Содержание гемоглобина в эритроците повышено у жителей высокогорья

При переходе горцев на жительство в равнины и обратно заметно меняется количество одного из форменных элементов крови. Какого? В каком случае и почему?
анна

Обязательным условием нормального дыхания человека являются определенные концентрация кислорода в воздухе и величина атмосферного давления. Эти показатели меняются, если человек поднимается в горы или опускается под воду.

При подъеме на высоту одновременно уменьшаются атмосферное давление, парциальное давление кислорода в атмосфере и легочных альвеолах, а также насыщение гемоглобина кислородом (98% О2 в крови транспортируется эритроцитами и только 2% – плазмой).

Благодаря удивительному свойству гемоглобина жадно присоединять к себе кислород даже при малых его давлениях оказывается возможным передвижение человека и жизнь его в высокогорье.

Система крови человека при достаточно длительном нахождении в горах претерпевает комплекс изменений. Общеизвестно, что на этапе долговременной акклиматизации, например, альпинистов, растет число эритроцитов и содержание в них гемоглобина, повышающих кислородную емкость крови (сухое вещество эритроцита содержит до 95% гемоглобина). Повышение концентрации эритроцитов начинается со 2-3 дня акклиматизации и может возрастать на 40-50% к 4-й неделе пребывания в горах (доходит до 8 млн/мм3, в то время как у жителей равнины их 4,5-5 млн/мм3). Это обусловлено увеличением секреции гормонов — эритропоэтинов в красном костном мозге. Менее известно, что на этапе долговременной адаптации, помимо типичного взрослого гемоглобина (HbА) появляется эмбриональный гемоглобин (HbF), способный присоединять О2 при более низком парциальном давлении кислорода в альвеолярном воздухе: молодые эритроциты обладают более высоким уровнем энергообмена. Да и сами молодые эритроциты имеют несколько измененную структуру, диаметр их меньше, облегчая прохождение по капиллярам. Об изменении качества самих эритроцитах говорит и повышение содержание 2,3-дифосфоглицерата (2,3-ДФГ), способствующего освобождению кисло­рода из комплекса с гемоглобином в тканях (установлено, что концентрация 2,3-ДФГ в эритроцитах у спортсменов, тренирующих выносливость, на 15-20% выше, чем у не спортсменов).

В горах по мере акклиматизации происходит значительное повышение содержания эритроцитов в крови – вплоть до 140-150% от равнинного уровня. Высокогорная адаптация вызывает также рост лейкоцитов, максимум которых (+40%) достигается примерно к 40-му дню пребывания в горах.

На высоте 3800 м ткани горца извлекают 10,2 мл О2 из каждых 100 мл крови против 6,5 мл у приехавшего в горы молодого здорового жителя равнин на 4350 м коронарный кровоток и потребление О2 горцев на 30% экономичнее. У горцев увеличена и масса циркулирующей крови, что обусловливает возрастание ее дыхательной поверхности.

Некоторые города расположены на значительной высоте над уровнем моря: Мехико – 2277 м, Аддис-Абеба – около 2000 м. На большой высоте расположено много сельских селений на Кавказе, в Гималаях, на Памире и других местах. В условиях высокогорья живут десятки миллионов людей. Популяции людей, издавна живущих в этих условиях, имеют ряд адаптивных приспособлений. Так, в крови индейцев Перуанских Анд (живущих и работающих на высоте около 4000 метров) наблюдается повышенное содержание гемоглобина и количество эритроцитов (до 8х1012 в 1 л крови).
Но не каждый человек, попавший в условия горного климата, может преодолеть влияние этих факторов. Это зависит от его физиологических особенностей и тренированности организма. Если адаптации не произошло, у человека вследствие падения парциального давления кислорода развивается так называемая горная болезнь. Ее вызывает гипоксия – недостаток кислорода в тканях организма.

Много веков тому назад были заселены высокогорные области Тибета и Анд. Именно в Андах на высоте 4,5 км над уровнем моря впервые (XVI в.) испанские завоеватели Америки столкнулись с «горной болезнью». У больных появилась резкая одышка при движениях, общая вялость, головная боль и другие неприятные явления.

