Биологические и социальные эффекты адаптации к гипобарической гипоксии

БИОЛОГИЧЕСКИЕ 
И СОЦИАЛЬНЫЕ 
ЭФФЕКТЫ АДАПТАЦИИ 
К ГИПОБАРИЧЕСКОЙ 
ГИПОКСИИ

Москва
ИНФРА-М
2020

МОНОГРАФИЯ

Î.Í. ÌÀËÀÕ
Ò.Þ. ÊÐÅÑÒÜßÍÈÍÎÂÀ

УДК 615.835.3
ББК 53.585
 
М18

 
Малах О.Н.
 
 
Биологические и социальные эффекты адаптации к гипобарической 
гипоксии : монография / О.Н. Малах, Т.Ю. Крестьянинова. — Москва : 
ИНФРА-М, 2020. — 200 с. — (Научная мысль). — www.dx.doi.org/ 
10.12737/monography_5b0fe8157324f2.88864001.

ISBN 978-5-16-013756-8 (print)
ISBN 978-5-16-106425-2 (online)
Монография отражает возможности применения технологий адаптации к гипобарической гипоксии для профилактики и лечения токсического гепатита и бронхиальной астмы. Кроме того, показаны социальные 
эффекты адаптации к гипобарической гипоксии в сочетании с образовательными программами. Объясняется положительный эффект влияния 
адаптации к гипобарической гипоксии на общий метаболизм организма. 
Издание может быть полезно для студентов биологических и медицинских специальностей учреждений, обеспечивающих получение высшего 
образования, специалистов в области реабилиталогии, аллергологии и иммунологии, патологии гепатобилиарной системы, а также для широкого 
круга читателей.

УДК 615.835.3
ББК 53.585

Р е ц е н з е н т ы:
Лызиков А.Н., профессор кафедры госпитальной хирургии Гомельского государственного медицинского университета, доктор медицинских наук, профессор;
Питкевич Э.С., профессор кафедры теории и методики физической культуры и спортивной медицины Витебского государственного 
университета имени П.М. Машерова, доктор медицинских наук, профессор

ISBN 978-5-16-013756-8 (print)
ISBN 978-5-16-106425-2 (online)
© Малах О.Н., Крестьянинова Т.Ю., 
2018

А в т о р ы:
Малах О.Н., доцент кафедры анатомии и физиологии Витебского 
государственного университета имени П.М. Машерова, кандидат 
биологических наук;
Крестьянинова Т.Ю., доцент кафедры теории и методики физической культуры и спортивной медицины Витебского государственного 
университета имени П.М. Машерова, кандидат биологических наук

М18

Список сокращений

АДФ 
— аденозиндифосфорная кислота
АЛТ 
— аланинаминотрансфераза
АСТ 
— аспартатаминотрансфераза
АТФ 
— аденозинтрифосфорная кислота
БА 
— бронхиальная астма
ГБТ 
— гипобарическая терапия
ГГТ 
— гамма-глутамилтрансфераза
ДО 
— дыхательный объем
ЖЕЛ 
— жизненная емкость легких
ИАЛ 
— индекс атерогенности липидов
ИЗА 
— индекс загрязнения атмосферы
МВЛ 
— максимальная вентиляция легких
МОД 
— минутный объем дыхания
МОС 
— максимальная объемная скорость выдоха
МСВ 
— максимальная скорость выдоха
ОЕЛ 
— общая емкость легких
ООЛ 
— остаточный объем легких
ОРЗ 
— острые респираторные заболевания
ОФВ1 
— объем форсированного выдоха за 1 сек.
ОФВ1(%ФЖЕЛ) — объем форсированного выдоха за 1 сек.
 
 
(% форсированной жизненной емкости легких)
ПОЛ 
— перекисное окисление липидов
ПОСвы 
— пиковая скорость форсированного выдоха
рО2 
— парциальное давление кислорода
РОвд 
— резервный объем вдоха
РОвыд 
— резервный объем выдоха
СОЭ 
— скорость оседания эритроцитов
CCl4 
— четыреххлористый углерод (тетрахлорметан)
ТГ 
— триглицериды
ТОБ 
— тип отношения к болезни
ТЭЛА 
— тромбоэмболия легочной артерии
ФЖЕЛ 
— форсированная жизненная емкость легких
ФОЕ 
— функциональная остаточная емкость
ХБ 
— хронический бронхит
ХОЗЛ 
— хронические обструктивные заболевания легких
ХС 
— общий холестерин
ХС-ЛПВП 
— холестерин в липопротеидах высокой плотности
ХС-ЛПНП 
— холестерин в липопротеидах низкой плотности
ЩФ 
— щелочная фосфатаза
ЦНС 
— центральная нервная система
ЧД 
— частота дыхания (дыхательных движений в 1 мин)

