Методы улучшения процесса доставки кислорода. Препараты для повышения кислорода в мозге

Содержание кислорода в артериальной крови ct02(a) отражает общее содержание кислорода в единице объема крови, которое зависит от следующих факторов:
концентрации гемоглобина крови;
концентрации дисгемоглобинов;
парциального давления кислорода в артериальной крови;
насыщения кислородом артериальной крови, которое, в свою очередь, зависит от р02а и сродства гемоглобина к кислороду.

Рассматривая роль концентрации гемоглобина в крови , необходимо отметить, что до сих пор в большинстве клиник оценивают общую концентрацию гемоглобина (ctHb). Этот показатель включает в себя все виды гемоглобина: деоксигемоглобин, оксигемоглобин, карбоксигемоглобин, метгемоглобин и сульфгемоглобин. Гемоксиметры, позволяющие определять все вышеперечисленные фракции гемоглобина, пока еще не получили широкого распространения. В этой связи необходимо учитывать, что в определенных клинических ситуациях при повышенной концентрации дисгемоглобинов ориентироваться на ctHb необходимо с большой осторожностью.

Известно, что наиболее частыми причинами высокого ctHb являются истинная полицитемия, дегидратация, хронические заболевания легких, проживание в условиях высокогорья, занятия спортом. Высокие значения ctHb приводят к увеличению вязкости крови и нарушению микроциркуляции. Вместе с тем при переливании крови и определении оптимального уровня гематокрита иногда приходится ориентироваться на исходные (до кровопотери) значения ctHb, поскольку полицитемия может носить компенсаторный характер.

Причинами низкой ctHb являются кровотечение , гипергидратация, намеренная гемодилюция, гемолиз, нарушение продукции эритроцитов, множественные заборы крови для анализов (особенно у новорожденных). Снижение этого параметра сигнализирует о риске тканевой гипоксии. Поскольку основным фактором компенсации кислородного дефицита при анемии является возрастание сердечного выброса, этот риск повышен у пациентов с ишемической болезнью сердца, нарушениями сократительной способности миокарда, а также при пороках сердца, приводящих к препятствию изгнанию крови из него.

Нормальные значения ctHb еще не гарантируют адекватного кислородного снабжения тканей, поэтому в условиях отделений реанимации и интенсивной терапии очень важно определять все фракции гемоглобина.
Фракция оксигемоглобина артериальной крови F02Hb(a) представляет собой соотношение между концентрациями оксигемоглобина и общего гемоглобина и определяется как:
F02Hb = c02Hb / (с02НЬ + cHHb + cCOHb + cMetHb).

Нормальные значения этого параметра составляют 94-99 %.
На практике чаще пользуются показателем насыщения гемоглобина крови кислородом (s02), который представляет собой отношение оксигенированной фракции гемоглобина к общей фракции гемоглобина, переносящего кислород:
s02 = c02Hb / (с02НЬ + сННЬ).

Вместе с тем между s02 и F02Hb существует следующая зависимость:
F02Hb = s02 (1 - cCOHb + cMetHb + cSHb).
Это означает, что при отсутствии в крови дисгемоглобинов фракция оксигемоглобина соответствует насыщению гемоглобина крови кислородом. В случае повышения концентрации в крови какой-либо из аномальных форм гемоглобина между этими показателями могут быть существенные различия.

Последнее иллюстрирует пример с повышением фракции карбоксигемоглобина :
ctHb = 10;
сННb = 0,2;
сСОНb = 3;
с02Нb = 6,8;
F02Hb = 6,8 / (6,8 + 0,2 + 3) х 100 = 68 %;
s02 = 6,8 / (6,8 + 0,2) х 100 = 97 %.

Таким образом, присутствие повышенной фракции карбоксигемоглобина в данном случае дает разницу между сравниваемыми параметрами в 31 %. Поскольку данное патологическое состояние, т. е. карбоксигемоглобинемия, не является редкостью, особенно при лечении пациентов с травмой и кровопотерей, поступающих из районов стихийных бедствий, пожаров, взрывов и т. д., определение F02Hb имеет для них чрезвычайно важное значение.

Сказанное выше верно и при использовании пульсоксиметрии , поскольку насыщение крови кислородом, определяемое с помощью пульсоксиметра, соответствует s02. Строго говоря, данные пульсоксиметра могут быть ниже F02Hb при спазме периферических сосудов и нарушениях микроциркуляции и выше этого показателя при высоких фракциях аномальных форм гемоглобина. Это также означает, что проведение мониторинга функции дыхания на основе одной пульсоксиметрии может давать ложные результаты, и в этих случаях необходимо делать поправку на ctHb.

Фракция карбоксигемоглобина определяется как отношение концентраций карбоксигемоглобина и общего гемоглобина :
FCOHb = cCOHb / ctHb.
Нормальные значения этого показателя у взрослых составляют от 0 до 2 %. У злостных курильщиков FCOHb может достигать 10-12 %.

Окись углерода обратимо связывается с ионами железа тема, однако сродство гемоглобина к СО в 200-250 раз выше, чем к кислороду. Кроме того, карбоксигемоглобин приводит к смещению кривой диссоциации оксигемоглобина влево. Это означает, что при отравлениях СО наряду с уменьшением кислородной емкости крови затруднена отдача кислорода в тканях.

При острых отравлениях окисью углерода , когда FCOHb превышает 30 %, отмечаются сильные головные боли, общая слабость, рвота, одышка и тахикардия, а при уровне более 50 % - судороги, кома, летальный исход.

Лечение заключается в использовании вентиляции 100 %-ным кислородом, гипербарической оксигенации, заменном переливании крови или синтетических кислородлереносящих кровезаменителей (перфторуглеродов).

Фракция метгемоглобина определяется как отношение концентраций метгемоглобина и общего гемоглобина:
FMetHb = cMetHb / ctHb.
Нормальные значения этого показателя у взрослых составляют от 0,2 до 0,6 %. Метгемоглобин образуется в результате окисления в геме двухвалентного железа в трехвалентное. Метгемоглобин неспособен переносить кислород. Кроме того, он затрудняет освобождение кислорода вследствие смещения КДО влево. Большинство случаев метгемоглобинемии обусловлены отравлением веществами, содержащими нитро- и аминогруппы. При уровне FMetHb выше 10-15 % развивается псевдоцианоз, при значениях, превышающих 30 %, появляются головная боль и одышка, а метгемоглобинемия более 70 % может привести к летальному исходу. Лечение метгемоглобинемии заключается во внутривенном введении метиленового синего и переливании эритроцитарной массы.

Важнейшая функция крови - дыхательная. Поглощенный в легких кислород переносится кровью к органам и тканям, а углекислый газ транспортируется в обратном направлении. Основная (ключевая) роль в переносе дыхательных газов принадлежит гемоглобину, содержащемуся в эритроцитах крови.

Гемоглобин относится к классу сложных белков - хромопротеинов. Он состоит из небелковой части, относящейся к железопорфиринам, - гема и белковой части - глобина. Гемоглобин выполняет функцию переносчика кислорода благодаря наличию в молекуле гема двухвалентного железа. Железо гемоглобина, присоединяя молекулу кислорода, не окисляется, то есть не переходит из двух- в трехвалентное состояние, а образует обратимую связь, которая сравнительно легко разрушается при соответствующих изменениях концентрации кислорода в среде.

Гемоглобин (Нb), присоединивший кислород, становится оксигемоглобином (НbО2). Реакцию связывания кислорода гемоглобином называют оксигенацией, обратный процесс - дезоксигенацией. Не связанный с кислородом гемоглобин носит название дезоксигемоглобина.

В условиях организма 1 г гемоглобина способен связать 1,34 мл кислорода. Если известно содержание гемоглобина крови, можно рассчитать кислородную емкость крови - максимальное количество кислорода, которое может связать гемоглобин при его полном насыщении О2. При содержании 150 г/л количество кислорода в 1 л крови составит 1,34 х 150 = 201 мл; в 100 мл крови - 20,1 мл или 20,1 об. % (объемных %).

Процентное отношение количества О2, реально связанного с гемоглобином, к кислородной емкости крови называется насыщением (saturation - сатурация) гемоглобина кислородом (SO2 или НВО2). Другими словами, SO2 - это отношение оксигемоглобина к общему количеству гемоглобина крови.

В норме насыщение артериальной крови кислородом (SO2 или НВО2) составляет 96-98% . Небольшое "недонасыщение" (2-4%) объясняется некоторой неравномерностью легочной вентиляции и незначительной примесью венозной крови, которые имеют место и у здоровых людей.

Насыщение гемоглобина кислородом зависит от напряжения О2 в крови (в соответствии с физическим законом действующих масс). Графически эту зависимость отражает кривая диссоциации оксигемоглобина, имеющая S-образную форму.

Напряжение кислорода в артериальной крови (РаО2) в норме колеблется в пределах 95-100 мм рт. ст. С возрастом газовый состав крови претерпевает некоторые изменения. Напряжение О2 в артериальной крови здоровых молодых людей в среднем составляет 95-100 мм рт. ст.; к 40 годам оно снижается примерно до 80 мм рт. ст., а к 70 годам - до 70 мм рт. ст. Эти изменения связаны с тем, что с возрастом увеличивается неравномерность функционирования различных участков легких.

