Гипоксемия

Аномально низкий уровень кислорода в крови

Состояние здоровья

Гипоксемия – это аномально низкий уровень кислорода в крови . ^{[1] [2]} Точнее, это дефицит кислорода в артериальной крови. ^[3] Гипоксемия имеет множество причин и часто приводит к гипоксии , поскольку кровь не снабжает ткани организма достаточным количеством кислорода.

Определение

Гипоксемия означает низкий уровень кислорода в крови, а более общий термин « гипоксия» — это аномально низкое содержание кислорода в любой ткани или органе или организме в целом. ^[2] Гипоксемия может вызывать гипоксию (гипоксемическую гипоксию), но гипоксия может возникать и посредством других механизмов, например анемии . ^[4]

Гипоксемию обычно определяют по снижению парциального давления кислорода (мм рт. ст.) в артериальной крови, а также по снижению содержания кислорода (мл кислорода на дл крови) или процентного насыщения гемоглобина ( кислородсвязывающего белка в красной крови). клетки ) с кислородом, который встречается либо по отдельности, либо в сочетании. ^{[2] [5]}

Хотя существует общее мнение, что измерение газов артериальной крови , которое показывает, что парциальное давление кислорода ниже нормального, представляет собой гипоксемию, ^{[5] [4] [6]} меньше согласия относительно того, имеет ли значение содержание кислорода в крови при определении гипоксемия. Это определение будет включать кислород, переносимый гемоглобином . Таким образом, содержание кислорода в крови иногда рассматривается как показатель доставки тканей, а не гипоксемии. ^[6]

Так же, как крайнюю гипоксию можно назвать аноксией, крайнюю гипоксемию можно назвать аноксемией.

Признаки и симптомы

В остром контексте гипоксемия может вызывать такие симптомы, как респираторный дистресс . К ним относятся одышка , учащенное дыхание, использование мышц груди и живота для дыхания и поджимание губ . ^{[7] : 642}

Хроническая гипоксемия может быть компенсированной и некомпенсированной. Компенсация может привести к тому, что симптомы первоначально останутся незамеченными, однако дальнейшее заболевание или стресс, такой как любое увеличение потребности в кислороде, могут, наконец, выявить существующую гипоксемию. В компенсированном состоянии кровеносные сосуды, снабжающие менее вентилируемые участки легких, могут выборочно сжиматься , перенаправляя кровь в участки легких, которые вентилируются лучше. Однако в хроническом контексте и если легкие в целом плохо вентилируются, этот механизм может привести к легочной гипертензии , перегрузке правого желудочка сердца и вызвать легочное сердце и недостаточность правых отделов сердца . Также может возникнуть полицитемия . ^[7] У детей хроническая гипоксемия может проявляться задержкой роста, неврологического и моторного развития, а также снижением качества сна с частыми пробуждениями во время сна. ^[8]

Другие симптомы гипоксемии могут включать цианоз , биение пальцев и симптомы, которые могут быть связаны с причиной гипоксемии, включая кашель и кровохарканье . ^{[7] : 642}

Серьезная гипоксемия обычно возникает, когда парциальное давление кислорода в крови составляет менее 60 мм рт. ст. (8,0 кПа), что является началом крутого участка кривой диссоциации кислорода и гемоглобина , где небольшое снижение парциального давления кислорода приводит к значительному снижению парциального давления кислорода. снижение содержания кислорода в крови. ^{[4] [9]} Тяжелая гипоксия может привести к дыхательной недостаточности ^[7]

Причины

Гипоксемия означает недостаток кислорода в крови. Таким образом, любая причина, влияющая на скорость или объем воздуха, поступающего в легкие ( вентиляция ), или любая причина, влияющая на перенос воздуха из легких в кровь, может вызвать гипоксемию. Помимо респираторных причин, сердечно-сосудистые причины, такие как шунты , также могут привести к гипоксемии.

Гипоксемия обусловлена ​​пятью категориями этиологии: гиповентиляцией , несоответствием вентиляции/перфузии , сбросом крови справа налево , диффузионными нарушениями и низким PO ₂ . Низкое РО2 _и гиповентиляция связаны с нормальным альвеолярно-артериальным градиентом (градиент Аа), тогда как другие категории связаны с повышенным градиентом Аа. ^{[10] : 229}

Вентиляция

Если альвеолярная вентиляция низкая, в альвеолы ​​не будет поступать достаточно кислорода для использования организмом. Это может вызвать гипоксемию, даже если легкие в норме, поскольку причина заключается в контроле вентиляции ствола мозга или в неспособности организма эффективно дышать.

Дыхательный привод

Дыхание контролируется центрами продолговатого мозга , которые влияют на частоту дыхания и глубину каждого вдоха. На это влияет уровень углекислого газа в крови, определяемый центральными и периферическими хеморецепторами, расположенными в центральной нервной системе и каротидных и аортальных тельцах соответственно. Гипоксия возникает, когда дыхательный центр функционирует неправильно или когда сигнал не соответствует:

• Инсульты , эпилепсия и переломы шеи могут привести к повреждению медуллярных дыхательных центров , которые генерируют ритмические импульсы и передают их по диафрагмальному нерву к диафрагме — мышце, отвечающей за дыхание.
• Снижение дыхательной активности также может быть результатом метаболического алкалоза — состояния пониженного содержания углекислого газа в крови.
• Центральное апноэ во сне . Во время сна дыхательные центры мозга могут приостанавливать свою деятельность, что приводит к длительным периодам апноэ с потенциально серьезными последствиями.
• Гипервентиляция с последующей длительной задержкой дыхания. Эта гипервентиляция, которую пытаются использовать некоторые пловцы, снижает количество углекислого газа в легких. Это уменьшает потребность дышать. Однако это также означает, что падение уровня кислорода в крови не ощущается и может привести к гипоксемии. ^[11]

Физические состояния

Различные состояния, которые физически ограничивают поток воздуха, могут привести к гипоксемии.

• Удушье , включая временную остановку или прекращение дыхания, как при обструктивном апноэ во сне , или постельное белье могут мешать дыханию у младенцев, что является предполагаемой причиной СВДС .
• Структурные деформации грудной клетки, такие как сколиоз и кифоз , которые могут ограничивать дыхание и приводить к гипоксии.
• Мышечная слабость , которая может ограничивать способность диафрагмы , основной мышцы, обеспечивающей всасывание нового воздуха в легкие, функционировать. Это может быть результатом врожденного заболевания , такого как заболевание двигательных нейронов , или приобретенного состояния, такого как усталость в тяжелых случаях ХОБЛ .

Экологический кислород

Кривая диссоциации кислорода и гемоглобина.

В условиях, когда доля кислорода в воздухе низкая или когда парциальное давление кислорода снизилось, в альвеолах легких присутствует меньше кислорода. Альвеолярный кислород передается гемоглобину , белку-переносчику внутри эритроцитов , с эффективностью, которая снижается с увеличением парциального давления кислорода в воздухе.

• Высота . Внешнее парциальное давление кислорода уменьшается с высотой, например, на большой высоте или во время полета . Это снижение приводит к снижению переноса кислорода гемоглобином. ^[12] Это особенно рассматривается как причина церебральной гипоксии и горной болезни у альпинистов Эвереста и других вершин экстремальной высоты. ^{[13] [14]} Например, на вершине Эвереста парциальное давление кислорода составляет всего 43 мм рт. ст., тогда как на уровне моря парциальное давление составляет 150 мм рт. ст. ^[15] По этой причине давление в кабине самолета поддерживается на уровне от 5000 до 6000 футов (от 1500 до 1800 м). ^[16]
• Дайвинг . Гипоксия при нырянии может возникнуть в результате внезапного всплытия на поверхность. Парциальное давление газов увеличивается при погружении на один атм каждые десять метров. Это означает, что на глубине возможно парциальное давление кислорода, достаточное для поддержания хорошей переносимости гемоглобина, даже если на поверхности оно недостаточно. Дайвер, остающийся под водой, будет медленно расходовать кислород, а при всплытии парциальное давление кислорода может быть недостаточным ( затемнение на мелководье ). На глубине это может проявляться в виде затемнения глубокой воды .
• Удушение . Снижение концентрации кислорода во вдыхаемом воздухе, вызванное снижением замещения кислорода в дыхательной смеси.
• Анестетики . Низкое парциальное давление кислорода в легких при переходе от ингаляционной анестезии к атмосферному воздуху, обусловленное эффектом Финка , или диффузной гипоксией.
• Воздух, обедненный кислородом, также оказался смертельным. В прошлом наркозные аппараты выходили из строя, доставляя пациентам газовые смеси с низким содержанием кислорода. Кроме того, кислород в замкнутом пространстве может потребляться, если скрубберы углекислого газа используются без достаточного внимания к пополнению потребляемого кислорода.
• Гипоксические или бескислородные смеси дыхательных газов, а также воздействие вакуума или другой среды с крайне низким давлением приводят к удалению кислорода из крови в альвеолах. ^[17]

