Механизмы гипоксии

Четырьмя основными механизмами гипоксемии, которые необходимо запомнить каждому студенту медику являются низкий уровень кислорода, гиповентиляция, нарушение соотношения перфузии–вентиляции, сброс крови «справа налево». Если запомнить этот список и понять сами механизмы, то каждый может быстро и легко выявить причину гипоксии у пациента.

Человеческий организм является аэробным. Это значит, что все процессы клеточного метаболизма зависят от уровня молекул кислорода, которые поддерживают основные функции организма. Несмотря на то, что организму необходим кислород, клинически определить субоптимальные потребности очень тяжело и невозможно подсчитать. У пациентов с недостаточной оксигенацией могут наблюдаться цианоз, одышка, сердцебиение, потеря сознания, парестезии, усиление диуреза, гипотермия или боль. pH крови может быть понижен, а уровень лактата повышен в результате анаэробного метаболизма. Все или ни одного из этих признаков могут присутствовать, однако это дело лечащего врача подозревать гипоксию и выявлять ее причину.

В этой статье авторы обсуждают определение гипоксемии, обозревают анатомию легочной системы и этапы доставки кислорода и описывают четыре основные причины гипоксемии с примерами из практики. В заключении будет описан пятый механизм гипоксии, который у человека встречается очень редко. Вследствие того, что поместить кислород в кровоток человека это еще только полдела, авторы описали еще и механизм гипоксии тканей при адекватном обмене кислорода в легких.

Гипоксемия против гипоксии

Гипоксемия – это состояние, при котором парциальное давление кислорода в артериальной крови (РаО₂) меньше нормального (менее 60 мм рт. ст.). Если пациент, дышит кислородом, но РаО₂ у него ниже, чем ожидается, то необходимо исключить гипоксемию, даже если уровень РаО₂ выше 60 мм рт. ст. Гипоксемия возникает вследствие непопадания кислорода в кровь. Гипоксия тканей возникает вследствие того, что клеткам не хватает кислорода для выполнения функции метаболизма. Хотя гипоксемия (слишком маленькое поступление кислорода в кровь) обычно является причиной гипоксии тканей, существуют другие состояния, которые прерывают поступление кислорода в кровь и приводят к гипоксии.

Для того чтобы понять обстоятельства, которые приводят к гипоксемии или гипоксии, необходимо представить путь, который проходят молекулы кислорода из воздуха в ткани, где они используются как топливо для клеток. Во время спонтанного дыхания мозг генерирует сигнал, который ведет к сокращению диафрагмы и расширению грудной клетки. При этом создается отрицательное давление в грудной полости, вследствие чего воздух проникает по дыхательным путям в альвеолы. Молекулы кислорода диффундируют через стенку альвеол в капилляры. В крови большинство кислорода переносится гемоглобином в эритроцитах, в то время как небольшой процент растворяется в плазме. Кровь перекачивается через легкие из правого желудочка сердца и после этого возвращается в левое предсердие и желудочек для того, чтобы оттуда разойтись по телу. По ходу того, как артерии разделяются на более мелкие капилляры, кислород освобождается из гемоглобина и поступает в ткани для питания клеток. Углекислый газ, который является продуктом клеточного метаболизма, диффундирует из тканей в капилляры и проходит по венозной системе в правое сердце. Кровь, насыщенная углекислым газом, проходит в легкие. Таким образом, углекислый газ может диффундировать через альвеолярно–капиллярный барьер, чтобы выйти из организма во время выдоха.

Данный путь может прерываться в любом месте, вызывая тем самым гипоксию тканей. Таким образом, существует достаточно много причин, которые могут привести к гипоксии. Вследствие того, что гипоксемия является наиболее частой причиной гипоксии, то необходимо решить имеет ли гипоксемия место в данном случае. Если у пациента наблюдается гипоксемия, то должен присутствовать один из 4-х основных механизмов гипоксемии (низкий FiO₂ , гиповентиляция, нарушение вентиляции–перфузии, сброс крови). Альвеолярно–артериальная разница Р(А-а)О₂ является полезным показателем движения кислорода из альвеолярного пространства в кровоток. Оценка Р(А-а)О₂ позволяет быстро вычеркнуть из 4-х механизмов 2. Как только механизм гипоксемии установлен, необходимо провести дифференциальную диагностику, выполнить необходимые анализы и назначить необходимую терапию, даже если диагноз еще точно не установлен. (Рис. 1).

Рисунок 1.

