Глава 8. Метаболическая реакция и гормональные изменения

Введение

Глубокие системные изменения происходят в результате серьезных ожогов. Значительные качественные и количественные изменения в метаболических процессах в организме, а также практически в каждой эндокринной железе происходят сразу после ожога и продолжаются вплоть до фазы выздоровления. Детальное знание таких изменений представляет основу для рационального метаболического лечения ожоговых пациентов и объясняет значительную потерю веса у пациентов, лечение которых занимает несколько недель. До начала обсуждения метаболических и гормональных изменений, необходимо определить некоторые понятия.

Определение

При обсуждении метаболизма необходимо иметь в виду, что в процессе основных метаболических процессов в организме образуется тепло. Говоря о метаболизме в организме имеют в виду выделение тепла и все связанные с этим факторы.

Калории: мера тепла.

Калория: количество тепла, необходимое для нагревания 1 грамма воды с 14,5 Цельсия до 15,5 Цельсия при давлении в 1 атмосферу. Также называется "грамм калория".
Килокалория: равна 1000 калорий и является традиционной единицей измерения, используемой в клинической практике. Обычно пишется "ккал".

Уровень основного обмена (УОО).

Определение: Измеренный уровень выделения теплоты по сравнению с нормой (например Харриса-Бенедикта), используя следующую формулу

          измеренные ккал - нормативные ккал
    УОО = ----------------------------------  x 100
                  нормативные ккал

Клинически ОМУ определяется измерением потребления кислорода и выделения двуокиси углерода, которые как было показано близко соотносятся с уровнем основного обмена организма в состоянии покоя. Скорость основного обмена выражается в процентном отклонении от нормы обычно в пределах +- 10-12 %. Измерения должны производиться при строгом покое и голодании, что трудно или даже невозможно добиться у больного.

Остаточные метаболические затраты (ОМЗ).

Единицы измерения, используемые для выражения скорости больного в критическом состоянии, у которых нельзя достигнуть условий основного обмена из-за болезни или проводимого лечения.
Концептуально выражается как:

Дыхательный коэффициент (ДК).

Общий показатель метаболизма организмом, особенно углеводов и жира. Нужно делать поправку на метаболизм белка, который лучше всего измеряется в граммах азота, выделяемых при диурезе с мочой.

         выделенный объем СО2
    ДК = ---------------------
         потребленный объем О2

(Измерение объемов газов производится за один и тот же промежуток времени).
Значения изменяются от 0,7 до 1,0. Если значение ближе к 0,7, оно показывает, что происходит в основном окислении жира; если ближе к 1,0-окисление углеводов.

Потребление кислорода (О₂).

Потребление кислорода наиболее близко соотносится с выделением тепла организмом или метаболическим уровнем: не каждый литр потребленного кислорода, 4,83 ккал выделяются в организме.

Исследования показали, можно определить истинную метаболическую скорость, вычесляемую методами прямого калориметрирования, с погрешносью 8 % независимо о типа потребления пищи. Поэтому обычно измерение потребления кислорода используют для определения уровня основного обмена, так как этот метод и прост и надежен.

Выделение двуокиси углерода также легко измерить. Однако этот метод не является надежным способом измерения УОО, так как в организме содержаться значительные запасы двуокиси углерода, которые могут легко мобилизоваться и исказить измерения.

Факторы, влияющие на УОО

Площадь поверхности.

Взрослые выделяют больше тепла, чем дети, просто потому, что у них больше вес тела и поэтому больше метаболически активных клеток.

Сравнивая метаболические скорости, лучше использовать измерения площади поверхности тела по отношению к УОО ккалм² поверхности тела. Предпочтительнее использовать в вычислениях площади поверхности тела по сравнению с весом тела, так как это дает более точные результаты.

Стандартное соотношение роста и веса человека по отношению к площади поверхности тела в м² показаны в номограмме. Рассчет уровень обмена при различном весе человека приводятся в приложении.

Возраст.

Выделение тепла на м² площади поверхности тела уменьшается с возрастом (таблица 1).

Пол.

