Утопление: нарушения, обусловленные гипоксией и ишемией
Находящиеся в сознании животные при экспериментальном погружении в воду сначала стремятся выбраться на поверхность. В это время небольшое количество воды попадает в гортанную часть глотки (гипофаринкс), приводя к спазму гортани.
Большинство животных борются яростно и заглатывают большое количество воды, но вскоре теряют сознание из-за гипоксии. Возможна рвота, которая сопровождается непроизвольной аспирацией содержимого желудка. Примерно у 10% животных спазм гортани продолжается до самой смерти без аспирации в легкие (аспирации не происходит у 10-15% утонувших людей). Глубокая гипоксия и депрессия мозга приводят к терминальному апноэ . Параллельно происходят сердечно-сосудистые изменения: сначала развивается тахикардия , затеи тяжелая гипертензия и брадикардия , в основном из-за интенсивного выделения катехоламинов , и аритмия . Через 3-4 мин из-за гипоксии миокарда резко снижается циркуляция. Электрическая активность сердца или его бесполезные сокращения могут еще продолжаться короткое время, но эффективной перфузии уже не происходит. По мере того как гипоксия и ишемия вызывают скоротечные, прогрессирующие и необратимые изменения, шансы на успешную реанимацию быстро падают до нуля.
При погружении лица в холодную воду (меньше 20 градусов по С) плавательный рефлекс потенциально может усилить кровообращение в мозге и миокарде и, как считают некоторые, внести свой вклад в защиту мозга при погружении. Этот рефлекс сильно развит у морских животных, однако у людей он носительно слаб. Мнения о том, в какой степени плавательный рефлекс может защитить неврологические функции у человека, противоречивы, но, скорее всего, его действие выражено слабо.
Все органы страдают от гипоксии и ишемии, но мозг отличается особенной чувствительностью. Под действием интенсивной терапии функции легких и сердца после реанимации спасенных из воды людей обычно поддаются восстановлению и реже являются причиной смерти, чем необратимо поврежденная ЦНС. Именно повреждение ЦНС является наиболее частой причиной смерти или длительной болезни. Предполагается, что для необратимого нарушения функции ЦНС достаточно 3-5 мин гипоксии, хотя точно это время не установлено.
В результате гипоксемии и ишемии в мозге происходит множество патофизиологических процессов. Запасы энергии в мозге минимальны, и ему требуется постоянная доставка кислорода и питательных веществ. Запасы АТФ почти полностью истощаются через 2 мин гипоксии. АТФ необходим для сохранения метаболических функций нейронов и ионных градиентов; его недостаток, по-видимому, является триггером различных каскадов патологических реакций.
Если произошла остановка сердца и дыхания, нарушение мозгового кровообращения и ауторегуляции может сохраниться и после реанимации. У собак после 15 мин глобальной ишемии и последующего восстановления циркуляции кровообращение в мозге сначала усиливается (церебральная гиперемия), но затем в течение нескольких часов или дней наблюдается слабая перфузия , которая может удовлетворять или не удовлетворять потребности мозга. Разобщение ауторегуляции и метаболических потребностей ЦНС ведет к дальнейшим нарушениям, поскольку скорость утилизации кислорода в мозге возвращается к норме после ишемического периода, а скорость мозгового кровообращения остается низкой.
Во вторичном нарушении ЦНС во время востановления перфузии участвует несколько механизмов. В результате повреждения усиливается секреция глутамата и других "возбуждающих" аминокислот. Глутамат - главный возбуждающий нейромедиатор мозга - действует через три основных, связанных с ионофором рецептора: N- метил-аспартат (NMDA) , альфа-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазол-эпроприоновую кислоту (AMPA) и каинатный рецептор . Активация этих рецепторов на мембранах нервных клеток ведет к притоку кальция и натрия в клетки. Глутамат также действует через метаботропные рецепторы, которые запускают каскад вторичных медиаторов и стимулируют выход кальция из внутриклеточных запасов. Увеличение содержания внутриклеточного кальция, по-видимому, является последним этапом на пути к необратимому клеточному повреждению и смерти.