— это физиологический процесс, обеспечивающий поступление в организм кислорода и удаление углекислого газа. Дыхание протекает в несколько стадий:

• внешнее дыхание (вентиляция легких);
• (между альвеолярным воздухом и кровью капилляров малого круга кровообращения);
• транспорт газов кровью;
• обмен газов в тканях (между кровью капилляров большого круга кровообращения и клетками тканей);
• внутреннее дыхание (биологическое окисление в митохондриях клеток).

Изучает первые четыре процесса. Внутреннее дыхание рассматривается в курсе биохимии.

2.4.1. Транспорт кровью кислорода

Функциональная система транспорта кислорода — совокупность структур сердечно-сосудистого аппарата, крови и их регуляторных механизмов, образующих динамическую саморегулирующуюся организацию, деятельность всех составных элементов которой создает диффузионные ноля и градиенты pO2 между кровью и клетками тканей и обеспечивает адекватное поступление кислорода в организм.

Целью ее функционирования является минимизация разности между потребностью и потреблением кислорода. Оксидазный путь использования кислорода , сопряженный с окислением и фосфорилированием в митохондриях цепи тканевого дыхания, является наиболее емким в здоровом организме (используется около 96-98 % потребляемого кислорода). Процессы транспорта кислорода в организме обеспечивают также и его антиоксидантную защиту .

• Гипероксия — повышенное содержание кислорода в организме.
• Гипоксия - пониженное содержание кислорода в организме.
• Гиперкапния — повышенное содержание углекислого газа в организме.
• Гиперкапнемия — повышенное содержание углекислого газа в крови.
• Гипокапния — пониженное содержание углекислого газа в организме.
• Гипокаппемия - пониженное содержание углекислого газа в крови.

Рис. 1. Схема процессов дыхания

Потребление кислорода — количество кислорода, поглощаемое организмом в течение единицы времени (в покое 200- 400 мл/мин).

Степень насыщения крови кислородом — отношение содержания кислорода в крови к ее кислородной емкости.

Объем газов, находящихся в крови, принято выражать в объемных процентах (об%). Этот показатель отражает количество газа в миллилитрах, находящееся в 100 мл крови.

Кислород транспортируется кровью в двух формах:

• физического растворения (0,3 об%);
• в связи с гемоглобином (15-21 об%).

Молекулу гемоглобина, не связанную с кислородом, обозначают символом Нb, а присоединившую кислород (оксигемоглобин) — НbO 2 . Присоединение кислорода к гемоглобину называют оксигенацией (сатурацией), а отдачу кислорода — де- оксигенацией или восстановлением (десатурацией). Гемоглобину принадлежит основная роль в связывании и транспорте кислорода. Одна молекула гемоглобина при полной оксигена- ции связывает четыре молекулы кислорода. Один грамм гемоглобина связывает и транспортирует 1,34 мл кислорода. Зная содержание гемоглобина в крови, легко рассчитать кислородную емкость крови.

Кислородная емкость крови — это количество кислорода, связанного с гемоглобином, находящимся в 100 мл крови, при его полном насыщении кислородом. Если в крови содержится 15 г% гемоглобина, то кислородная емкость крови составит 15 . 1,34 = 20,1 мл кислорода.

В нормальных условиях гемоглобин связывает кислород в легочных капиллярах и отдает его в тканевых благодаря особым свойствам, которые зависят от ряда факторов. Основным фактором, влияющим на связывание и отдачу гемоглобином кислорода, является величина напряжения кислорода в крови, зависящая от количества растворенного в ней кислорода. Зависимость связывания гемоглобином кислорода от его напряжения описывается кривой, получившей название кривой диссоциации оксигемоглобина (рис. 2.7). На графике но вертикали отмечен процент молекул гемоглобина, связанных с кислородом (%НbO 2), по горизонтали — напряжение кислорода (рO 2). Кривая отражает изменение %НbO 2 в зависимости от напряжения кислорода в плазме крови. Она имеет S-образный вид с перегибами в области напряжения 10 и 60 мм рт. ст. Если рО 2 в плазме становится больше, то оксигенация гемоглобина начинает нарастать почти линейно нарастанию напряжения кислорода.

Рис. 2. Кривые диссоциации: а — при одинаковой температуре (Т = 37 °С) и различном рСО 2 ,: I- оксимиоглобина нрн нормальных условиях (рСО 2 = 40 мм рт. ст.); 2 — окенгемоглобина при нормальных условиях (рСО 2 , = 40 мм рт. ст.); 3 — окенгемоглобина (рСО 2 , = 60 мм рт. ст.); б — при одинаковом рС0 2 (40 мм рт. ст.) и различной температуре

Реакция связывания гемоглобина с кислородом является обратимой, зависит от сродства гемоглобина к кислороду, которое, в свою очередь, зависит от напряжения кислорода в крови:

При обычном парциальном давлении кислорода в альвеолярном воздухе, составляющем около 100 мм рт. ст., этот газ диффундирует в кровь капилляров альвеол, создавая напряжение, близкое к парциальному давлению кислорода в альвеолах. Сродство гемоглобина к кислороду в этих условиях повышается. Из приведенного уравнения видно, что реакция сдвигается в сторону образования окенгемоглобина. Оксигенация гемоглобина в оттекающей от альвеол артериальной крови достигает 96-98%. Из-за шунтирования крови между малым и большим кругом оксигенация гемоглобина в артериях системного кровотока немного снижается, составляя 94-98%.

Сродство гемоглобина к кислороду характеризуется величиной напряжения кислорода, при котором 50% молекул гемоглобина оказываются оксигенированными. Его называют напряжением полунасыщения и обозначают символом Р 50 . Увеличение Р 50 свидетельствует о снижении сродства гемоглобина к кислороду, а его снижение — о возрастании. На уровень Р 50 влияют многие факторы: температура, кислотность среды, напряжение СО 2 , содержание в эритроците 2,3-дифосфоглицерата. Для венозной крови Р 50 близко к 27 мм рт. ст., а для артериальной — к 26 мм рт. ст.

Из крови сосудов микроциркуляторного русла кислород но его градиенту напряжения постоянно диффундирует в ткани и его напряжение в крови уменьшается. В то же время напряжение углекислого газа, кислотность, температура крови тканевых капилляров увеличиваются. Это сопровождается снижением сродства гемоглобина к кислороду и ускорением диссоциации оксигемоглобина с высвобождением свободного кислорода, который растворяется и диффундирует в ткани. Скорость высвобождения кислорода из связи с гемоглобином и его диффузии удовлетворяет потребности тканей (в том числе высокочувствительных к недостатку кислорода), при содержании НbО 2 в артериальной крови выше 94%. При снижении содержания НbО 2 менее 94% рекомендуется принимать меры к улучшению сатурации гемоглобина, а при содержании 90% ткани испытывают кислородное голодание и необходимо принимать срочные меры, улучшающие доставку в них кислорода.

Состояние, при котором оксигенация гемоглобина снижается менее 90%, а рО 2 крови становится ниже 60 мм рт. ст., называют гипоксемией.

Приведенные на рис. 2.7 показатели сродства Нb к О 2 , имеют место при обычной, нормальной температуре тела и напряжении углекислого газа в артериальной крови 40 мм рт. ст. При возрастании в крови напряжения углекислого газа или концентрации протонов Н+ сродство гемоглобина к кислороду снижается, кривая диссоциации НbО 2 , сдвигается вправо. Такое явление называют эффектом Бора. В организме повышение рСО 2 , происходит в тканевых капиллярах, что способствует увеличению деоксигснации гемоглобина и доставке кислорода в ткани. Снижение сродства гемоглобина к кислороду происходит также при накоплении в эритроцитах 2,3-дифосфоглицерата. Через синтез 2,3-дифосфоглицерата организм может влиять на скорость диссоциации НbO 2 . У пожилых людей содержание этого вещества в эритроцитах повышено, что препятствует развитию гипоксии тканей.

Повышение температуры тела снижает сродство гемоглобина к кислороду. Если температура тела снижается, то кривая диссоциации НbО 2 , сдвигается влево. Гемоглобин активнее захватывает кислород, но в меньшей мере отдает его тканям. Это является одной из причин, почему при попадании в холодную (4-12 °С) воду даже хорошие пловцы быстро испытывают непонятную мышечную слабость. Развивается переохлаждение и гипоксия мышц конечностей по причине как уменьшения в них кровотока, так и сниженной диссоциации НbО 2 .

Из анализа хода кривой диссоциации НbО 2 видно, что рО 2 в альвеолярном воздухе может быть снижено с обычного 100 мм рт. ст. до 90 мм рт. ст., а оксигенация гемоглобина будет сохраняться на совместимом с жизнедеятельностью уровне (уменьшится лишь на 1-2%). Такая особенность сродства гемоглобина к кислороду дает возможность организму приспосабливаться к снижению вентиляции легких и понижению атмосферного давления (например, жить в горах). Но в области низкого напряжения кислорода крови тканевых капилляров (10-50 мм рт. ст.) ход кривой резко меняется. На каждую единицу снижения напряжения кислорода деоксигенируется большое число молекул оксигемоглобина, увеличивается диффузия кислорода из эритроцитов в плазму крови и за счет повышения его напряжения в крови создаются условия для надежного обеспечения тканей кислородом.

