Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Неонатальный период онтогенеза. Представление о внутриутробной гипоксии 10
1.2. Кислотно-основное состояние крови детей при рождении 16
1.3. Газотранспортные свойства крови .21
1.4. Обмен веществ и энергии у детей при рождении 29
Глава 2. Материалы и методы исследования
2.1. Материалы исследования 33
2.2. Методы исследования 34
2.2.1. Забор крови из сосудов пуповины 34
2.2.2. Проведение анализов .35
2.2.3. Расчетные данные .39
2.2.4. Статистическая обработка полученных результатов 39
Глава 3. Результаты исследования и их обсуждение
3.1. Кислотно-основное состояние артериальной и венозной крови, содержание
электролитов 40
3.2. Газотранспортные свойства крови .51
3.2.1. Гемоглобин и его формы 51
3.2.2. Содержание кислорода .60
3.2.3. Содержание углекислого газа .68
3.2.4. Клетки эритроидного ряда .72
3.3. Энергозатраты детей 80
3.3.1. Уровень глюкозы и лактата в крови 80
3.3.2. Потребление и утилизация кислорода 86
3.4. Связи между исследованными показателями .94
Заключение 97
Выводы 106
Практические рекомендации 107
Список литературы 108
- Кислотно-основное состояние крови детей при рождении
- Обмен веществ и энергии у детей при рождении
- Забор крови из сосудов пуповины
- Содержание кислорода
Кислотно-основное состояние крови детей при рождении
Основу деления жизненного цикла на отдельные периоды составляет, способ взаимодействия организма с условиями среды, когда физиологические функции более или менее стабильны. Переход от одного периода к другому рассматривается как переломный, критический этап онтогенеза, в течение которого происходят преобразования функций, приводящие к морфо-физиологическим и психофизиологическим изменениям организма [12, 25, 80, 133, 142].
Период новорожденности наиболее сложный в онтогенезе, возрастные границы колеблются в зависимости от зрелости ребенка, но в среднем он составляет не менее 28 дней. После рождения условия жизни ребенка резко меняются. Он попадает в совершенно другую окружающую среду, где понижена температура, появляется зависимость от гравитации, зрительные, тактильные, звуковые, вестибулярные раздражители. Формируется иной тип дыхания, получения питательных веществ, что сопровождается изменениями практически всех функциональных систем организма. Однако у ребенка отмечается функциональная незрелость органов и систем, особенно ЦНС [25, 54, 88, 94, 142, 210].
Важнейшей особенностью периода новорожденности является проявление признаков зависимости ребенка от течения внутриутробного периода и родов [5, 103, 128, 153, 173]. Поскольку для нормального развития ребенка во время внутриутробного периода требуется постоянный приток кислорода и выведение углекислого газа, в эмбриогенезе развиваются приспособления способствующие обеспечению оптимального уровня газообмена.
Комплекс морфо-функционнальных изменений, обусловленный недостаточной доставкой кислорода или неадекватной его утилизацией тканями рассматривается как показатель внутриутробной гипоксии плода [29, 110]. Гипоксия – это типовой патологический процесс, который вызывают недостаточное поступление кислорода в ткани и клетки организма или нарушение его использования при биологическом окислении [100]. Внутриутробная гипоксия не является первичной нозологической формой или самостоятельным заболеванием, осложняющим внутриутробное развитие плода, а возникает как следствие различных патологических процессов в системе мать — плацента — плод. Она может быть антенатальной, если развивается до начала родовой деятельности, и интранатальной, когда кислородная недостаточность плода возникает в течение родового акта. Сочетание антенатальной, интранатальной и постнатальной гипоксии, называется перинатальной гипоксией плода и новорожденного [3, 5, 24, 111]. По длительности различают внутриутробную гипоксию, которая охватывает период от нескольких дней до нескольких недель, и острую, обычно развивающуюся в родах, она продолжается от нескольких минут до нескольких часов [110, 129, 142].
Типы внутриутробной гипоксии в основном те же, что и для более поздних возрастных периодов, а именно: гипоксическая при понижении насыщения крови кислородом. Циркуляторная при достаточном насыщении крови кислородом, но нарушении его доставки к тканям. Гемическая при нарушении связывания кислорода гемоглобином или снижением количества гемоглобина в крови. Тканевая гипоксия при снижении способности тканей усваивать кислород [1, 14, 142, 143].