Перфузия

Вентиляционно-перфузионное несоответствие

Это относится к нарушению вентиляционно-перфузионного равновесия. Кислород, попадающий в легкие, обычно диффундирует через альвеолярно-капиллярную мембрану в кровь. Однако этого равновесия не происходит, когда альвеола недостаточно вентилируется, и, как следствие, кровь, выходящая из этой альвеолы, относительно гипоксемична. Когда такая кровь добавляется к крови из хорошо вентилируемых альвеол, смесь имеет более низкое парциальное давление кислорода, чем альвеолярный воздух, и поэтому возникает разница Аа. Примеры состояний, которые могут вызвать несоответствие вентиляции и перфузии, включают:

• Упражнение. Хотя умеренная активность и физические упражнения улучшают вентиляционно-перфузионное соответствие ^[18] , гипоксемия может развиться во время интенсивных физических упражнений в результате ранее существовавших заболеваний легких. ^[19] Во время физических упражнений почти половина гипоксемии обусловлена ​​диффузионными ограничениями (опять же, в среднем). ^[20]
• Старение . С возрастом наблюдается все более плохое соответствие между вентиляцией и перфузией, а также снижение способности компенсировать гипоксические состояния. ^{[7] : 646}
• Заболевания, поражающие легочный интерстиций , также могут приводить к гипоксии, влияя на способность кислорода диффундировать в артерии. Примером таких заболеваний является фиброз легких , при котором даже в состоянии покоя пятая часть гипоксемии обусловлена ​​диффузионными ограничениями (в среднем). ^[20]
• Заболевания, которые приводят к острой или хронической респираторной недостаточности, могут привести к гипоксии. Эти заболевания могут иметь острое начало (например, обструкция дыхательных путей или тромбоэмболия легочной артерии ) или хронические (например, хроническая обструктивная болезнь легких ).
• Цирроз печени может осложняться рефрактерной гипоксемией из-за высокой скорости кровотока через легкие, что приводит к несоответствию вентиляции и перфузии. ^[21]
• Синдром жировой эмболии , при котором капли жира откладываются в русле легочных капилляров. ^[22]

Шунтирование

Шунтирование относится к крови, которая обходит малый круг кровообращения, что означает, что кровь не получает кислород из альвеол. Как правило, шунт может располагаться в сердце или легких, и его нельзя исправить только введением кислорода. Шунтирование может возникать в нормальных состояниях:

• Анатомическое шунтирование, происходящее через бронхиальное кровообращение , обеспечивающее кровью ткани легких. Шунтирование также происходит по мельчайшим сердечным венам , которые впадают непосредственно в левый желудочек.
• Физиологические шунты возникают из-за действия силы тяжести. Наибольшая концентрация крови в малом круге кровообращения наблюдается в основаниях легочного дерева по сравнению с самым высоким давлением газа в верхушках легких. Альвеолы ​​могут не вентилироваться при поверхностном дыхании.