На связь гемоглобина с килородом влияют и другие факторы. На практике важно учитывать то, что гемоглобин обладает очень высоким (в 240-300 раз большим, чем к кислороду) сродством к угарному газу (СО). Соединение гемоглобина с СО называют карбоксигелюглобином. При отравлении СО кожа пострадавшего в местах гиперемии может приобретать вишнево-красный цвет. Молекула СО присоединяется к атому железа гема и тем самым блокирует возможность связи гемоглобина с кислородом. Кроме того, в присутствии СО даже те молекулы гемоглобина, которые связаны с кислородом, в меньшей степени отдают его тканям. Кривая диссоциации НbО 2 сдвигается влево. При наличии в воздухе 0,1% СО более 50% молекул гемоглобина превращается в карбоксигемогло- бин, а уже при содержании в крови 20-25% НbСO человеку требуется врачебная помощь. При отравлении угарным газом важно обеспечить пострадавшему вдыхание чистого кислорода. Это увеличивает скорость диссоциации НbСO в 20 раз. В условиях обычной жизни содержание НbСOв крови составляет 0-2%, после выкуренной сигареты оно может возрасти до 5% и более.

При действии сильных окислителей кислород способен образовывать прочную химическую связь с железом гема, при которой атом железа становится трехвалентным. Такое соединение гемоглобина с кислородом называют метгемоглобином. Оно не может отдавать кислород тканям. Метгемоглобин сдвигает кривую диссоциации оксигемоглобина влево, ухудшая таким образом условия высвобождения кислорода в тканевых капиллярах. У здоровых людей в обычных условиях из-за постоянного поступления в кровь окислителей (перекисей, нитропронзводных органических веществ и т.д.) до 3% гемоглобина крови может быть в виде метгемоглобина.

Низкий уровень содержания этого соединения поддерживается благодаря функционированию антиоксидантных ферментных систем. Образование метгемоглобина ограничивают антиоксиданты (глутатион и аскорбиновая кислота), присутствующие в эритроцитах, а его восстановление в гемоглобин происходит в процессе ферментативных реакций с участием эритроцитариых ферментов дегидрогеназ. При недостаточности этих систем или при избыточном попадании в кровоток веществ (например, фенацетина, противомалярийных лекарственных препаратов и т.д.), обладающих высокими оксидантными свойствами, развивается мстгсмоглобинсмия.

Гемоглобин легко взаимодействует и со многими другими растворенными в крови веществами. В частности, при взаимодействии с лекарственными препаратами, содержащими серу, может образовываться сульфгемоглобин, сдвигающий кривую диссоциации оксигемоглобина вправо.

В крови плода преобладает фетальный гемоглобин (HbF), обладающий большим сродством к кислороду, чем гемоглобин взрослого. У новорожденного в эритроцитах содержится до 70% фстального гемоглобина. Гемоглобин F заменяется на НbА в течение первого полугодия жизни.

В первые часы после рождения рО 2 артериальной крови составляет около 50 мм рт. ст., а НbО 2 - 75-90%.

У пожилых людей напряжение кислорода в артериальной крови и насыщение гемоглобина кислородом постепенно снижается. Величину этого показателя рассчитывают по формуле

рO 2 = 103,5-0,42 . возраст в годах.

В связи с существованием тесной связи между насыщением кислородом гемоглобина крови и напряжением в ней кислорода был разработан метод пульсоксиметрии , получивший широкое применение в клинике. Этим методом определяют насыщение гемоглобина артериальной крови кислородом и его критические уровни, при которых напряжение кислорода в крови становится недостаточным для его эффективной диффузии в ткани и они начинают испытывать кислородное голодание (рис. 3).

Современный пульсоксиметр состоит из датчика, включающего светодиодный источник света, фотоприемника, микропроцессора и дисплея. Свет от светодиода направляется через ткань пальца кисти (стопы), мочки уха, поглощается оксигемоглобином. Непоглощенная часть светового потока оценивается фотоприемником. Сигнал фотоприемника обрабатывается микропроцессором и подается на экран дисплея. На экране отображается процентное насыщение гемоглобина кислородом, частота пульса и пульсовая кривая.

На кривой зависимости насыщения гемоглобина кислородом видно, что гемоглобин артериальной крови, опекающей из альвеолярных капилляров (рис. 3), полностью насыщенкислородом (SaO2 = 100%), напряжение кислорода в ней составляет 100 мм рт. ст. (рО2, = 100 мм рт. ст.). После диссоциации оксигсмоглобина в тканях кровь становится деоксигенированной и в смешанной венозной крови, возвращающейся в правое предсердие, в условиях покоя гемоглобин остается насыщенным кислородом на 75% (Sv0 2 = 75%), а напряжение кислорода составляет 40 мм рт. ст. (pvO2 = 40 мм рт. ст.). Таким образом, в условиях покоя ткани поглотили около 25% (≈250 мл) кислорода, высвободившегося из оксигсмоглобина после его диссоциации.

Рис. 3. Зависимость насыщения кислородом гемоглобина артериальной крови от напряжения в ней кислорода

При уменьшении всего лишь на 10% насыщения гемоглобина артериальной крови кислородом (SaO 2 , <90%), диссоциирующий в тканях оксигемоглобин не обеспечивает достаточного напряжения кислорода в артериальной крови для его эффективной диффузии в ткани и они начинают испытывать кислородное голодание.

Одной из важных задач, которая решается при постоянном измерении пульсоксиметром насыщения гемоглобина артериальной крови кислородом, является обнаружение момента, когда насыщение снижается до критического уровня (90%) и пациенту необходимо оказание неотложной помощи, направленной на улучшение доставки кислорода в ткани.

Транспорт кровью углекислого газа и его связь с кислотно-щелочным состоянием крови

Углекислый газ транспортируется кровью в формах:

• физического растворения — 2,5-3 об%;
• карбоксигемоглобина (НbСО 2) — 5 об%;
• бикарбонатов (NaHCO 3 и КНСO 3) — около 50 об%.

В оттекающей от тканей крови содержится 56-58 об% СО 2 , а в артериальной — 50-52 об%. При протекании через тканевые капилляры кровь захватывает около 6 об% СО 2 , а в легочных капиллярах этот газ диффундирует в альвеолярный воздух и удаляется из организма. Особенно быстро идет обмен СО 2 , связанного с гемоглобином. Углекислый газ присоединяется к аминогруппам в молекуле гемоглобина, поэтому карбоксигемоглобин называют еще карбаминогемоглобином. Большая часть углекислого газа транспортируется в виде натриевых и калиевых солей угольной кислоты. Ускоренному распаду угольной кислоты в эритроцитах при прохождении их по легочным капиллярам способствует фермент карбоангидра- за. При рСО2 ниже 40 мм рт. ст. этот фермент катализирует распад Н 2 СO 3 на Н 2 0 и С0 2 , способствуя удалению углекислого газа из крови в альвеолярный воздух.

Накопление углекислого газа в крови свыше нормы называют гиперкапнией , а понижение гипокапнией. Гиперкаппия сопровождается сдвигом рН крови в кислую сторону. Это обусловлено тем, что углекислый газ, соединяясь с водой, образует угольную кислоту:

CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3

Угольная кислота диссоциирует согласно закону действующих масс:

Н 2 СО 3 <-> Н + + HCO 3 - .

Таким образом, внешнее дыхание через влияние на содержание углекислого газа в крови принимает непосредственное участие в поддержании кислотно-щелочного состояния в организме. За сутки с выдыхаемым воздухом из организма человека удаляется около 15 ООО ммоль угольной кислоты. Почки удаляют приблизительно в 100 раз меньше кислот.

где рН — отрицательный логарифм концентрации протонов; рК 1 — отрицательный логарифм константы диссоциации (К 1) угольной кислоты. Для ионной среды, имеющейся в плазме, рК 1 =6,1.

Концентрацию [СО2] можно заменить напряжением [рС0 2 ]:

[С0 2 ] = 0,03 рС0 2 .

Тогда рН = 6,1 + lg / 0,03 рСО 2 .

Подставив эти значения, получим:

рН = 6,1 + lg24 / (0,03 . 40) = 6,1 + lg20 = 6,1 + 1,3 = 7,4.

Таким образом, пока соотношение / 0,03 рС0 2 равно 20, рН крови будет 7,4. Изменение этого соотношения происходит при ацидозе или алкалозе, причинами которых могут быть нарушения в системе дыхания.

Различают изменения кислотно-щелочного состояния, вызванные нарушениями дыхания и метаболизма.

Дыхательный алкалоз развивается при гипервентиляции легких, например при пребывании на высоте в горах. Недостаток кислорода во вдыхаемом воздухе приводит к возрастанию вентиляции легких, а гипервентиляция — к избыточному вымыванию из крови углекислого газа. Соотношение / рС0 2 сдвигается в сторону преобладания анионов и рН крови увеличивается. Увеличение рН сопровождается усилением выведения почками бикарбонатов с мочой. При этом в крови будет обнаруживаться меньшее, чем в норме, содержание анионов HCO 3 - или так называемый «дефицит оснований».

Дыхательный ацидоз развивается из-за накопления в крови и тканях углекислого газа, обусловленного недостаточностью внешнего дыхания или кровообращения. При гиперкапнии показатель соотношения / рСО 2 , снижается. Следовательно, снижается и рН (см. выше приведенные уравнения). Это подкисление может быть быстро устранено усилением вентиляции.

При дыхательном ацидозе почки увеличивают выведение с мочой протонов водорода в составе кислых солей фосфорной кислоты и аммония (Н 2 РО 4 - и NH 4 +). Наряду с усилением секреции протонов водорода в мочу увеличивается образование анионов угольной кислоты и усиление их реабсорбции в кровь. Содержание HCO 3 - в крови возрастает и рН возвращается к норме. Это состояние называют компенсированным дыхательным ацидозом. О его наличии можно судить по величине рН и нарастанию избытка оснований (разности между содержанием в исследуемой крови и в крови с нормальным кислотно-щелочным состоянием.

