Газообмен измеряется несколькими способами, включая
Диффузионная способность легких для монооксида углерода
Пульсоксиметрия
Исследование газового состава артериальной крови
Диффузионная способность легких по монооксиду углерода
Диффузионная способность легких по окиси углерода (ДСЛОУ) — это показатель способности газа перемещаться из альвеол через альвеолярный эпителий и эндотелий капилляров к эритроцитам. DLCO зависит не только от области и толщины альвеолярно-капиллярной мембраны, но также от объема крови в легочных капиллярах. Распределение альвеолярного объема и вентиляции также вызывает изменение показателя.
DLCO определяется с помощью анализа воздуха на содержание монооксида кислорода (СО) в конце выдоха, после того как пациент вдыхает незначительное количество СО, задерживает дыхание и выдыхает. Определяемые показатели DLCO должны быть соотнесены с альвеолярным объемом (который оценивается разведением гелия) и уровнем гематокрита пациента. ДСЛ-CO измеряется в мл/минуту/мм рт. ст. и в процентах от прогнозируемого значения, выраженного в виде z-показателя (1).
Причины снижения DLCO
Заболевания, которые прежде всего повреждают легочную сосудистую сеть, такие как первичная легочная гипертензия и тромбоэмболия легочной артерии, уменьшают DLCO. Диффузные заболевания легких, такие как эмфизема и легочный фиброз, уменьшают и DLCO и альвеолярную вентиляцию (VA). Снижение DLCO также наблюдается у больных после резекции легкого, поскольку объем легких уменьшается, но DLCO соответствует или даже превышает норму при коррекции на VA, поскольку в оставшемся легком увеличивается площадь поверхности сосудов. Пациенты с анемией часто имеют более низкую DLCO, которую необходимо корректировать в зависимости от цветного показателя крови
Причины повышения DLCO
Условия, при которых значения DLCO будут выше, чем прогнозировалось, включают
Эритроцитемия
Во время сердечной недостаточности DLCO увеличивается предположительно вследствие повышения объема крови в легочных капиллярах из-за повышенных легочных венозного и артериального давлений.
При эритроцитемии увеличение DLCO обусловлено увеличением количества эритроцитов, а также из-за сосудистого наполнения вследствие возрастания легочного давления, обусловленного повышенной вязкостью крови.
При альвеолярном кровотечении эритроциты также могут связывать монооксид углерода в альвеолярном пространстве, увеличивая DLCO.
При астме увеличение DLCO связывают с увеличением перфузируемых сосудов, однако согласно некоторым данным, не исключено влияние различных факторов роста, индуцирующих неоангиогенез.
Справочные материалы по ДСЛCO
1. Graham BL, Brusasco V, Burgos F, et al. 2017 ERS/ATS standards for single-breath carbon monoxide uptake in the lung [published correction appears in Eur Respir J 2018 Nov 22;52(5):]. Eur Respir J 2017;49(1):1600016. doi:10.1183/13993003.00016-2016
Пульсоксиметрия
Чрескожная пульсоксиметрия оценивает сатурацию кислорода (SpО2) капиллярной крови по поглощению света от светоиспускающих диодов, помещенных в клипсу для пальца или датчик на пластыре. В целом результаты чрезвычайно точные и коррелируют с сатурацией кислорода с погрешностью в пределах 5% (SaО2). Результаты могут быть менее точными у пациентов с
Очень пигментированная кожа
Аритмии
Гипотензия
Выраженной системной вазоконстрикцией
Результаты пульсоксиметрии также менее точны при наличии накрашенных ногтей у пациентов.
Пульсоксиметрия позволяет обнаружить только оксигемоглобин или сниженный гемоглобин, но не другие типы гемоглобина; тем не менее она является неточной, если уровни карбоксигемоглобина в крови повышены, как это происходит при отравлении угарным газом и метгемоглобинемии.
Исследование газового состава артериальной крови (ГАК)
Исследование газового состава артериальной крови проводится для получения точных значений парциального давления кислорода в артериальной крови (PaO2), парциального давления углекислого газа в артериальной крови (PaCO2) и pH артериальной крови; эти показатели, скорректированные с учетом температуры пациента, позволяют рассчитать уровень бикарбоната (который может также быть измерен непосредственно в венозной крови) и насыщение кислородом. С помощью исследования газового состава также можно точно измерить уровень карбоксигемоглобина и метгемоглобина.