Шунтирование может также возникать при болезненных состояниях:

• Острый респираторный дистресс-синдром (ОРДС). Альвеолярный коллапс, который может увеличить объем физиологического шунтирования, можно контролировать путем сочетания увеличения оксигенации и положительного давления для рекрутирования спавшихся альвеол. ^{[23] [24]}
• Патологические шунты, такие как открытый артериальный проток , открытое овальное окно , дефекты межпредсердной перегородки или дефекты межжелудочковой перегородки . Это состояния, когда кровь из правой части сердца движется прямо в левую сторону, не проходя предварительно через легкие. Это известно как шунт справа налево , который часто имеет врожденное происхождение.

Упражнение

Артериальная гипоксемия, вызванная физической нагрузкой, возникает во время тренировки, когда у тренированного человека сатурация артериальной крови кислородом ниже 93%. Встречается у здоровых людей разного возраста и пола. ^[25] Адаптации, вызванные тренировками, включают увеличение сердечного выброса вследствие гипертрофии сердца, улучшение венозного возврата и метаболическую вазодилатацию мышц, а также увеличение VO ₂ max . Должно произойти соответствующее увеличение VCO ₂ , что означает необходимость удаления углекислого газа для предотвращения метаболического ацидоза . Гипоксемия возникает у этих людей из-за увеличения легочного кровотока, вызывая:

• Уменьшение времени капиллярного транзита за счет увеличения кровотока в легочных капиллярах. Время капиллярного прохождения (tc) в состоянии покоя составляет около 0,8 с, что дает достаточно времени для диффузии кислорода в кровоток и диффузии CO ₂ из кровообращения. После тренировки объем капилляров остается прежним, однако сердечный выброс увеличивается, что приводит к уменьшению времени прохождения капилляров, которое у тренированных людей при максимальной скорости работы снижается примерно до 0,16 с. Это не дает достаточного времени для диффузии газа и приводит к гипоксемии.
• Внутрилегочные артериовенозные шунты представляют собой спящие капилляры в легких, которые активируются, когда венозное давление становится слишком высоким. Обычно они расположены в зоне мертвого пространства, где не происходит диффузии газа, поэтому проходящая кровь не насыщается кислородом, что приводит к гипоксемии.

Физиология

Ключом к пониманию того, вовлечены ли легкие в конкретный случай гипоксемии, является разница между альвеолярным и артериальным уровнями кислорода ; эту разницу Аа часто называют градиентом Аа , и она обычно невелика. Парциальное давление кислорода в артериальной крови получают непосредственно из определения газов артериальной крови . Содержание кислорода в альвеолярном воздухе можно подсчитать, поскольку оно будет прямо пропорционально его фракционному составу в воздухе. Поскольку дыхательные пути увлажняют (и тем самым разбавляют) вдыхаемый воздух, барометрическое давление атмосферы снижается за счет давления паров воды.

История

Термин «гипоксемия» первоначально использовался для описания низкого содержания кислорода в крови, возникающего на больших высотах, и обычно определялся как нарушение оксигенации крови. ^[26]

В наше время существует множество инструментов для выявления гипоксемии, в том числе умные часы . Исследование 2022 года показало, что умные часы могут обнаруживать кратковременную гипоксемию так же, как и стандартные медицинские устройства. ^{[27] [28]}