Таблица 1. Механизмы гипоксии

Механизмы гипоксемии

Уменьшение кислорода в окружающем воздухе

Неадекватное давление кислорода в окружающем воздухе, несомненно, приведет к недостаточной оксигенации крови. Таким образом, первый механизм гипоксемии возникает при наличии неблагоприятной окружающей среды. Низкое давление вдыхаемого кислорода возникает как результат: (1) уменьшения фракции вдыхаемого кислорода ( FiO₂) по сравнению с нормой ( FiO₂< 0.21) при нормальном барометрическом давлении. (2) Нормальное FiO₂ при уменьшении барометрического давления (как при подъеме на высоту), что приводит к уменьшению парциального давления вдыхаемого кислорода ( PiO₂).

Рисунок 2. Уменьшение кислорода в окружающем воздухе. Представлена альвеола с легочным капилляром. (А) Показано давление кислорода в воздухе комнаты (FiO2 = 0.21). (В) FiO2 уменьшено наполовину и давление, при которым молекулы кислорода переходят в капилляры, также меньше в 2 раза. При данном механизме гипоксии P(A - a) O2 в норме.

Уменьшение FiO₂ происходит в результате различных процессов. Например, данная ситуация может возникнуть при пожаре. Огонь моментально поглощает кислород и тем самым уменьшается его содержание в воздухе. Несодержащий кислорода газ, выпущенный в закрытом помещении, также повлияет на уровень кислорода. Например, при утечки газа из газовой плиты в небольших помещениях, использовании природного газа в невентилируемых помещениях.

Уменьшение FiO₂ может возникнуть у пациентов, которым назначена кислородотерапия. Наиболее часто это происходит при сбоях в системе подачи кислорода, таких как отсоединение трубки от источника кислорода, закупорка или изгиб кислородной трубки, смещение назальных трубочек или кислородной маски. У пациентов, подключенных к ИВЛ FiO₂ может упасть при низком уровне подачи кислорода или поломки аппарата. Очень редко в больнице могут происходить сбои в подаче кислорода, баллоны могут быть не помечены.

Снижение уровня кислорода в воздухе также наблюдаться при подъеме на большую высоту, где FiO₂ в норме, а PiO₂ понижен. Эффект барометрического давления на PiO₂ и на давление кислорода в альвеолах показан в таблице 2, путем сравнения выравнивания уровня кислорода на уровне моря и на высоте. В Сиэтле, в городе расположенным на уровне моря, барометрическое давление равняется 760 мм рт. ст. Давление водяного пара равняется 47 мм рт. ст.. Таким образом, PiO₂ = (760-47)*0.21=150 мм рт. ст.. У человека со здоровыми легкими, который проживает в Сиэтле парциальное давление кислорода ( PaO₂) = 150-40/0,8 = 100 (подразумевается нормальное PaCO₂ и уровень обмена в легких). В Денвере, городе, который расположен на высоте 5280 футов над уровнем моря, барометрическое давление в среднем 630 мм рт. ст. Давление водяного пара остается таким же. Таким образом, PiO₂ = (630-47)*0.21=122 мм рт. ст. Когда человек со здоровым легкими едет в Денвер его или ее PaO₂ = 122-36/0.8=77 мм рт. ст. (принимая во внимание среднюю гипервентиляцию вследствие увеличения гипоксии, которая возникает на средних высотах). Люди со здоровыми легкими легко переносят данные изменения и легко акклиматизируются. При поднятии в высокогорье, например на Эверест, где барометрическое давление = 253 мм рт. ст., PiO₂ = 43 мм рт. ст.

Таблица 2.

У пациентов с болезнями легких уменьшение PAO₂ приводит к гипоксемии. Путешествия могут оказаться весьма опасными для таких пациентов. Даже небольшое изменение высоты, например, при переезде на машине через возвышенность, может вызвать гипоксию и дискомфорт. Давление в коммерческом авиалайнере отрегулировано таким образом, что оно симулирует барометрическое давление как на высоте 8000 футов. PiO₂ уменьшается соответственно. Пациенты с заболеваниями легких должны позаботиться о том, чтобы у них был доступ к кислороду.

FiO₂ и барометрическое давление влияют на PAO₂ . Когда вследствие гипоксемии уменьшается содержание кислорода в окружающем воздухе, показатели альвеолярно-аретриальной разницы в норме или не изменяется. Вследствие этого можно сделать вывод, что гипоксемия является результатом уменьшения давления вдыхаемого кислорода.