Проблема дыхания плода в природе решается путем встречных координированных морфо-функциональных адаптивных изменений со стороны плода и со стороны матери [22, 25, 88, 98]. При гипоксическом состоянии в организме матери в качестве компенсаторных механизмов увеличивается масса плаценты с образованием большей площади поверхности, усиливается интенсивность маточно-плацентарного кровотока за счет увеличения поверхности плацентарной мембраны и емкости капиллярной сети в плодовой части плаценты [24, 25, 29, 110]. Со стороны плода развивается важнейшая компенсаторно приспособительная реакция относительно способности к развитию в условиях низкого снабжения организма кислородом по сравнению, со взрослыми. Степень насыщения кислородом (sO2) артериальной крови взрослого человека 96-97%, а у здорового плода- 40-70%. Этому способствует больший минутный объем сердца до 198 мл/кг у плода, тогда как у новорожденного ребенка до 85 мл/кг, а у взрослого до 70 мл/кг. Увеличение частоты сердечных сокращений до 150-160 уд/мин. Значительная кислородная емкость крови (КЕ) в среднем 23%, наличие фетального гемоглобина составляющего 70% от общего количества гемоглобина в эритроцитах. Наличие физиологической эритремии, что обусловливает достаточный транспорт кислорода [29, 34, 88, 110, 129]. Особенности строения сердечно - сосудистой системы и фетального кровотока за счет, которого почти все органы плода получают смешанную кровь. Смешение различных потоков крови в желудочках сердца плода обеспечивает более медленное в случае развития гипоксии снижение рО2, чем у взрослых. Физиологические особенности кровообращения плода важны не только с точки зрения снабжения его кислородом. Не меньшее значение фетальное кровообращение имеет и для осуществления важнейшего процесса выведения из организма плода СО2 и других продуктов обмена, кроме того система кровообращения плода находится в тесной взаимосвязи с гемодинамикой плаценты и матери [57, 98, 110, 111]. Все эти изменения способствуют облегчению газообмена между матерью и ребенком. На ранних этапах гипоксии происходит активация функций большинства систем, далее их угнетение и деструктивные изменения в жизненно важных органах [113, 143].
Обмен веществ и энергии у детей при рождении
Согласно современным представлениям, в патогенезе гипоксии важнейшая роль принадлежит структурно – функциональной дестабилизации клеточных мембран, реализуемой через процессы перекисного окисления липидов (ПОЛ) и систему антиоксидантной защиты [34, 64, 67, 114, 115]. Непосредственное повреждающее действие на клетки оказывают продукты ПОЛ, которое в условиях гипоксии усиливается. Образующиеся при этом активные формы кислорода и другие свободные радикалы, которые совместно с недоокисленными продуктами угнетают ферментные реакции, снижают активность дыхательных ферментов, нарушают структурно - функциональные свойства клеточных мембран с повышением их проницаемости для ионов. В итоге повышенной проницаемости клеточных мембран является энергетический голод и гибель клеток [3, 67]. На активацию ПОЛ помимо прочих факторов могут оказывать влияние некоторые формы гемоглобина, в частности MetHb. Окисление Hb в MetHb сопровождается образованием супероксидного анионного радикала кислорода, который не только оказывает повреждающее воздействие на клеточные мембраны, но и инициирует появление активных форм кислорода, в том числе Н2О2 и ОН. Образующийся MetHb является одновременно катализатором свободнорадикальных процессов и донором свободных ионов железа, которые инициируют ПОЛ. При связывании MetHb с фосфолипидами возможно образование гемихрома, нарушение контактов между гемом и глобином и отщепление железа от порфиринового кольца. Освобождающиеся ионы Fe3+ и их комплексы в свою очередь могут вступать в реакцию с гидроперикисями липидов [55, 73, 84, 238].
С помощью корреляционного анализа показано, что в артериальной крови детей из группы 1 существует статистически значимая связь между О2 Нb и ННb(rS= -0,84), между MetHb и НHb (rS= 0,52). В группе 2 значимых взаимосвязей между формами Нв не выявлено. 3.2.2. Содержание кислорода
Обмен газов в плаценте аналогичен газообмену в легких, однако он совершается не между кровью и альвеолярным воздухом, а между жидкими средами – кровью матери и плода. Кровь матери и плода не смешивается в плаценте, кислород из материнской крови переходит в кровь плода путем диффузии через стенки сосудов, разделяющих токи крови матери и плода [240]. Полученные данные о содержания кислорода в крови детей представлены в табл. 3.2.3.