Объяснить причины этой болезни смогли лишь только через три века, благодаря работам французского ученого П.Бера. Он доказал, что «горная болезнь» возникает в результате низкого парциального давления кислорода в разреженной атмосфере. Ученый отметил, что развитие болезни начинается именно с 4 тыс. м и нарастает по мере подъема.

В случае внезапного перемещения (самолетом) человека в высокогорные районы (свыше 3000 метров) развивается острая форма горной болезни: отмечается одышка, слабость, усиление сердцебиения, головокружение, головная боль, угнетенное состояние. Дальнейшее пребывание человека в таких условиях может привести к его смерти.

Дополнительно по теме: www.mountain.ru

В
главе рассмотрено состояние крови при разной физической активности,
недостатке и избытке кислорода, воздействии холода, высоких температур,
ионизирующей радиации, гравитационных перегрузок и невесомости.

ПОВЫШЕННАЯ ФИЗИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ

Тренированность –
состояние высокой работоспособности, которое достигается в результате
высокой и постоянной физической активности. В крови в ходе развития
тренированности к высокой физической активности наблюдаются
количественные и качественные изменения всех форменных элементов. У
человека в состоянии тренированности особенно выражены адаптивные
изменения, направленные на оптимизацию кислородного режима, а именно:

– увеличение ОЦК при нормальных относительных показателях содержания гемоглобина и эритроцитов;

– увеличение
общего содержания гемоглобина и эритроцитов при сохранении
физиологических показателей гематокрита и вязкости крови;

– повышение
интенсивности процессов разрушения и продукции эритроцитов.
Одновременно наблюдаются активация тромбоцитопоэза и свёртывающей и
противосвёртывающих систем, а также увеличение содержания белков плазмы
и буферной ёмкости крови.

ПОНИЖЕННАЯ ФИЗИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ

Гиподинамия (греч. hypo – внизу, снизу, под; dinamikos – относящийся к силе, сильный) подразумевает снижение силовых действий в результате малой двигательной активности, а гипокинезия (греч. kinesis –
движение) – ограничение объёмов перемещений тела в пространстве и
пониженную мышечную деятельность. Изменения красной крови при сниженной
физической активности противоположны изменениям при гипердинамии.

•
 Снижение мышечной активности приводит к уменьшению ОЦК и
содержания эритроцитов. Пребывание человека в условиях
анти-ортостатической гипокинезии (постельного режима) сопровождается
снижением объёма крови до 20% от исходного уровня (уменьшается и объём
плазмы, и эритроцитарной массы). Уменьшение этих показателей при
гиподинамии отражает общую относительную гипогидратацию организма.

•  Снижение гематокритного числа, содержания ретикулоцитов.

•
 Угнетение эритропоэза идёт до определённого уровня, затем
продукция эритроцитов устанавливается в соответствии с потребностями
организма, что обеспечивает необходимый кислородный режим, но общая
кислородная ёмкость крови при этом снижена.

•  Снижение специфического и неспецифического иммунитета характерно как для гипердинамии, так и для гиподинамии.

•  Снижение тромбоцитопоэза, количества тромбоцитов и их функциональной активности характерно для лиц с гиподинамией.

•
 Изменение физико-химические свойств крови при гиподинамии
происходит за счёт снижения общей буферной ёмкости крови. Концентрация
белка в плазме, несмотря на уменьшение её объё- ма, остаётся постоянной.

ГИПОКСИЯ

Классический
пример адаптации к гипоксии – подъём в горы. Адаптивные изменения
системы крови в условиях высокогорья могут быть кратковременными,
долговременными и естественными.

Кратковременная адаптация к гипоксии

Кратковременная
адаптация человека к условиям высокогорья прежде всего проявляется
интенсификацией кислород-транспортной функции крови (рис. 5-1).