Введение

В процессе своей жизнедеятельности организм человека подвергается воздействию различных экологических факторов, одним 
из которых является гипоксический. Наиболее часто встречающейся причиной развития гипоксии является понижение парциального давления кислорода в окружающем воздухе. Первой реакцией организма на гипоксическое воздействие является увеличение 
минутного объема дыхания и кровообращения. После чего запускаются внутриклеточные реакции адаптации. При умеренной гипоксии в каждой клетке включаются реакции активной адаптации, 
направленные на сохранение энергетического гомеостаза.
Устойчивость организма к недостатку кислорода определяется 
его генетическими и фенотипическими свойствами, а именно: 
 характером его энергетического обмена, степенью совершенства 
его регуляторных механизмов, их способностью перестраиваться 
и приспосабливаться к гипоксическим условиям, сохраняя жизнедеятельность [53]. Кислородный гомеостаз человека обеспечивается сопряженным функционированием органов внешнего дыхания, кровообращения, гемопоэза, системами биологических 
 (аэрогематический, гематопаренхиматозный) барьеров, тканевым 
дыханием и нейрогуморальными механизмами. Так, вентиляция 
легких обеспечивает доставку основного объема кислорода из атмосферного воздуха в альвеолы, кровоток переносит оксигемоглобин в капилляры тканей. На всем остальном протяжении, значительную часть которого составляют полупроницаемые мембраны, 
кислород транспортируется из одной среды в другую благодаря 
диффузии, скорость которой является главным лимитирующим 
фактором проникновения кислорода в митохондрии. Для каждого 
этапа транспорта кислорода существуют оптимальные физиологические пределы парциального давления кислорода [3, 5, 7], обеспечивающие наилучшие условия для его утилизации. Нарушение 
в деятельности системы транспорта кислорода на любом этапе 
 может быть причиной гипоксии.
Большая часть потребляемого организмом кислорода расходуется на окислительное фосфорилирование, поэтому при гипоксии, 
прежде всего, снижается концентрация АТФ. Наряду с энергетическим дефицитом в условиях кислородной недостаточности накапливаются недоокисленные продукты: восстановленные пиридиннуклеотиды, органические кислоты — пировиноградная и молочная. В условиях кислой среды внутриклеточного содержимого 
изменяется активность клеточных ферментов, образование стеро

идных гормонов, нейромедиаторов и других биологически активных веществ. Накапливаются токсические продукты метаболизма, 
что приводит к еще более глубоким нарушениям функций организма. Гипоксия независимо от механизмов ее развития приводит 
не только к прекращению процессов синтеза структурных компонентов мембран, но и к их непосредственному разрушению [9, 145]. 
Вместе с тем пребывание в условиях гипоксии позволяет активизировать адаптационные и метаболические резервы организма, 
сформировать длительный по времени «структурный след» [85]. 
 Существенной чертой адаптации к гипоксическому воздействию 
является активация биосинтеза белков и нуклеиновых кислот, что 
приводит к формированию комплекса структурных изменений 
[145, 151], которые проявляются, в частности, в увеличении емкости коронарного русла в 1,5–2 раза [54, 168], увеличении массы 
и дыхательной поверхности легких, увеличении эффективности 
систем, ответственных за выведение из организма натрия и воды. 
Важные изменения происходят в системе нейроэндокринной регуляции. При этом в коре головного мозга накапливаются ограничивающие стресс-факторы (дофамин, серотонин, опиоидные пептиды). В печени увеличивается активность детоксикационных 
систем, которые обеспечивают окисление холестерина и выведение 
его из организма в виде желчных кислот [12, 55, 168, 406]. Существенные изменения реализуются при адаптации к периодическому 
действию гипоксии в условиях барокамеры в системе иммунитета, 
где, в частности, происходит изменение соотношения Т- и В-лимфоцитов в сторону преобладания последних и, соответственно, 
ограничение иммунных реакций, опосредованных Т-лимфоцитами, с увеличением выраженности гуморального иммунного ответа [29, 145, 151, 162].
Такой системный «структурный след» адаптации обеспечивает 
защиту организма не только от недостатка кислорода. Он обладает широким перекрестным защитным эффектом, а именно: предупреждает стрессорные повреждения сердца, печени, желудка 
и других важных органов [3, 9, 76], ограничивает размеры ишемических и адренергических некрозов в сердце [168], тормозит развитие наследственной гипертонии [32, 167], у животных предупреждает стрессорную дислипопротеидемию [11], подавляет аллергические реакции замедленного типа [59].
Таким образом, повышение неспецифической резистентности 
организма, развивающейся при адаптации к гипоксии, может играть важную роль в профилактике и лечении ряда заболеваний, 
а также повышении устойчивости к неблагоприятным факторам 
внешней среды.