Обычно для взятия образцов артериальной крови используется лучевая артерия. Поскольку артериальная пункция может в редких случаях приводить к тромбозу и ухудшению перфузии дистальных отделов, вначале выполняется тест Аллена. Он позволяет оценить адекватность коллатерального кровообращения. При выполнении этой пробы одновременно пережимаются лучевая и локтевая артерии до тех пор, пока рука пациента не станет бледной. После этого локтевую артерию отпускают, в то время как давление на лучевую артерию продолжается. Если в течение 7 секунд после ослабления давления на локтевой артерии вся кисть восстанавливает свой исходный цвет, это указывает на адекватный кровоток через локтевую артерию.
В стерильных условиях игла калибром 22–25G, присоединенная к гепаринизированному шприцу, вводится проксимальнее места максимальной пульсации лучевой артерии и продвигается немного дистальнее в артерию, пока не восстановится пульсация. Систолическое артериальное давление обычно является достаточным, чтобы выдвинуть поршень шприца обратно. После забора 3–5 мл крови игла быстро извлекается, и место пункции сильно прижимается для осуществления гемостаза. Одновременно образец артериальной крови помещается в лед (для уменьшения потребления кислорода и продукции углекислого газа лейкоцитами) и посылается в лабораторию.
Гипоксемию
Гипоксемия – это снижение парциального давления кислорода (PO2) в артериальной крови.
Гипоксия — это снижение PO2 в ткани.
Исследование газового состава точно определяет наличие гипоксемии, которая обычно определяется как достаточно низкое значение РаO2, способное уменьшить SaO2 ниже 90% (т.е., РаO2 < 60 мм рт. ст.). Патологические формы гемоглобина (например, метгемоглобин), более высокие температуры, более низкий pH и более высокие уровни 2,3-дифосфоглицерата снижают уровень гемоглобина SaO2, несмотря на адекватный PaO2, на что указывает кривая диссоциации оксигемоглобина (см. рисунок Кривая диссоциации оксигемоглобина).
Кривая диссоциация оксигемоглобина
Насыщение артериальной крови оксигемоглобином соответствует PO2. PO2 при сатурации 50% (P50) обычно соответствует 27 мм рт. ст. Кривая диссоциации смещается вправо при увеличении концентрации ионов водорода (H+), увеличении в 2,3-дифосфоглицерата в эритроцитах, повышении температуры (Т) и увеличении PCO2. Снижение уровня Н+, ДФГ, температуры и PCO2 вызывает смещение кривой влево. Гемоглобин, характеризующийся смещением кривой вправо, имеет пониженное сродство к кислороду, а гемоглобин, характеризующийся смещением кривой влево, имеет повышенное сродство к кислороду. |
Причины гипоксемии могут быть классифицированы в зависимости от того, повышен или нормален альвеолярно-артериальный градиент PO2 [(A-а)DО2], определяемый как разница между альвеолярным напряжением кислорода (PAO2) и PaO2 (см. таблицу Уравнения для расчета альвеолярного давления кислорода и альвеолярно-артериального градиента кислорода).
У пациентов, находящихся на уровне моря, при дыхании комнатным воздухом FIO2 = 0,21 и (A-а) DO2 можно упростить.
Оценка нормального (А-а)значения DO2 как < (2,5 + [FIO2 × возраст в годах]) или как менее абсолютного значения FIO2 (например, < 21 при вдыхании комнатной температуры; < 30 при 30% FIO2) корректирует эти эффекты.