рО2 у детей из группы 1 в артериальной крови выше (р 0,05), чем в венозной крови. Характер распределения (рис.3.2.6) отличается от нормального, очевиден широкий разброс значений, высока индивидуальная изменчивость, как в артериальной так и венозной крови, CV 30-28,3% соответственно. У большинства детей уровень рО2 в артериальной крови от 15 до 30 мм.рт.ст, в венозной от 10 до 25 мм.рт.ст., АВР 7, 36 мм.рт.ст.
В артериальной крови детей из группы 2 (р 0,05) выше, чем в венозной крови, характер распределения (рис.3.2.6). У большинства детей уровень рО2 в артериальной крови от 20 до 35 мм.рт.ст, в венозной крови от 15 до 25 мм.рт.ст., CV 16,6 % - 20,3 % соответственно, АВР 8,44 мм.рт.ст..
Анализ показал, что в артериальной и венозной крови детей из группы 1 рО2 достоверно ниже (р 0,05), АВР меньше на 14,7%, показатели более вариабельны, чем у детей из группы 2. Это свидетельствует о менее высоком и менее стабильном уровне рО2 в крови детей с признаками ВУГ при рождении. Полученные нами данные несколько ниже ранее опубликованных [91, 95, 122]. рО2 - это показатель, который дает представление только о физически растворенных не связанных молекулах О2, составляющих в нормальных условиях лишь небольшую часть общего содержания О2 в крови, от которого зависит сатурация Нв кислородом [4].
Забор крови из сосудов пуповины
Для получения данных об уровне энергообмена необходимо учитывать содержание О2, СО2 в артериальной и венозной крови, объем крови в зависимости от массы тела. В литературе мало данных о показателях энергообмена у детей до начала легочного дыхания, а данные о влиянии гипоксической среды на энергообмен в раннем онтогенезе отсутствуют [87, 95, 173,]. Полученные результаты рассчитанных показателей энергообмен представлены в табл. 3.3.2 и 3.3.3.
ПК у детей с признаками ВУГ значимо (на 27%) ниже ( р 0,01), чем у детей из группы сравнения. Данные высоко вариабельны в обеих группах детей, разброс значений в группе 1 - от 1,68 до 16,26 мл/кг/мин, в группе 2 – от 6,34 до 18,18 мл/кг/мин. Характер распределения (рис. 3.3.7), также показывает снижение ПК у детей из группы 1 и большую индивидуальную изменчивость этого показателя. Из работы [28] известно, что ПК у новорожденных детей (без указания возраста) равно 4,6 мл/кг/мин, у детей в возрасте 10 ± 5 ч (от 2 до 28 ч) после рождения 6,9 ± 1,1 мл/кг/мин. Наши данные выше указанных в 2 раза, но согласуются с результатами [95]. Таким образом, у детей при рождении наблюдается высокое потребление кислорода, несмотря на действие ВУГ. Величина ПК у человека рассчитывается на 1кг массы тела, увеличивается с уменьшением массы тела. Ее максимум, равный 8,5 мл/кг/мин, соответствует массе в 10 кг. Организм массой 40-50 кг потребляет меньшее количество кислорода, около 4 мл/кг/мин [60]. ПК характеризует как известно, уровень затрат энергии (ЭЗ), а в сочетании с данными о содержании СО2 в крови может дать представление о дыхательном коэффициенте (ДК).
ЭЗ у детей из группы 1 достоверно (на 28,5%) ниже (р 0,01) по сравнению с детьми из группы 2. Данные высоко вариабельны и имеют широкий разброс значений. Характер распределения (рис.3.3.7) в двух группах внешне схож. Таблица 3.3.2.
Примечание р 0,05 между группой 1 и 2 Энергозатраты рассчитывали, принимая, что количество тепла, высвобождающегося при сгорании 1 л кислорода в процессах метаболизма почти одинаково при утилизации белков, жиров или углеводов [127]. Действительно, максимальная величина КЭК (калорического эквивалента кислорода) (5,0 ккал на 1 л кислорода при окислении углеводов) и минимальная (4,5 ккал на 1 л кислорода при окислении белков) различаются всего лишь на 10%, поэтому при расчетах интенсивности обмена обычно используют среднюю величину – 4,8 ккал. Максимальная ошибка, возможная при использовании этой усредненной цифры, составляет 6%, но если окислению подвергается смесь питательных веществ, ошибка оказывается еще менее значительной. Теплопродукция плода как побочный результат процессов обмена составляет около 15% теплопродукции материнского организма [214]. Из литературы известны средние величины ЭЗ у детей через несколько часов после рождения – 0,032-0,035 ккал/кг/мин [46].
Полученные нами данные выше в 2 раза у детей с признаками ВУГ и в группе сравнения, что согласуются с данными, полученными ранее [95].