Изменение гомеостаза кальция может закрепить многочисленные опасные реакции, включая активацию фосфолипаз, протеаз, эндонуклеаз, протеинкиназ, синтазы оксида азота и разобщение окислительного фосфорилирования . Гидролиз фосфолипидов мембран и высвобождение метаболитов арахидоновой кислоты вносят свой вклад в образование свободных радикалов кислорода , воспалительные реакции и повреждение клеток. Мозг особенно чувствителен к повреждающему действию свободных радикалов, включая супероксид , перекись водорода , пероксинитрит и азотную кислоту . В образовании кислородных радикалов участвуют также циклооксигеназа , липоксигеназа , деградация пурина , транспортная цепь электронов и воспалительные клетки . Повреждение клеток под воздействием кислородных радикалов протекает по разным механизмам, самый важный из них приводит к перекисному окислению липидов ; последующая цепь реакций вызывает еще большее образование радикалов, нарушает ферментативную функцию и целость мембран, прерывает синтез ДНК и разрушает гематоэнцефалический барьер . Кроме того, высвобождающиеся лейкотриены , ФНО , металлопротеазы , кинины и другие цитокины и медиаторы также участвуют в разрушении гематоэнцефалического барьера. Разобщение окислительного фосфорилирования и нарушение целости мембран приводят к истощению митохондриальных и клеточных запасов энергии. Активируется также ряд медиаторов запрограммированной смерти клеток (апоптоза) , но их роль в общем повреждении ЦНС пока неясна.
После остановки сердца и дыхания возможен отек мозга . Механизм его полностью не изучен, но, скорее всего, он обусловлен разбуханием астроцитов или является вазогенным отеком, возникшим вследствие разрушения гематоэнцефалического барьера. Опосредованное астроцитами поглощение глутамата из внеклеточного пространства, по- видимому, связано с накоплением натрия и воды. Набуханию астроцитов способствуют также ацидоз , калий и арахидоновая кислота . Традиционное представление о том, что цитотоксический отек мозга является следствием потери энергии клетками (модель насоса с обратной диффузией, так называемая pump-leak model) не полностью отражает картину, хотя неспособность поддерживать ионный градиент может все же играть некоторую роль в образовании отека. Выраженный отек может повышать ВЧД , усиливая ишемию, хотя само по себе повышение ВЧД является опасным признаком тяжелого повреждения ЦНС.
Гипергликемия , развивающаяся при гипоксии и ишемии, также может усугублять нарушения функции ЦНС. У спасенных из воды детей с изначальной концентрацией глюкозы в крови выше 25-0 мг/100 мл риск смерти или инвалидизаци и в случае выживания выше, чем у жертв с нормальным уровнем глюкозы. У крыс с гипергликемией и повреждением мозга нарушения ЦНС были серьезнее, чем у контрольных крыс с нормогликемией и тем же повреждением мозга. При коррекции уровня глюкозы состояние ЦНС после травмы мозга в контрольной и опытной группах было одинаковым. У крыс с гипергликемией уровень аденозина и его метаболитов в ЦНС был значительно ниже, чем у животных с нормогликемией. Аденозин считается эндогенным нейропротектором , который вызывает региональную церебральную вазодилатацию , тормозит высвобождение эксцитотоксина, снижает кальциевый ток в клетках и влияет на взаимодействие нейтрофилов с эндотелием. Однако у людей после спасения из воды во избежание ятрогенной гипергликемии или гипогликемии не следует контролировать гипергликемию с помощью инсулина до проведения клинических исследований.
Другие органы и ткани также могут быть повреждены в результате гипоксии и ишемии. В легких повреждение сосудистого эндотелия, увеличивающее проницаемость сосудов, может привести к ОРДС . Аспирация также приводит к повреждению легких. Наблюдаются дисфункция миокарда , артериальная гипотензия , снижение минутного объема сердца , аритмия , инфаркт сердца . Основными почечными осложнениями при гипоксии и ишемии являются острый некроз канальцев и некроз коркового вещества . Повреждение сосудистого эндотелия может инициировать диссеминированную внутрисосудистую коагуляцию , гемолиз и тромбоцитопению . ЖКТ страдает из-за многих факторов, включая гипоксию и ишемию, гипотермию, инфузии катехоламинов , и, возможно, плавательный рефлекс ; кровавый понос с отслоением слизистой оболочки после тяжелых ишемии и гипоксии часто предвещает фатальный исход. Нередко резко повышается активность печеночных трансаминаз и сывороточных панкреатических ферментов. Разрушение нормальных слизистых защитных барьеров предрасполагает к бактериемии и сепсису.
Смотрите также:
