Патобиохимия шока
Классификация. Фазы.
Шок - общая реакция организма на сверхсильное, особенно болевое, раздражение; характеризуется тяжелыми расстройствами - жизненно важных функций нервной и эндокринной систем, кровообращения, дыхания и обмена веществ.
Раздражители, служащие причиной шока, могут поступать из внешней среды или быть эндогенного происхождения. Чаще роль шокогенного фактора играют болевые ощущения, возникающие при тяжелых механических, термических или химических воздействиях на органы и ткани пострадавшего.
Классификация шока строится по этиологическому и патогенетическому признакам. Выделяют: 1. Болевой шок:
а) экзогенный (травматический)
- при механических повреждениях
- ожоговый шок
- шок при обморожениях
- электрошок
- операционный шок
б) эндогенный
- кардиогенный
- нефрогенный
- шок при печеночной колике
- шок при прободении полого органа брюшной полости
2. Гуморальный шок:
- шок при введении несовместимых или инородных белков
- гемолитический
- анафилактический
- инсулиновый
- адреналиновый
- гистаминовый
- токсический (травматический токсикоз)
В развитии шока выделяют две фазы: эректильную и торпидную.
Эректильная фаза шока (фаза возбуждения) – адаптивная, компенсаторная - наступает непосредственно вслед за травмой и характеризуется сохранением сознания, беспокойством, двигательным и речевым возбуждением, болевая реакция резко повышена, кожа и видимые слизистые оболочки бледны, усиленно потоотделение, повышены кожные и сухожильные рефлексы, учащенный пульс, давление нормальное или повышенное. Эта фаза длится от нескольких секунд до 15-20 минут, и чем хуже выражено при ней возбуждение, тем тяжелее протекает торпидная фаза и тем хуже прогноз.
Для торпидной фазы (фазы торможения) – деадаптация, декомпенсации - характерно: заторможенность, апатия, безучастность к окружающему при сохранении сознания больного, слабая болевая реакция, ослабление или отсутствие кожных и сухожильных рефлексов, резкая бледность покровов, поверхностное дыхание, падение температуры и артериального давления.
По тяжести и глубине патологических изменений, торпидная фаза шока делится на 4 степени: I степень - легкая форма (АД = 100/60 мм рт. ст.)
II степень - шок средней тяжести (АД = 85/60 мм рт. ст.)
III степень - тяжелый шок (АД - 60/30 мм рт. ст.)
IV степень - терминальное состояние (СД ниже 60 мм., а диастолическое не определяется.)
При шоке I и II степени благоприятный и неблагоприятный исход равновероятны, шок же III и IV степени без соответствующего лечения всегда заканчивается смертельно.
Теории шока.
Патогенез шока сложен и изучается до сих пор. На каждом этапе развития учения о шоке выдвигались различные теории его происхождения:
1) Теория крово- и плазмопотери, согласно которой, основным в патогенезе травматического шока является потеря крови и плазмы, обусловленная повышенной проницаемостью сосудов травмированной ткани.
2) Сосудодвигательная теория, которая объясняет шок первичным рефлекторным параличом периферических сосудов с вторичным понижением кровяного давления. К сосудопарализующим веществам относят гистамин, аккумулирующийся в сосудистом русле в ходе травматического процесса..
3) Теория ацидоза, объясняющая шок действием кислот, скапливающихся в крови при повреждении тканей и вызывающих анемию, глобулярный стаз и ряд других изменений.
4) Теория анапнии, считающая первичной причиной шока уменьшение в крови углекислоты вследствие рефлекторного учащения дыхания.
5) Теория токсемии, объясняющая шок отравлением организма продуктами тканевого распада и бактериальными токсинами из травмированных участков тела.
6) Нервно-рефлекторная теория. Согласно этой теории, травма, воздействуя на нервные окончания, вызывает поток сверхсильных импульсов в ЦНС. Возникает сильнейшее возбуждение в ЦНС, сменяющееся охранительным торможением, которое нарушает регуляторное действие высших отделов мозга, выводит из строя важнейшие системы организма.