Эритроциты при кратковременной адаптации

На
ранних этапах адаптации число эритроцитов и содержание гемоглобина
увеличивается за счёт перераспределения крови (отно- сительный
эритроцитоз), в последующем усиливается кроветворение. В первые дни
пребывания в горах, особенно после интенсивной мышечной деятельности,
количество эритроцитов и гемоглобина в крови может умеренно снижаться,
что связано с повышенным разрушением эритроцитов.

Рис. 5-1. Адаптивные изменения в системе крови (ОЦК – объём циркулирующей крови)

Усиленный гемопоэз приобретает устойчивый характер спустя примерно 3 недели, а масса циркулирующих эритроцитов (на высоте 3200 м) достигает наибольшего уровня на 40-й день адаптации. При этом возрастает ОЦК.

При кратковременной адаптации к высокогорью на высотах до 3000 м происходит преимущественное увеличение количества гемоглобина, тогда как на больших высотах (3600 м
и более) проявляется выраженное нарастание числа эритроцитов.
Ускоренный эритропоэз и эритроцитоз при этом сопровождаются изменениями
структуры эритроцитов и кислород-транспортных свойств гемоглобина.

•  Макроцитоз эритроцитов с уплощением кривой распределения диаметра клеток.

•
 Активация перекисного окисления липидов (ПОЛ) в мембранах
эритроцитов. Увеличение реакций ПОЛ в свою очередь ускоряет деградацию
мембран эритроцитов.

•  Снижение средней продолжительности жизни красных клеток стимулирует эритропоэз за счёт повышенного синтеза эритропоэтина.

•
 Увеличенная и ускоренная продукция эритроцитов в костном мозге
сопровождается снижением доли эффективного и повышением доли
неэффективного эритропоэза.

•  Накопление 2,3-дигидрофосфоглицерата в эритроцитах снижает сродство гемоглобина к кислороду, облегчая его отдачу тканям.

•
 Поддержание равновесия между распадом и продукцией эритроцитов на
новом, более высоком уровне при экзогенной кислородной недостаточности
достигается путём увеличения метаболических запросов; в частности,
увеличивается потребление аминокислот, жирных кислот, витаминов, железа и
микроэлементов. В связи с этим в условиях высокогорья чаще возникают
железодефицитные состояния и гиповитаминозы.

Лейкоциты при кратковременной адаптации. В процессе адаптации к гипоксии система белой крови изменяется менее заметно.

•
 В первые дни происходит увеличение количества нейтрофильных
лейкоцитов, но снижается содержание эозинофилов, моноцитов и лимфоцитов.

•
 В первые две недели (вследствие иммунодепрессивного эффекта
глюкокортикоидов) ухудшаются функции T- и В-лимфоцитов, но через 3-4
недели функции T- и В-лимфоцитов восстанавливаются до исходного уровня.
При этом наблюдается выраженное повышение уровня IgA, IgG и IgM. В ходе
адаптации возможно появление аутоантител.

Гемостаз при кратковременной адаптации. При
кратковременной адаптации к высокогорью активируется тромбоцитопоэз и
наблюдается повышенная свёртываемость крови. Одновременно активируется
противосвёртывающая система, в частности, фибринолиз

(рис. 5-2).

20-й день 30-й день 40-й день

Рис. 5-2. Реакции
свёртывания крови в процессе адаптации к высокогорью: 1 – время
рекальцификации, 2 – протромбиновый индекс, 3 – толе- рантность плазмы к
гепарину, 4 – свободный гепарин, 5 – фибриноген, 6 – фибринолитическая
активность (выход показателей за пределы круга – повышение
свёртывающего потенциала, сдвиг в обратном направлении – понижение).

Физико-химические свойства крови при кратковременной адаптации. Происходит снижение напряжения СО2
в артериальной крови (гипокапния), что вызывает сдвиг pH крови в
сторону ощелачивания (алкалоза). По мере увеличения высоты над уровнем
моря наблюдается снижение щелочного резерва в результате увеличенного
выделения СО2 лёгкими, а также повышенной экскреции бикарбонатов через почки.