Терапия при гипоксемии, которая вызвана уменьшением содержания кислорода в окружающем воздухе, вследствие уменьшения FiO₂ или барометрического давления, заключается в обеспечении дополнительного кислорода. Пациентов необходимо отгородить от неблагоприятного очага (огонь, горы). Необходимо отмечать каждое назначение на кислородотерапию.

Случай №1. Мужчина 66 лет с хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ) обеспокоен в связи с тем, что последнее время чувствует себя не очень хорошо. Он рассказал, что в районе своего дома он чувствовал себя прекрасно, вел обычный образ жизни, общался с друзьями и родственниками. Недавно он начал навещать своих внуков 2-3 раза в неделю. Он отмечает, что в те дни становился довольно беспокойным, не было сил делать даже обычные дела. Он не верил, что его беспокойство является результатом «стресса» от общения с внуками. Далее выяснилось, что внуки живут в гористой местности в часе езды от дома пациента. В офисе врача на уровне моря анализ на газы артериальной крови был следующим: pH = 7,40; PaCO₂ = 70 мм рт. ст.; P ( A - a ) O₂ = 22. Врач заподозрил, что при поднятии на определенную высоту, у больного развивалась гипоксемия. Во время своего следующего визита в город к внукам, который расположен на высоте 4000 футов, пациент обратился в местную клинику и газовый анализ крови был следующим: pH = 7,42; PaCO₂ = 44 мм рт. ст.; PaO₂ = 50 мм рт. ст.; P ( A - a ) O₂ = 22. Пациенту была назначена кислородотерапия на время нахождения в гостях у внуков и позже он сообщил, что больше не жалуется на чувство беспокойства или усталости во время визитов.

Гиповентиляция

Гиповентиляция является вторым фактором, который приводит к гипоксии (рис. 3).

Рисунок 3. Гиповентиляция. На рисунке изображена альвеола с легочным капилляром. (А) Альвеолярная вентиляция в норме – 5 л/минуту. (В) Альвеола гиповентилируется. Образование СО2 остается постоянным, а эктсракция кислорода происходит более быстро, чем наполнение. При этом виде гипоксемии Р(А-а)О2 остается нормальным.

При любом барометрическом давлении общий объем всех газов в альвеолярном пространстве имеет постоянную величину. Азот, углекислый газ и кислород единственные из газов, которые представлены в альвеолярном пространстве в значительных объемах. Азот не продуцируется и не абсорбируется в теле при обычных обстоятельствах, поэтому и поддерживается на постоянном уровне. Если альвеолярная вентиляция уменьшается и всасывание кислорода в капилляры не изменяется, то в альвеолярном пространстве образуется повышенное количество СО₂, а РАО₂ снижается. Удаление кислорода происходит гораздо быстрее, чем наполнение. Если альвеолярная вентиляция падает, то РАСО₂ увеличивается, а РАО₂ соответственно падает. Низкие параметры РАО₂ приводят к уменьшению давления, которое не может поддерживать нормальный РаО₂.

Альвеолярная гиповентиляция возникает вследствие уменьшения общей минутной вентиляции, увеличения мертвого пространства, увеличения продукции СО₂без соответствующего усиления вентиляции. Наиболее распространенными причинами гиповентиляции являются угнетение дыхательного цикла, нервно-мышечная слабость, обструкция дыхательных путей. И острая, и хроническая гиповентиляция приводят к гипоксемии. Исследование альвеолярного газа (таблица 2) показывает взаимоотношение РАО₂ и РАСО₂. Когда гипоксемия развивается вследствие гиповентиляции, Р(А-а)О₂ остается в норме (не изменяется), указывая на тот факт, что снижение РаО₂ возникает вследствие понижение РАО₂ .

Лечение гипоксемии, которая развивается вследствие гиповентиляции, заключается в увеличении альвеолярной вентиляции. С помощью кислородотерапии можно немного увеличить РаО2, однако нельзя устранить причину гипоксемии. Необходимо назначить вентиляцию легких через маску или эндотрахеальную трубку до тех пор, пока не будет выяснена и устранена причина гиповентиляции. При угнетении дыхательного цикла вследствие передозировки наркотиками необходимо назначить антагонисты опиоидных рецепторов, например, налоксон, что немедленно простимулирует вентиляцию.