Такое многообразие теорий возникло в результате различного понимания ведущего фактора. Шок, как явление сложное и многокомпонентное, не может быть раскрыт на основе какой-либо одной теории. Механизм возникновения шока объясняют все вышеперечисленные теории, выступающая каждая на определенном этапе шока и дополняющие друг друга.
Патогенез шока.
Геморрагический шок находится на 4 месте по тяжести после кардиогенного, оксического и травматического, как причина смерти больных. Однако по частоте он занимает первое место и нередко является осложняющим моментом других видов шока, чаще всего травматического. Пусковым механизмом геморрагического шока является острая кровопотеря, в результате которой развивается "синдром малого выброса", характеризующийся уменьшением минутного выброса сердца, тахикардией, снижением АД, олигоурией, что вызывает в конечном итоге снижение перфузии тканей с развитием в последующем метаболического ацидоза. В ответ на кровопотерю в организме больного включаются механизмы компенсации, их три:
1) Аутогемоделюция, т.е. "разведение" крови межклеточной жидкостью в результате ее поступления в сосуды. Механизм очень чувствителен, поскольку идет постоянная фильтрация жидкости между сосудистым (капиллярным) и тканевым пространством, причем через капиллярный барьер общей площадью 15 км2 ежеминутно фильтруется около 1500 л жидкости (туда и обратно). За счет этого наблюдается снижение гематокрита, увеличение плазменного объема. Аутогемоделюция может скомпенсировать 10-15% объема циркулирующей крови (ОЦК). Например, при объеме крови 5,2-5,5 л 10-15% будет составлять 500-700 мл крови, т.е. это величина кровопотери, которая может скомпенсироваться аутогемоделюцией.
2) Перераспределение крови из депо в сосуды (из селезенки, подкожных сосудов и т.д.). За счет этого можно скомпенсировать также 10-15%. Основной емкостью для крови является "система низкого давления", т.е. венозная система, принимающая на себя до 75-80% объема крови в венах. Венозные сосуды обладают хорошо выраженным вазомоторным механизмом, позволяющим быстро приспосабливать емкость системы к изменившемуся объему крови. Пока действует этот механизм, центральное венозное давление (ЦВД) остается в прежних пределах и венозный возврат не изменяется. Однако, эти возможности ограничены и исчерпываются при кровопотере 5-10% ОЦК. С истощением вазомоторного адаптационного механизма ЦВД уменьшается и венозный возврат снижается, что ведет к уменьшению сердечного выброса. Компенсация наступает за счет тахикардии. Поскольку диастолический период и длительность наполнения полостей сердца при тахикардии укорочены, то ударный объем (УОС) уменьшится, а минутный объем сердца (МОС) при этом довольно долго остается на прежнем уровне или даже повышается. При истощении этого механизма, которое наступает при уменьшении венозного возврата на 25-30%, начинается снижаться сердечный выброс. Адаптационные и компенсаторные реакции организма при любых условиях снижения кровотока направлены на поддержание прежде всего адекватного кровоснабжения жизненно важных органов (мозг, печень, почки, легкие).
При невозможности поддержать адекватный кровоток перечисленными выше механизмами развивается следующий этап компенсации:
3) Периферический сосудистый спазм (периферическая вазоконстрикция), который направлен на увеличение периферического сопротивления сосудов (ПСС). Этим достигается поддержание АД на уровне выше критического. Это осуществляется за счет адреналовой и гипофизарно-надпочечниковой систем. Гиповолемия (потеря больших объемов жидкости) способствует падению АД и раздражению барорецепторов сосудов, что через ЦНС активирует указанный приспособительный механизм. Болевое раздражение также стимулирует его включение. Результат активации - выброс катехоламинов и кортикостероидов. КА (адреналин, норадреналин, дофамин) вызывают сокращение сосудов, имеющих выраженную α-адренорецепцию (сосуды кожи, почек, органов брюшной полости). Нутритивный кровоток в этих органах резко снижается. Коронарные и мозговые сосуды не имеют этих рецепторов, поэтому не сокращаются. Этот феномен называется "централизацией кровообращения".