Уравнения для расчета альвеолярного давления кислорода и альвеолярно-артериального градиента кислорода
Расчет PAO2 FIO2 – содержание кислорода во вдыхаемом воздухе (например, в комнатном воздухе – 0,21), Patm – барометрическое атмосферное давление (например, 760 мм рт. ст. на уровне моря), PH2O – парциальное давление водяного пара (обычно 47 мм рт. ст.), PaСО2 – измеренное парциальное давление углекислого газа в артериальной крови, R – дыхательный коэффициент, который принимают за 0,8 у пациента в состоянии покоя при обычном питании. |
Облегчение альвеолярно-артериального градиента PO2 (A-a) DO2 (А-а)DO2 — альвеолярно-артериальный градиент PO2. (A-a)DО2 обычно < 20, но увеличивается с возрастом (из-за снижения функции легких с возрастом) и с увеличением FIO2 (несмотря на то, что насыщение гемоглобина достигает 100% при PaО2 около 150 мм рт. ст., кислород растворим в крови и кислород плазмы продолжает увеличиваться при повышении FIO2). |
Гипоксемия с повышенным (А-а) DO2
Гипоксемия с повышенным (Aa)DO2 вызвана
Низкое вентиляционно-перфузионное (V/Q) соотношение (разновидность вентиляционно-перфузионного несоответствия)
Шунтирование крови справа налево
Серьезное нарушение диффузионной способности
Низкий показатель V/Q (вентиляционно-перфузионное отношение) является наиболее распространенной причиной гипоксемии и усиливает гипоксемию, развивающуюся на фоне хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ) и бронхиальной астмы. В норме региональная перфузия соответствует региональной вентиляции благодаря вазоконстрикции артериол, которая развивается в ответ на альвеолярную гипоксию. При патологии нарушение регуляции приводит к перфузии альвеолярных участков, которые недостаточно вентилируются (вентиляционно-перфузионное несоответствие). В результате венозная кровь проходит через легочные капилляры, не достигая нормальных уровней PaO2. Несоответствие V/Q также может возникать при увеличении кровотока даже при нормальной вентиляции, как при болезнях печени. Дополнительный кислород позволяет скорректировать гипоксемию, вызванную низким вентиляционно-перфузионным соотношением, за счет увеличения PAО2, хотя (A-a)DО2 сохраняется повышенным.
Шунтирование крови справа налево является ярким примером низкого вентиляционно-перфузионного соотношения. При шунтировании дезоксигенированная легочная артериальная кровь поступает в левую половину сердца, не пройдя через вентилируемые сегменты легкого. Шунтирование может проходить через паренхиму легкого, через патологические связи между легочными артериальными и венозными сосудами или через патологические анатомические структуры в сердце (например, открытое овальное отверстие). При наличии подобного шунтирования справа налево устранить гипоксемию с помощью кислородотерапии не представляется возможным.
Сниженная диффузионная способность редко встречается изолированно; обычно она сопровождается низким вентиляционно-перфузионным соотношениями. Поскольку кислород полностью насыщает гемоглобин только после контакта крови с воздухом, гипоксемия из-за сниженной диффузионной способности встречается только при увеличенном сердечном выбросе (например, во время физической нагрузки), при низком атмосферном давлении (например, на высоте в горах) или при разрушении > 50% легочной паренхимы. Как при низким вентиляционно-перфузионном соотношении, (A-a)DO2 увеличен, но PaO2 может быть быстро увеличен благодаря увеличению FIO2. Гипоксемия, развивающаяся вследствие нарушения диффузионной способности, корректируется с помощью кислородотерапии.
Гипоксемия с нормальным (A-a)DO2
Гипоксемия с нормальным (A-a)DO2 вызвана
Гиповентиляция
Низкое парциальное давление вдыхаемого кислорода (PIO2)
Гиповентиляция (уменьшенная альвеолярная вентиляция) уменьшает PAO2 и увеличивает PaCO2, уменьшая PaO2. При чистой гиповентиляции (А-а)DO2 не изменен. Причины гиповентиляции включают снижение интенсивности или глубину дыхания (нервно-мышечные болезни, выраженное ожирение, передозировка наркотиков или как компенсация по отношению к метаболическому алкалозу) или увеличение фракции вентиляции мертвого пространства у пациентов, находящихся на максимальном дыхательном пределе (обострение тяжелой ХОБЛ). Гиповентиляционная гипоксемия поддается коррекции с помощью кислородотерапии.
Снижение PIO2 является редко встречающейся причиной гипоксемии, которая в большинстве случаев наблюдается только высоко в горах. Хотя FIO2 не изменяется на высоте, давление окружающего воздуха уменьшается по экспоненте; таким образом, РIO2 также снижается. Например, PIO2 составляет только 43 мм рт. ст. На вершине горы Эверест (высота 8848 м). (А-a)DO2 остается нормальным. Гипоксическое возбуждение дыхательного центра увеличивает альвеолярную вентиляцию и уменьшает уровень PaCO2. Данный вид гипоксии поддается коррекции кислородотерапией.
Гиперкапния и гипокапния
Парциальное давление углекислого газа (PCO2) обычно поддерживается на уровне 35–45 мм рт. ст. Для углекислого газа существует кривая диссоциации, подобная кривой диссоциации для кислорода, но она почти линейна в физиологическом диапазоне PaСО2. Патологический PCO2 практически всегда связан с нарушениями вентиляции (если это не обусловлено компенсаторной реакцией на метаболическую аномалию) и кислотно-щелочного баланса.