Метаболический ацидоз обусловлен поступлением в организм избытка кислот с пищей, нарушениями метаболизма или введением лекарственных препаратов. Увеличение концентрации водородных ионов в крови приводит к возрастанию активности центральных и периферических рецепторов, контролирующих рН крови и ликвора. Учащенная импульсация от них поступает к дыхательному центру и стимулирует вентиляцию легких. Развивается гипокапиия. которая несколько компенсирует метаболический ацидоз. Уровень в крови снижается и это называют дефицитом оснований.

Метаболический алкалоз развивается при избыточном приеме внутрь щелочных продуктов, растворов, лекарственных веществ, при потере организмом кислых продуктов обмена или избыточной задержке почками анионов . Дыхательная система реагирует на повышение соотношения /рС0 2 гиповентиляцией легких и повышением напряжения углекислого газа в крови. Развивающаяся гиперкапния может в определенной мере компенсировать алкалоз. Однако объем такой компенсации ограничен тем, что накопление углекислого газа в крови идет не более, чем до напряжения 55 мм рт. ст. Признаком компенсированного метаболического алкалоза является наличие избытка оснований.

Взаимосвязь между транспортом кислорода и углекислого газа кровью

Имеется три важнейших пути взаимосвязи транспорта кислорода и углекислого газа кровью.

Взаимосвязь по типу эффекта Бора (увеличение рСО-, снижает сродство гемоглобина к кислороду).

Взаимосвязь по типу эффекта Холдэна . Она проявляется в том, что при деоксигенации гемоглобина увеличивается его сродство к углекислому газу. Высвобождается дополнительное число аминогрупп гемоглобина, способных связывать углекислый газ. Это происходит в тканевых капиллярах и восстановленный гемоглобин может в больших количествах захватывать углекислый газ, выходящий в кровь из тканей. В соединении с гемоглобином транспортируется до 10% от всего переносимого кровью углекислого газа. В крови легочных капилляров гемоглобин оксигенируется, его сродство к углекислому газу снижается и около половины этой легко обмениваемой фракции углекислого газа отдастся в альвеолярный воздух.

Еще один путь взаимосвязи обусловлен изменением кислотных свойств гемоглобина в зависимости от его соединения с кислородом. Величины констант диссоциации этих соединений в сопоставлении с угольной кислотой имеют такое соотношение: Hb0 2 > Н 2 С0 3 > Нb. Следовательно, НbО2 обладает более сильными кислотными свойствами. Поэтому после образования в легочных капиллярах он забирает катионы (К+) от бикарбонатов (КНСО3) в обмен на ионы Н + . В результате этого образуется H 2 CO 3 При повышении концентрации угольной кислоты в эритроците фермент карбоангидраза начинает разрушать ее с образованием СО 2 и Н 2 0. Углекислый газ диффундирует в альвеолярный воздух. Таким образом, оксигенация гемоглобина в легких способствует разрушению бикарбонатов и удалению аккумулированного в них углекислого газа из крови.

Превращения, описанные выше и происходящие в крови легочных капилляров, можно записать в виде последовательных символических реакций:

Деоксигенация Нb0 2 в тканевых капиллярах превращает его в соединение с меньшими, чем у Н 2 С0 3 , кислотными свойствами. Тогда вышеприведенные реакции в эритроците текут в обратном направлении. Гемоглобин выступает поставщиком ионов К" для образования бикарбонатов и связывания углекислого газа.

Транспорт газов кровью

Переносчиком кислорода от легких к тканям и углекислого газа от тканей к легким является кровь. В свободном (растворенном) состоянии переносится лишь небольшое количество этих газов. Основное количество кислорода и углекислого газа переносится в связанном состоянии.

Транспорт кислорода

Кислород, растворяющийся в плазме крови капилляров малого круга кровообращения, диффундирует в эритроциты, сразу связывается с гемоглобином, образуя оксигемоглобин. Скорость связывания кислорода велика: время полунасыщения гемоглобина кислородом около 3 мс. Один грамм гемоглобина связывает 1,34 мл кислорода, в 100 мл крови 16 г гемоглобина и, следовательно, 19,0 мл кислорода. Эта величина называется кислородной емкостью крови (КЕК).

Превращение гемоглобина в оксигемоглобин определяется напряжением растворенного кислорода. Графически эта зависимость выражается кривой диссоциации оксигемоглобина (рис. 6.3).

На рисунке видно, что даже при небольшом парциальном давлении кислорода (40 мм рт. ст.) с ним связывается 75-80% гемоглобина.

При давлении 80-90 мм рт. ст. гемоглобин почти полностью насыщается кислородом.

Рис. 4. Кривая диссоциации оксигемоглобина

Кривая диссоциации имеет S-образную форму и состоит из двух частей — крутой и отлогой. Отлогая часть кривой, соответствующая высоким (более 60 мм рт. ст.) напряжениям кислорода, свидетельствует о том, что в этих условиях содержание оксигемоглобина лишь слабо зависит от напряжения кислорода и его парциального давления во вдыхаемом и альвеолярном воздухе. Верхняя отлогая часть кривой диссоциации отражает способность гемоглобина связывать большие количества кислорода, несмотря на умеренное снижение его парциального давления во вдыхаемом воздухе. В этих условиях ткани достаточно снабжаются кислородом (точка насыщения).

Крутая часть кривой диссоциации соответствует напряжению кислорода, обычному для тканей организма (35 мм рт. ст. и ниже). В тканях, поглощающих много кислорода (работающие мышцы, печень, почки), оке и гемоглобин диссоциирует в большей степени, иногда почти полностью. В тканях, в которых интенсивность окислительных процессов мала, большая часть оксигемоглобина не диссоциирует.

Свойство гемоглобина — легко насыщаться кислородом даже при небольших давлениях и легко его отдавать — очень важно. Благодаря легкой отдаче гемоглобином кислорода при снижении его парциального давления обеспечивается бесперебойное снабжение тканей кислородом, в которых вследствие постоянного потребления кислорода его парциальное давление равно нулю.

Распад оксигемоглобина на гемоглобин и кислород увеличивается с повышением температуры тела (рис. 5).

Рис. 5. Кривые насыщения гемоглобина кислородом при разных условиях:

А — в зависимости от реакции среды (рН); Б — от температуры; В — от содержания солей; Г — от содержания углекислого газа. По оси абцисс — парциальное давление кислорода (в мм рт. ст.). по оси ординат — степень насыщения (в %)

Диссоциация оксигемоглобина зависит от реакции среды плазмы крови. С увеличением кислотности крови возрастает диссоциация оксигемоглобина (рис. 5, А).

Связывание гемоглобина с кислородом в воде осуществляется быстро, но полного его насыщения не достигается, как и не происходит полной отдачи кислорода при снижении его парциального
давления. Более полное насыщение гемоглобина кислородом и полная его отдача при понижении напряжения кислорода происходят в растворах солей и в плазме крови (см. рис. 5, В).

Особое значение в связывании гемоглобина с кислородом имеет содержание углекислого газа в крови: чем больше его содержание в крови, тем меньше связывается гемоглобина с кислородом и тем быстрее происходит диссоциация оксигемоглобина. На рис. 5, Г показаны кривые диссоциации оксигемоглобина при разном содержании углекислого газа в крови. Особенно резко понижается способность гемоглобина соединяться с кислородом при давлении углекислого газа, равном 46 мм рт. ст., т.е. при величине, соответствующей напряжению углекислого газа в венозной крови. Влияние углекислого газа на диссоциацию оксигемоглобина очень важно для переноса газов в легких и тканях.

В тканях содержится большое количество углекислого газа и других кислых продуктов распада, образующихся в результате обмена веществ. Переходя в артериальную кровь тканевых капилляров, они способствуют более быстрому распаду оксигемоглобина и отдаче кислорода тканям.

В легких же по мере выделения углекислого газа из венозной крови в альвеолярный воздух с уменьшением содержания углекислого газа в крови увеличивается способность гемоглобина соединяться с кислородом. Тем самым обеспечивается превращение венозной крови в артериальную.

Транспорт углекислого газа

Известны три формы транспорта двуокиси углерода:

• физически растворенный газ — 5-10%, или 2,5 мл/100 мл крови;
• химически связанный в бикарбонатах: в плазме NaHC0 3 , в эритроцитах КНСО, — 80-90%, т.е. 51 мл/100 мл крови;
• химически связанный в карбаминовых соединениях гемоглобина — 5-15%, или 4,5 мл/100 мл крови.

Углекислый газ непрерывно образуется в клетках и диффундирует в кровь тканевых капилляров. В эритроцитах он соединяется с водой и образует угольную кислоту. Этот процесс катализируется (ускоряется в 20 000 раз) ферментом карбоангидразой. Карбоангидраза содержится в эритроцитах, в плазме крови ее нет. Поэтому гидратация углекислого газа происходит практически только в эритроцитах. В зависимости от напряжения углекислого газа карбоангидраза катализируется с образованием угольной кислоты, так и расщеплением ее на углекислый газ и воду (в капиллярах легких).

Часть молекул углекислого газа соединяется в эритроцитах с гемоглобином, образуя карбогемоглобин.

