Гипоксемия (дефицит кислорода в крови) - это состояние, при котором парциальное давление кислорода в крови падает ниже 60 мм рт.ст. Какие состояния вызывают гипоксемию? Какие изменения происходят в гипоксическом организме? Могут ли осложнения быть опасными для жизни?
Гипоксемия(дефицит кислорода в крови) возникает, когда в крови недостаточно кислорода. Одним из важнейших условий поддержания гомеостаза, т. е. внутреннего баланса организма, является поддержание правильной оксигенации артериальной крови. Для их обеспечения необходимо достаточное содержание кислорода в атмосферном воздухе, правильное функционирование дыхательной системы и эффективный транспорт кислорода из альвеол в кровь. Нарушение любого из этих этапов может вызвать гипоксемию.
Гипоксемия и гипоксия
Гипоксия и гипоксемия - похожие, но не одинаковые состояния. Гипоксемия - более узкий термин, он означает снижение оксигенации артериальной крови.
Гипоксия - гипоксия тканей или всего организма. Причиной гипоксии может быть гипоксемия - тогда говорят огипоксической гипоксии Недостаточно насыщенная кислородом кровь не может обеспечить ткани кислородом, в котором они нуждаются. Однако стоит понимать, что гипоксия и гипоксемия не всегда сосуществуют.
Гипоксия может развиться и при нормальном содержании кислорода в крови. Причиной этого может быть уменьшение объема циркулирующей крови или нарушение работы кровеносной системы.
Одним из примеров таких нарушений является ишемический инсульт. Сгусток перекрывает просвет сосуда, кровь (несмотря на ее достаточную оксигенацию) не поступает к головному мозгу, что вызывает его гипоксию.
Гипоксия не всегда может быть следствием гипоксемии. Снижение оксигенации крови запускает механизмы предотвращения тканевой гипоксии. Хорошим примером является компенсаторное увеличение частоты сердечных сокращений (тахикардия). Несмотря на то, что в крови слишком мало кислорода, более быстрое сердцебиение обеспечивает ткани достаточным количеством кислорода.
Определение гипоксемии в мировых медицинских публикациях может быть неоднозначным. Большинство авторов считают важнейшим критериемснижение парциального давления кислорода в крови ниже 60 мм рт.ст..
Некоторые также включают в это определение снижение процента насыщения гемоглобина кислородом, т.е.снижение насыщения, ниже 90%. Другие считают это показателем тканевой гипоксии.
Физиология легочного кровообращения
Прежде чем объяснять механизмы гипоксемии, важно понять, откуда в кровь поступает кислород и как он транспортируется.
Легочное кровообращение (так называемый малый кровоток) начинается в правом желудочке сердца. Его задача - перекачивать неоксигенированную кровь в легочный ствол, который делится на две легочные артерии. Эти артерии постепенно разветвляются на сосуды все меньшего и меньшего калибра. Самые мелкие из них называются капиллярами и образуют густую сеть, оплетающую альвеолы.
Капиллярная стенка вместе с прилежащей альвеолярной стенкой образуют так наз. альвеолярно-капиллярный барьер. Именно через этот барьер происходит газообмен - кислород проходит из просвета фолликула в кровь в капилляре, а углекислый газ проходит в обратном направлении.
Насыщенная кислородом кровь затем транспортируется в легочные вены, откуда она поступает в левое предсердие сердца. Стоит отметить, что в малом круге кровообращения деоксигенированная кровь течет по артериям, а оксигенированная - по венам (противоположно большому кровотоку).
Гипоксемия: причины
Для обеспечения необходимого количества кислорода в артериальной крови необходимы 3 основных условия:
- достаточно кислорода в воздухе, которым мы дышим
- правильный поток воздуха с кислородом через дыхательные пути в альвеолы
- постоянный приток крови к легочным сосудам и возможность поступления в них кислорода из вдыхаемого воздуха
Таким образом, развитие гипоксемии может быть следствием различных ситуаций, например:
- снижение количества кислорода в атмосферном воздухе
Мы чаще всего наблюдаем снижение содержания во вдыхаемом воздухе на больших высотах. С увеличением высоты над уровнем моря плотность воздуха уменьшается, а парциальное давление кислорода уменьшается. По этой причине нахождение на больших высотах может стать причиной гипоксемии и развития высотной болезни.
- гиповентиляция, т.е. уменьшение поступления воздуха в легкие
Неэффективное дыхание или слишком низкая частота дыхания приводят к недостаточному поступлению насыщенного кислородом воздуха в альвеолы. Замедленное дыхание может быть следствием нарушения обмена веществ, употребления наркотиков, а также передозировки некоторых препаратов (например, обезболивающих или противосудорожных препаратов).