Случай 2. Студент 18 лет был найден без сознания в своей комнате и доставлен в отделение скорой помощи своими друзьями. Друзья сообщили, что студент принимал наркотики, однако они не смогли сообщить, когда это было последний раз. Они также рассказали, что у их друга была астма, но они не знали каких-либо нюансов его заболевания. Анализ на газовый состав крови показал следующее: pH = 7,08; РаСО₂ = 82 мм рт. ст.; РаО₂ = 40 мм рт. ст.; Р(А-а)О₂ = 12. Пациент был интубирован и вентиляция была произведена без каких-либо осложнений. Было отмечено среднее удлинение фазы выдоха. Позже анализ на токсины в моче показал наличие в организме опиатов и бензодиазепина. Двумя днями позже после экстубации пациент сообщил, что в день поступления он сильно нервничал по поводу приближающихся экзаменов и был обеспокоен приступом астмы. Он принял несколько «болевых пилюль», которые содержали наркотические вещества, и они помогли ему расслабиться. У этого пациента развилась гипоксемия на фоне гиповентиляции, на что указывает увеличение РаСО₂ при нормальном Р(А-а)О₂. Был быстро проведен дифференциальный диагноз с другими причинами гипоксемии, и выяснилось, что гипоксемия возникла вследствие гиповентиляции. Пациент был стабилизирован с помощью механической вентиляции и был подключен к ИВЛ до тех пор, пока не была установлена причина гипоксемии. В данном случае гиповентиляция возникла вследствие употребления наркотиков. Альвеолярная гиповентиляция любой этиологии может привести к выраженной гипоксемии. Нормальные показатели Р(А-а)О₂ исключают наличие астмы, пневмонии или аспирации содержимым желудка как этиологических признаков, которые будут описаны ниже.

Нарушение соотношения перфузии–вентиляции

Среди всех механизмов гипоксемии нарушение соотношения вентиляции и перфузии является наиболее распространенной, хотя и самой сложной. В нормальных легких соотношение вентиляции и перфузии (В/П) равняется 1, хотя это соотношение и меняется в разных отделах легких. В случае уменьшения В/П снижение вентиляции при нормальном кровотоке или постоянная вентиляция при увеличении кровотока всегда приведет к гипоксии. В случае увеличения В/П при увеличении вентиляции и уменьшении перфузии легких гипоксемия не возникает. Таким образом, гипоксемия имеет место при уменьшении В/П.

Уменьшение В/П возникает в том случае, когда альвеолы открыты, а поток воздуха уменьшен. Снижение количества воздуха может наблюдаться вследствие ателектаза, бронхоспазма, частичной обструкции дыхательных путей. Если вентиляция уменьшается лишь в небольшом участке легкого, гипоксемия как правило не наблюдается. Адекватный обмен кислорода и углекислого газа будет поддерживаться в здоровой части легкого. Еще одним механизмом компенсации при региональном снижении вентиляции является вазоконстрикция капилляров легких. В условиях низкого давления кислорода в альвеолах кровь будет оттекать от легкого соответственно потоку воздуха, тем самым увеличивая В/П. Гипоксемия возникает в том случае, когда обструкции подверглось критическое количество альвеол или если не возникает гипоксическая вазоконстрикция. Вазоактивные препараты могут влиять на сосуды и предотвращать саморегуляцию В/П. Препаратами этой группы являются гидрализин и нитропруссид, однако блокаторы кальциевых каналов и ингаляционные анестетики также оказывают подобное действие.

Наиболее тяжелый случай нарушения В/П, при котором значительный участок легкого остается без вентиляции называется сбросом крови «справа налево». Данная патология будет описана ниже. При нарушениях в системе В/П и сброса крови «справа налево» Р(А-а)О₂, маркер оксигенации, будет повышен. Основным отличием между нарушением В/П и сброса крови «справа налево» является тот факт, что при добавлении кислорода при нарушении В/П будет наблюдаться уменьшении гипоксемии (рис. 4). Это происходит вследствие того, что даже если альвеолы не вентилируются, кислород может диффундировать в альвеолы и адсорбироваться кровью. При сбросе крови «справа налево», когда газы не могут принимать участие в обмене, кислород не достигает кровотока и тем самым не происходит увеличение оксигенации артериальной крови. Из всего этого следует, что лечить гипоксемию при нарушении В/П необходимо кислородотерапией с коррекцией следующих проблем: бронхоспазм, ателектаз и др.

Рисунок 4. Дополнительный кислород уменьшает гипоксемию при нарушении В/П. На рисунке представлены две альвеолы с легочными капиллярами, которые впадают в легочные вены. (А) Справа представлена альвеола со сниженной вентиляцией, хотя поток воздуха остается прежнем. В результате происходит уменьшение РаО2. (В) Те же самые альвеолы, но идет дополнительный кислород. РаО2 увеличивается, корректируя гипоксемию, хотя В/П остается сниженной. На практике гипоксемия развивается вследствие уменьшения РаО2. При гипоксемии вследствие нарушения В/П Р(А-а)О2 будет увеличиваться.