Глава 1 
мОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ИЗмЕНЕНИЯ 
В ОРГАНИЗмЕ ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ 
ПОД ВЛИЯНИЕм ГИПОКСИИ

1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ГИПОКСИЧЕСКИХ СОСТОЯНИй

Проблема адаптации организма к кислородному голоданию находится в центре внимания исследователей, так как многие физиологические и патологические процессы в течение жизни человека 
прямо или косвенно связаны с гипоксией [26, 204]. Гипоксией 
(кислородной недостаточностью), по определению А.М. Чарного, 
называется состояние, наступающее в организме при неадекватном 
снабжении тканей и органов кислородом или при нарушенной утилизации в них кислорода в процессе биологического окисления. 
В.А. Березовский в смысл понятия «кислородная недостаточность» 
вкладывает несоответствие между метаболическим запросом и его 
энергетическим обеспечением, которое сопровождается временным 
выходом каких-либо показателей кислородного гомеостаза из пределов колебаний, очерченных границами физиологической зоны. 
При этом явления недостаточности возникают как при дефиците 
кислорода, так и в условиях его избытка, приводящего к подавлению интенсивности тканевого дыхания и дефициту энергии. 
Близкое определение термина «гипоксия» дает J.F. Nunn, который 
считает, что гипоксия — это состояние, при котором уменьшается 
аэробный метаболизм вследствие снижения фосфора в митохондриях, т.е. в клетке уменьшается количество макроэргических соединений (АТФ) и накапливаются продукты анаэробного обмена.
Таким образом, гипоксия — широко распространенное явление, 
которое возникает в условиях дефицита кислорода во внешней 
среде и (или) в результате нарушений функций дыхательной и сердечно-сосудистой систем, а также транспортной функции крови. 
Это типовой патологический процесс [48, 61], который приводит 
к снижению доставки кислорода к тканям до уровня, недостаточного для поддержания функции, метаболизма и структуры клетки 
[127], а также всегда приводит к недостатку свободной энергии 
[265], гипоэргозу [5].
Решающим моментом для возникновения гипоксического состояния является доставка кислорода из внешней среды к клетке, 
где он участвует в реакциях аэробного образования энергии [127]. 
Этапы транспорта кислорода представляют каскад с постепенно 