Идет активация калликреин-рениновой, ренин-ангиотензин-альдостероновой, а также гипофизарно-надпочечниковой систем. Т.обр., включаются различные механизмы защиты. Но они также не могут скомпенсировать нарушения, так как развивается гипоксия с метаболическим ацидозом.
Спазм периферических сосудов - это начало конца организма, т.к. клетки тканей оказываются в состоянии кислородного голодания, когда скапливаются и не удаляются продукты обмена, что приводит к развитию метаболического ацидоза. Это ведет к нарушению обычного ритма: в первую очередь сокращаются сосуды, содержащие α-рецепторы. Кровь идет уже обходными путями, т.к. открываются шунты артериоло-венулярных анастомозов. Это первая фаза шока - "ранний шок".
Развивается вот что: при спазме пре- и посткапиллярных сфинктеров происходит падение давления внутри капилляров, наблюдается стаз; тогда как коллоидно-осмотическое давление внесосудистой жидкости остается постоянным. Нарушение баланса между этими двумя давлениями приводит к тому, что жидкость из интерстиция поступает в сосуд, он разбухает, увеличивается его емкость. Включается другой механизм защиты организма - вазодилатация. Это вторая фаза шока - "поздний шок". Таким образом, развивается паралич сосудов или их расширение.
В организме человека принято различать большой и малый круги кровообращения, а также системы высокого и низкого давления (артериолы, капилляры). При нормальном состоянии капилляры функционируют циклами: открываются шунты дополнительной части капилляров и емкость крови в них увеличивается на фоне выраженного снижения ОЦК в результате кровопотери. Текучесть крови в периферических сосудах резко замедлена. Появляются объемы медленно циркулирующих эритроцитов и объемы нециркулирутощих эритроцитов, т.е. развивается капилляростаз.
Во вторую фазу шока (под влиянием уже зашедшего далеко лактоацидоза) происходит паралич прекапиллярного сфинктера, тогда как посткапиллярный остается закрытым. Это можно объяснить тем, что прекапилляр более чувствителен к метаболическим изменениям окружающей среды, главным образом, к ацидозу, чем посткапилляр. Кровь устремляется в обменный сосуд, и теперь внутрисосудистое давление оказывается больше, вследствие чего жидкость из сосудов переходит обратно в интерстиций. Повышается гематокрит и вязкость крови. Кровь поступает в капилляр, отток из которого весьма затруднен. Эритроциты скапливаются в виде комочков, столбиков. Развивается так называемая ''вязкая кровь", наступает третья фаза шока – "устойчивый шок".
Это начало ДВС-синдрома.Он начинается в жизненно важных органах: печени, почках, легких и поэтому называется диссеминированным. В сосудах идет разделение плазмы и форменных элементов (так называемая "снятая плазма"), расходуется фибриноген, количество тромбоцитов падает.
Из раневых поверхностей появляется яркая, потерявшая способность свертываться, кровь. 1-3 фазы шока составляют "обратимый шок". С момента образования агрегации эритроцитов шок становится необратимым. Это 4 фаза. Происходит активация протеолитических ферментов и патологический фибринолиз. Активация фибринолиза начинается тогда, когда сгустки соприкасаются с сосудистой стенкой: чем больше соприкосновение, тем активнее процесс. Вначале он носит локальный характер, а затем за счет рассеивания свертков активация носит уже чрезмерный характер и фибринолитическая активность становится очень интенсивной. Освобождаются лизосомальные ферменты, протеазы и происходит лизис клеток тканей и их некроз.
Шоковая клетка.
