Гиперкапния (от греческого «гипер » = «выше» или «слишком много» и « капнос » = « дым »), также известная как гиперкапния и задержка CO 2 , представляет собой состояние аномально повышенного уровня углекислого газа (CO 2 ) в крови. Углекислый газ является газообразным продуктом метаболизма организма и обычно выводится через легкие . Углекислый газ может накапливаться при любых состояниях, вызывающих гиповентиляцию , снижение альвеолярной вентиляции (выведение воздуха из мелких мешочков легких, где происходит газообмен ), а также в результате вдыхания CO 2 . Неспособность легких выводить углекислый газ или вдыхание повышенного уровня CO 2 приводит к респираторному ацидозу . В конце концов организм компенсирует повышенную кислотность, сохраняя щелочь в почках. Этот процесс известен как «метаболическая компенсация».
Острая гиперкапния называется острой гиперкапнической дыхательной недостаточностью ( ОРЛ ) и требует неотложной медицинской помощи, поскольку обычно возникает в контексте острого заболевания. Хроническая гиперкапния, при которой обычно присутствует метаболическая компенсация, может вызывать симптомы, но обычно не является неотложной ситуацией. В зависимости от сценария обе формы гиперкапнии можно лечить медикаментозно, с помощью неинвазивной вентиляции с использованием маски или механической вентиляции .
Гиперкапния представляет собой опасность подводного плавания, связанную с нырянием с задержкой дыхания, подводным плаванием с аквалангом, особенно с ребризерами, и глубокими погружениями, когда она связана с повышенной плотностью дыхательного газа из-за высокого давления окружающей среды. [3] [4] [5]
Гиперкапния может возникнуть на фоне основного заболевания, и симптомы могут быть связаны с этим состоянием или непосредственно с гиперкапнией. Специфическими симптомами, связанными с ранней гиперкапнией, являются одышка (одышка), головная боль, спутанность сознания и летаргия. Клинические признаки включают покраснение кожи, полный пульс (частотный пульс), учащенное дыхание , преждевременное сердцебиение , мышечные подергивания и взмахи руками ( астериксис ). Повышается риск опасных нарушений сердечного ритма . [6] [7] Гиперкапния также возникает, когда дыхательный газ загрязнен углекислым газом или дыхательный газообмен не успевает за метаболическим производством углекислого газа, что может произойти, когда плотность газа ограничивает вентиляцию при высоком атмосферном давлении. [3]
При тяжелой гиперкапнии (обычно более 10 кПа или 75 мм рт. ст. ) симптоматика прогрессирует до дезориентации, паники , гипервентиляции , судорог , потери сознания и, в конечном итоге , смерти . [8] [9]
Углекислый газ является нормальным продуктом обмена веществ, но он накапливается в организме, если вырабатывается быстрее, чем выводится. Во время напряженных физических упражнений скорость производства углекислого газа может увеличиться более чем в десять раз по сравнению со скоростью производства во время покоя. Углекислый газ растворяется в крови и выводится путем газообмена в легких при дыхании. [10] Гиперкапния обычно вызвана гиповентиляцией , заболеванием легких или нарушением сознания . Это также может быть вызвано воздействием окружающей среды, содержащей аномально высокие концентрации углекислого газа, например, в результате вулканической или геотермальной активности, или при повторном вдыхании выдыхаемого углекислого газа . В этой ситуации гиперкапния может также сопровождаться респираторным ацидозом . [11]
Острая гиперкапническая дыхательная недостаточность может возникать при остром заболевании, вызванном хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ), деформацией грудной клетки, некоторыми формами нервно-мышечных заболеваний (таких как миастения и синдром гиповентиляции при ожирении ). [12] ОГРН может также развиваться при любой форме Дыхательная недостаточность, при которой дыхательные мышцы истощаются, например, тяжелая пневмония и острая тяжелая астма . Это также может быть следствием глубокого подавления сознания, например, передозировки опиоидов . [ нужна ссылка ]
Нормальное дыхание у дайверов приводит к альвеолярной гиповентиляции , что приводит к неадекватному удалению CO 2 или гиперкапнии. Работа Ланфьера в Экспериментальном водолазном подразделении ВМС США ответила на вопрос: «Почему дайверы недостаточно дышат?»: [13]
Существует множество причин, по которым углекислый газ не выводится полностью при выдохе дайвера:
Пропускное дыхание — спорный метод сохранения дыхательного газа при использовании акваланга с открытым контуром , который заключается в кратковременной задержке дыхания между вдохом и выдохом (т. е. «пропуске» дыхания). Это может привести к тому, что CO 2 не будет эффективно выдыхаться. [19] Риск разрыва легкого ( легочная баротравма при подъеме) увеличивается, если во время подъема задерживается дыхание. Это особенно контрпродуктивно при использовании ребризера , в котором в процессе дыхания газ прокачивается по «петле», проталкивая углекислый газ через скруббер и смешивая только что введенный кислород. [5]
При погружениях с ребризером замкнутого цикла выдыхаемый углекислый газ необходимо удалять из дыхательной системы, обычно с помощью скруббера, содержащего твердое химическое соединение с высоким сродством к CO 2 , такое как натронная известь . Если его не удалить из системы, его можно вдохнуть повторно, что приведет к увеличению концентрации во вдыхании. [20]
В гипербарических условиях гиперкапния способствует азотному наркозу и кислородной токсичности , вызывая расширение сосудов головного мозга, что увеличивает дозу кислорода, поступающего в мозг. [18]
Гиперкапния обычно вызывает рефлекс, который увеличивает дыхание и доступ кислорода (O 2 ), например, пробуждение и поворот головы во время сна. Нарушение этого рефлекса может привести к летальному исходу, например, как фактор, способствующий развитию синдрома внезапной детской смерти . [21]
