Патогенез шока на клеточном уровне и путях метаболизма

Известно, что перенос электронов по цепям дыхательных ферментов митохондрий — это процесс, обеспечивающий улавливание клетками организма 95% необходимой ему энергии. Для улавливания основного количества необходимой организму свободной энергии митохондрии утилизируют 90% доступного клеткам кислорода. Шок различной этиологии посредством расстройств микроциркуляции и деструкции гистогематического барьера (обменный капилляр — интерстиций — цитозоль клетки) критически уменьшает доставку кислорода в митохондрии. В результате возникают быстро прогрессирующие расстройства аэробного обмена.

Звеньями патогенеза дисфункций на уровне митохондрий при шоке являются:
1. Отек митохондрий.
2. Расстройства ферментных систем митохондрий вследствие дефицита необходимых кофакторов.
3. Снижение содержания в митохондриях магния.
4. Рост содержания в митохондриях кальция.
5. Патологические изменения содержания в митохондриях натрия, и калия.
6. Расстройства митохондриальных функций вследствие действия эндогенных токсинов (свободных жирных кислот и др.).
7. Свободнорадикальное окисление фосфолипидов мембран митохондрий.

По-видимому, митохондриальные дисфункции, как и любые патологические процессы, развиваются в разных органах и тканях асинхронно, мозаично. Особенно повреждения митохондрий и расстройства их функций выражены в гепатоцитах, тогда когда в нейронах головного мозга они остаются минимальными и при декомпенсированном шоке. Следует заметить, что митохондриальные повреждения и дисфункции обратимы при компенсированном и декомпенсированном шоке и подвергаются обратному развитию рациональными анальгезией, инфузиями, оксигенотерапией и остановкой кровотечения.

Клетки организма человека выживают только при определенной доставке кислорода в цитозоль и к митохондриям для поддержания минимального достаточного аэробного биологического окисления. В органах с наибольшим потреблением кислорода клетками (в печени, почках и др.) связанные с шоком циркуляторная гипоксия и ишемия вызывают клеточные и митохондриальные дисфункции уже при компенсированном шоке. При этом в данных клетках компенсаторно активируются механизмы анаэробного биологического окисления. При трансформации компенсированного шока в декомпенсированный ишемия становится более распространенной, и анаэробное биологическое окисление усиливается в скелетных мышцах. Значительно возрастает масса тканей и число клеток с усиленным анаэробным окислением, и начинает действовать такое звено патогенеза необратимости шока, как системный лактатный метаболический ацидоз. Лактат и пируват накапливаются в клетках и во внутренней среде не только вследствие системной интенсификации анаэробого биологического окисления, но и в результате обусловленного гипоксическим гипоэргозом угнетения потребления данных органических кислот как субстратов на путях метаболизма.
Гипоксический гипоэргоз угнетает активный транспорт ионов через плазматическую мембрану. В результате электрохимический градиент через наружную клеточную мембрану меняется таким образом, что в клетку устремляется натрий, а вместе с ним и свободная вода. Отек клетки посредством активации протеинкиназ подвергает лизосомы деструкции. Вследствие деструкции лизосом в цитозоль клетки высвобождаются протеолитические ферменты, посредством активности которых повреждаются белковые элементы клеточных мембран и органелл. Кроме того, инактивируются ферментные системы клеток, что обуславливает невозможность реакций гликолиза и глюконеогенеза.

Напомним, что одной из функций системы мононуклеарных фагоцитов является элиминация из внутренней среды чужеродных белковых или других частиц. Таким образом, отчасти реализуется системная резистентность при тяжелых раневой и травматической болезнях, а также при сепсисе и системной воспалительной реакции. Циркуляторная гипоксия при шоке, в особенности выраженная в таких локусах системы мононуклеарных фагоцитов (СМФ), как печень и селезенка, угнетает действие систем врожденного иммунитета, и в особенности СМФ.

При шоке активация всей вегетативной системы обуславливает не только усиленную секрецию катаболических гормонов антагонистов инсулина, но и рост секреции главного анаболического гормона. Поэтому шок характеризует недостаток системного действия инсулина при росте его концентрации в циркулирующей крови. При этом циркуляторная гипоксия, составляющая патогенез шока, вызывает патологическую резистентность клеток мишеней по отношению к действию гормона инсулина.