Длительная адаптация к гипоксии

Длительная (более двух лет) адаптация к высокогорью характеризуется стабилизацией показателей крови на новом уровне.

•  Эритроциты. Происходит увеличение ОЦК, гематокрита, эритроцитарной массы (на высоте 3000 м на 10%, 4000 м – до 8х1012/л), гемоглобина (от 155 до 174 г/л).

•
 Лейкоциты. После двух лет пребывания в горах количество моноцитов
и лимфоцитов остаётся в пределах нормы, иногда может наблюдаться
незначительный лимфоцитоз.

•  Гемостаз. Тромбоцитопоэз при длительной адаптации остаётся повышенным. В течение первого месяца на высоте 2500 м преобладают показатели антикоагулянтной, а спустя год – коагулянтной системы. На высотах 3600 м и более увеличивается фибринолиз, что характерно и для аборигенов.

•
 Физико-химические свойства крови. Происходит повышение
концентрации белков плазмы и снижение альбумино-глобулинового
коэффициента.

В целом можно
констатировать, что у мигрантов с длительной высокогорной адаптацией
усиливается гемопоэз (в основном эритро- и тромбоцитопоэз), что
отвечает потребностям организма в обеспечении эффективного и
экономичного кислородного режима, а следовательно, ведёт к повышению
работоспособности.

ГИПЕРОКСИЯ

В природных условиях гипероксия не встречается, она создаётся человеком искусственно:

– для предупреждения гипоксии;

– десатурации организма от азота;

– в
медицинской практике для лечения всевозможных гипоксических состояний и
проведения специализированных хирургических вмешательств. Различают
нормобарическую

(давление 760 мм рт.ст.), гипербарическую и гипобарическую гипероксии. Изменения крови при гипероксии зависят от напряжения О2 и длительности гипероксии. Нормобарическая гипероксия. Первой
реакцией является депонирование крови в паренхиматозных органах и
уменьшение ОЦК и снижение осмотической резистентности эритроцитов
(средний объём эритроцитов увеличивается). При нарастании напряжения О2 нарушается
диссоциация оксигемоглобина, поэтому в венозной крови снижается
содержание восстановленного гемоглобина, а транспорт СО2 затруднён (за счёт этого в тканях увеличивается рСО2).

Гипербарическая оксигенация (давление вдыхаемого кислорода 3 атм). Напряжение О2 в артериальной крови повышается до 1100-1400 мм рт.ст. (исходное 90-95 мм рт.ст.). При этом количество растворённого О2 достигает 6 объёмных % (норма 0,3 объемных %), что соответствует нормальному потреблению О2
организмом в покое, т.е. без участия гемоглобина кислородная ёмкость
крови вполне достаточна для поддержания жизни (феномен «жизнь без
крови»). На этом основана терапевтическая ценность гипербарической
оксигенации. Использование режима оксигенации при 2-3 атм с экспозицией
1-2 ч практически исключает развитие патологических явлений в
организме.

Кислородное отравление. С
увеличением в крови и удлинением экспозиции в гипероксической газовой
среде развивается токсический эффект кислорода, т.е. кислородное
отравление. При рO2более 3 атм симптомы кислородного отравления могут развиться через несколько минут. При этом возникает избыток активных форм О2,
которые активируют реакции перекисного окисления липидов, подавляется
тканевое дыхание, нарушается структура клеточных мембран и значительно
увеличивается распад эритроцитов. Токсический эффект кислорода
прекращается с нормализацией режима дыхания.

ВОЗДЕЙСТВИЕ ХОЛОДА

Крайний
и Ближний Север, Арктика и Антарктика – те обширные регионы, где
человек постоянно сталкивается с низкими температу- рами. У жителей
Севера происходят характерные адаптивные изменения системы крови, в
первую очередь эритроцитов и гемоглобина. Эритропоэз у адаптированных
жителей Севера, включая аборигенов, значительно усилен. Интенсификация
эритропоэза у северян соче-

тается с увеличенным распадом и снижением продолжительности жизни эритроцитов.

