
Кровяное давление, как правило, в горах возрастает; то же наблюдается и в опытах в барокамерах. Однако во многих горных местностях (например, система Тянь-Шань) эти явления не наблюдаются, в Альпах и на Кавказе, напротив, они выражены очень ярко.
Яркие морфологические изменения наблюдаются в сердце. Впервые они были обнаружены у альпийской горной куропатки (Lagopus; Strohl, 1910) и выражаются в увеличении веса сердца и гипертрофии миокарда. Это подтверждено рядом дальнейших исследований у млекопитающих животных и птиц (Hesse, 1921; Машковцев, 1935; Шварц, 1959), а также у человека (Миррахимов, 1964).
Особое место в изменениях кровообращения занимают изменения кровообращения мозга. В процессе акклиматизации к высотам у крыс наблюдается стойкое (на 30—40%) увеличение содержания крови в мозге (Крепе и сотр., 1956). Кроме того, увеличивается кровоснабжение также печени и мышц, но эти изменения выражены менее ярко, чем увеличение кровообращения мозга.
Огромным количеством исследователей установлено, что в процессе акклиматизации к пребыванию в горах наблюдается увеличение содержания гемоглобина и эритроцитов в крови. Эти изменения в картине красной крови — следствие увеличения кроветворения, а при коротких воздействиях и перераспределения крови, благодаря чему наблюдается возрастание кислородной емкости всей циркулирующей крови. Усиленное кроветворение наступает вследствие раздражения костного мозга; перераспределение крови — благодаря опорожнению кровяных депо: селезенки, печени, сосудов кожи. В табл. 15 приведены некоторые полученные в работах разных авторов данные об изменении содержания эритроцитов в крови у разных животных в связи с пребыванием на высотах. Содержание эритроцитов и гемоглобина в крови определяет ее кислородную емкость. Кислородная емкость крови имеет огромное значение для экономного переноса кислорода, но ее величина не всегда определяет способность животного к существованию в условиях гипоксии.
Другой стороной дыхательной функции крови является характер диссоциации оксигемоглобина, определяющий особенности переноса кислорода из легких в ткани. Кривая диссоциации зависит, с одной стороны, от природных особенностей гемоглобина животного данного вида, а с другой, от среды, в которой происходит реакция окисления гемоглобина и восстановления его (рН плазмы, содержание СО2, содержание Сl в плазме). Кроме того, в последнее время к числу факторов, оказывающих влияние на кривую диссоциации оксигемоглобина, относят также интенсивность гликолиза в эритроцитах и расщепление в них же бикарбонатов карбоангидразой. Следовательно, эритроцит как физико-химическая система оказывает также значительное влияние на дыхательную функцию крови (Ван-Лир и Стикней, 1967).
Особенностям кривой диссоциации оксигемоглобина в приспособлении к высотам организма человека придавалось большое значение (Barcroft a. oth., 1923; Barcroft, 1925; Холден и Пристли, 1936; Барбашова, 1941). Эти авторы наблюдали у человека при восхождении в горы (а также у животных) сдвиги в положении кривой диссоциации. Кривая диссоциации оксигемоглобина зависит от содержания СО2 в крови, веса тела (интенсивности
метаболизма) и условий снабжения тканей кислородом (рис. 54).
На гиссарских овцах на высоте 3000 м н. у. м. не обнаружено изменений положения диссоциационной кривой (Барбашова и Гинецинский, 1942), также не наблюдалось изменений диссоциационной кривой у овец местной породы, а у равнинных овец прекос был сдвиг ее вправо (Избинский, Кезик, Черкович и Чукин, 1949).
То же имело место и у лошадей при подъеме в горы (Филатова, 1946а). Интересно, что эти сдвиги наблюдались только для цельной крови, а не для очищенного диализом гемоглобина. Однако у лошадей, которым производились систематические кровопускания, кривая диссоциации очищенного гемоглобина также сдвигалась вправо. Следовательно, при обильном новообразовании гемоглобина могут изменяться его природные свойства, что, несомненно, имеет место для гемоглобина животных различных видов, для гемоглобина плода и новорожденного. Сдвиг диссоциационной кривой, как и абсолютная величина (%) насыщения кислородом гемоглобина артериальной крови, не могут служить критериями устойчивости его к условиям высокогорья. Это показывают приводимые далее наблюдения на горных породах овец и многие наблюдения на человеке.