У женщин при равной поверхности тела, ниже метаболическая скорость, чем у мужчин, может быть потому, что процент жировых отклонений в среднем немного выше, чем у мужчин (таблица 1).

А. Fleisch. Le metabolisme basal standard et sa determination au moyen du "Metabocalculator." Helv. Med. Acta 18:23, 1951 in Wilmore, стр. 22.

Температура тела.

При повышении температуры тела повышается потребление кислорода или уровень обмена. На каждый градус повышения температуры, уровень обмена организма увеличивается на 10-13 градусов, это явление называется эффект Q10. Так, у больной при t 40 г. потребление кислорода или уровень обмена на 30-35 % только из-за повышения t.

Органы.

У каждого органа разные уровни, поэтому общий уровень обмена различный. Больше всего влияют на уровень основного обмена печень, мозг и скелетные мышцы, причем мыщцы в активном состоянии влияют на УОО гораздо больше, чем в состоянии покоя.

J. Brozek @ F. Grande. Body compositon and basal metabolism in man. Human biol. 27:22, 1955 in Wilmore, стр. 12.

Прием пищи.

Весь процесс приема, переваривания и абсорбции пищи намного увеличивает потребление кислорода, большевсего при усвоении белка, меньше всего при усвоении жира. Этот эффект проявляется не так ярко, если человек находится в холоде, в лихорадке или в гиперметаболическом состоянии.

Температура окружающей среды.

Внешняя температура имеет важное значение. При t 23-26 гр. уровень обмена начинает подниматься, чтобы поддержать температуру тела. При этой "критической температуре" (23-26 гр)включается центральные механизмы, которые увеличивают уровень обмена для поддержания температуры. Это явление имеет важные последствия для ожоговых пациентов. Важно поддержать t окружающей среды для ожоговых больных на высоком уровне, чтобы не допускать дрожи, которая увеличит уже и так повышенный уровень обмена. С другой стороны, повышение t окружающей среды выше 37 гр. приведет к повышению уровня обмена под влиянием эффекта Q 10.

Состояние болезни.

При травме, инфекции или ожоге уровень обмена увеличвается - факт, впервые отмеченный Кутберсоном в 1932. Различные болезненные состояния могут увеличить УО на 75 % по сравнению с нормальным, а большие ожоги могут увеличить УО больше чем на 100 % (таблица 3). Явления такого значительного повышения УО при больших ожогах называется гиперметаболизмом ожогового больного, так как у них выше собственный УО.

Wilmore, стр. 34

Гиперметаболизм у ожоговых больных

Определение.

Обязательное повышение уровня обмена, наблюдаемое у больных с большими ожогами, продолжается до тех пор, пока рана не заживет. Ожоговый метаболизм характеризуется:

• повышенной теплопродукцией;
• повышенной t тела;
• повышенным расщеплением белка.

В то же время большие ожоги вызывают глубокое катаболическое состояние, при котором ткани организма используются в качестве горючего в топке гиперметаболизма. Большие ожоги вызывают большое повышение уровня обмена, чем любая другая болезнь, обычно около или выше 100 % при ожогах 50 % поверхности и выше.

Механизмы.

Повышенные УО у ожоговых больных тесно связаны с площадью ожога. (таблица 4).

Wilmore, таблица 1.11, стр. 36.

Более ранние теории, касающиеся механизма ожогового гиперметаболизма, указывали на следующие причины: повышенный сердечный выброс, однако исследования показали, что он не приводит к гипермеаолизму; повышенный уровень потери воды у ожоговых больных; переключение температурных центров организма, расположенных в гипоталамусе. Все вышеперечисленные факторы нужно принимать во внимание при лечении больных с большими ожогами, но ни один из них не объясняет механизма ожогового гиперметаболизма, который еще предстоит изучить.

Сердечный выброс сразу после ожога снижается, потом возвращается к норме, увеличивается и остается повышенным вплоть до заживления ожога.

Потери воды намного повышается у ожоговых больных и хотя это не является причиной гиперметаболизма, очень важно содержать больного при относительно высокой влажности (70-75 %) для снижения потери воды.