Случай 3. Прежде здоровая женщина 42 лет поступила с лихорадкой, кашлем и тяжелой одышкой. При первичной осмотре: сердцебиение 110 ударов/минуту, частота дыхания 22/минуту, сатурация кислородом в ее комнате 86%. Анализ газового состава крови: pH =7,5, РаСО₂=28 мм рт. ст., РаО₂=50 мм рт. ст., Р(А-а)О₂=66. Аускультация легких в норме, за исключением непостоянного шума на выдохе. Рентгенограмма грудной клетки в норме. Пациентка сообщила, что у других членов семьи недавно отмечалось заболевание с похожей клинической картиной. Врач назначил кислородотерапию 2 л/минуту, сатурация увеличилась до 96%, одышка не отмечалась.

У этой пациентки наблюдалась классическая картина вирусного бронхиолита с острым воспалением мелких дыхательных путей. Гипоксемия развилась на фоне снижения вентиляции альвеол. Осмотр не дал оснований для заключения по поводу механизма гипоксии, однако быстрое улучшение на фоне кислородотерапии указало на нарушение В/П. Анализ на газовый состав крови должен показать снижение гипоксемии, но Р(А-а)О₂ невозможно определить, т.к. точный показатель FiO₂ при кислородотерапии варьирует. Основными заболеваниями при гипоксемии, вследствие нарушения В/П, являются ателектаз, тяжелый бронхоспазм, отек легких, респираторный дистресс синдром взрослых (РДСВ).

Сброс крови «справа налево»

Четвертым механизмом гипоксемии является сброс крови «справа налево». При этом неоксигенированная венозная кровь попадает в артериальную без участия в газовом обмене. При этом В/П=0. У здоровых пациентов физиологический сброс 5% от сердечного выброса возникает вследствие циркуляции крови через бронхи, где она скапливается непосредственно в легочных венах.

Сброс крови может иметь место и в легких, и за их пределами. Внутрилегочный сброс наблюдается при тяжелой пневмонии, когда альвеолы целиком заполнены гноем или другой жидкостью, или при коллапсе доли легкого. Внелегочный сброс возникает в сердечно-сосудистой системе. Внутрисердечный сброс возникает при наличии дефекта межпредсердной или межжелудочковой перегородки или при незаращении артериального протока. Данные дефекты обычно приводят к сбросу крови «слева направо» т.к. левое сердце более мощное. Если правое сердце создает давление больше, чем в левом сердце, то кровь начинает перетекать в обратную сторону и возникает сброс «справа налево». При синдроме Эйзенменгера (легочная гипертензия вследствие врожденного сообщения между двумя кругами кровообращения) имеет место опасная для жизни гипоксемия.

Артериовенозные пороки (АВП) могут возникать в любом органе, хотя чаще всего они обнаруживаются в легких вследствие заболеваний печени. АВП могут возникать изолированно или сопровождаться телеангиоэктазиями. При рентгенологическом исследовании грудной клетки АВП представляют собой узлы с «хвостами», хотя маленькие АВП могут не наблюдаться. Скудная характеристика гепатопульмонарного синдрома приводит к тому, что у пациентов с последней стадией заболевания печени наблюдается тяжелая гипоксия. Считается, что гипоксемия возникает в результате сброса крови через дилатированные внутрилегочные сосуды, которые формируются в результате циркулирующих факторов, не очищенные печенью. Хотя повышение окиси азота считается основной причиной гепатопульмонарного синдрома, по данному вопросу необходимо еще очень много изучить.

При сбросе крови «справа налево» Р(А-а)О₂ увеличивается. Хотя шунт является абсолютным показателем резкого снижения В/П, гипоксемию нельзя скорректировать даже при подаче 100% кислорода (рис.5).

Рисунок 5. Кислородотерапия не эффективна при гипоксемии, которая развилась вследствие сброса крови «справа налево». На рисунке представлены две альвеолы с соответствующими легочными капиллярам, которые впадают в легочные вены. (А) Справа показана невентилируемая альвеола, хотя кровоток у каждой альвеолы одинаковый. В результате происходит уменьшение РаО2 в легочной вене. (В) Те же самые альвеолы, но идет кислородотерапия. Кровь, которая проходит через невентилируемую альвеолу, не получает кислород и не оксигенируется. Данная область может быть участком легочного или внутрилегочного шунта. Уровень РаО2 не увеличивается. Р(А-а)О2 увеличивается.