Благодаря указанным процессам связывания напряжение углекислого газа в эритроцитах оказывается невысоким. Поэтому все новые количества углекислого газа диффундируют внутрь эритроцитов. Концентрация ионов НС0 3 - , образующихся при диссоциации солей угольной кислоты, в эритроцитах возрастает. Мембрана эритроцитов обладает высокой проницаемостью для анионов. Поэтому часть ионов НСО 3 - переходит в плазму крови. Взамен ионов НСО 3 - в эритроциты из плазмы входят ионы СI - , отрицательные заряды которых уравновешиваются ионами K+. В плазме крови увеличивается количество бикарбоната натрия (NaНСО 3 -).

Накопление ионов внутри эритроцитов сопровождается повышением в них осмотического давления. Поэтому объем эритроцитов в капиллярах большого круга кровообращения несколько увеличивается.

Для связывания большей части углекислого газа исключительно большое значение имеют свойства гемоглобина как кислоты. Оксигемоглобин имеет константу диссоциации в 70 раз большую, чем дезоксигемоглобин. Оксигемоглобин — более сильная кислота, чем угольная, а дезоксигемоглобин — более слабая. Поэтому в артериальной крови оксигемоглобин, вытеснивший ионы К + из бикарбонатов, переносится в виде соли КНbO 2 . В тканевых капиллярах КНbО 2 , отдает кислород и превращается в КНb. Из него угольная кислота как более сильная вытесняет ионы К + :

КНb0 2 + H 2 CO 3 = КНb + 0 2 + КНСО 3

Таким образом, превращение оксигемоглобина в гемоглобин сопровождается увеличением способности крови связывать углекислый газ. Это явление носит название эффекта Холдейна. Гемоглобин служит источником катионов (К+), необходимых для связывания угольной кислоты в форме бикарбонатов.

Итак, в эритроцитах тканевых капилляров образуется дополнительное количество бикарбоната калия, а также карбогемоглобин, а в плазме крови увеличивается количество бикарбоната натрия. В таком виде углекислый газ переносится к легким.

В капиллярах малого круга кровообращения напряжение углекислого газа снижается. От карбогемоглобина отщепляется СО2,. Одновременно происходит образование оксигемоглобина, увеличивается его диссоциация. Оксигемоглобин вытесняет калий из бикарбонатов. Угольная кислота в эритроцитах (в присутствии карбоангидразы) быстро разлагается на воду и углекислый газ. Ионы НСОГ входят в эритроциты, а ионы СI - входят в плазму крови, где уменьшается количество бикарбоната натрия. Углекислый газ диффундирует в альвеолярный воздух. Схематически все эти процессы представлены на рис. 6.

Рис. 6. Процессы, происходящие в эритроците при поглощении или отдаче кровью кислорода и углекислого газа

Доставка кислорода к работающим мышцам является наиболее важным компонентом в упражнениях аэробного характера и, таким образом, транспортировка кислорода является основным лимитирующим фактором для видов спорта, связанных с проявлением выносливости. Специалисты, связанные со спортом, изыскивают разнообразные способы улучшения транспортировки кислорода с тем, чтобы улучшить спортивные достижения. Некоторые из них, такие как горная подготовка или иные условия, связанные с гипоксией этически вполне приемлемы. Другие же, связанные с медицинскими клиническими манипуляциями, являются запрещенными в спортивной практике. В данной статье Председатель медицинской и анти-допинговой комиссии ИААФ обсуждает разнообразные методы увеличения кислородного обеспечения работающих мышц, применяемые в практике или находящиеся в стадии разработки. Он анализирует развитие этих методов в спортивной практике, а также информирует о возможном риске при применении запрещенных субстанций и способов обнаружения их в организме спортсмена. В заключение J.M.Alonso выражает удовлетворение практикой мероприятий, проводимых в системе антидопинга.

Доктор Juan Manuel Alonso родился в 1962 году в Мадриде Испания. Он получил образование в Университете Мадрида по специальности «Спортивная медицина». С 1988 года он сотрудничает с испанской федерацией легкой атлетики (RFEA), а c 1996 года возглавляет медицинский отдел федерации. В 2003 году доктор J.M.Alonso назначен председателем Медицинской и Антидопинговой комиссии ИААФ.

Введение

Доставка кислорода к работающим мышцам является наиболее важным фактором обеспечения работоспособности в упражнениях, связанных с проявлением максимальной и субмаксимальной мощности. Транспортировку кислорода к работающим мышцам обеспечивает система кровеносных сосудов. Кислород доставляется посредством диффузии в плазме крови (3%) и в соединении с гемоглобином Hb (97%).

Увеличение насыщения крови кислородом возможно следующими путями: повышение концентрации Hb или увеличения емкости Hb, используя стимулирующие эффекты, а также применяя возможные заменители Hb. Применяя вышеназванные способы, снабжение кислородом улучшается и мышцы работают более продуктивно, позволяя достигать лучших результатов.

Внимание спортсменов, тренеров и специалистов спорта сосредоточено на способах улучшения качества выносливости при изменении содержания кислорода в транспортируемой крови. Некоторые из таких методов приемлемы, другие же являются запрещенными в легкой атлетике и других видах спорта. Автор данной статье поддерживает современные правила анти-допинга и осуждает искусственные запрещенные методы повышения работоспособности спортсменов.

Целью представленного исследования является анализ методов и препаратов, повышающих содержание кислорода в крови. Автор описывает развитие взглядов на данную проблему, эффективность применяемых средств и возможность риска при их применении и выражает надежду, что данная информация будет способствовать усилению борьбы с допингом.

1. Прямое воздействие гемоглобина (Hb)

Улучшение кислородного обеспечения непосредственным воздействием на Hb для увеличения количества красных кровяных телец (RBC) или модифицируя возможности Hb для повышения объема связываемого кислорода.

1.1 Трансфузия крови

Идея использования метода трансфузии крови возникла в 1970 годах. Использование «кровяного допинга» в беге на длинные дистанции, велогонках, лыжном спорте и биатлоне началось с Олимпийских игр 1972 года. В 1976 году медицинская комиссия Олимпийского комитета формально осудила применение этого метода, но практика его использования продолжалась. Только после откровения сделанного Олимпийским комитетом США в том, что семь членов команды США в 1984 использовали «кровяной допинг» этот метод был запрещен.

«Кровяной допинг» введен в список запрещенных манипуляций с любым видом крови как собственной, так и посторонней, а также с препаратами, содержащими эритроциты, плазму крови или иные ингредиенты.

В случае аутогемотрансфузии несколько порций крови (обычно ~450мл) забирается из вены спортсмена. Затем эритроциты разделяются и сохраняются для последующего введения в организм атлета. При температуре 4 град С эритроциты могут сохраняться в течение 35-42 дней. При температуре -65град С в глицерине они могут сохраняться до 10 лет. Если сохранение забранной крови производится при температуре 4 град С, то максимальное ее сохранение не более 42 дней и в этот срок необходимо ее использовать для обратной инъекции. Однако в течение этого срока костный мозг полностью не успевает восстановить весь дефицит потерянных эритроцитов, поэтому такой способ сохранения крови атлета не является оптимальным. Другой же способ конечно намного эффективнее, но требует специального оборудования и более дорог.

Обычно введение забранной предварительно крови производится от 1 до 7 дней до основного соревнования.

Считается, что метод аутогетрансфузии не является в полной мере безопасным, возможные ошибки при хранении могут привести к серьезным нарушениям здоровья атлета. Спортсмены также подвергаются риску внесения бактериальной инфекции в процессе медицинских манипуляций.

В случае простого дополнительного переливания крови спортсмены должны искать специальные центры или банки сохранения крови, которые могут представить им кровь, сохраняемую в течение не более 42 дней. Зачастую в некоторых странах получение крови является проблемой, т.к. она предпочтительно предоставляется соответствующим больным.

Существует также определенный риск заражения гепатитом В или С, а также ВИЧ инфекцией. Возможны также побочные явления, связанные с медицинскими манипуляциями - это повышение температуры и различные болевые ощущения.

В настоящее время намечен определенный прогресс в определении применения «кровяного допинга». Обнадеживающие результаты получены в использовании цитометрического метода, основанного на определении антител в результате появления различных групп эритроцитов. Однако определение аутогемотранфузии не является достаточно разработанным методом и требует дополнительных исследований.

В элитном спорте впервые на Олимпийских играх 2002 года использовался метод аутогемотрансфузии с использованием рекомбинантного эритропотеина (rHuEPO).

1.2 Внешние факторы, способствующие более эффективному производству компонентов крови

Естественным стимулятором роста предшественников клеток крови в костном мозге является ЭРО (эритропоэтин - гормон, регулирующий кроветворение), который связан с явлением гипоксии. Существуют несколько способов стимулировать производство ЭРО. Повышение количества эритроцитов достигается введением rHuEPO или однотипных продуктов, таких как капсулированного ЭРО или его имитаций, которые могут быть приобретены в медицинских магазинах.

1.2.1 Высокогорье и иные гипоксические воздействия

Известно, что гипоксия стимулирует эритропоэз, увеличивая, таким образом, массу Hb и количество красных кровяных телец и снижая общую величину плазмы крови. Начиная с 1968 года, когда Олимпийские игры проводились в Мексике, значительное количество исследований было проведено с целью определения воздействия нахождения в высокогорье на эффективность результатов, связанных с аэробной производительностью. Однако к настоящему времени все еще нет единого мнения по методологии подготовки с использованием высокогорья.