Температурные центры организма переключаются у ожоговых пациентов. Повторные наблюдения показали, что у ожоговых больных "температура комфорта" выше нормальной, указывая на переключение не более высокий уровень температурных центров гипоталамуса. Из-за более высокой температуры комфорта у ожоговых больных (таблица 5) температура окружающей среды должна поддерживать на более высоком уровне для предотвращения дрожи и стресса.

Демлинг, взято из таблицы 10-1, стр. 170.

Медиаторы гиперметаболического ответа у ожоговых больных были определены за последние годы. Они свидетельствуют о том, что основные механизмы ответа являются многофакторными как на афферентном так и на эфферентном звеньях ответа. (Демлинг, таблица 10-2, стр.171).

Следующие факторы вызывают ожоговый гиперметаболизм:

• афферентные - вещества и медиаторы, выделяемые ожоговой раной, которые затем вызывают изменения в медулярных и гипоталамусных центрах. Эти вещества включают в себя перекись липидов, простагландины, радикалы кислорода, макрофагальные факторы интерлейкип-1 вещества вызывающие некроз опухоли - эндотоксины и другие бактериальные продукты еще больше увеличивают эту реакцию.
• эфферентные - после раздражения медуллярные и гипоталамусные центры выделяют тропные и гипоталамусные центры выделяют вещества, которые вызывают производство следующих гормонов, влияющих на значительное увеличение УО: кортизола (кора надпочечника), катехоламинов (мозговое вещество надпочечников), глюкагона (поджелудочная железа) и гормона роста (гипофиз).

Последствия ожогового гиперметаболизма.

Ожоги вызывают глубокое катаболическое состояние больного - состояние, во время которого все основные ткани организма используются для поддержания удвоенного УО, если во время не остановить этот процесс соответствующим лечением.

Появление признаков ожогового истощения, указывает на то, где нужно сконцентрировать терапевтические усилия для успешного лечения больного с большим ожогом.

1. Постоянная и значительная потеря веса.
2. Значительное снижение иммунологической резистентности, вызванное разрушением иммуноглобулинов.
3. Повышенный распад белка и последующая потеря азота - ожоги могут привести к более значительной потере белка и азота, чем любая другая болезнь, увеличивая УО (таблица 6).

Из Уилмора, таблица 4-6, стр. 149.

Другим важным последствием гиперметаболизма являются изменения субстратов окисления в тканях организма для обеспечения возросших метаболических потребностей.

Глюкоза. Запасы глюкозы в организме невелики, примерно 100-200 г (у 70 кг человека) в виде гликогена в печени мышцах. Во время гиперметаболизма метаболизм глюкозы высокий (таблица 7) и скудные запасы организма исчерпываются на первой стадии после ожога. Если глюкоза не восполняется из внешних источников (парентерально или через зондовое питание) в достаточных количествах, организм начинает использовать в качестве питания другие вещества или ткани.

Из Уилмора, таблица 4.8, стр. 161.

Белок. Запасы белка в организме велики, примерно 8-12 кг в человеке весом 70 кг и представляют главный источник энергии для ожогового больного. Гормональные изменения могут переключить метаболические процессы, чтобы использовать белок в качестве основного источника энергии при отсутствии достаточного количества глюкозы. Такое изменение приводит к быстрой потере мышечной массы и веса тела. Расщепления белка можно избежать вводя достаточное количество глюкозы, аминокислот и экзогенного белка с целью сохранения запасов белка в организме.

Жиры. Жиры представляют собой единственный большой запас энергии у ожогового больного, примерно 16-20 кг жира у человека весом 70 кг. Если запасы белка исчерпаны или сохранены благодаря соответствующим основным источником калорий для ожогового больного и гормональные изменения способствуют этому.

Два других важных последствия ожогового гиперметаболизма заслуживают упоминания в этом контексте.

Гипергликемия и инсулиновая резистентность. Гормональные изменения приводят к более высокой концентрации глюкозы в сыворотке у ожоговых больных. В то же время, эффективность инсулина в транспортировке глюкозы в клетку снижена. Предполагается, что резистентность в ожогах происходит из-за сочетания повышенной циркуляции катехоламинов и кортизола.