Этот факт очень важен при дифференциальном диагнозе. Когда выясняется, что шунт является причиной гипоксии очень важно продолжить диагностику для оценки данной причины. Коррекция данного состояния является единственным способом лечения гипоксемии. Обычно применяется эхокардиография с для обнаружения внутрисердечных шунтов. Необходимо провести компьютерную томографию с контрастом или ангиографию легочных сосудов для диагностирования легочных АВП. Также проводится радионуклидное исследования В/П для поиска невентилируемых отделов легких.

Процент сердечного выброса, который не участвует в газообмене, может быть вычислен при изучении области шунта. Во время этого теста пациент дышит 100% кислородом через плотно прижатую маску для полного выведения из альвеол азота. Исследуются артериальные газы крови. Equation для вычисления шунта показан в таблице 2. В нормальных условиях РаО₂ = 570 мм рт. ст., Р(А-а)О₂ = 100 вследствие нормального физиологического 5% сброса крови. При патологическом сбросе крови, когда РаО₂ достигает 150 мм рт. ст., РаО₂ уменьшается на 20 мм рт. ст. при увеличении шунта на 1%. Быстрым способом определить объем шунта у таких пациентов является определение Р(А-а)О₂ при 100% кислороде с последующим делением получившегося показателя на 20. Данные опыты помогают в диагностике причин гипоксемии, оценки эффективности терапии.

Случай 4. 4-х летний ребенок был доставлен своими родителями в отделение скорой помощи. Родители были убеждены, что губы и кончики пальцев у их ребенка были синего цвета. У пациента не отмечалась температура и кашель. При осмотре: тахикардия, тахипноэ и уменьшение сатурации. При аускультации сердца патологии не выявлено. При аускультации легких: ослабление дыхания справа, притупление звука при перкуссии. Анализ на газовый состав крови: pH =7,32; РаСО₂=32 мм рт. ст., РаО₂=36 мм рт. ст., Р(А-а)О₂=74. Была назначена кислородотерапия, но ребенок все равно оставался синим. Повторный анализ на газы через 15 минут: pH =7,3, РаСО₂=32 мм рт. ст., РаО₂=160 мм рт. ст., Р(А-а)О₂=513. Оценка шунтирования Р(А-а)О₂/20=25,7% (в 5 раз выше нормы). На рентгенограмме: инородное тело в правом главном бронхе с коллапсом правой средней и нижней доли. Пациенту была проведена бронхоскопия с удалением инородного тела, легкое расправилось, гипоксемия прекратилась.

Нарушение диффузии

Далее будет описан пятый механизм гипоксемии – нарушение диффузии. Такое состояние редко встречается в практике. Теоретически, каждая причина, которая приводит к нарушению диффузии кислорода через альвеолярно-капиллярную мембрану, вызывает гипоксемию. При нормальном сердечном выбросе гемоглобин полностью насыщается кислородом и 1/3 этого времени уходит на прохождение эритроцитов через капилляры. Даже при тяжелом нарушении диффузии у эритроцитов есть время в запасе, чтобы насытиться кислородом. Гипоксемия вследствие нарушения диффузии происходит в результате увеличения сердечного выброса при снижении диффузии, что уменьшает время прохождения эритроцитов через капилляры. Именно из-за этого у скаковой лошади наблюдается гипоксемия. Данная патология также может усугубить гипоксемию при гепатопульмонарном синдроме, у пациентов с сепсисом или множественными травмами (у таких пациентов повышен сердечный выброс).

Случай 5. Женщина 42-х лет перенесла открытую лапаротомию и холецистэктомию. Она поступила в восстановительную палату интубированная, однако стала чувствовать себя беспокойно, стала часто дышать, у нее развилась тахикардия. Анализы на газовый состав крови: РаО₂ = 50.

Даже при проведении кислородотерапии у пациентки наблюдалась гипоксемия. Дифференциальный диагноз включает в себя следующее: уменьшение FiO₂ вследствие нарушение в системе подачи кислорода; альвеолярная гиповентиляция; низкий показатель В/П вследствие ателектаза или отека легких; сброса крови «справа налево» из-за попадания эндотрахеальной трубки в бронх с возникновением коллапса легкого. Как расценить такую ситуацию? (рис.1). Диагностику необходимо начать с подсчета Р(А-а)О₂. Если данный параметр в норме, то повышение РаСО₂ укажет на альвеолярную гиповентиляцию. Если увеличить подачу кислорода и при этом гипоксемия уменьшится, то ее причиной является нарушение В/П. Рентгенограмма грудной клетки может дифференцировать ателектаз и отек легкого. Если гипоксемия не уменьшится, то ее причиной следует считать сброс крови, что должно быть подтверждено рентгеновским снимком.