•
 Содержание гемоглобина и число эритроцитов находятся в пределах
физиологической нормы, но возможны заметные колебания, зависящие от
сезона года, суровости климата и других экологических факторов.

•
 У аборигенов Севера содержание гемоглобина и число эритроцитов в
летне-осенний период количественно превышают показатели некоренных
жителей Севера, а также жителей средних широт.

•
 Происходит увеличение гематокритного числа, среднего объё- ма
эритроцита, снижение средней концентрации гемоглобина в отдельном
эритроците. С продвижением на север эти изменения более выражены.

•
 Показатели гранулоцитов, лимфоцитов и макрофагов в процессе
адаптации у мигрантов могут снижаться, что способствует ухудшению
гуморального и клеточного иммунитета. У аборигенов иммунологическая
реактивность находится в пределах физиологической нормы.

•  У северян наблюдаются тромбоцитоз, активация функций тромбоцитов, свёртывающей и противосвёртывающей систем крови.

ВЫСОКАЯ ТЕМПЕРАТУРА

Кровь,
как и любая другая коллоидная система, чувствительна к воздействию
высоких температур. Влияние высокой температуры на организм человека
определяется интенсивностью, продолжительностью и степенью выраженности
адаптивных реакций организма на перегревание. Морфофункциональное
состояние крови при этом во многом зависит от потерь воды организмом.
При повышенных потерях воды под действием высоких температур
увеличивается вязкость крови, возрастает количество эритроцитов и
содержание гемоглобина.

•  У рабочих горячих цехов отмечают:

– увеличение числа эритроцитов, лейкоцитов;

– изменение
лейкоцитарной формулы (уменьшение количества эозинофилов, увеличение
количества нейтрофилов, резко выраженный лимфоцитоз).

•
 В состоянии адаптированности в конце рабочего дня лишь у
некоторой части работающих отмечается незначительное увеличение
количества эритроцитов.

•  У спортсменов физическая тренировка в условиях высоких температур приводит:

– к увеличению объёма форменных элементов крови на 14-15%, гематокрита на 14-16%;

– к развитию относительного лейкоцитоза.

•
 У спортсменов высокого класса интенсивная мышечная нагрузка в
условиях высокой температуры вызывает относительно меньшие сдвиги, чем у
малотренированных лиц.

•
 Перемещение людей из средних широт умеренного климата в условия
жаркого (аридного) климата приводит к значительным изменениям
физиологических параметров крови в связи с большой потерей воды и
изменениями водно-солевого равновесия.

В
отличие от реакций на кратковременное воздействие высокой температуры
среды, особый интерес представляют генетически закреплённые
физиологические реакции обитателей юмидных (тропических) зон.

•
 Количество эритроцитов и содержание гемоглобина, а также
количество лейкоцитов ниже европейской нормы. Кровь американских или
западноафриканских негров содержит меньше гемоглобина и эритроцитов, что
не связано с плохим питанием. В субтропическом и тропическом климате у
здоровых лиц коренных национальностей также наблюдают относительно
низкое содержание гемоглобина и эритроцитов.

•
 ОЦК остаётся нормальным или немного повышен за счёт плазмы. В
летний период у жителей Ташкента ОЦК составляет 83,0 мл/кг, а в зимний –
79,0 мл/кг.

Красная кровь при адаптации к действию высоких температур

•
 У европейцев, адаптированных к аридным и юмидным зонам, а также у
рабочих горячих цехов, многие годы подвергавшихся тепловым
воздействиям, возникают существенные изменения в эритроне:

– нарастает гемоглобинизация и гидратация отдельного эритроцита;

– снижается содержание гемоглобина в крови;

– уровень эритроцитов удерживается на значениях нижней границы европейской нормы;

– уровень эритропоэтина в крови снижается, а регенерация красной крови замедляется.