Рекомендации

1. Поллак CP, Торпи MJ, Ягер Дж (2010). Энциклопедия сна и нарушений сна (3-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. п. 104. ИСБН 9780816068333.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
2. Мартин Л (1999). Все, что вам действительно нужно знать для интерпретации газов артериальной крови (2-е изд.). Филадельфия: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. п. XXVI. ISBN 978-0683306040.
3. Экман М (2010). Профессиональное руководство по патофизиологии (3-е изд.). Филадельфия: Уолтерс Клювер/Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. п. 208. ИСБН 978-1605477664.
4. Дель Сорбо Л., Мартин Э.Л., Раньери В.М. (2010). «Гипоксическая дыхательная недостаточность». В Мейсон Р.Дж., Броддус В.К., Мартин Т.Р., Кинг Т.Е., Шрауфнагель Д., Мюррей Дж.Ф., Надель Дж.А. (ред.). Учебник респираторной медицины Мюррея и Наделя (5-е изд.). Филадельфия: Сондерс Эльзевир. ISBN 978-1-4160-4710-0.
5. Моррис А., Каннер Р., Крапо Р., Гарднер Р. (1984). Клиническое тестирование функции легких. Руководство по единым лабораторным процедурам (2-е изд.).
6. Уилсон У.К., Гранде К.М., Хойт Д.Б., ред. (2007). Критическая помощь . Нью-Йорк: Информа Здравоохранение. ISBN 978-0-8247-2920-2.
7. Colledge NR, Уокер BR, Ралстон С.Х., ред. (2010). Принципы и медицинская практика Дэвидсона (21-е изд.). Эдинбург: Черчилль Ливингстон/Эльзевир. ISBN 978-0-7020-3085-7.
8. Адде Ф.В., Альварес А.Е., Барбисан Б.Н., Гимарайнш БР (январь – февраль 2013 г.). «Рекомендации по длительной домашней оксигенотерапии у детей и подростков». Журнал педиатрии . 89 (1): 6–17. дои : 10.1016/j.jped.2013.02.003 . ПМИД  23544805.
9. Шварцштейн Р., Паркер М.Дж. (2006). Респираторная физиология: клинический подход . Филадельфия: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. ISBN 978-0-7817-5748-5. ОСЛК  62302095.
10. Харрисон Т.Р., Фаучи А.С., ред. (2008). Принципы внутренней медицины Харрисона (17-е изд.). Нью-Йорк: McGraw-Hill Medical. ISBN 978-0-07-147692-8.
11. Крейг AB (осень 1976 г.). «Сводка 58 случаев потери сознания при подводном плавании и нырянии». Медицина и наука в спорте . 8 (3): 171–175. дои : 10.1249/00005768-197600830-00007 . ПМИД  979564.
12. Бэйли К., Симпсон А. «Калькулятор кислорода на высоте». Apex (Экспедиции по высотной физиологии). Архивировано из оригинала 11 июня 2017 г. Проверено 10 августа 2006 г.– Интерактивный онлайн-калькулятор доставки кислорода.
13. Вест Дж.Б., Бойер С.Дж., Грабер DJ, Хакетт П.Х., Марет К.Х., Милледж Дж.С. и др. (сентябрь 1983 г.). «Максимальные упражнения на экстремальных высотах на Эвересте». Журнал прикладной физиологии . 55 (3): 688–698. дои : 10.1152/яп.1983.55.3.688. hdl : 2434/176393 . ПМИД  6415008.
14. Грокотт MP, Мартин Д.С., Леветт Д.З., МакМорроу Р., Виндзор Дж., Монтгомери Х.Э. (январь 2009 г.). «Газы артериальной крови и содержание кислорода у альпинистов на Эвересте». Медицинский журнал Новой Англии . 360 (2): 140–149. doi : 10.1056/NEJMoa0801581 . ПМИД  19129527.
15. Вест Дж.Б. (2000). «Человеческие пределы гипоксии. Физиологическая проблема восхождения на Эверест». Анналы Нью-Йоркской академии наук . 899 (1): 15–27. Бибкод : 2000NYASA.899...15W. doi :10.1111/j.1749-6632.2000.tb06173.x. PMID  10863526. S2CID  21863823.
16. Администратор. «Авиакомпании сокращают расходы. Расплачиваются ли за это пациенты с респираторными заболеваниями?». www.ersnet.org . Проверено 17 июня 2016 г.
17. Лэндис, Джеффри А. (7 августа 2007 г.). «Воздействие вакуума на человека». www.geoffreylandis.com. Архивировано из оригинала 21 июля 2009 г. Проверено 25 апреля 2012 г.