Сдвиг кривой диссоциации влево приводит к более полному насыщению кислородом крови, но в то же время затрудняет отдачу его тканям. Поэтому имеет значение не только абсолютное положение диссоциационной кривой НbО2, но и форма последней и ее конфигурация, определяющая положение точек зарядного и разрядного напряжения. Уровень потребления кислорода при гипоксии закономерно не изменяется. Большой материал, собранный исследователями на человеке, главным образом при восхождении в горы, а также экспериментальные исследования гипоксии на лабораторных животных позволяют утверждать, что постоянство кислородного запроса в условиях гипоксии сохраняется. Снижение потребления кислорода при высоких степенях гипоксии обычно вызывает накопление продуктов неполного окисления в организме и последующее возрастание потребления кислорода после возвращения к нормальным условиям дыхания (Giaja, 1938; Шик, 1939).
Способность удерживать потребление кислорода во время гипоксии на одном уровне рассматривается многими авторами (Крепе, Вержбинская, Ченыкаева, Чирковская, Гавурина, 1956) как приспособление к условиям кислородного голодания. Некоторые отмечают явление так называемого гипоксического парадокса, когда при недостатке кислорода кислородный запрос возрастает (Opitz u. Schneider, 1950). В основе лежит проявление действия гипоксии еще до того, как в клетках произойдут гипоксические изменения обмена. Потребление кислорода тканями остается на прежнем уровне или даже слегка повышается, в то время как организм дает отчетливые симптомы кислородного голодания вследствие понижающегося напряжения кислорода в крови и тканях.
Это явление объясняется двояко. Во-первых, рефлексы, вызывающие соответствующие компенсаторные реакции (увеличенное дыхание и кровообращение), возникают и развиваются при таком напряжении кислорода, которое еще не настолько низко, чтобы вызвать непосредственное нарушение аэробных процессов в клетках. Поэтому при наличии выраженного увеличения дыхания, кровообращения и других функций, характеризующих
определенную фазу гипоксии, потребление кислорода может несколько повышаться. Во-вторых, имеется и биохимический аспект этих сдвигов, так как сама по себе величина напряжения кислорода является важным условием деятельности различных ферментных систем. Известно, что при определенных условиях пониженное напряжение кислорода может вызвать усиление аэробного гликолиза без изменений в величине потребления кислорода. Реакцией, очень чувствительной к понижению напряжения кислорода, является, например, синтез ацетилхолина и некоторые другие биохимические процессы.
Низкая температура среды повышает требования организма к минимальному давлению кислорода, при котором могут в полной мере осуществляться окислительные процессы. Это зависит не от возрастания кислородного запроса, а от своеобразных изменений регуляции обмена гипоксии. Факт повышения устойчивости организма к гипоксии при высоких температурах среды и понижения при низких был установлен Е. А. Карташевским (1908) и детально изучен Н.А.Архангельской (1949а, 19496).
В исследованиях Н. А. Архангельской было установлено, что при понижении барометрического давления снижение газообмена у крыс зависит от того, при какой температуре они содержались до опыта. У животных, длительно содержавшихся при температурах среды б — 8° С, снижение обмена при гипоксии выражено при более высоком давлении О2, чем у содержавшихся при 26— 28° С.
На рисунке 54 видно, что уровень потребления кислорода у «холодных» крыс при всех изученных уровнях барометрического давления выше, чем у «теплых». Снижение барометрического давления вызывает у «холодных» крыс понижение потребления кислорода, начиная с давления, соответствующего 1000 м н. у. м., а у «теплых» крыс снижение обмена наступает на высоте 2500 м н. у. м. Следовательно, влияние оказывает не только температура среды, но и ее последействие.
Исследованиями югославского физиолога Джайя (Giaja, 1938, 1953, 1957) и его школы выявлены определенные зависимости между уровнем потребления кислорода и интенсивностью охлаждения тела животного в условиях недостатка кислорода. Установлено понятие начального давления, т. е. того давления кислорода, ниже которого начинает снижаться газообмен (при разных температурах среды) и понятие барокоэффициента (Bq), представляющего отношение между потреблением О2 в мл/кг/ч, и напряжением О2 в мм Hg (табл. 16).