Гипертензия. Многие ожоговые больные в том числе и дети имеют повышенное артериальное давление во время болезни. Уровень артериального давления иногда настолько повышен, что требуется лечение. Гипертензия у ожоговых больных вызывается сочетанием повышенного уровня катехоламинов, увеличения сердечного выброса и повышенноо образования ангиотензина.

Гормональные изменения у ожоговых больных

Структура общего системного и метаболического ответа на большие ожоги была описана Катбертсоном. Он основывался на результатах исследований, проводимых в течение последних 50 лет и изучении реакции организма на различные виды травм; он описал реакцию на термическую травму, как двухфазный процесс, начинающийся фазой отлива, с последующей длительной фазой прилива, каждая из этих фаз характеризуется особой структурой гормональных изменений. Весь процесс реакции организма на ожоги с фазами отлива и прилива с характерным гиперметаболизмом сопровождает глубокие и тонкие изменения в гормональном статусе организма.

Фаза отлива начинается сразу после ожога и продолжается первые 2-3 дня - "фаза шока" острых ожогов. Эта фаза характеризуется адаптивной реакцией на ожоговую травму и включает в себя повышенный выброс, начальное снижение потребления кислорода, уменьшение ОЦК, гипотензию и ацидоз.

Гормональные изменения во время фазы отлива способствуют сохранению ОЦК, улучшают гемодинамику и повышают сосудистый тонус с целью уменьшения потерь внутрисосудистой жидкости. Уровень следующих гормонов особенно повышен во время фазы отлива.

Во время фазы отлива антидиуретический гормон (АДГ), гормон рота, аденокортикотронный гормон (АКТГ), b-эндорфины; тириотронный гормон (ТТГ) и катехоламины. Действие большинства этих гормонов способствует сохранению внутрисосудистого объема и вызывает вазоконстрикцию.

Фаза прилива непосредственно следует за фазой отлива и длится до заживления ожога. Эта продолжительная фаза характеризуется прежде всего гиперметаболизмомс сопутствующими изменениями в организме, включающими в себя: увеличение сердечного выброса; максимальное повышение потребления кислорода, уровня обмена и теплопродукции; потере веса и значительные изменения в субстратах окисления.

Гормональные изменения во время фазы прилива помогают организму справиться с возросшими энергетическими потребностями. Сложные гормональные изменения связывают мобилизацию всех метаболических субстратов (углеводов, белков и жиров) для обеспечения повышенных энергетических потребностей, а также подавляют несущественную метаболическую активность (например, гонадную функцию).

Установившаяся структура гормональных изменений во время фазы прилива в первую очередь связана с повышением уровня 4-х основных гормонов: кортизола, катехоламинов, глюкатона и инсулина. Сочетание этих четырех эндокринных элементов вызывает основные метаболические изменения при гиперметаболизме. Кроме того, во время фазы прилива, увеличивается уровень репина и ангиотензина, имеющих важный гемодинамический эффект. Они частично вызывают гипертензию, которые часто сопутствует большим ожогам.

Сложное взаимодействие четырех основных гиперметаболических гормонов - кортизола, катехоламинов, гормона роста и инсулина - воздействует на основные органы и ткани для повышения уровня глюкозы в вязи с расщеплением белка и жира и последующим увеличением производства углекислого газа. Эти 4 гормона воздействуют на скелетные мышцы и увеличивают гликогенез, лизис белка и инсулиновую резистентность. Влияние на печень многосторонне. В первую очередь увеличивается гликогенолиз, глюконеогенез и синтез белка. Воздействие на жировую ткань выражается в увеличении липолиза и инсулиновой резистентности.

Краткое изложение гормональных изменений при ожогах. Здесь приводится краткое изложение гормональных изменений у здорового человека и ожогового больного. Оно не претендует на полноту; это скорее краткий обзор всех эндокринных изменений у ожоговых больных. За более подробным анализом следует обращатьс к работам Катбертсона, Мора, Кинни и Уилмора.