18. Уипп Б.Дж., Вассерман К. (сентябрь 1969 г.). «Разница в напряжении альвеолярно-артериального газа во время поэтапных упражнений». Журнал прикладной физиологии . 27 (3): 361–365. дои : 10.1152/яп.1969.27.3.361. ПМИД  5804133.
19. Хопкинс С.Р. (2007). «Артериальная гипоксемия, вызванная физическими упражнениями: роль вентиляционно-перфузионного неравенства и ограничения легочной диффузии». Гипоксия и физические упражнения . Достижения экспериментальной медицины и биологии. Том. 588. Бостон, Массачусетс: Спрингер. стр. 17–30. дои : 10.1007/978-0-387-34817-9_3. ISBN 978-0-387-34816-2. ПМИД  17089876.
20. Agustí AG, Roca J, Gea J, Wagner PD, Xaubet A, Rodriguez-Roisin R (февраль 1991 г.). «Механизмы нарушения газообмена при идиопатическом фиброзе легких». Американский обзор респираторных заболеваний . 143 (2): 219–225. дои : 10.1164/ajrccm/143.2.219. ПМИД  1990931.
21. Агусти А.Г., Рока Дж., Родригес-Руазен Р. (март 1996 г.). «Механизмы нарушения газообмена у больных циррозом печени». Клиники грудной медицины . 17 (1): 49–66. дои : 10.1016/s0272-5231(05)70298-7. ПМИД  8665790.
22. Адейинка А, Пьер Л. (сентябрь 2022 г.). «Жировая эмболия». StatPearls [Интернет] . Остров сокровищ (Флорида): StatPearls Publishing.
23. Хуанг Ю.К., Фрасика П.Дж., Симонсон С.Г., Крапо Дж.Д., Янг С.Л., Велти-Вольф К.Э. и др. (август 1996 г.). «Нарушения VA/Q при грамотрицательном сепсисе». Физиология дыхания . 105 (1–2): 109–121. дои : 10.1016/0034-5687(96)00039-4. ПМИД  8897657.
24. Томпсон Б.Т., Чемберс Р.К., Лю К.Д. (август 2017 г.). "Острый респираторный дистресс-синдром". Медицинский журнал Новой Англии . 377 (6): 562–572. дои : 10.1056/NEJMra1608077. PMID  28792873. S2CID  4909513.
25. Демпси Дж. А., Вагнер П. Д. (декабрь 1999 г.). «Артериальная гипоксемия, вызванная физической нагрузкой». Журнал прикладной физиологии . 87 (6): 1997–2006. doi :10.1152/яп.1999.87.6.1997. PMID  10601141. S2CID  6788078.
26. Генри Пауэр и Леонард В. Седжвик (1888) Лексикон медицины и смежных наук Нового Сиденхемского общества (на основе лексикона Мэй). Том III. Лондон: Общество Нью-Сиденхема.
27. Рафл Дж., Бахман Т.Э., Рафл-Хуттова В., Вальцель С., Розанек М. (2022). «Коммерческие умные часы с пульсоксиметром обнаруживают кратковременную гипоксемию так же, как стандартное устройство медицинского уровня: валидационное исследование». Цифровое здоровье . 8 : 20552076221132127. дои : 10.1177/20552076221132127. ПМЦ 9554125 . ПМИД  36249475. 
28. Центр окружающей среды Карлова университета. «Коммерческие умные часы обеспечивают достоверные значения насыщения крови кислородом по сравнению с пульсоксиметром медицинского уровня». www.medicalxpress.com . Проверено 17 ноября 2022 г.

дальнейшее чтение

• Вест Дж.Б. (2012). Легочная патофизиология: основы (8-е изд.). Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. ISBN 978-1-4511-0713-5.
• Андерсон К.Н. (2002). Медицинский, сестринский и сопутствующий словарь Мосби (6-е изд.). Резюме Мосби. ISBN 978-0-323-01430-4.
• Хесс Д., Макинтайр Н., Мишо С. (2012). «Респираторная помощь: принципы и практика». В Hess DR, MacIntyre NR, Mishoe SC, Galvin WF, Adams AB (ред.). Джонс и Бартлет Лиринг (2-е изд.). Джонс и Бартлетт Обучение. ISBN 978-0-7637-6003-8.
• Сэмюэл Дж., Франклинг С. (2008). «Гипоксемия и гипоксия». Майерс Дж.А., Милликен К.В., Сакларидес Т.Дж. (ред.). Общие хирургические заболевания (2-е изд.). Спрингер. стр. 391–394. ISBN 978-0-387-75245-7.

Внешние ссылки