Levine et al в 1969 году представили концепцию, которая получила название «жить наверху - тренироваться внизу», выражающуюся в том, что спортсмены постоянно находятся на высоте 2000-2700 метров над уровнем моря, а тренируются на высоте 1000 метров или ниже. Считается, что проживание на высоте повышает уровень ЭРО, массу эритроцитов и количество гемоглобина. Это повышает возможности кроветворения и успешность тренировок и соревнований на уровне моря за счет повышения уровня максимального потребления кислорода (VO2max).

В последние годы спортсмены используют несколько различных способов, понижения гипоксии, которые соответствуют принципу «жить наверху - тренироваться внизу». Такие методы можно классифицмровать следующим образом: (1)нормобарическая гипоксия с использованием понижения парциального давления кислорода (достигается добавлением азота в изолированном помещении), (2) различные кислородные добавки, (3) сон в гипоксических условиях, (4) задержка дыхания.

Использование «высотных помещений» впервые было применено в Финляндии в 1990 годах, а затем распространилось по всему миру. Такие помещения позволяют создать условия аналогичные нахождению на высоте 2000 - 3000 метров над уровнем моря и следовать, таким образом, принципу «жить наверху - тренироваться внизу». Различные исследования полагают, что этот метод способствует повышению количества и массы эритроцитов, однако не все исследователи подтверждают такой факт. В некоторых наблюдениях отмечается, что при использовании такого метода повышаются также анаэробные возможности атлетов.

Использование кислородных добавок в условиях гипоксии в настоящее время недостаточно изучено и требует дополнительных исследований.

Спортсмены, занимающиеся видами спорта, связанными с проявлением выносливости, в последнее время используют различные приспособления, обеспечивающие гипоксию в условиях сна. Обычно они выглядят как специальные палатки и производят условия, соответствующие высоте до 4000 метров над уровнем моря. К настоящему времени нет опубликованных работ по эффективности воздействия этого метода на систему кроветворения и аэробную производительность.

Использование различных приемов по задержке дыхания в различные периоды отдыха и тренировочных занятий применяется некоторыми спортсменами, но нет достоверных свидетельств об эффективности данного метода. Некоторые данные косвенно говорят о повышении анаэробной мощности и анаэробной производительности, вопрос этот требует дополнительного исследования.

Считается, что использование различных приспособлений, создающих гипоксические условия, неприменимо по этическим соображениям. Известен факт, что применение таких устройств было запрещено организаторами Олимпийских игр 2000 года в Сиднее. Однако обоснований для такого запрета представлено не было. Олимпийский комитет Норвегии выступил с заявлением, в котором обосновал, что применение таких устройств не является нарушением этического характера.

1.2.2 Применение рекомбинантного эритропоэтина (rHuEPO)

Эритропоэтин (греч.erythros - красный + poietikos - создающий, производящий) - гормон, стимулирующий созревание и дифференцировку эритроцитов. В 1974 году Международной комиссией по биохимической номенклатуре включен в список пептидных гормонов, полученных в чистом виде. В организме содержание ЭРО регулируется гипоксией. Он генерируется в основном почками и около 10% может производиться печенью. Содержание этого гормона в плазме от 2ui/l до 24ui/l, у 95% людей его содержание соответствует 6-10 ui/l. Процесс созревания эритроцитов под воздействием ЭРО занимает от 5 до 9 дней.

Развитие рекомбинатной техники производства ЭРО методом клонирования привел к производству rHuEPO в 1985году. В Европе этот препарат появился в 1987 году, а в США в 1989г. В клинической практике его применяют при анемии, вызываемой почечной недостаточностью, а также при значительных потерях крови после различных операций. Более 500 000 пациентов в мире нуждаются в получении rHuEPO по различным показаниям.

Существуют несколько модификаций rHuEPO, используемых как в практике, так и находящихся в процессе исследований. Определено, что в спортивной практике этот препарат появился в 1988 году на зимних Олимпийских играх в Калгари. Запрещенное использование rHuEPO c целью повышения работоспособности применяется в виде инъекций вводимого препарата при дозах от 200 до 250 ui на килограмм веса атлета, при этом спортсмену дополнительно вводятся препараты железа. Такая практика может продолжаться в течение нескольких недель при 1-2 инъекциях в неделю.

Достаточно трудно объективно определить наличие rHuEPO в организме спортсмена. Хотя спортивная литература подтверждает использование этого препарата атлетами международного уровня, настоящих научных разработок, подтверждающих этот факт пока очень мало. Scarpino et al провели опрос 1015 итальянских спортсменов с целью выявления употребления приема rHuEPO или медицинских манипуляций с кровью. 7% атлетов подтвердили, что они регулярно используют такие методы, а 25% отметили, что они используют их от случая к случаю. Однако международный антидопинговый контроль считает, что лишь 3-6% спортсменов международного уровня применяют такие методы в своей практике.

Существует мнение, что применение «кровяного допинга» с использованием rHuEPO привело к смерти голландского велосипедиста в 1990 году. В то время использование этого препарата было совершенно бесконтрольным и достигало запредельных величин, которые вызывали дегидратацию и вели к образованию тромбозов. В настоящее время использование rHuEPO более обосновано, но все же связано с определенным риском.

Повышенная вязкость крови (Hct > 52% и 55% для женщин и мужчин соответственно) вызывается применением rHuEPO, что может вести к образованию тромбозов у некоторых атлетов. Возможно, наличие таких тромбозов может быть причиной определенных заболеваний и даже смерти. Дополнительное наличие введенного препарата может вызывать повышение систолического давления при физических нагрузках, а также возможного появления дополнительных антител и некоторых иных нежелательных реакций.

Международный Олимпийский Комитет (МОК) официально запретил в 1989 году использование rHuEPO, введя новый класс пептидных гормонов и их аналогов. С тех пор используются специальные косвенные методы определения введенных препаратов в крови спортсмена, а также методы прямого обнаружения собственного эритропотеина и введенного рекомбинантного. В практике антидопинг-контроля используются методы анализа крови и мочи спортсменов, при этом в условиях внесоревновательного и предсоревновательго контроля применяются оба метода. На соревнованиях используются метод тестирования мочи, как это было на Чемпионате мира по легкой атлетике в Париже, однако при совершенствовании этого метода он будет введен в практику всего тестирования.

1.2.3 Другие эритропоэтины, ЭРО пептиды и ЭРО заменители

Использование rHuEPO с внутривенными и подкожными инъекциями достаточно болезненный процесс, поэтому в настоящее время в процессе разработки различные новые методы введения этого препарата. В стадии разработки находится метод таблетированного приема препарата. Другим направлением является введение rHuEPO методом генной инженерии. Такие опыты в настоящее время проводятся на грызунах и обезьянах. Пациенты смогут использовать эти методы лишь при обеспечении полных гарантий безопасности. Использование заменителей EPO в медицине необходимо и представляется перспективным, однако в спорте при проведении контроля их определение будет возможным, т.к они не являются естественным продуктом жизнедеятельности человека.

2 Иные способы доставки кислорода

2.1 Носители кислорода на основе гемоглобина (HBOCs)

Интенсивные поиски по улучшению возможностей доставки кислорода к работающим мышцам проводятся многочисленными группами исследователей. Экстракты гемоглобина из различных субстанций известны в настоящее время. Вполне возможно применение таких препаратов в практике спорта, поэтому они запрещены. В организме такие препараты могут находиться ограниченное время (12-24 часа) и не проявляются в моче. Предполагается, что на Олимпийских играх 2004 года в Афинах при проведении анализа крови будет также определяться наличие HBOCs.

2.2 Заменители крови

Заменители крови разрабатывались в период 2-ой мировой войны и начали использоваться в медицине с 1966 года. Они представляют собой синтетические жидкости, способные растворять кислород. Однако емкость их недостаточна и для наиболее эффективного их применения необходимо дополнительно вдыхать кислород. Продукты кровезаменителей не выводятся из организма посредством мочи и определение их применения возможно лишь при исследовании выдыхаемого воздуха и анализа крови. В списках Анти-допинговых препаратов этот метод также определяется как запрещенный.

Заключение

В настоящее время используются и находятся в стадии разработки значительное количество способов увеличения возможности доставки кислорода к мышцам человека и способных, таким образом, улучшить результативность в спортивной деятельности. В медицинской практике они достаточно широко применимы, но по этическим соображениям запрещены в спорте. К сожалению, некоторые спортсмены, возможно под воздействием тренеров, физиологов и медицинских работников, избирают неверный путь, который может привести к неизвестным последствиям использования запрещенных препаратов и методов.

(Перевод Эдвина Озолина)

Подготовил: Сергей Коваль

Человеческий организм нормально функционирует только в случае, если в нём циркулирует кровь, насыщенная кислородом. При дефиците этого элемента возникает гипоксемия, которая может быть следствием как серьёзных заболеваний, так и функционального разлада в организме. Своевременная диагностика и лечение помогут избежать осложнений этого недуга, а профилактические меры позволят никогда с ним не сталкиваться.

Что такое гипоксемия

Кислород, который мы вдыхаем, необходим абсолютно всем тканям, органам и клеткам нашего тела. Переносится этот газ гемоглобином - железосодержащим элементом. Поступая из лёгких в кровь, кислород связывается с ним, в результате чего образуется оксигемоглобин. Эта реакция называется оксигенизацией. Когда оксигемоглобин отдаёт кислород клеткам органов и тканей, снова превращаясь в обычный гемоглобин, происходит обратный процесс - дезоксигенизация.