КУК практически одинаков в обеих группах, отмечается высокая индивидуальная изменчивость показателя. Разброс значений весьма широкий: в группе 1- от 24,71 до 60 %, в группе 2- от 24 до 65%. Характер распределения имеет куполообразную форму (рис. 3.3.7). КУК позволяет оценить часть кислорода, поглощаемую тканями из артериальной крови. Известно [1, 130, 133], что КУК у взрослых людей в покое имеет величину от 30 до 40 %, а при тяжелой мышечной работе повышается до 50 -60 %.
Таким образом, величина КУК у детей при рождении соответствует цифрам взрослых людей при легочном дыхании, а вариабельность величины КУК у новорожденных детей можно рассматривать как проявление затрат энергии, связанных с усиленным потреблением кислорода, в условиях родов и ВУГ, а также зависимость от различных функциональных резервов организма. При всем при этом, различий по величине КУК у детей из групп 1 и 2 не выявлено. ДК у детей с признаками ВУГ выше на 22,6%, чем у детей группы сравнения. Это разница статистически не значима в виду большого индивидуального разброса цифр. Есть значение ДК -0,28 - 4,67 - 7.
Приведенные показатели распределения (рис. 3.3.8) по двум группам схожи, большинство детей имеет ДК 1,26.
Поскольку ДК – соотношение между объемом выделенной углекислоты и поглощенного кислорода, можно ориентировочно судить о том, какие вещества преимущественно окисляются. При окислении белка ДК равен - 0,81, при окислении жира - 0,7, при окислении углеводов - 1,0. Если пища смешанная, то ДК составляет - 0,82. При голодании, когда в организме усиливается диссимиляция жиров, ДК может уменьшаться до 0,6. ДК превышает 1,0 при интенсивном накоплении в организме жиров, при гипервентиляции легких за счет дополнительного выведения из организма СО2, находившегося в связанном состоянии [127].
Для молодых людей со здоровыми легкими в состоянии физического покоя следующий расчет по показателям крови - в артериальной крови концентрация О2 составила 197 мл/л в венозной - 147 мл/л АВР - 50; концентрация СО2 в артериальной крови - 493 мл/л, в венозной - 535 мл/л, АВР - 42, ДК = 0,84 [133]. Такая величина ДК у взрослого человека означает, что окисляется смесь питательных веществ. Поскольку, по нашим данным ДК у большинства детей при рождении больше 1, это говорит о преимущественной утилизации компонентов углеводного характера. Варианты значения ДК выше 6, скорее всего, носят случайный характер.
Корреляционный анализ показателей энергообмена у детей из группы 1, показывает высоко достоверную связь между ЭЗ/ПК, среднюю между ДК/КУК, связь слабая между ПК/КУК, КУК/ЭЗ, ДК/ПК, ДК/ЭЗ. (рис.3.3.8.). Высокая вариабельность показателей ПК, ЭЗ, КУК, ДК у детей с признаками ВУГ, связанно с большой индивидуальной разницей функциональных резервов каждого ребенка. Дети испытывают разную степень нарушения дыхательной функции крови и различный уровень истощения компенсаторных механизмов.
Содержание кислорода
Установлено изменение соотношений форм гемоглобина. В артериальной и венозной крови детей из группы 1 значимо (р 0,05) ниже содержание COHb, но выше MetHb по сравнению с группой 2, при этом общий гемоглобин содержится практически в одинаковом количестве (табл. 3.2.1 и 3.2.2).
Отличия в содержание форм гемоглобина у новорожденных детей и взрослого человека, по-видимому, связаны с тем, что при рождении в 20-30 раз больше HbF (%), который легче по сравнению с HbA окисляется до MetHb или формирует комплексы с СО, образуя COHb. У новорожденных образование MetHb происходит легче из-за высокой способности HbF к окислению, но вследствие низкой активности НАДН2-зависимой метгемоглобинредуктазы [112]. Образование СОНb в крови детей с признаками ВУГ, вероятно связанно с действием ацидоза и низкой активность карбгемоглобинредуктазы.
MetHb помимо прочих факторов может оказывать влияние на активацию ПОЛ. Окисление Hb в MetHb сопровождается образованием супероксидного анионного радикала кислорода, который не только оказывает повреждающее воздействие на клеточные мембраны, но и инициирует появление активных форм кислорода, в том числе Н2О2 и ОН. Образующийся MetHb является одновременно катализатором свободнорадикальных процессов и донором свободных ионов железа, которые инициируют ПОЛ. При связывании MetHb с фосфолипидами возможно образование гемихрома, нарушение контактов между гемом и глобином и отщепление железа от порфиринового кольца. Освобождающиеся ионы Fe3+ и их комплексы в свою очередь могут вступать в реакцию с гидроперикисями липидов [55, 73, 84, 219, 220, 238].