Под влиянием гипоксии (вдыхание смеси с 12,5%-ным содержанием кислорода) можно наблюдать уменьшение электрических ответов в мышце кролика (Иванов, 1957). Такое снижение электрической активности сопровождается понижением общего газообмена. Переход от гипоксического состояния к нормальному повышению энергетических затрат сопровождается повышением электрических явлений в покоящейся мышце. Таким образом, поскольку электрические явления в мышце определяются импульсацией из центральной нервной системы, нет оснований считать снижение обмена веществ при гипоксии лишь проявлением подчинения тканевых процессов недостатку кислорода и заменой части окислительных превращений анаэробными. Последнее несомненно имеет место, но сопровождается и глубокими изменениями трофической функции центральной нервной системы.
Температура тела даже при умеренной гипоксии почти всегда снижается. Многие факты понижения кислородного запроса при гипоксии могут, по-видимому, быть поставлены в прямую зависимость от этого снижения температуры тела и тканей и, по-видимому, от общего снижения возбудимости нервной системы. Последнее выражается в снижении величин рефлекторных ответов при глубокой гипоксии. Нарушается также и условно-рефлекторная деятельность. Особенно страдает при этом тормозной процесс (растормаживание дифференцировок). При гипоксии резко нарушается желудочное пищеварение — отделение желудочного сока (Разенков, 1945). Систематическая тренировка собаки в барокамере ведет к нормализации кривой желудочного сокоотделения на высоте (Малкиман, 1948). Лучше всего такой эффект наблюдается у собак с желудочком по Павлову, хуже с желудочком по Гейденгайну. Повторные гипоксические состояния (подъем в барокамере) приводят к образованию весьма стойких условных дыхательных рефлексов (Архангельская и Сегаль, 1954), а также к условнорефлекторному изменению содержания эритроцитов и Нb и к другим реакциям, связанным с острой гипоксией.
Специфическая роль эндокринных регуляций и, в частности, щитовидной железы в приспособлении организма к гипоксии остается еще не ясной. В настоящее время можно считать установленным, что тиреоидэктомия приводит к повышению устойчивости организма к недостатку кислорода (Streuly, 1918; Веселкин, 1942 и др.). С другой стороны, имеются указания на то, что гипоксические состояния, например отравление окисью углерода, могут быть причиной гипертиреоидизма (Raab, 1934; Schultze, 1936). По некоторым данным (цит. по: Grandjean, 1948), на высотах понижается интенсивность действия тиреотропного гормона гипофиза. Ряд клиницистов наблюдали в горах снижение симптомов гипертиреоидизма (Grandjean, 1948). В последнее время появились определенные указания на зависимость устойчивости организма к острой гипоксии от функции щитовидной железы и коры надпочечников. Угнетение этих функций или тиреоидэктомия и адреналэктомия приводят к увеличению времени выживания животных при пониженном барометрическом давлении (Debias, 1966).
Адаптация к высоте угнетает активность щитовидной железы, а искусственное введение тироксина замедляет адаптацию. У адаптированных крыс тироксин оказывает большее влияние на потребление корма (увеличивает его), чем у животных на уровне моря (Weihe 1966).
Экспериментальный подъем животных в барокамере приводит к заметным изменениям поведения. Они выражаются в прекращении активности на высоте. Адаптация мышей к высоте постепенно уменьшает этот эффект и активность становится нормальной. Вместе с тем не наблюдается никакой зависимости между реакцией крови и изменениями активности. Так, если животным вводить эритропоэтины и вызвать без подъема на высоту увеличение гематокрита с 45 до 70% эритроцитов (что имеет место и при высотной адаптации), то такое возрастание гематокрита не снимает снижения активности мышей при подъеме на высоту. Следовательно, одна дыхательная функция крови не обеспечивает адаптации к высоте, а является лишь одним из ее компонентов. Двигательная активность на высоте при адаптации восстанавливается раньше, чем наступают изменения в крови (Klighley, Lowy a. McCune, 1968).
—Источник—
Слоним, А.Д. Экологическая физиология животных/ А.Д. Слоним.- М.: Высшая школа, 1971.- 448 с.
Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава
