Физиологические реакции на ожоговое повреждение

Одним из наиболее ранних проявлений тяжелой травмы является повышение в крови уровня кортизола в ответ на выделение адренокортикотропного гормона (АКТГ) передней долей гипофиза. Деятельность гипофиза усиливается, когда нервные сигналы, поступающие из ожоговой раны, достигают гипоталамуса, вызывая стрессовую ответную реакцию. Повышение содержания в крови АКТГ стимулирует кору надпочечников, которая вырабатывает кортизол. Повышенное содержание в крови этого гормона может наблдаться в течение нескольких недель, особенно в случае, если рана обширна или не закрыта кожным трансплантатом. Кортизол оказывает существенное влияние на тканевой катаболизм. Реализация его эффекта приводит к мобилизации выделения аминокислот из скелетных мышц, которые в свою очередь обеспечивают наличие субстратов, необходимых для заживления раны, и служат предшественниками для синтеза в печени белков или глюкозы. Параллельно с активацией деятельности коры надпочечников посредством повышения тонуса симпатической нервной системы происходит стимуляция мозгового вещества надпочечников и выделение в кровь адреналина. Этот нейромедиатор играет важную роль в поддержании деятельности сердечно-сосудистой системы в фазе «угасания», но при этом гормон может увеличить скорость метаболических реакций, если секреция его протекает с большой интенсивностью и на протяжении длительного периода времени. Помимо высокой адреналинемии, во время и сразу после обширного ожогового поражения происходит повышение содержания в крови норадреналина.
Мощными стимулирующими факторами симпатической нервной системы являются возбуждение, боль, страх и гиповолемия, сопутствующие повреждению. Основная роль активизации катехоламиновой системы заключается в стимуляции гликогенолиза и глкжонеогенеза в печени в сочетании с образованием глюкагона и глюкокортикоидов.
Нейроэндокринная реакция на ожог также изменяет обменные процессы в почках, ответственные за выделение солей и воды. Изменения в осмолярности сыворотки и тоничности жидкостей организма, возникающие в результате стресса, усиливают секрецию альдостерона и антидиуретического гормона (АДГ). Альдостерон удерживает натрий в почках, а АДГ усиливает реабсорбцию воды в почечных канальцах. Несмотря на то что нервные и гуморальные медиаторы, образующиеся в результате тканевого повреждения, могут способствовать выделению альдостерона, основными стимулами гиперсекреции гормона являются афферентные импульсы с рецепторов объема.
После обширного повреждения способность организма выделять воду снижается. При сохранной функции почек концентрация мочи у обожженного больного составляет от 1 до 2 мл Н2О/мосмоль выделяемых растворенных веществ. Это соответствует осмолярности мочи 500—1000 мосмоль/л, даже если имеет место адекватная гидратация. Следовательно, увеличение массы тела, наблюдаемое вслед за ретенцией солей и воды, является обычным следствием ожоговой травмы. Для всех ран характерно образование отеков различной величины в зависимости от тяжести ожога. Назначение раствора Рингерлактата в составе инфузионной терапии восполняет потери жидкости. Избыток трансфузионной среды перераспределяется в интерстициальном пространстве. Эта жидкость, накапливаемая в так называемом «третьем пространстве», со временем вновь возвращается в сосудистое русло по мере регрессии отека и восстановления нормального темпа диуреза.
Ожоговое повреждение изменяет также нормальную эндокринную реакцию поджелудочной железы. Соотношение инсулин/глюкагон, как правило, уменьшается. Этот процесс можно отнести за счет повышенной активности симпатической нервной системы или высокого содержания адреналина в крови, который, как известно, подавляет выделение инсулина. Увеличение содержания глюкагона и снижение количества инсулина в крови служит мощным стимулом к усилению образования глюкозы в печени, а в сочетании с действием других гормонов (адреналина и глюкокортикоидов) способствует поддержанию глюкогенеза.
Таким образом, гормональные диспропорции как следствие ожога определяют степень физиологических и биохимических изменений в компенсаторной перестройке организма. Во время фазы «угасания» задержка в организме соли и воды способствует поддержанию объема циркулирующей крови. Большое количество глюкозы, образующееся в печени, является важным источником питания нервной системы, эритроцитов, лейкоцитов и заживающей раны. В результате протеолиза в скелетных мышцах образуются предшественники аминокислот для глюконеогенеза и синтеза белков в печени. Послеоперационный липолиз приводит к образованию большого количества свободных жирных кислот, являющихся основным источником энергии. Современные методы лечения ожоговых травм снижают до минимума, но не устраняют полностью эти реакции, возникающие в ответ на повреждение.

Гиперметаболизм. Гиперметаболизм характеризуется увеличением показателя основного обмена (OO) выше норм, устанавливаемых в зависимости от возраста, пола и типа телосложения. Уровень метаболизма, как правило, определяется путем измерения объема вдыхаемого и выдыхаемого воздуха, а также тепла, образующегося в результате поглощения кислорода и образования углекислого газа. Уровень гиперметаболизма в основном связан с тяжестью ожоговой травмы. У пациентов с тяжелыми повреждениями (общая площадь ожога более 50% поверхности тела) отмечен стабильный уровень 00, иногда в 2 раза превышающий нормальные величины. Интенсивность теплопродукции у обожженных больных часто контрастирует с картиной, наблюдаемой у послеоперационных пациентов, когда после хирургического вмешательства 00 редко увеличивается, но не более чем на 10—15% от нормы.
Параллельно с развитием гиперметаболизма у обожженных больных обычно наблюдается повышение температуры тела на 1—2 °C. Эта посттравматическая лихорадка — одна из известных форм ответной реакции организма на повреждение и представляет собой повышение температурного порога регуляторных реакций головного мозга. В принципе такое повышение температуры тела проходит для пациента безболезненно.
Известной реакцией организма на травму является увеличение количества поглощаемого кислорода; по всей видимости, в этой реакции участвуют все ткани организма. Помимо тяжести травмы, количество потребляемого кислорода зависит также от минутного сердечного выброса. Однако в течение определенного времени количество поглощаемого кислорода и скорость кровотока в некоторых участках сердечно-сосудистого русла не связаны друг с другом. Сравнение степени интенсивности гемодинамических и метаболических процессов, протекающих в обожженных и необожженных нижних конечностях, показало, что на фоне потребления одинакового количества кислорода объемный кровоток в поврежденной конечности в 3—4 раза больше. При этом основной поток крови движется по направлению к поверхностным слоям раны, а не к подлежащим мышцам.
Таким образом, рана является важным регулятором местного кровообращения. В этом случае усиление кровотока преследует цель, состоящую в поддержании регенерационных процессов в ране без увеличения потребления кислорода. Деятельность почек также увеличивает потребление кислорода. Однако изменение почечного кровотока в большей степени зависит от солевой нагрузки и состояния волемии, чем от потребления кислорода. Кровоток во внутренних органах возрастает почти соразмерно с увеличением потребления кислорода на периферии. На усиление кровотока во внутренних органах и ране приходится существенная доля от увеличения минутного сердечного выброса, наблюдаемого после повреждения.
При повреждении в результате воздействия термического агента потребление кислорода внутренними органами значительно возрастает, в то время как утилизация кислорода на периферии не изменяется и составляет стабильный процент от общего аэробного метаболизма. Следовательно, гиперметаболизм при ожоговой травме представляет собой распространенную системную реакцию, затрагивающую весь организм. При этом продуцирование тепла в организме происходит относительно обычным образом, а именно: две трети тепла вырабатывается тканями внутренних органов и одна треть — конечностями. У обожженного больного тепло вырабатывается главным образом за счет окисления жиров и основная его часть является следствием нарушения обычного течения биохимических процессов, У больных с термическими травмами имеет место увеличение энергозатрат на механическую работу респираторной и сердечной систем, однако этим объясняется меньшая доля всего вырабатываемого тепла. Также может наблюдаться некоторое усиление транспортной функции крови. Ho главным из уста нов ленных потребителей дополнительной энергии, безусловно, являются процессы синтеза: образование глюкозы, новых белков альбумина и лейкоцитов, т. е. компонентов, необходимых для заживления обширных ожоговых ран. Большая часть энергетических затрат может быть отнесена на счет синтеза белков. Соотношение между собой перечисленных процессов при образовании тепла в организме не выяснено до сих пор.
Продуцирования дополнительного тепла при указанных процессах синтеза у обожженных больных вполне достаточно для повышения температуры тела, несмотря на высокую теплоотдачу Большая скорость кровотока в ране концентрирует тепло но поврежденной поверхности, вследствие чего температура на этом участке выше, чем в окружающей коже. Высокая температура раны способствует более быстрому ее заживлению. Если учесть что испарение воды с поверхности раны приводит к ее охлаждению, значение поверхностного кровотока в регуляции температуры становится очевидным.
Сопутствующими эффектами повышенной теплопродукции являются повышение 00, катабольческий вариант метаболизма и потери массы тела. Растущие энергетические потребности необходимо восполнять с помощью гипералиментации, особенно в случае диагностированных осложнений катаболизма и потерь в массе тела.
Еще не так давно интенсификацию обмена веществ у больных с травмами, и особенно у пациентов с ожогами, связывали с реакцией организма на потери тепла при испарении жидкости с раневой поверхности. Эта гипотеза подтверждалась данными, что повышение температуры окружающей среды частично снижает гиперметаболическую реакцию, возникающую вслед за ожоговым повреждением. Однако позже было обнаружено, что даже при наиболее благоприятных температурных условиях окружающей среды у ожоговых больных все же сохраняются гиперметаболизм и повышенная температура тела. У обожженных детей и других больных с травмами повышение органной теплопродукции не соответствует теплоотдаче, что находит свое выражение в увеличении внутренней и кожной температуры. Более того, наиболее благоприятная температура окружающей среды для обожженных больных обычно выше, чем для здоровых людей.
Из этих наблюдений следует, что травма перенастраивает деятельность центра терморегуляции, расположенного в гипоталамусе, на более высокий уровень.
Повышение температуры тела сопряжено с интенсификацией обмена веществ (температурный коэффициент или эффект Q10). Однако повышением уровня поглощения кислорода, связанным с увеличением температуры тела, можно объяснить только около 30% от гиперпродукции тела, наблюдаемой вслед за травмой. Высокая интенсивность обмена веществ после повреждения — это непосредственное следствие травмы. Она возрастает в результате воздействия холода, боли, беспокойства, других эмоциональных факторов, а также осложнений, связанных с инфекцией.
Изменения в углеводном обмене. Одним из хорошо известных последствий термического повреждения является гипергликемия. В период фазы «угасания» содержание глюкозы в крови увеличивается пропорционально тяжести ожога. Содержание инсулина в крови сразу после ожога невелико, так же как и скорость продуцирования глюкозы. Вовремя фазы «протекания» в крови отмечена нормальная или повышенная концентрация инсулина, но при этом уже развивается гипергликемия. Из этого факта следует, что взаимосвязь между толерантностью углевода к инсулину и процессами выведения глюкозы из организма. нарушается. В печени синтезируется большее количество глюкозы, и ускорение глюконеогенеза, видимо, следует связывать со степенью повреждения. Исследования, проведенные у обожженных больных, свидетельствуют о том, что большая часть новой глюкозы, синтезируемой печенью, образуется из трехуглеродных предшественников (лактата, пирувата, аминокислот и глицерина), поступающих из периферических тканей.
Печень считается центральным органом глюконеогенеза. Повышенный глюконеогенез, характерный для обожженных больных, опосредован главным образом глюкокортикоидными гормонами, стимулирующими ферменты глюконеогенеза. Однако в одном из последних исследований было сделано предположение о том, что кишечник и печень как бы сотрудничают друг с другом в синтезе новой глюкозы. Опыты по введению дексаметазона собакам показали, что кишечник как бы подключается к органу, который выделяет основное количество глюкозы, при введении глюкокортикоидов. Одновременно с этим в кишечнике ускоряется утилизация глутамина, который служит в данном случае источником энергии, причем углеродный радикал идет на синтез глюкозы. Во время этих процессов возрастает скорость выделения аланина в кишечник, который, будучи основным глюконеогенным фактором, может поглощаться печенью и участвовать в поддержании глюконеогенеза. Wilmore и соавт. изучили обмен субстратами между обожженными и неповрежденными конечностями больных с целью определения характеристики периферических тканей в образовании больших количеств глюкозы. Общий транспорт глюкозы в неповрежденных конечностях был небольшим.
Полученные данные позволяют предположить, что первичным источником энергии для скелетной мускулатуры в ближайшем послеожоговом периоде является жир, а не глюкоза. Вместе с этим утилизация глюкозы в обожженных конечностях увеличивается, так как 80% ее уходит на образование лактата. Этот факт согласуется с биохимическими данными о высокодифференцированных клетках ожоговой раны и воспалительной ткани (фибробласты, макрофаги и лейкоциты), которые при анаэробном типе метаболизма обладают высокой способностью образовывать лактат.
Измерения кровотока и изучение распределения метаболитов в почках и головном мозге позволили получить дополнительную информацию о метаболизме глюкозы и основном обмене у обожженных больных. В то время как количество глюкозы, окисляемой в центральной нервной системе у обожженных больных, не выходит за пределы обычных величин, масса глюкозы, поглощаемой почками, может в 2 раза превышать норму. Лишь незначительная часть глюкозы утилизируется скелетной мышцей, остальное ее количество поглощается раной. В ране глюкоза метаболизируется в лактат, который затем вновь утилизируется печенью в цикле Кори.
Эти сдвиги в углеводном обмене существенно влияют на процессы утилизации глюкозы, получаемой больными с пищей энтеральным или парентеральным путем. Больные с термическими ожогами и травмами не способны перерабатывать физиологические количества глюкозы при внутривенном введении. Wolf и соавт. показали, что нагрузка глюкозой или введение инсулина не приводят к ослаблению синтеза глюкозы в печени. Авторы с помощью индикаторных элементов обнаружили, что только 73% глюкозы, введенной инфузионным способом обожженным детям, метаболизируется в организме. Этим же авторам удалось полностью остановить синтез глюкозы у здоровых людей. Проведение непосредственных измерений показало, что наибольшей толерантностью к глюкозе обладает печень и скелетная мышца. Например, инсулин-зависимое потребление глюкозы мышцами предплечья значительно снижается через 2 ч после введения инсулина и аналогичным образом через 3 дня после введения глюкокортикоидов уменьшается количество потребляемой глюкозы скелетной мышцей.
Изменения в белковом обмене. У всех больных с обширными термическими травмами наблюдаются значительные потери азота с мочой.
Было установлено, что основные потери азота происходят вследствие катаболизма белков мышц. Ярко выраженный протеолиз наблюдается в тканях как неповрежденных, так и обожженных конечностей. Аналогично остальным системным реакциям организма на термическое повреждение потеря азота, происходящая после ожога, связана не только с площадью ожога, но и с предшествующим состоянием питания конкретного больного и частично с массой его мышц.
Исследования метаболизма белков показали, что вслед за ожоговым повреждением устанавливается высокий отрицательный азотистый баланс. Однако в этих работах рассматривался только общий азотистый катаболизм и не была изучена абсолютная скорость распада азота в различных тканях организма. У здоровых людей азотистый баланс сохраняется благодаря устойчивому равновесию между процессами синтеза и распада. Отрицательный азотистый баланс наблюдается в том случае, если скорость расщепления возрастает, а интенсивность белкового синтеза остается неизменной или если скорость расщепления белков постоянна, а синтез их замедляется.
Предположение о том, что при обширном повреждении источником азота мочи является скелетная мышца, было впервые высказано Cuthbertson, который исследовал больных с переломами трубчатых костей. Количественные изменения, потерь аминокислот у больных с ожогами конечностей подтвердили факт протеолиза скелетной мышцы. С помощью плетизмографического метода был измерен кровоток голени и одновременно определена концентрация аминокислот в артерии и вене бедра у ожоговых больных. Оказалось, что транспорт аминокислот из конечностей больных с ожогами лиц увеличивается в 3—4 раза по сравнению со здоровыми людьми. Из всех аминокислот, которые были изучены, наибольший пик приходился на аланин (концентрация глутамина не измерялась). Повышенное содержание аланина в венозной крови из голеней тяжелообожженных больных, как правило, было связано с тяжестью повреждения и степенью поглощения кислорода, однако не зависело от размера ожога и кровотока. Таким образом, ускоренное выделение α-аминоазота из конечностей таких больных, видимо, скорее представляет собой общий катаболический эффект повреждения, чем ответную реакцию на местные воспалительные или метаболические процессы.

Общепризнанно, что после любого повреждения происходит ускоренный отток аминокислот из мышц. Однако лишь недавне было установлено, что количественная характеристика транспорта аминокислот не отражает состава белка в мышце. В то время как аланин и глутамин составляют от 50 до 60% всех выделяемых аминокислот, содержание каждой из них в белке мышцы не превышает 6% (рис. 63). С другой стороны, аминокислоты с разветвленной цепью составляют около 6% от выделенных аминокислот, что приблизительно соответствует 15% мышечного белка. Goldberg предположил, что аминокислоты с разветвленной цепью выступают в качестве аминных доноров α-кетоглутарата и представляют соответствующие кетокислоты и глутамат. Кетокислоты могут преобразовываться в промежуточные продукты цикла трикарбоновых кислот в скелетной мышце или выводиться с кровотоком. Глутамат может выступать в качестве предшественника в синтезе глутамина или в качестве донора аминогруппы в синтезе аланина. Этими сопряженными реакциями объясняются биосинтез и повышенное выделение аланина и глутамина, а также уменьшение количества в крови аминокислот с разветвленной структурой. После повреждения в скелетной мышце усиливается окисление разветвленных аминокислот и выделение глутамина и аланина. Глутамин поглощается почками, где метаболизируется с образованием аммиака и участвуете поддержании кислотно-щелочного баланса. У собак этот эффект можно усилить введением глюкокортикоидов. Кроме того, глутамин утилизируется желудочно-кишечным трактом и служит источником энергии в окислительных реакциях. Энтероциты превращают глутамин главным образом в аммиак и аланин, которые выделяются в кровь воротной вены. Аммиак и аланин затем захватываются печенью, причем первый преобразуется в мочевину или глутамин, а последний выступает в качестве глюконеогенного предшественника (рис. 64). При экспериментальной травме поглощение глутамина кишечником и почками ускоряется, что, по всей вероятности, частично опосредовано повышенным образованием глюкокортикоидов. Отсюда следует, что глутамин и аланин являются важнейшими веществами, участвующими в транспорте азота из скелетной мышцы во внутренние органы. Однако при этом метаболическая регуляция глутамина и аланина обеспечивает выделение содержащегося в них азота с мочой и аммиаком через почки (рис. 65).

Жировой обмен. Появление гиперметаболизма, повышенного уровня глюконеогенеза и субстратного транспорта между органами происходит в результате ускоренной мобилизации и окисления депонированных триглицеридов. Исследования у ожоговых и других больных с травмами показали, что их дыхательный коэффициент равен приблизительно 0,7—0,75. Полученные данные позволяют считать жиры основным источником энергии при окислении. Если тяжелобольных пациентов лишают пищи, их жировые и белковые резервы быстро истощаются. При таком голодании больные чаще страдают от кровотечений, инфекции и им чаще необходимы хирургические вмешательства, у них чаще могут наблюдаться нарушения функций органов, сепсис и летальный исход. Чтобы этого избежать, больному требуется усиленное энтеральное или комбинированное энтерально-парентеральное питание в период катаболической фазы обмена веществ. Жировые эмульсии, применяемые в форме изотонического раствора и содержащие 1—2 кал/мл, можно вводить в периферические вены во избежание многочисленных осложнений, связанных с внутривенными инфузиями.

Для фазы катаболизма, возникающей в результате травмы, характерны нарушения питания и изменения в гормональной сфере. Этот период носит название «адренергическо-кортикоидной фазы». Вслед за этой фазой начинается фаза анаболизма. Она протекает в различные периоды выздоровления больного. Если нет никаких осложнений, эта фаза, как правило, начинается после проведения аутодермопластики. Такой поворот от катаболизма к анаболизму называется «кортикоидно-затихающей абстинентной фазой» и характеризуется положительным азотистым балансом и увеличением массы тела. Белковый синтез усиливается благодаря длительному энтеральному питанию. Этот синтез непосредственно связан с восстановлением массы тела и силы мышц. У взрослого человека средней комплекции положительный азотистый баланс обычно колеблется от 2 до 4 г азота в день, что соответствует прибавлению 60—120 г массы тощей ткани. Общее количество поглощаемого азота эквивалентно его суммарной потере, но скорость его накопления в организме намного меньше, чем скорость изначального катаболизма. Четвертая и последняя фаза выздоровления характеризуется поздним этапом анаболизма, отличительным признаком которого является очень медленное прибавление в массе тела. Во время этого периода у больного устанавливается азотистый баланс, сочетающийся с положительным углеводным равновесием, в результате отложения жиров в организме.