•  У аборигенов тропиков и субтропиков:

– увеличен объём плазмы крови;

– снижено количество эритроцитов и гемоглобина;

– биомембраны эритроцитов содержат повышенное количество насыщенных жирных кислот;

– ингибирование
эритропоэза обеспечивается снижением основного обмена, низким
содержанием эритропоэтина и пониженным кислородным запросом тканей. Для
жителей стран с жарким климатом характерно широкое распространение как
скрытого, так и явного дефицита железа в организме, что сказывается на
синтезе гемоглобина.

Лейкоциты при адаптации к действию высоких температур. У
здоровых аборигенов жарких стран, в отличие от жителей средних широт,
наблюдается выраженная лейкопения с относительным или абсолютным
лимфоцитозом.

Гемостаз при адаптации к действию высоких температур. Показатели
гемостаза и фибринолиза у жителей аридных и юмидных зон имеют
отчётливые различия по сравнению с жителями средних широт с умеренным
климатом:

– у жителей тропиков
содержание тромбоцитов понижено (содержание тромбоцитов в 1 мкл крови у
аборигенов Сенегала и Нигерии достигает 100-200 тыс./мкл, а у живущих
там европейцев – 200-320 тыс./мкл);

– активность свёртывающей системы крови у африканцев ниже, чем у европейцев;

– активность фибринолитической системы у африканцев, напротив, выше, чем у европейцев.

ИОНИЗИРУЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Хроническое
облучение так называемыми малыми дозами (в том числе пороговыми)
приводит к изменению длительности периодов и всего генерационного цикла
эритроидных и миелоидных клеток костного мозга. При воздействии
ионизирующего облучения возникает значительное количество активных
радикалов кислорода. Активные радикалы кислорода в значительной степени
активируют перекисное окисление липидов. Накопление гидроперекисей
липидов приводит к повышенному распаду клеток крови. При длительном
облучении организма малыми дозами уменьшается число молодых форм
эритроидных элементов, а также сокращается продолжительность жизни
эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов, уменьшение их

количества в периферической крови и ослабление функциональной активности всех форменных элементов крови.

Никаких
пороговых доз в отношении проникающей радиации не существует. Речь
может идти только о сложившейся практике оценки в статистическом
контексте (А.Д. Сахаров). Непонимание этого обстоятельства, к
сожалению, широко распространено.

ГРАВИТАЦИОННЫЕ ПЕРЕГРУЗКИ

Гравитационные
перегрузки (продольные и поперечные), с которыми сталкивается человек в
авиакосмической деятельности, оказывают значительное воздействие на
систему крови:

– происходит выраженное перераспределение крови в организме по вектору действия перегрузок;

– эритроциты подвергаются повышенному механическому и осмотическому гемолизу;

– средняя продолжительность жизни эритроцита сокращается, а интенсивность эритропоэза увеличивается.

НЕВЕСОМОСТЬ

В
условиях невесомости организм, лишённый привычных воздействий сил
гравитации, перестраивает свою систему кроветворе- ния. Степень
адаптивных изменений определяется длительностью нахождения в условиях
невесомости:

– минимальные сдвиги отмечены после кратковременных (несколько суток) полётах;

– космические
полёты продолжительностью 16-18 суток сопровождались наиболее
выраженными изменениями – повышением содержания всех глобулиновых
фракций.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Что лежит в основе адаптивных изменений в системе крови при повышенной двигательной активности?

2. Какие изменения в системе гемостаза наблюдаются при повышенной двигательной активности?

3. Какие изменения в системе крови наблюдаются при пониженной двигательной активности?

4. Чем определяется степень адаптивных изменений в системе крови при адаптации к высокогорью?

5. Назовите виды гипероксии и ситуации её применения.

6. В чём заключается механизм токсического действия кислорода?

7. Какие морфофункциональные особенности системы крови наблюдаются при адаптации к холоду?

8. Чем определяется степень изменений в системе крови при адаптации к высокой температуре?

9. Какой общий механизм лежит в основе токсического действия кислорода и ионизирующего излучения?

10. В чём заключается охранительная роль белка р53 при повреждающем действии ионизирующего излучения?

11. Что происходит с системой крови при гравитационных перегрузках?