Нарушения дыхания возникают и при заболеваниях, нарушающих работу дыхательной мускулатуры - например, в группе заболеваний двигательных нейронов (в т.ч. при боковом амиотрофическом склерозе).
Дыхательный центр, отвечающий за вдох и выдох, расположен в продолговатом мозге в стволе головного мозга. Повреждение этих структур (например, при ишемии или травме) может разрушить «центр управления» дыханием, что приведет к последующей гиповентиляции и гипоксемии.
Недостаточная частота дыхания также наблюдается при обструктивном апноэ во сне. Это состояние, характеризующееся паузами в дыхании во время сна.
- нарушения вентиляции/легочного кровотока
Эффективная оксигенация крови возможна только в случае ее непрерывного притока к капиллярам, окружающим правильно вентилируемые альвеолы.
Если какая-либо часть легкого плохо вентилируется (например, из-за аспирации инородного тела в дыхательные пути или воспаления, например, при COVID-19), она не будет насыщаться кислородом, несмотря на нормальный кровоток.
Возможно и обратное: альвеолы хорошо вентилируются и содержат достаточно кислорода, но кровь по каким-то причинам не поступает в капилляры.
Распространенным примером нарушения легочного кровообращения является тромбоэмболия легочной артерии, при которой поток деоксигенированной крови в легкие блокируется тромбом.
- дисфункция альвеолярно-капиллярного барьера
Альвеолярно-капиллярный барьер обеспечивает газообмен между просветом альвеол и капиллярами. Его утолщение может привести к затруднению поступления кислорода в кровь. Примером состояния, при котором барьерная функция нарушена, является идиопатический легочный фиброз.
- утечка вправо-влево
Физиологически правая половина сердца содержит деоксигенированную кровь, которая после прохождения через малый круг кровообращения поступает в левую половину в виде насыщенной кислородом крови. Существуют заболевания, при которых деоксигенированная кровь поступает в левый желудочек, минуя стадию оксигенации в легких. Это то, что мы называем утечкой.
Наиболее распространенной причиной сброса крови справа налево являются врожденные пороки сердца и/или крупных сосудов. Наличие отверстий в перегородках, разделяющих половины сердца, или соединений между легочным стволом и аортой позволяет неоксигенированной крови поступать прямо в артерии большого кровотока.
Примеры врожденных пороков сердца с шунтом справа налево включают отверстия в межжелудочковой или межпредсердной перегородке и открытый артериальный проток (несущий кровь непосредственно из легочного ствола в аорту во время внутриутробного развития).
Гипоксемия и метаболизм
Нарушение снабжения клеток кислородом вызывает немедленное изменение их функционирования. Они ограничивают свою активность и переходят на т. н. анаэробный метаболизм.
Длительная гипоксия вызывает развитие прогрессирующего метаболического ацидоза, приводит к необратимому повреждению и гибели клеток. Последствия гипоксемии могут быть драматическими, включая полиорганную недостаточность и смерть.
Нервные клетки наиболее чувствительны к гипоксии - они теряют свою функцию через 1 минуту гипоксии. Клетки сердечной мышцы способны выживать в таких условиях около 4 минут, а клетки скелетных мышц - до 2 часов.
Внезапная гипоксемия запускает целую серию корректирующих реакций, направленных на минимизацию ее последствий. Наблюдается учащение пульса и артериального давления, а также учащение дыхания.
В работу включаются дополнительные дыхательные мышцы, позволяющие делать более глубокие вдохи. В наиболее важных для выживания органах (мозг, сердце) кровеносные сосуды расширяются, чтобы доставить к ним максимально возможный объем крови.
В легких реакцией на гипоксию является рефлекторная вазоконстрикция. Если часть легкого не вентилируется должным образом, вазоконстрикция в этой части позволяет крови перемещаться в более вентилируемые части.
Хроническая гипоксемия может привести к генерализованной легочной вазоконстрикции. Таким образом развивается легочная гипертензия, которая создает чрезмерную нагрузку на правый желудочек сердца. Перегрузка и недостаточность правой половины сердца вследствие изменений в легких называется легочным сердцем (cor pulmonale).
Другим защитным механизмом при хронической гипоксемии является стимуляция продукции эритропоэтина в почках. Эритропоэтин (ЭПО) представляет собой гормон, который стимулирует выработку эритроцитов в костном мозге. Увеличение их количества позволяет им транспортировать больше кислорода.