1. Насыщение крови кислородом, или сатурация. Этот показатель представляет собой отношение оксигемоглобина к общему количеству гемоглобина крови и в норме составляет 96–98%.
2. Напряжение кислорода в крови.

Нормы напряжения кислорода в артериальной крови - таблица

Снижение напряжения кислорода в крови объясняется тем, что с возрастом разные участки лёгких начинают функционировать неравномерно. В результате ухудшается поступление этого элемента к клеткам организма, что влечёт за собой множество проблем со здоровьем.

Снижение показателей сатурации и напряжения кислорода в крови приводит к состоянию, которое называют артериальной гипоксемией. Причём вначале снижается именно напряжение, тогда как насыщение крови кислородом является более устойчивой величиной. Как правило, при гипоксемии сатурация падает ниже 90%, а напряжение опускается до отметки 60 мм рт. ст.

Гипоксемия, которую ещё называют кислородным голоданием или кислородной недостаточностью, является основной причиной гипоксии - состояния, крайне опасного для организма. Патология может возникнуть в любом возрасте, в том числе во время внутриутробного развития.

Врачи не выделяют гипоксемию как отдельную болезнь. Считается, что это состояние лишь сопровождает другие разлады в организме. Поэтому для нормального насыщения крови кислородом необходимо найти и устранить настоящую причину патологии.

Причины заболевания

Медицине известно 5 причин, вызывающих гипоксемию. Они могут провоцировать кислородное голодание как по отдельности, так и в сочетании друг с другом.

1. Гиповентиляция лёгочной ткани. Различные патологии лёгких приводят к тому, что снижается частота вдохов и выдохов, а значит, кислород поступает в организм медленнее, чем расходуется. Причинами гиповентиляции могут быть обструкции дыхательных путей, повреждения грудной клетки, воспалительные заболевания лёгких.
2. Уменьшение концентрации кислорода в воздухе. Слишком низкое давление кислорода в окружающей среде провоцирует недостаточную оксигенизацию крови. Это может случиться из-за длительного пребывания в наглухо закрытом невентилируемом помещении, во время подъёма на большую высоту либо вследствие форс-мажорных обстоятельств: утечки газа, пожара и т. д.
3. Атипичное шунтирование крови в организме. У людей с врождёнными либо приобретёнными пороками сердца венозная кровь из правой его половины попадает не в лёгкие, а в аорту. В результате гемоглобин не имеет возможности присоединить кислород, общее содержание этого элемента в крови падает.
4. Диффузные нарушения. При чрезмерных физических нагрузках повышается скорость циркуляции крови и, соответственно, уменьшается время контакта гемоглобина с кислородом. Из-за этого образуется меньше оксигемоглобина, и возникает гипоксемия.
5. Анемия. При сокращении содержания гемоглобина уменьшается и количество кислорода, разносимого по тканям организма. В результате клетки испытывают его острую нехватку, и следом за гипоксемией развивается гипоксия.

Факторами, провоцирующими гипоксемию, выступают:

• патологии сердца (аритмия, тахикардия, пороки сердца);
• болезни крови (онкология, анемия);
• бронхо-лёгочные проблемы ( , резекция лёгких, гемоторакс и другие заболевания, провоцирующие уменьшение площади работающей ткани лёгких);
• резкий перепад атмосферного давления;
• неумеренное курение;
• ожирение;
• общий наркоз.

Кроме того, гипоксемия нередко возникает у новорождённых вследствие дефицита кислорода в организме матери в период беременности.

Симптомы гипоксемии

Гипоксемия на ранних стадиях характеризуется следующими признаками:

• учащённое дыхание и сердцебиение;
• снижение артериального давления;
• бледность кожи;
• головокружение;
• апатия, слабость и сонливость.

Все эти симптомы свидетельствуют о том, что организм старается компенсировать недостаток кислорода, принуждая человека проявлять меньшую активность. Если не принять мер по устранению кислородного дефицита, гипоксемия будет прогрессировать и появятся следующие симптомы:

• цианоз (синюшность кожи);
• одышка;
• тахикардия;
• холодный пот;
• отёки ног;
• головокружения и потери сознания;
• ухудшение памяти и концентрации внимания;
• расстройства сна;
• тремор рук и ног;
• дыхательная и сердечно-сосудистая недостаточность;
• эмоциональные нарушения (эйфория, чередующаяся со ступором).

Внешние проявления гипоксемии во многом зависят от факторов, которые её спровоцировали. К примеру, если это состояние вызвано пневмонией, оно будет сопровождаться кашлем и повышенной температурой. При гипоксемии, спровоцированной анемией, будут наблюдаться сухость кожи, выпадение волос и ухудшение аппетита.

Кроме того, симптомы данного состояния могут отличаться в зависимости от возраста и особенностей организма.

Гипоксемия у детей

В детском возрасте гипоксемия развивается гораздо быстрее и агрессивнее. Это происходит по двум причинам:

1. Детский организм потребляет больше кислорода, чем взрослый: малышам нужно от 6 до 8 мл кислорода на 1 кг за минуту дыхания, тогда как взрослым - только 3–4 мл.
2. Адаптационные механизмы у детей развиты слабо, поэтому их организм сразу же бурно реагирует на недостаток кислорода.

Приступать к диагностике и лечению малышей нужно сразу же после обнаружения первых симптомов гипоксемии. В противном случае могут развиться тяжёлые осложнения, вплоть до гибели организма.

Гипоксемию у новорождённого ребёнка можно определить по следующим симптомам:

• неритмичное дыхание;
• апноэ (остановка дыхания);
• цианоз;
• угнетение сосательного рефлекса;
• слабый крик либо его отсутствие;
• снижение мышечного тонуса;
• отсутствие двигательной активности.

Гипоксемия у новорождённых требует экстренной медицинской помощи, поскольку может спровоцировать гипоксию мозга и даже смерть. Если при этом у малыша была диагностирована задержка внутриутробного развития, значит, его организм испытывает хронический недостаток кислорода уже давно.

Если гипоксемия развилась у ребёнка старшего возраста, следует, прежде всего, проверить его сердечно-сосудистую систему. Чаще всего недостаток кислорода спровоцирован врождённым пороком сердца. Такой ребёнок отличается эмоциональной нестабильностью (беспокойство и агрессия сменяются апатией), синюшностью кожи и учащённым дыханием.

У детей с пороками сердца иногда наблюдаются характерные приступы, когда малыш приседает на корточки и часто дышит. При таком положении увеличивается отток крови из ног, что позволяет улучшить самочувствие.

В подростковом возрасте одной из причин гипоксемии может быть курение. При изменении цвета кожи, одышке и общей слабости у подростка необходимо, в первую очередь, проверить содержание кислорода в крови.

Патология у беременных женщин

При беременности очень важно нормальное насыщение крови матери кислородом. В случае кислородного голодания страдает не только женщина, но и её будущий ребёнок, поэтому беременным нужно внимательно следить за своим самочувствием. К факторам, провоцирующим гипоксемию у женщин, вынашивающих малыша, относят:

• заболевания сердца;
• патологии бронхо-лёгочной системы;
• анемию;
• заболевания почек;
• сахарный диабет;
• курение (как активное, так и пассивное);
• постоянный стресс;
• пренебрежение прогулками на свежем воздухе;
• патологии беременности.

Если у будущей мамы имеется гипоксемия, аналогичное состояние со временем разовьётся и у её малыша. Дефицит кислорода провоцирует гипоксию плода и фетоплацентарную недостаточность, что приводит к отслойке плаценты, преждевременным родам и выкидышам.

Гипоксемия плода

Будущая мама может заподозрить гипоксемию у плода по его поведению: уменьшается количество движений и изменяется их характер, а иногда возникают боли внизу живота.

При появлении этих тревожных явлений беременной женщине необходимо немедленно явиться к врачу. Опытный гинеколог может заподозрить гипоксемию уже на этапе прослушивания сердцебиения плода, а процедура УЗИ позволит сделать вывод об общем состоянии ребёнка. На основании этих обследований принимается решение о лечении и, возможно, срочном родоразрешении.

Интересно, что сатурация и напряжение кислорода в крови у плода отличаются от аналогичных показателей взрослого человека. И если для беременной женщины снижение напряжения на 1 мм рт. ст. практически неощутимо, то у плода уже возникнет лёгкая гипоксия.

Сатурация и напряжение кислорода в крови у плода - таблица

Диагностика

Диагноз «гипоксемия» врачи ставят исходя из жалоб пациента, данных его визуального осмотра, а также результатов следующих методов диагностики:

1. Газовый анализ крови, который позволяет измерить напряжение кислорода в крови после лечебных мероприятий.
2. Электролитный анализ крови, с помощью которого можно определить наличие хронической гипоксемии.
3. Общий анализ крови, дающий понятие о содержании гемоглобина.
4. Пульсоксиметрия - измерение концентрации кислорода в крови с помощью специального прибора
5. Рентген лёгких, позволяющий исключить бронхо-лёгочные заболевания.
6. Электрокардиограмма и УЗИ сердца, дающие понятие о работе сердца и наличии его пороков.