Тканевая гипоксия без артериальной гипоксемии.

Даже если кислород легко попадает в кровоток, гипоксия может развиться вследствие нарушения доставки кислорода к тканям. Адекватная доставка кислорода зависит от 3-х компонентов: кислородной емкости крови, транспорта кислорода и способности тканей усваивать кислород из кровотока.

Снижение кислородной емкости крови

Кислородная емкость крови определяется количеством гемоглобина, сатурацией данного гемоглобина и количеством кислорода, растворенного в плазме. Взаимоотношение этих факторов показаны в таблице 2. Уменьшение гемоглобина или сатурации уменьшит кислородную емкость крови. Увеличение количества гемоглобина приведет к увеличению кислородной емкости крови. У людей, которые живут в горах концентрация гемоглобина больше.

Анемия – это снижение концентрации гемоглобина. Острая анемия, которая развивается в результате внезапной и тяжелой кровопотери, переносится гораздо тяжелее, чем хроническая. Острая анемия диагностируется по одышке и тахикардии. Хотя уменьшение гемоглобина на 10% считается достаточным для снижения кислородной емкости крови, не существует абсолютных показателей концентрации гемоглобина, когда появляются первые симптомы. Лечение заключается в переливании эритроцитарной массы.

Когда железо, которое входит в состав гемоглобина окисляется до Fe³⁺ , то гемоглобин теряет способность связываться с кислородом. Данное состояние называется метгемоглобинемией. Как и карбоксигемоглобин, метгемоглобин уменьшает транспорт кислорода, и тем самым кривая диссоциации смещается влево. Состояние, которые приводят к метгемоглобинемии, включают в себя наследственные факторы. Например, недостаточность цитохром b5 редуктазы и, так называемые, М вариации гемоглобина. Приобретенная метгомоглобинемия возникает при использовании следующих веществ: нитриты, нитраты, сульфаниламиды, лидокаин, фенацитин, анилиновые красители и т.д. У пациента с метгемоглобинемией признаки гипоксии возникают прямо пропорционально уровню окисленного гемоглобина. Лечение тяжелой метгемоглобинемии заключается во внутривенном введении метиленовой синьки, которая уменьшает количество гемоглобина на 50% в течение первого часа.

Неадекватный транспорт кислорода

Если кислород попал в кровь и связался с гемоглобином, то доставка кислорода к тканям начинает зависеть от сердечного выброса. Отношение сердечного выброса (Qt) и транспорта кислорода (DO₂) показано в таблице 2. Уменьшение сердечного выброса может привести к внутренней сердечной дисфункции или внешним сердечным нарушениям. В результате уменьшения или нарушения сердечного выброса развивается гипоксия тканей.

Внутренняя сердечная дисфункция

Первичные заболевания сердца зачастую возникают вследствие патологии коронарных сосудов и ишемической кардиомиопатии. Однако гипертензия, патология клапанов сердца, нарушения ритма и кардиомиопатии неишемической этиологии (алкоголь, вирус) также играют большую роль в дисфункции сердца. У пациентов с признаками гипоксии, при нормальном анализе крови на содержание кислорода, сердечная дисфункция является наиболее частой причиной данного состояния. Хотя при сердечной дисфункции чаще всего пациента госпитализируют, скрытые заболевания сердца часто обостряют основную причину заболевания. Сепсис может ухудшить тканевую гипоксию, связанную с гипотонией. Пациентам необходимо выполнить эхокардиографию, коронарную ангиографию, провести функциональные исследования, такие как стресс тест при подозрении на первичную патологию сердца.