Выведение углекислого газа из организма ребенка ограничено при значительном увеличении его количества. В венозной крови рСО2 повышено на 21,5%, а АВР по сСО2 снижено на 40%. Общее содержание СО2, включая бикарбонатную и карбаматную формы, в крови детей с признаками ВУГ снижено, особенно в венозной крови. Диффузия СО2 у плода осуществляется в основном за счет физически растворенного СО2 и связанного с Нb. Бикарбонаты натрия и кальция в обеспечении газообмена между кровью плода и матери практически не участвуют, угольная кислота образуется из бикарбонатов и распадается до СО2 и Н2О очень медленно из-за отсутствия карбоангидразы в эритроцитах ребенка [47,239].
Изменяется метаболизм на уровне электролитного состава (увеличение уровня К+ и Са++), что при ацидозе может привести к повышению растворимости солей костной ткани и большее количества кальция, чем в норме, переходит из костной ткани во внеклеточную жидкость и выводиться с мочой [43, 138]. Так же у детей с признаками ВУГ буферная емкость снижена (р 0,05) в артериальной крови на 20%, в венозной крови на 29% . Так как, Na+, Сl -, K+ и Са++ являются маркерами функционального состояния клетки, и определяются как жестко регулируемые показатели вне– и внутриклеточного состава. Изменение их соотношения происходит на фоне нарушенного трансмембранного транспорта [30, 141]. Таким образом, в условиях ВУГ в крови накапливаются недоокисленные продукты обмена, свободные радикалы, которые повреждают структурно-функциональные свойства клеточных мембран, от чего повышается их проницаемость для ионов K+ , Ca++ , истощается буферная емкость крови за счет усиленного выведения Н+. В то же время уровень Na++ и Cl_ как основных осмотических ионов внеклеточного пространства не изменяется.
ВУГ влияет на состав эритроидных клеток в крови детей. Хотя количество эритроцитов практически одинаково, увеличено количество ретикулоцитов на 25% и нормоцитов в 2 раза. Ретикулоцитоз и нормоцитоз подтверждают тот факт, что определяющим в активности эритроцитоза является гипоксическое воздействие на организм. Таким образом, приспособление к недостатку кислорода тесно связано с механизмами, улучшающими транспорт кислорода и его утилизацию. Также подтверждается, что эритропения в сочетании с ретикулоцитозом свидетельствует об активации процессов эритродиереза [85]. У детей с признаками гипоксии при рождении созревание эритроцитов замедлено [116]. Длительность жизни эритроцитов у новорожденных детей не превышает 30 -40 суток [47, 50, 229] Причина заключается в более высокой интенсивности обменных процессов у детей, действии повреждающих факторов и в уникальном характере метаболизма эритроцитов [97, 202, 204].
Так как под влиянием гипоксии организм плода переходит на анаэробный гликолиз, то в этих условиях снижаются процессы утилизации глюкозы тканей и способность печени синтезировать глюкозу и лактат. Это приводит к накоплению их в крови [152, 153, 220]. Уровень глюкозы в артериальной крови детей одинаков, но у детей с признаками ВУГ потребление снижено в 2,5 раза.
Уровень лактата в крови детей при рождении как показатель кислородной задолженности в организме, по нашим данным, выше в 6,4 раза по сравнению со взрослыми. У детей с признаками ВУГ уровень лактата в артериальной крови выше в 0,5 раза, в венозной крови 1,5 раза, АВР больше в 2 раза, по сравнению со здоровыми детьми. Ребенок может использовать в большой степени анаэробный гликолиз для покрытия энергетических потребностей, что повышает относительную устойчивость его к гипоксии. Однако возможен путь энергозатрат только за счет анаэробных процессов, так как этот путь получения энергии неэкономен и малоэффективен. Высвобождающееся при этом количество энергии на единицу субстрата почти в 18 раз меньше, чем при аэробном гликолизе. Уменьшаются запасы гликогена, обнаружено уменьшение гликогена в нейтрофильных лейкоцитах при тяжелой гипоксии. Истощение запасов гликогена в миокарде плода приводит к развитию сердечной слабости [57, 91, 113]. Увеличение концентрации лактата и глюкозы в крови сопровождается интенсификация перекисного окисления липидов[64, 115].