Шоковое состояние вызывает в организме человека самое интенсивное метаболическое расстройство. Как было сказано выше, пусковым моментом этих нарушений считается нарушение микроциркуляции. Вследствие нарушения капиллярного кровотока клетка оказывается в состоянии кислородного голодания (гипоксии), нарушается ее питание. Клетки при шоке объединяют специальным термином - "шоковая клетка" - это клетка, в которой в результате тяжелого повреждающего действия включается комплекс структурно-биохимических изменений. Сначала процессы, протекающие в "шоковой клетке", направлены на адаптацию к новым условиям существования. Происходит быстрая утилизация внутриклеточного гликогена, активация ферментов глюконеогенеза, а затем и гликолиза. Но адаптационные механизмы имеют некоторые негативные последствия. Так, в результате усиленного гликолиза образуется большое количество лактата и НАД*Н+Н+, что неизбежно ведет к развитию клеточного ацидоза и чрезмерному накоплению в клетке вредных продуктов обмена. Ацидоз - главный фактор, при действии которого происходит нарушение целостности многих клеточных органелл. Т.обр., при длительном действии постоянного фактора происходит нарушение не только биохимических процессов, но и они начинают сопровождаться развитием структурных изменений, в тяжелых случаях заканчивающихся некрозом.
В митохондриях в результате гипоксии понижается активность ферментов, участвующих в процессах окислительного фосфорилирования. Вследствие недостатка АТФ нарушается работа кальциевого насоса - ионы Са2+ активируют фосфолипазу митохондрий, разрушают их мембрану. Последующие нарушения K-Na насоса в совокупности с нарушениями Са насоса приводят к набуханию митохондрий (а значит разобщению окисления и фосфорилирования). Митохондрии увеличиваются до гигантских размеров - в 10-15 раз, митохондриальная ДНК сильно уплотняется, расчленяется структура митохондрий и результатом является разрыв митохондрий и вытекание их содержимого в цитоплазму.
Недостаток энергии сказывается на работе многих органелл (на рибосомах при недостатке АТФ нарушается синтез белка: образуются анормальные пептиды, затем синтез полностью прекращается).
Метаболический ацидоз нарушает структуру лизосомальных оболочек, происходит их разрыв с высвобождением лизосомальных ферментов - гидролаз в цитоплазму. Гидролитические ферменты начинают разрушать в клетке свои же структуры, происходит "самопереваривание". Деструктивные изменения происходят и в ЭПС: зернистая сеть разрушается, исчезают рибосомы и образуются тубулярно-везикулярные полосы с большим расширением вакуолей. Последним разрушается ядро в силу того, что рН кариоплазмы составляет 4-5. В ядре отмечается уплотнение генетического материала, краевое расположение гетерохроматина и разрушения ядрышек в глубоких стадиях шока. В конечном итоге под действием лизосомальных гидролаз происходит полный лизис клетки. Т.обр. в клетке происходят тяжелые биохимические и структурные изменения. Цепочка деструктивных необратимых изменений (разрушение митохондрий, разрыв лизосом, переваривание органелл, кариолизис) приводит к гибели клетки, а, следовательно, и ткани или органа.
Углеводный обмен.
В условиях гипоксии единственный субстрат, способный окисляться с образованием АТФ,- глюкоза, поэтому происходят метаболические изменения в тканях, направленные на образование ееиз других веществ. Общепризнанно развитие гипергликемии. В поздних процессах возникает гипогликемия. Уровень сахара в крови является одним из показателей нарушения углеводного обмена. При шоке угнетаются процессы фосфорилирования и дефосфорилирования, с помощью которых происходит всасывание глюкозы в кишечнике. При шоке также нарушен процесс поступления и отложения глюкозы в печени из-за преобладающего действия антагонистов инсулина, а также спазма сосудов печени и гипоксии этого органа. Антагонисты инсулина - КА, стимулирующие распад гликогена, ГК, усиливающие процессы глюконеогенеза, тироксин и глюкагон.