снижающимся уровнем парциального давления кислорода в различных средах организма [5, 3, 7]. При нормальном барометрическом давлении, равном 760 мм рт. ст., парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе составляет 159 мм рт. ст., в альвеолах оно 
падает в среднем до 104 мм рт. ст., в артериях равно 90–95 мм рт. ст., 
в венах — 20–60 мм рт. ст. [4, 3, 230]. Существует прямая зависимость между барометрическим давлением и парциальным давлением кислорода [48]. Так, для сохранения жизнедеятельности 
высокочувствительных к недостатку кислорода клеток головного 
мозга напряжение кислорода в непосредственно окружающей их 
среде должно быть в пределах 3–5 мм рт. ст. [144]. Падение напряжения кислорода ниже критического уровня приводит к снижению 
скорости движения электронов по цепи передатчиков и постепенному уменьшению митохондриального дыхания, т.е. к развитию 
«кислородного голодания».
В литературе довольно часто в качестве синонима термина «гипоксия» можно встретить термин «кислородное голодание». Однако 
«кислородное голодание» — термин, отражающий такое состояние тканей и клеток, когда их потребность в энергии не соответствует возможности генерации ее окислительным путем. По мнению С.В. Гастеевой и Д.А. Четверикова, для устранения существующей путаницы в терминологии гипоксических состояний 
выражение «кислородное голодание» целесообразно заменить термином — «окислительная недостаточность», или «гипоксибиоз».
Многообразие клинических проявлений и чрезвычайное разнообразие этиологических факторов гипоксии требовали уточнения 
различных ее форм по этиологическому и патогенетическому 
принципу, т.е. создания классификации кислородной недостаточности.
Одной из первых классификаций гипоксии, получившей признание, была классификация, предложенная Дж. Баркрофтом, 
 который различал: 1 — аноксическую аноксию (соответствует современному термину «гипоксическая гипоксия»), возникшую в результате недостаточной оксигенации крови в легких при подъеме 
на высоту, вдыхании газовых смесей, обедненных кислородом, 
а также при патологии аппарата внешнего дыхания; 2 — анемическую аноксию, в основе которой лежит уменьшение количества гемоглобина или его способности переносить кислород; 3 — застойную аноксию, возникающую вследствие замедления циркуляции 
крови при нарушениях сердечной деятельности и при нормальном 
содержании кислорода в артериальной крови. J.P. Peters, D.D. van 
Slyke выделили четвертый тип аноксии (гипоксии) — гистотоксический, связанный с повреждением окислительных механизмов 

в тканях и неспособностью их в должной мере использовать кислород.
Классификация Баркрофта–Петерса–ван Слайка построена 
на едином принципе дефектности гемоглобина как переносчика 
кислорода. Однако данная классификация имеет существенный недостаток: в ней не дифференцируются гипоксические состояния, 
возникающие в результате патологических процессов, от гипоксических состояний, которые развиваются у практически здоровых 
людей.
Классификации кислородной недостаточности предлагались 
впоследствии многими авторами. Большинство из них либо являются более детализированными, но все же основанными на систематизации Баркрофта—Петерса—ван Слайка, либо имеют прикладное значение.
Различают экзогенный и эндогенный виды гипоксии [66, 121]. 
Экзогенная гипоксия связана с изменением парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе. Эндогенную гипоксию вызывают расстройства внешнего дыхания, транспорта кислорода 
с кровью и нарушение тканевого дыхания. В.С. Новиковым среди 
гипоксических состояний выделена высотная гипоксия, развивающаяся у людей при подъемах в летательных аппаратах [66]. 
 Сегодня в зависимости от причин возникновения механизмов развития выделяют следующие основные типы гипоксии [104]: экзогенный, респираторный, циркуляторный, гемический, тканевой, 
перегрузочный, смешанный [200].
В соответствии с проявляющимися субъективными и объективными симптомами, изменениями кислородных режимов организма 
А.З. Колчинская выделила типы гипоксии: гипоксический, гипероксический, гипербарический, респираторный, циркуляторный, 
гемический, цитотоксический и гипоксия нагрузки [104]. В классификации учтены изменения, происходящие на всех этапах доставки 
кислорода и его использования.
В основе механизма развития экзогенной, или гипоксической, 
гипоксии лежит пониженное парциальное давление кислорода 
во вдыхаемом воздухе [48, 61], что в свою очередь приводит к снижению парциального давления кислорода в артериальной крови 
[66], которое способствует снижению насыщенности гемоглобина 
кислородом [48]. Наряду с этим вследствие гипервентиляции снижается парциальное давление кислорода и парциальное давление 
углекислого газа в крови, что приводит к нарушению диссоциации 
оксигемоглобина, к увеличению рН крови, вследствие чего развивается дыхательный алкалоз. По распространенности различают 
местную и общую гипоксию, по скорости развития — молниенос

ную, острую и хроническую [230]. По степени тяжести — легкую, 
умеренную, тяжелую и критическую гипоксию [190].
Респираторную гипоксию вызывают гиповентиляция альвеол 
[48, 66], нарушения диффузии [61] свободных молекул кислорода 
через легочную мембрану, патологическая вариабельность вентиляционно-перфузионных отношений структурно-функциональных 
единиц легкого и отделов легких, а также патологическое шунтирование смешанной венозной крови в легких [66].
Возникновение циркуляторной гипоксии связано с нарушением 
транспорта кислорода [61] в связи с дисфункцией гладкой мускулатуры сосудистого русла и сердечной мышцы вследствие нарушения 
функций вегетативной нервной системы [200].
Гемическая гипоксия поражает весь организм и развивается 
в результате блокады кислородзависящих свойств гемоглобина или 
может быть следствием избыточного сродства гемоглобина к кислороду, снижающих восстановление гемоглобина и транспорт кислорода в клетку на периферии [66].
Перегрузочный тип гипоксии возникает в результате снижения 
внутриклеточного парциального давления кислорода в ответ на повышение физической нагрузки.
В дальнейшем нами будет рассмотрена только гипоксическая 
гипоксия, или, по классификации А.З. Колчинской, гипоксия, развивающаяся в результате внешних воздействий, поскольку наиболее перспективным для повышения неспецифической резистентности организма представляется использование именно этого вида 
гипоксии.
Гипоксия, возникшая даже в одном из звеньев «гипоксической 
цепочки» (экзогенная, респираторная, циркуляционная, гемическая), ведет к тканевой гипоксии [200], которая характеризуется 
снижением способности клеток использовать кислород для биологического окисления вследствие снижения энзимов цепи дыхательных ферментов митохондрий, сдвигов гомеостаза и внутриклеточной среды, блокирующих аэробное окисление, нарушением 
синтеза ферментов, участвующих в аэробном биологическом окислении, и разрушением наружной клеточной и цитоплазматических 
и митохондриальных мембранах [66]. А.З. Колчинская и др. [60] 
выделяют первичную тканевую гипоксию, связанную с блокадой 
клеточного дыхания на уровне органелл и ферментов (цитотоксическая гипо ксия) вследствие действия токсинов, и вторичную тканевую гипо ксию, когда отмечается нарушение доставки кислорода 
к тканям и снижение уровня обменных процессов в клетках.
Поскольку гипоксический стимул изменяет реактивность и резистентность организма, представляется целесообразным остановиться на этих понятиях подробнее.

1.2. ПОНЯТИЕ О РЕЗИСТЕНТНОСТИ  
И РЕАКТИВНОСТИ ОРГАНИЗмА

Резистентность (от лат. resistencia — противодействие, сопротивление) — устойчивость организма к воздействию различных 
повреждающих факторов. В биологической литературе наравне 
с термином «устойчивость» применяется термин «резистентность» 
для описания одинаковых состояний, которые также называются 
невосприимчивостью. 
Понятия «резистентность» и «невосприимчивость» особенно 
часто употребляются в иммунологии и микробиологии, где они 
нередко выступают как синонимы иммунитета. И.И. Мечников 
связывал невосприимчивость не только с иммунобиологическими 
явлениями, но и с резистентностью, которая, по его мнению, обеспечивается наличием естественных барьеров (кожных покровов, 
слизистых оболочек), а также способностью организма элиминировать попавшие в организм микробные тела. Эта невосприимчивость вначале трактовалась как естественный иммунитет, а затем 
как резистентность организма. В настоящее время понятие «резистентность» получило общее признание и окончательно отдифференцировано от явления иммунитета, характеризующегося иммунобиологическими признаками. Иначе говоря, резистентность 
охватывает более широкий круг явлений сопротивляемости, чем 
иммунитет. Однако резистентность наблюдается и в отношении 
других патогенных факторов: механических, физических, химических. Она может быть не только врожденной, но и приобретенной.
Организм человека и животных в процессе филогенеза приобрел 
морфофункциональные свойства, обеспечивающие его существование в условиях непрерывного взаимодействия со средой, многие 
факторы которой (физические, химические, биологические) могли 
бы вызвать нарушение жизнедеятельности, повреждение и даже гибель организма при недостаточной его устойчивости — недоразвитии или ослаблении защитных механизмов и приспособительных 
реакций. Г. Селье (1961) рассматривал резистентность к патогенному действию различных стрессоров; он отмечал, что стресс имеет 
также профилактическое и терапевтическое значение и, что особенно важно, может повышать неспецифическую резистентность 
к действию разнообразных агентов. И.А. Аршавский (1982) определяет резистентность как способность организма поддерживать нормальный или повышенный уровень функционирования в условиях 
альтерации благодаря увеличению истинного аккомодационного 
сопротивления действующему раздражителю. Отсюда за критерий 
устойчивости принимается длительность и степень выраженности 
первой фазы реакции, которой отвечает живая система на действие