Патогенез шока составляется лактатным метаболическим ацидозом, а при гиповентиляции — и аккумуляцией в клетках и внутренней среде двуокиси углерода. Одновременно в эритроцитах растет концентрация 2,3-дифосфоглицерата. Рост содержания 2,3-дифосфоглицерата в красных кровяных клетках — это следствие интенсификации одной из побочных реакций гликолиза, что происходит при анемии, гипоксии и ацидозе. Протоны, СО2 и 2,3-дифосфоглицерат существенно повышают доставку кислорода в клетки на периферии, своими действиями обуславливая сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина вправо. Дело в том, что протоны, СО2 и 2,3-дифосфоглицерат обладают большим сродством к восстановленному гемоглобину, чем кислород. Сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина вправо — это компенсаторная реакция в ответ на циркуляторную, респираторную гипоксию, метаболический и респираторный ацидоз при шоке. При этом транспорт кислорода в клетку растет вследствие использования резерва кислорода, который содержится в венозной крови. В некоторых тканях с интенсивным потреблением кислорода клетками (миокард, паренхима печени и почек) снижение доставки кислорода в клетки не может быть компенсировано усилением восстановления гемоглобина на периферии. Метаболический алкалоз (следствие компенсаторной и другого происхождения гипервентиляции при шоке), обуславливая сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина влево, может быть причиной гипоксии клеток тканей с высоким уровнем аэробного биологического окисления.

Если для устранения метаболического ацидоза используют инфузию раствора бикарбоната натрия в избыточной дозе, то возникает ятрогенное угнетение компенсаторной реакции сдвига кривой диссоциации оксигемоглобина вправо поддействием увеличенного содержания протонов в клетках и во внутренней среде. Гипофосфатемия как патогенное следствие парентерального питания препятствует синтезу в эритроцитах 2,3-Дифосфоглицерата для компенсаторного сдвига кривой диссоциации оксигемоглобина. Лизосомы содержатся в клетках всех органов и тканей, но наибольшим их содержание является в печени, почках, а также в селезенке. Лизосомы представляют собой цитоплазматические везикулы, которые содержат ряд мощных гидролитических энзимов в неактивном состоянии. Данные ферменты в состоянии подвергнуть гидролизу множество внутриклеточных и внеклеточных макромолекул. Высвобождение гидролитических энзимов из лизосом при различных видах клеточных повреждений и дисфункций, связанных с шоком, может вызывать звенья патогенеза его необратимости. Лизосомальные ферменты переходят в наиболее активированное состояние при ацидозе, что обуславливает максимальную выраженность деструктивных свойств данных энзимов при лактатном метаболическом ацидозе (обычное следствие шока).

Уже при компенсированном шоке происходит увеличение лизосом печени, селезенки и клеток кишечной стенки. Одновременно происходит системный рост активности лизосомальных гидролаз в тканях различных органов и тканей. Активность гидролаз растет по мере приобретения шоком качества необратимости. Свою роль в нарушении целостности стенок лизосом играет не только постгипоксический отек клеток, но и действие бактериальных эндотоксинов.

Фактор угнетения миокарда, происхождение и структура которого остаются неясными до сих пор, циркулирует с кровью при шоке различного происхождения, то есть при геморрагическом, септическом, кардиогенном, травматическом и ожоговом шоке. Действующая концентрация фактора угнетения миокарда находится в прямой связи с выраженностью угнетения тока крови в органах живота. Особое значение для генерации фактора угнетения миокарда имеют ишемия и ацидоз тканей поджелудочной железы, которые служат причинами деструкции лизосом и активации зимогенных ферментов (трансформация трипсиногена в трипсин и др.). Предположительно фактор угнетения миокарда высвобождается в циркулирующую кровь ацинарными клетками поджелудочной железы, страдающими от гипоксии и ацидоза. Фактор угнетения миокарда обладает мощным отрицательным инотропным действием. Кроме того, фактор патологически усиливает вазоконстрикцию микрососудов органов живота и расстраивает защитные функции системы мононуклеарных фагоцитов.