В эректильной фазе шока отмечена кратковременная стимуляция секреции щитовидной железы, длительное усиление секреции мозгового и коркового вещества надпочечников, повышение образования глюкагона, отмечается снижение содержания гликогена в печени из-за усиленного гликогенолиза. Поэтому поддержание гипергликемии происходит за счет глюконеогенеза, синтеза глюкозы из аминокислот или из глицерола. Процессы глюконеогенеза стимулируются глюкокортикоидами, которые мобилизуют промежуточные продукты из тканей (АК, пептиды). В результате гипоксии преобладает анаэробный путь метаболизма глюкозы, в тканях и крови накапливаются пировиноградная и молочная кислоты, так как в условиях шока печень не может использовать эти продукты в обменных процессах.
При анаэробном окислении молекулы глюкозы образуются всего 2 молекулы АТФ, тогда как при окислении ее до СО2 и Н20 - 38 молекул АТФ.
Переход на анаэробный путь окисления глюкозы является важной причиной дефицита энергии и энергетического истощения клеток. В поздних стадиях шока развивается гипогликемия, т.к. полностью использованы доступные для потребления резервы гликогена в печени, снижается глюконеогенез, развивается гипоэнергетическое состояние и относительная кортикостероидная недостаточность. Имеет значение также усиленное потребление глюкозы тканями. При шоке блокируется цикл Кори (или цикл глюкозо-лактатный, обеспечивающий межорганную связь) из-за громадного количества лактата, содержащегося в крови, которое печень утилизировать не может. Иначе говоря, в анаэробных условиях она не справляется с потоком лактата из других тканей. Поэтому в печени и происходят самые глубокие изменения метаболизма, ведь она не справляется со своими функциями, которых у нее много. Это орган, который поражается в первую очередь при шоке.
Белковый обмен.
Отметим только основные особенности нарушения обмена белков при шоке:
1) Преобладание катаболических, процессов и распад белков до свободных аминокислот, которые используются впроцессе глюконеогенеза.
2) Уменьшение содержания белков, особенно глобулинов, в тканях.
3) Выход глобулинов в кровь и уменьшение содержания в ней альбуминов. Это отражается на реологии крови, так как повышается ее вязкость.
4) Активное потребление АК в процессах глюконеогенеза. В результате увеличивается содержания в крови аммиака, мочевины и креатина вследствие анурии или олигоурии в зависимости от тяжести шока.
5) Изменение спектра аминокислот в органах и крови.
6) Нарушение и прекращение синтеза белка.
7) Накопление в крови некоторых аминокислот, полипептидов, продуктов азотистого обмена.
А также в крови и моче увеличивается содержание остаточного азота вследствие усиленного распада белков и утилизации аминокислот. При относительном легком шоке и сохранении функции печени синтезируется повышенное количество мочевины.
При тяжелом шоке функции почек, как правило, нарушены, вследствие чего возникает азотемия. В крови отмечено снижение содержания аспарагиновой кислоты, серина, глутаминовой кислоты, треонина и увеличение концентрации гистидина и триптофана.
Водно-электролитный обмен.
Закономерности нарушения обмена:
1) Потеря воды
2) Накопление натрия в тканях
3) Выход калия из клеток в ткани и повышенный его выход с мочой
4) Ограниченное или полное прекращение функции почек.
При шоке нарушается энергетический обмен во многих органах, уменьшается содержание фосфорных макроэргических соединений, нарушается работа калий-натриевого насоса. Содержащийся в клетках калий выходит в плазму, где он частично замещает натрий в поддержании постоянного осмотического давления плазмы. При тяжелых нарушениях функции почек калий накапливается в крови и играет роль в патогенезе шока. При выраженной гипокалиемии нарушается функция сердца и может возникнуть даже его остановка.
Нарушение обмена липидов.