Гиперкапния может вызывать увеличение сердечного выброса, повышение артериального давления (более высокие уровни углекислого газа стимулируют аортальные и сонные хеморецепторы с афферентами -CN IX и X- к продолговатому мозгу с последующими хроно- и инотропными эффектами), [ необходимы разъяснения ] и склонность к сердечным аритмиям . Гиперкапния может повысить сопротивление легочных капилляров. [ нужна цитата ]
Высокое артериальное парциальное давление углекислого газа ( ) вызывает изменения в активности мозга, которые отрицательно влияют как на тонкий мышечный контроль, так и на мышление. Изменения ЭЭГ , указывающие на незначительные наркотические эффекты, можно обнаружить по увеличению парциального давления углекислого газа в конце выдоха ( ) от 40 торр (0,053 атм) до примерно 50 торр (0,066 атм). Дайвер не обязательно замечает эти эффекты. [10]
Более высокие уровни оказывают более сильный наркотический эффект: спутанность сознания и иррациональное поведение могут возникнуть при температуре около 72 торр (0,095 атм), а потеря сознания - при температуре около 90 торр (0,12 атм). Высокий уровень вызывает реакцию «бей или беги», влияет на уровень гормонов и может вызывать беспокойство, раздражительность и неадекватные реакции или реакции паники, которые могут быть вне контроля субъекта, иногда практически без предупреждения. Еще одним эффектом является расширение сосудов, особенно на коже, где сообщается о чувстве неприятного жара, и в мозге, где кровоток может увеличиться на 50% при давлении 50 торр (0,066 атм). Внутричерепное давление может повыситься с пульсирующей головной болью. . Если это связано с высоким уровнем доставки кислорода в мозг, это может увеличить риск кислородной токсичности ЦНС при парциальных давлениях, которые обычно считаются приемлемыми. [10]
У многих людей кайф вызывает ощущение одышки, но отсутствие этого симптома не является гарантией того, что не возникнут другие эффекты. Значительный процент смертей от ребризеров был связан с задержкой CO 2 . После устранения причины последствия употребления алкоголя могут занять от нескольких минут до нескольких часов. [10]
Анализы газов крови могут проводиться, как правило, путем пункции лучевой артерии при острых проблемах с дыханием или других острых медицинских заболеваниях. Гиперкапнию обычно определяют как уровень углекислого газа в артериальной крови выше 45 мм рт. ст. (6 кПа). Поскольку углекислый газ находится в равновесии с угольной кислотой в крови, гиперкапния снижает pH сыворотки, что приводит к респираторному ацидозу. Клинически влияние гиперкапнии на рН оценивают по отношению артериального давления углекислого газа к концентрации бикарбонат-иона . [ нужна цитата ]
Опыты, проведенные на беспородных собаках, показали физиологическое действие углекислого газа на организм животного: после вдыхания смеси 50% СО 2 и 50% воздуха дыхательные движения усиливались примерно на 2 минуты, а затем уменьшались на 30-90 минут. минут. Хилл и Флэк показали, что концентрации CO 2 до 35% оказывают возбуждающее действие как на кровообращение, так и на дыхание, но концентрации выше 35% оказывают на них угнетающее действие. [ нужна цитация ] Кровяное давление (АД) временно снизилось во время усиленного дыхательного движения, а затем снова поднялось и какое-то время сохраняло исходный уровень. Сразу после вдыхания газовой смеси частота сердечных сокращений несколько замедлилась. Считается, что начальная депрессия АД с уменьшением ЧСС обусловлена прямым угнетающим действием СО 2 на сердце, а возврат АД к исходному уровню обусловлен быстрым повышением АД . Через 30–90 минут дыхательный центр угнетался, и гипотензия возникала постепенно или внезапно из-за снижения сердечного выброса, что приводило к апноэ и, в конечном итоге, к остановке кровообращения.
При более высоких концентрациях CO 2 потеря сознания наступала почти мгновенно, а дыхательные движения прекращались через 1 минуту. Через несколько минут апноэ наблюдалась остановка кровообращения. Эти данные позволяют предположить, что причиной смерти при вдыхании высоких концентраций CO 2 является не гипоксия, а интоксикация углекислым газом. [23]
Лечение острой гиперкапнической дыхательной недостаточности зависит от основной причины и может включать медикаментозное лечение и механическую респираторную поддержку. У пациентов без противопоказаний неинвазивная вентиляция (НИВ) часто используется вместо инвазивной механической вентиляции . [12] В прошлом препарат доксапрам (стимулятор дыхания) использовался при гиперкапнии при обострении хронической обструктивной болезни легких, но существует мало доказательств, подтверждающих его использование по сравнению с НИВЛ, [24] и он не используется при обострении хронической обструктивной болезни легких. последние профессиональные рекомендации. [12]
Очень тяжелую дыхательную недостаточность, при которой также может присутствовать гиперкапния, часто лечат с помощью экстракорпоральной мембранной оксигенации (ЭКМО), при которой к крови добавляют кислород и удаляют углекислый газ непосредственно из крови. [25]
Относительно новым методом является экстракорпоральное удаление углекислого газа (ECCO 2 R). Этот метод удаляет CO 2 из кровотока и может сократить время, необходимое для искусственной вентиляции легких у пациентов с AHRL; для этого требуется меньший объем кровотока по сравнению с ЭКМО. [25] [26]
Гиперкапния является противоположностью гипокапнии , состояния аномального снижения уровня углекислого газа в крови.
Углекислый газ может незаметно накапливаться у дайвера, который намеренно периодически задерживает дыхание (пропускает дыхание) в ошибочной попытке сохранить воздух.