Система комплемента составляется рядом протеинов плазмы крови, которые являются предшественниками биоактивных молекул, играющих роль в индукции действий различных механизмов воспаления. При активации системы комплемента от этих молекул-предшественников отщепляются низкомолекулярные вазоактивные пептиды. У данных пептидов есть широкий спектр биологических эффектов. Например, при активации фракции системы комплемента С2, то есть протеина плазмы предшественника биоактивного пептида, от С2 отщепляется пептид, обладающий такими же свойствами, как и кинины. Действие пептида со свойствами кининов повышает проницаемость стенок микрососудов. При активации других фракций системы комплемента, СЗ и С5, высвобождаются биоактивные полипептиды СЗа и С5а (анафилактоксины). Их действия вызывают высвобождение медиаторов воспаления посредством дегрануляции тучных клеток. Кроме того, анафилактоксины являются хемоаттрактантами и вызывают сокращение гладкомышечных клеток микрососудов. Такой продукт активации системы комплемента, как СЗВ, действует как опсонин, усиливая фагоцитоз. Когда действующая концентрация активированной фракции системы комплемента С5а достигает определенного предела, происходит активация эстераз на поверхности полиморфноядерных лейкоцитов. В результате начинается хемотаксис нейтрофилов с высвобождением данными лейкоцитами лизосомальных ферментов (экзоцитоз нейтрофилами). Кроме того, под действием анафилатоксинов начинается реализация прокоагулянтного потенциала тромбоцитов. Агрегация фракций системы комплемента на клеточной поверхности обуславливает цитолиз.

Активация системы комплемента на организменном уровне при шоковых состояниях служит одной из основных причин таких системных реакций, как рост проницаемости стенок микрососудов (звено патогенеза внутренней кровопотери), усиленная лейкоцитарная инфильтрация во всех органах и тканях, патогенно интенсивное высвобождение в межклеточные пространства лизосомальных энзимов, активация плазменных факторов свертывания крови. Таким образом, связанная с шоком активация системы комплемента на уровне всего организма ведет к необратимости шока, являясь при шоковых состояниях одной из детерминант эндотоксемии.

Эйкосаноиды — это вещества липидной природы, которые являются производными арахидоновой кислоты. В последнее время эйкосаноиды идентифицированы как медиаторы ишемии и необратимых нарушений микроциркуляции при шоке. К эйкосаноидам, играющим роль в патогенезе шока как состояния системных ишемии и асептического воспаления, относятся: а) простагландины со свойствами вазоконстрикторов; б) тромбоксаны; в) лейкотриены. Простагландин F2-В относительно сосудов системы венечных артерий, артериальных мезентери-альных сосудов, а также относительно артерий и артериол почек выступает в качестве вазоконстриктора. Действующая концентрация простагландина F2-В возрастает при геморрагическом, эндотоксическом, а также при кардиогенном и ожоговом шоке. Не исключено, что этот эйкосаноид со свойствами вазоконстриктора участвует в патогенезе системной ишемии, обусловленной шоком. Патогенное действие тромбоксана А2 во многом ответственно за такие звенья патогенеза шока, как устойчивая вазоконстрикция сосудов сопротивления, агрегация тромбоцитов, циркулирующих с кровью, а также ишемия миокарда. Можно предположительно считать, что внедрение в клиническую практику ингибиторов тромбок-сансинтетазы будет способствовать повышению эффективности всей системы терапии шока.

Лейкотриены (продукты липоксигеназного пути метаболизма арахидоновой кислоты) при шоке образуются и высвобождаются клетками системы мононуклеарных фагоцитов, моноцитами, тучными клетками, лейкоцитами, а также клетками соединительной ткани. Предположительно лейкотриены как вазоконстрикторы и бронхоконстрикторы действуют в патогенезе шоковых состояний.

Системная ишемия при шоке всегда обуславливает критическую интенсификацию свободного радикального окисления. венной системной недостаточности). В этой связи разнонаправленные действия антиоксидантных средств рассматривают как необходимый элемент системы терапии, направленной на обратное развитие шока и предупреждение его последствий.

Фактор некроза опухолей (первичный провоспалительный цитокин) — это один из первых детально исследованных эндогенных медиаторов септического шока. Цитокин высвобождается клетками системы мононуклеарных фагоцитов, активированных флогогенами и свободными кислородными радикалами. Концентрация первичного провоспалительного цитокина увеличивается в циркулирующей крови при шоке. В повышенной действующей концентрации фактор оказывает ряд патогенных действий, которые усиливают действие и обуславливают ряд звеньев патогенеза шока и множественной системной недостаточности:

1. Угнетение сократимости сердца.
2. Избыточная активация нейроэндокринной катаболической системы.
3. Системный гипоэргоз при достаточном для аэробного биологического окисления напряжении кислорода в клеточном цитозоле.
4. Активация для воспаления эндотелиальных клеток на уровне всего организма и др.