Гипоксемия: симптомы
Диагностика гипоксемии на основании клинических симптомов зависит от ее тяжести и возможной компенсации.
Острая гипоксемия обычно проявляется чувством одышки, учащением дыхания и усилением усилий при вдохе. Частота сердечных сокращений часто увеличивается до>100 ударов в минуту.
Поскольку нервные клетки наиболее чувствительны к гипоксии, первые симптомы гипоксии могут быть связаны с неврологическими расстройствами.
Внезапная спутанность сознания, дезориентация или нарушения речи всегда требуют исключения гипоксемии.
Симптомами хронической гипоксии организма могут быть: вторичная гиперемия (увеличение количества эритроцитов), цианоз и т. н. булавовидные пальцы (утолщены на концах). Длительная гипоксемия у детей может вызвать замедление психомоторного развития.
Лабораторным тестом, позволяющим диагностировать гипоксемию, являются газы артериальной крови. Он измеряет парциальное давление кислорода в крови. Допустимый диапазон для этого параметра: 75-100 мм рт.ст.
Результат менее 60 мм рт.ст. указывает на гипоксемию. Такое низкое парциальное давление кислорода обычно также соответствует снижению сатурации артериальной крови кислородом ниже 90%.
Гипоксемия: лечение
Лечение гипоксемии зависит в первую очередь от того, с какой формой мы имеем дело: острой или хронической. Диагноз гипоксемии всегда требует определения стабильности состояния больного.
В случае выраженной одышки, учащения пульса, изменения артериального давления или неврологической симптоматики (спутанности сознания, ступора) необходимо немедленное вмешательство.
Острая гипоксемия может привести к тканевой гипоксии и, как следствие, полиорганной недостаточности и смерти.
Увеличение содержания кислорода в крови достигается за счет оксигенотерапии. По результатам теста врач подбирает правильный поток кислорода для пациента, который вводится через специальную маску или т. н. кислородные усы.
Существуют разные типы масок, которые позволяют вводить кислород в разных концентрациях; наибольшая концентрация достигается при использовании маски с мешком-резервуаром (до 90% кислорода в дыхательной смеси).
В наиболее тяжелых случаях может потребоваться использование аппаратов поддержки дыхания путем создания положительного давления в дыхательных путях во время вдоха. Это так называемыймеханическая вентиляция легких.
У некоторых пациентов возможно применение неинвазивной вентиляции, при которой поддержка дыхания осуществляется с помощью маски, подключенной к аппарату ИВЛ.инвазивная вентиляция легких.
Пациент под общим наркозом интубирован, его собственное дыхание «выключено» и включена вентиляция легкихвентилятор.
Все описанные выше методы являются формами симптоматического лечения. Введение кислорода может помочь стабилизировать состояние пациента, но поиск причины гипоксии всегда имеет решающее значение. Кислородная терапия также требует постоянного наблюдения за состоянием пациента (регулярные измерения сатурации, например, пульсоксиметром, газометрия).
При состояниях, которые приводят к хронической гипоксемии (чаще всего заболевания легких, включая ХОБЛ, легочный фиброз, тяжелую астму), может потребоваться постоянная оксигенотерапия.
Кислородные концентраторы в настоящее время популярны в Польше, что позволяет проводить оксигенотерапию в домашних условиях. Пациент должен дышать через кислородный ус/маску, подключенную к концентратору, не менее 15-17 часов в день.
Длительная оксигенотерапия продлевает выживаемость и улучшает качество жизни пациентов.
Физкультура в условиях гипоксии
Естественная реакция организма на пониженное содержание кислорода в воздухе уже много лет изучается с точки зрения его возможного использования в тренировках спортсменов. Среди преимуществ тренировок, проводимых в условиях гипоксии, можно отметить увеличение количества эритроцитов и количества гемоглобина, а значит - увеличение способности транспортировать кислород через кровь.
Благотворные изменения также происходят на уровне метаболизма мышечных клеток и их реакции на нервные раздражители.
Существовало множество различных концепций, как проводить такие тренировки, а также соответствующий уровень гипоксии.
В настоящее время тренировки в высокогорных условиях могут быть заменены тренировками в гипоксических камерах, имитирующих понижение содержания кислорода в воздухе на высоте.
Планирование гипоксических тренировок требует осознания риска побочных эффектов (например, снижения физической работоспособности), постоянного наблюдения за состоянием здоровья спортсмена, а также учета его индивидуальной чувствительности к данному виду тренировок.