Внешние сердечные нарушения

Внешние факторы также могут влиять на сердечную функцию и вызывать гипоксию тканей. В норме, сократительная способность кардиомиоцитов зависит от их длины в покое. Гиповолемия приводит к субмаксимальному наполнению желудочка, и таким образом кардиомиоциты укорачиваются и не сокращаются с нужной силой. У пациентов с ИВЛ приложение положительного end - expiratory давления (РЕЕР) повышает альвеолярное давление, что приводит к увеличению внутриплеврального давления. Увеличение внутриплеврального давления приводит к усилению давления в верхней и нижней полых венах в грудной полости. Данное увеличение давления приводит к уменьшению венозного возврата к сердцу, что приводит к субмаксимальному заполнению желудочков и уменьшению сердечного выброса. У пациентов с ИВЛ сердечный выброс также может снижаться засчет перерастяжения легких. Ацидоз и гиперкапния уменьшают сократительную способность сердечной мышцы, а также неблагоприятно действуют на кривую оксигенации гемоглобина. Бета-адреноблокаторы, блокаторы кальциевых каналов, прокаинамид, барбитураты, алкоголь, местные и общие анестетики также могут уменьшать сердечный выброс.

Неадекватная периферическая экстракция кислорода

Даже если кислород полностью связался с гемоглобином и был доставлен к тканям, то существует два обстоятельства, при которых нарушается утилизация кислорода клетками. Первым является тот факт, что кислород может быть сильно связан с гемоглобином, что препятствует переходу в ткани. Вторым является обстоятельство, при котором происходит интоксикация митохондрий, с помощью которых в клетке происходят процессы метаболизма.

Сродство гемоглобина к кислороду

Сродство гемоглобина к кислороду определяется по форме и позиции кривой диссоциации оксигемоглобина (рис. 6).

Рисунок 6. Кривая диссоциации гемоглобина. Данная кривая показывает взаимоотношение РаО2 (по горизонтальной оси) с сатурацией гемоглобина (вертикальная ось). Существуют несколько факторов, которые влияют на способность гемоглобина связываться с кислородом. Кривая будет смещаться вправо, указывая на уменьшение связывания кислорода в легких или облегчение отдачи кислорода тканям. Данная картина встречается при ацидозе, гиперкапнии, гипертермии, повышения 2,3-дифосфоглицерата (2,3-ДФГ). Кривая будет отклоняться влево, увеличивая насыщение кислорода в легких и уменьшая отдачу кислорода тканям. Это встречается при алкалозе, гипокапнии, гипотермии, уменьшении 2,3-ДФГ, отравлении угарным газом.

Когда кривая смещается вправо, сродство снижается и кислорода на грамм гемоглобина становится меньше, хотя на периферии кислород отсоединяется более легко. Когда кривая смещается влево и кверху сродство к кислороду увеличивается. Больше кислорода захватывается в легких где показатель РаО₂ высокий, но на уровне тканей, где РаО₂ низкий количество доступного кислорода снижается. Алкалоз, гипотермия, гипокапния, уменьшение 2,3-ДФГ приводят к сдвигу кривой влево. При переливании цельной крови происходит уменьшение 2,3-ДФГ, тем самым выражается вредное действие массивных гемотрансфузий. Так как 2,3-ДФГ вырабатывается эритроцитами, эффект обычно кратковременный. Угарный газ не сдвигает кривую влево, но занимает гемоглобиновые мостики и тем самым приводит к гипоксии.

Интоксикация митохондрий

Комплекс цитохром оксидазы (цитохром аа3) является большим энзимным комплексом, который располагается на внутренней мембране митохондрий. 90% всего кислорода в клетках циркулирует через эту систему. Любой яд, который действует на цитохром аа3, негативно влияет на аэробный метаболизм. Цианид, азиды, угарный газ связываются с цитохромом аа3 крепко, но обратимо.

Отравления цианидом включают в себя 3 клинических проявления. Первое, прием пищи, при попытки самоубийства, передозировки наркотиками. Второе, вдыхание паров, при пожаре, задымлении, курении. Третье, он является продуктом распада нитропруссида, препарата, который уменьшает постнагрузку при лечении гипертензии. Цианид метаболизируется эндогенной rhodonase , энзимом, который является посредником в транспортировки серы от тиосульфата к молекуле цианида с образованием тиоцианата, который выделяется с мочой. Так как в организме содержится небольшое количество серы, лечение отравления цианидом заключается в увеличении количества серы для выведения цианида.

Заключение

Существует большое количество заболеваний, которые могут закончиться гипоксемией. Гипоксемия возникает вследствие одного из этих факторов: снижение кислорода в окружающем воздухе, гиповентиляции, нарушения В/П, сброса крови «справа налево». При обследовании пациента необходимо установить действительно ли у него есть гипоксемия и если это так то необходимо определить Р(А-а)О₂. Таким образом, определив газовый состав крови можно провести дифференциальный диагноз и правильно оценить ситуацию. Важно также запомнить, что при подключении более одного механизма необходимо снова и снова оценивать состояние пациента.