Эти методы позволяют выявить дефицит кислорода в крови у взрослых, детей и младенцев. Для определения гипоксемии плода пользуются следующими способами:

• подсчёт количества движений плода;
• прослушивание сердцебиения: при наличии патологии учащённый ритм чередуется с замедленным;
• УЗИ: несоответствие размеров и веса плода сроку беременности является свидетельством нехватки кислорода;
• допплерометрия: начиная с 18 недели беременности УЗИ сосудов даёт возможность диагностировать патологии кровотока пуповины и плаценты;
• амниоскопия, или визуальное исследование плодного пузыря: если воды оказываются мутными или зелёными - это свидетельство того, что малыш в утробе страдает, необходимо срочное родоразрешение.

Иногда проводится дополнительный тест, с помощью которого выясняют, как реагирует сердечный ритм плода на его собственные движения. В норме этот показатель должен увеличиваться на 10–12 сокращений.

Лечение гипоксемии

Если причина гипоксемии ясна (подъём на слишком большую высоту, последствия пожара или отравления угарным газом, длительное пребывание в душной комнате), необходимо обеспечить пострадавшему доступ свежего воздуха с нормальным содержанием кислорода: открыть окно либо провести ингаляцию. После этого можно принимать решение об обращении с больницу.

При гипоксемии средней или тяжёлой степени больному нужна срочная госпитализация и тщательная диагностика. Если пациент не может дышать самостоятельно, его интубируют, подключают к аппарату ИВЛ (искусственной вентиляции лёгких) и оказывают другие реанимационные действия.

У новорождённых с внутриутробной гипоксемией также часто бывают остановки дыхания. Таким малышам проводят искусственную вентиляцию лёгких, а если ребёнок начинает дышать самостоятельно, его помещают в кувез, куда подаётся подогретый увлажнённый кислород. При этом постоянно контролируются важные общие и биохимические показатели крови, а также ведётся мониторинг работы сердца и лёгких малыша.

Острая форма гипоксемии развивается в следующих случаях:

• отёк лёгочной ткани;
• приступ астмы;
• пневмоторакс (коллапс лёгкого);
• попадание в дыхательные пути воды или инородного тела.

В случае развития острой гипоксемии нужно оперативно оказать пострадавшему медицинскую помощь. Рот необходимо очистить от воды, слюны, слизи и инородного тела. Также следует исключить западение языка. Если дыхание и сердцебиение отсутствуют, - это является показанием для немедленного проведения непрямого массажа сердца и искусственного дыхания «рот в рот».

Непрямой массаж сердца и искусственное дыхание могут спасти человека, страдающего от острой гипоксемии

В больницах для выхода из острых состояний применяют искусственную вентиляцию лёгких. После интубации трахеи больного подключают к аппаратуре и стараются вернуть ему возможность дышать самостоятельно.

Медикаментозная терапия

Лекарственные средства для устранения гипоксемии подбирают в зависимости от причины, вызвавшей эту патологию. Чаще всего используют следующие группы медикаментов:

• средства для регуляции окислительно-восстановительных процессов: Цитохром С, Мексидол, Актовегин, Оксибутират натрия;
• медикаменты для предупреждения заболеваний лёгких и сердца: Нитроглицерин, Дексаметазон, Изокет, Папаверин, Бензогексоний, Фуросемид;
• препараты для понижения показателя вязкости крови: Гепарин, Варфарин, Синкумар, Пентоксифиллин;
• витамины для общего укрепления организма: С, РР, витамины группы В;
• растворы для проведения инфузионной терапии, улучшающие кровообращение: Инфезол, раствор глюкозы, физраствор.

Если гипоксемия сопровождается дополнительными патологиями, возможно назначение других средств. Так, при анемии показаны препараты железа, а при воспалении лёгких - антибиотики.

Лекарственные средства - фотогалерея

Варфарин понижает вязкость крови Инфезол улучшает кровообращение Нитроглицерин назначается при заболеваниях сердца Цитохром С принимает участие в процессах тканевого дыхания

Физиопроцедуры

Максимальная эффективность лечения достигается при одновременном приёме соответствующих препаратов и применении физиотерапевтических методов. Для быстрого насыщения крови кислородом применяют ингаляции. Оксигенотерапия проводится с помощью маски или носового катетера. Насыщать кровь кислородом необходимо до тех пор, пока сатурация не поднимется до 80–85%.

Внимание! Чрезмерная оксигенизация может привести к проблемам с сердцем, поэтому сатурацию и напряжение кислорода необходимо постоянно контролировать.

Посредством ингаляций можно вводить в организм лекарственные препараты, способствующие устранению кислородного голодания. Как правило, для этой цели используется небулайзер. С его помощью можно ввести нужный препарат в кровь и лёгкие, благодаря чему быстро купируются приступы, затрудняющие дыхание.

Средства народной медицины

Травы и плоды издавна использовались народными целителями для борьбы с различными заболеваниями, в том числе гипоксией и её последствиями. Эффективными натуральными антигипоксантами считаются следующие растения.

1. Боярышник. Плоды боярышника нормализуют давление и благотворно воздействуют на сердечно-сосудистую систему. Вскипятите 1 л воды и залейте кипятком 2 ст. л. ягод боярышника. Настаивайте напиток в термосе 8 часов. Пейте 4 раза в день по полстакана.
2. Календула. Настой календулы чрезвычайно полезен при проблемах с сердцем. Залейте 2 ч. л. цветов 500 мл кипятка и оставьте напиток настаиваться около часа. Затем настой процедите и употребляйте 3 раза в день по половине стакана.
3. Чёрная смородина. Эти ягоды используют для повышения уровня гемоглобина. Перетрите 300 г смородины с 300 г сахара, добавьте 600 г гречневой муки и хорошо перемешайте. Полученную смесь принимайте по 1 ст. л. 3–4 раза в день.
4. Черноплодная рябина. Разомните рябину в ступке, откиньте на мелкое сито и выдавите сок. Полученный напиток принимайте 3 раза в день по 1 ст. л.
5. Гинкго билоба. Для приготовления чая 1 ч. л. измельчённых сухих листьев растения залейте 200 мл кипятка. Через 5–10 минут напиток готов к употреблению. Курс лечения - 1 месяц, причём в день можно пить не более 2–3 чашек.
6. Арника горная. Цветы арники (около 20 г) залейте стаканом кипятка и настаивайте на водяной бане 15 минут. После того как жидкость остынет, процедите её и пейте по 50–60 мл трижды в день за полчаса до еды. Внимательно следите за дозировкой: при превышении дозы настой арники может оказывать токсическое влияние на организм.
7. Хвощ полевой. Залейте 1 ч. л. сухой травы стаканом кипятка. Через час настой можно употреблять. Пейте его в тёплом виде 2–3 раза в день. Настой из хвоща противопоказан людям, страдающим воспалением почек.

Эти растения обладают сосудорасширяющими и антиоксидантными свойствами, разжижают кровь и помогают организму преодолеть кислородное голодание. Использование фитотерапии целесообразно в сочетании со средствами традиционной медицины. Вылечить тяжёлые формы гипоксемии одними лишь травами невозможно.

Внимание! Перед использованием лекарственных растений необходимо получить консультацию врача. Многие травы имеют противопоказания, да и дозировки часто нужно подбирать индивидуально, в зависимости от тяжести гипоксемии и сопутствующих заболеваний. Ягоды боярышника нормализуют давление и благотворно воздействуют на сердечно-сосудистую систему Календула лекарственная полезна при проблемах с сердцем
Черноплодная рябина применяется как спазмолитическое, сосудорасширяющее, кроветворное средство Чёрная смородина повышает уровень гемоглобина
Хвощ полевой повышает общий тонус организма

Осложнения и профилактика

Острая нехватка кислорода в крови часто имеет неблагоприятный прогноз, поскольку затрагиваются жизненно важные центры организма - дыхательный и сердечный. Прекращение дыхания при отсутствии своевременной медицинской помощи влечёт за собой смерть мозга и гибель всего организма. Однако искусственная вентиляция лёгких и грамотная последующая терапия часто возвращают людей к жизни.

Лёгкие и средние формы гипоксемии лечатся достаточно быстро и успешно. При несвоевременно начатой терапии могут возникнуть следующие осложнения:

• судороги;
• энцефалопатия;
• гипоксия миокарда;
• аритмия;
• отёк лёгких;
• проблемы с дыханием (одышка, неритмичное дыхание).

При внутриутробной гипоксемии плода возникают свои осложнения:

• задержка внутриутробного развития;
• патологические и преждевременные роды;
• задержка физического и умственного развития после рождения;
• гибель ребёнка в утробе, во время родов или сразу после рождения.

С помощью несложных мер профилактики гипоксемию можно предотвратить. Для этого нужно:

• своевременно диагностировать заболевания дыхательной и сердечно-сосудистой систем;
• включать в рацион больше свежих фруктов, овощей и соков;
• в осенне-зимний период принимать витаминно-минеральные комплексы;
• каждый день гулять на свежем воздухе не менее 2 часов;
• практиковать дыхательную гимнастику (диафрагмальное дыхание);
• заниматься посильной физической активностью (быстрой ходьбой, бегом, плаванием);
• исключить курение (в том числе пассивное).

Гипоксия и кислородное голодание клеток - видео

Гипоксемия является достаточно серьёзной патологией и первым признаком надвигающейся гипоксии. Игнорирование симптомов нехватки кислорода в крови приводит к множеству осложнений и даже летальному исходу. Однако это состояние можно предотвратить, если вовремя выявить патологии сердца и лёгких, а также заниматься профилактикой кислородного голодания. Особенно внимательно стоит относиться к своему здоровью беременным женщинам, ведь гипоксемия может развиться не только у них, но и у плода, что, как правило, приводит к печальным последствиям.