Гиперкапния
Гиперкапния – состояние, при котором PCO2 > 45 мм рт. ст. Причины гиперкапнии такие же, как при гиповентиляции (например, расстройства, которые снижают частоту или глубину дыхания либо приводят к увеличению объема мертвого пространства у пациентов, уже находящихся на пределе вентиляции). При заболеваниях, для которых характерно увеличение выработки углекислого газа (например, гипертиреоз, лихорадка) в сочетании с отсутствием способности ускорить вентиляцию, также развивается гиперкапния.
Гипокапния
Гипокапния – это состояние, при котором PСО2 < 35 мм рт. ст. Гипокапния всегда является результатом гипервентиляции вследствие патологий, связанных с
Легкими (например, отек легких, легочная эмболия)
Сердцем (например, сердечная недостаточность)
Метаболизмом (например, ацидоз)
Лекарственными препаратами (например, аспирин, прогестерон)
Центральной нервной системой (например, инфекция, опухоль, кровотечение, повышенное внутричерепное давление)
Физиологическими состояниями (например, боль, беременность)
Считается, что гипокапния вызывает развитие бронхоконстрикции и снижает порог мозговой и миокардиальной ишемии, возможно, путем влияния на кислотно-щелочной баланс.
Карбоксигемоглобинемия
Окись углерода связывается с гемоглобином, со сходством в 210 раз превышающей кислород, и препятствует транспорту кислорода. Клинически токсичные уровни карбоксигемоглобина чаще всего являются результатом воздействия выхлопных газов или вдыхания дыма, хотя карбоксигемоглобин также обнаруживается в крови у курильщиков.
Симптомы отравления угарным газом включают недомогание, головную боль и тошноту. Поскольку отравление часто происходит в холодные месяцы (из-за использования нагревательных приборов), симптомы могут быть приняты за вирусную инфекцию, например, грипп. Врачи не должны забывать о возможности отравления угарным газом и измерять уровень карбоксигемоглобина по показаниям. Содержание карбоксигемоглобина можно определить в образцах крови, взятых из вены, в заборе артериальной крови нет необходимости. Показатель насыщения кислородом, определенный с помощью пульсоксиметрии, будет нормальным или высоким (поскольку стандартная пульсоксиметрия не может отличить оксигемоглобин от карбоксигемоглобина) и не может использоваться для скрининга на отравление угарным газом. Уровень карбоксигемоглобина можно измерить с помощью кооксиметрии.
Лечение основано на обеспечении доступа 100%-ого кислорода (который сокращает период полураспада карбоксигемоглобина), иногда используют гипербарическую камеру.
Здравый смысл и предостережения
|
Метгемоглобинемия
Метгемоглобин – это гемоглобин, в котором железо находится в окисленном состоянии: двухвалентное железо (Fe2+) переходит в трехвалентное (Fe3+). Метгемоглобин не несет кислород и сдвигает нормальную кривую диссоциации оксигемоглобина влево (см. рисунок Кривая диссоциация оксигемоглобина), что ограничивает высвобождение кислорода в тканях.
Метгемоглобинемия может развиться на фоне приема определенных препаратов (дапсон, местные анестетики, нитраты, примахин, сульфониламиды), реже причиной становятся химические веществва (анилиновые красители, производные бензола).
Уровень метгемоглобина может быть измерен непосредственно при помощи СО-оксиметрии (при которой излучаются 4 различные длины волн света и которая способна обнаруживать метгемоглобин, карбоксигемоглобин, гемоглобин и оксигемоглобин). Насыщение кислородом, измеренное пульсоксиметрией, будет неточным при наличии метгемоглобинемии.
Пациенты с метгемоглобинемией чаще всего имеют цианоз на фоне отсутствия других симптомов. В тяжелых случаях доставка кислорода снижается до такой степени, что начинают появляться симптомы гипоксии тканей, такие как спутанность сознания, стенокардия, миалгия.
Прекращение введения препаратов или исключение взаимодействия с химическими веществами часто бывает эффективным. Изредка необходимо введение метиленового синего (восстанавливающий агент; 1%-ный раствор вводится медленно внутривенно в дозе 1–2 мг/кг) или переливание крови.