Повышенное содержание в крови КА приводит к активации липолиза в жировых клетках (липоцитах). Липиды, мобилизованные из жировых резервов, используются как один из главных энергетических источников. Избыточная мобилизация липидов повышает их содержание в крови при шоке (общие липиды, ЛП, фосфолипиды, ХС, свободные высшие жирные кислоты -ВЖК). ВЖК распадаются до ацетил-КоА, который в условиях гипоксии эффективно окислиться не может. Не может он и включиться в процесс глюконеогенеза, поскольку реакция окисления пирувата до ацетил-КоА необратима. Т.обр., катаболизм липидов, в частности, ВЖК, энергетического эффекта не дает. Накопившийся ацетил-КоА может быть использован для синтеза ацетоновых тел, что и происходит при шоке. Преимущественно образуются бета-Д-гидроксибутират, т.к. при его образовании из ацетоацетата происходит окисление восстановленного НАД, что наиболее выгодно при ацидозе.
Но выраженной ацетонемии не развивается. Усиленный липолиз в клетках вследствие активации гидролитических ферментов вызывает деструкцию мембран, нарушает их проницаемость и ведет к цитолизу.
Перекисным окислением мембранных липидов (ПОЛ) обусловлено появление в клетках свободных радикалов кислорода: супероксид-ион О2*, гидроксилрадикала ОН*, а также перекиси водорода Н2О2.
В норме цитохромоксидаза эффективно восстанавливает О2 до образования воды. Обычно около 1% потребляемого О2 окисляется до образования О2*. На этот процесс действует ксантиноксидаза, окислениебиогенных аминов, энзимы, участвующие в каскаде арахидоновой кислоты при синтезе простагландинов.
Но образующийся супероксид-ион утилизируется в результате реакции, катализируемой супероксиддисмутазой (СОД). Перекись расщепляется каталазой. Действие указанных ферментов и не допускает какое-либо разрушение в результате свободно-радикального окисления.
Совсем по другому идет этот процесс при шоке. Ацидоз и недостаток кислорода вследствие гипоксии приводит к увеличению образования кислорода, который присоединяя протон, превращается в гидроксильный радикал НО*. Он в 108 раз активнее супероксид-иона и для образования воды ему уже не требуется никаких ферментов.
Течение дальнейших процессов зависит преимущественно от ионов свободного железа. Их источником является ферритин, трансферрин и гемоглобин. При нормальных значениях рН ионы железа прочно связываются с белками. Но при рН < 6 они отрываются и в свободном состоянии могут катализировать образование свободных радикалов, а так же и процесс ПОЛ. Замечательно, что гемоглобин сам может принимать участие в генерации гидрксил-радикала ОН*, который и является главным реагентом в реакциях ПОЛ.
Дальнейший процесс заключается в свободнорадикальном окислении полиеновых ненасыщенных кислот, входящих в состав фосфолипидов клет.мембран. Он носит при ацидозе направленный характер, возрастает в геометрической прогрессии и ведет к структурно-функциональным изменениям, нарушающим проницаемость клеточных мембран и работу ионных насосов, и, в конце концов, к гибели клетки.
Заключение
Т.обр., шок – это структурно-функциональное изменение клетки, приводящее к разрушению органелл, гибели клетки и некрозу ткани. Следовательно, лечение должно быть направлено на увеличение АД, т.к. оно снижается вследствие этих клеточных изменений.
В ЦНС – дистрофические изменения нейронов, набухание элементов нейроглии, что ведет к снижению функции ЦНС, невозможность устанавливать дифференцированные связи между различными отделами ЦНС и контролировать множественные метаболические сдвиги, происходящие при шоке.
В кардиомиоцитах – деформация сарколеммы и деструкция внутриклеточных органелл и развивается сердечная недостаточность.
В легких – нарушение аэрогематического барьера, поэтому нарушается выработка сурфактанта, что ведет к отеку легких, образованию ателектазов и микротромбов.
В клетках кишечника – нарушение барьерной и защитной функции (из кишечника в кровь поступают токсические вещества).
В печени – нарушения антиоксидантной системы, ее биосинтетической функции, из-за гипоксии в паренхиме появляются кровоизлияния и центральный некроз долей.
В почках – снижение гломерулярной фильтрации и поражение клеток канальцев и развивается олигоурия, анурия.