Гиперкапния - Hypercapnia

Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Гиперкапния
Симптомы гиперкапнии
Основные симптомы отравления углекислым газом из-за увеличения объемного процента в воздухе.
Специальность Пульмонология , реаниматология

Гиперкапния (от греческого hyper = «выше» или «слишком много» и kapnos = « дым »), также известная как гиперкарбия и задержка CO 2 , представляет собой состояние аномально повышенного уровня углекислого газа (CO 2 ) в крови. Углекислый газ - это газообразный продукт метаболизма организма, который обычно выводится через легкие . Углекислый газ может накапливаться в любом состоянии, которое вызывает гиповентиляцию , снижение альвеолярной вентиляции (удаление воздуха из небольших мешочков легких, где происходит газообмен ). Неспособность легких очищать углекислый газ приводит к респираторному ацидозу . В конце концов, организм компенсирует повышенную кислотность, удерживая щелочь в почках, и этот процесс известен как «метаболическая компенсация».

Острая гиперкапния называется острой гиперкапнической дыхательной недостаточностью ( AHRF ) 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 на основе маски или с помощью механической вентиляции .

Гиперкапния - это опасность подводного плавания, связанная с погружением с задержкой дыхания, подводным плаванием с аквалангом, особенно на ребризерах, и глубоким погружением, когда она связана с повышенной плотностью дыхательного газа из-за высокого давления окружающей среды.

Признаки и симптомы

Гиперкапния может возникать в контексте основного состояния здоровья, и симптомы могут относиться к этому состоянию или непосредственно к гиперкапнии. Специфические симптомы, связанные с ранней гиперкапнией, включают одышку (одышку), головную боль, спутанность сознания и летаргию. Клинические признаки включают покраснение кожи, полный пульс (ограничивающий пульс), учащенное дыхание , преждевременное сердцебиение , подергивания мышц и взмахи ладоней ( астериксис ). Увеличивается риск возникновения опасных нарушений сердечного ритма . Гиперкапния также возникает, когда вдыхаемый газ загрязнен углекислым газом, или когда дыхательный газообмен не успевает за метаболическим производством углекислого газа, что может произойти, когда плотность газа ограничивает вентиляцию при высоком давлении окружающей среды.

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 .

Причины

Углекислый газ является нормальным продуктом метаболизма, но он накапливается в организме, если вырабатывается быстрее, чем выводится. Скорость продуктивности может увеличиваться более чем в десять раз от состояния покоя до физических нагрузок. Углекислый газ растворяется в крови и выводится путем газообмена в легких во время дыхания. Гиперкапния обычно вызывается гиповентиляцией , заболеванием легких или снижением сознания . Это также может быть вызвано воздействием окружающей среды, содержащей аномально высокие концентрации углекислого газа, например, из-за вулканической или геотермальной активности, или повторным вдыханием выдыхаемого углекислого газа . В этой ситуации гиперкапния также может сопровождаться респираторным ацидозом.

Острая гиперкапническая дыхательная недостаточность может возникнуть при остром заболевании, вызванном хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ), деформацией грудной стенки, некоторыми формами нервно-мышечных заболеваний (такими как миастения и синдром гиповентиляции ожирения) . AHRF может также развиться при любой форме дыхательной недостаточности, если дыхательные мышцы истощаются, например, при тяжелой пневмонии и острой тяжелой астме . Это также может быть следствием глубокого подавления сознания, например, передозировки опиоидов .

Во время дайвинга

Нормальное дыхание у дайверов приводит к гиповентиляции альвеол, что приводит к неадекватному выведению CO 2 или гиперкапнии. Работа Ланфьера в экспериментальном водолазном подразделении ВМС США ответила на вопрос: «Почему дайверы недостаточно дышат?»:

  • Более высокий уровень вдыхаемого кислорода ( ) при 4 атм (400 кПа) составлял не более 25% повышения концентрации CO 2 (ET CO 2 ) в конце выдоха выше значений, обнаруженных при той же скорости работы при вдыхании воздуха чуть ниже поверхности.
  • Увеличение работы дыхания составило большую часть повышения ( уравнение альвеолярного газа ) при воздействии выше 1 атм (100 кПа), как показали результаты, когда гелий был заменен азотом при 4 атм (400 кПа).
  • На недостаточную вентиляционную реакцию на нагрузку указывает тот факт, что, несмотря на нормальные значения в состоянии покоя, она заметно повышалась при нагрузке, даже когда водолазы дышали воздухом на глубине всего несколько футов.

Существует множество причин, по которым диоксид углерода не выводится полностью при выдохе дайвера:

  • Дайвер выдыхает в сосуд, который не позволяет всему CO 2 уйти в окружающую среду, например, в длинную трубку , полнолицевую маску для дайвинга или водолазный шлем , а затем дайвер повторно выходит из этого сосуда, вызывая увеличение мертвого пространства. .
  • Скруббер диоксида углерода в водолазе ребризера не удается удалить достаточное количество углекислого газа из контура (выше , вдохновенное CO 2 ), или дыхательный газ загрязнен СО 2 .
  • Дайвер перенапрягается, вырабатывая избыток углекислого газа из-за повышенной метаболической активности, а дыхательный газообмен не успевает за метаболическим производством углекислого газа.
  • Плотность газа ограничивает вентиляцию при высоком давлении окружающей среды. Плотность от дыхательного газа выше по глубине, так что усилие , необходимое , чтобы полностью вдохе и выдохе увеличивается, что делает дыхание более трудным и менее эффективным (высокий работу дыхания ). Более высокая плотность газа также приводит к тому, что перемешивание газа в легких становится менее эффективным, что увеличивает эффективное мертвое пространство.
  • Дайвер намеренно гиповентилирует , так называемое «пропускание дыхания».

Пропуск дыхания - это спорная техника для экономии дыхательного газа при использовании акваланга с открытым контуром , заключающаяся в кратковременной задержке дыхания между вдохом и выдохом (т. Е. «Пропуском» вдоха). Это приводит к тому, что CO 2 не выдыхается эффективно. Риск разрыва легких ( баротравма легких при подъеме) увеличивается, если задерживать дыхание при подъеме. Это особенно контрпродуктивно с ребризером , когда при дыхании газ нагнетается по «петле», проталкивая углекислый газ через скруббер и смешивая только что впрыснутый кислород.

При погружениях с ребризером с замкнутым контуром выдыхаемый углекислый газ должен удаляться из дыхательной системы, обычно с помощью скруббера, содержащего твердое химическое соединение с высоким сродством к CO 2 , например натриевую известь. Если его не удалить из системы, его можно повторно вдохнуть, что приведет к увеличению вдыхаемой концентрации.

Механизм

Гиперкапния обычно вызывает рефлекс, который увеличивает дыхание и доступ к кислороду (O 2 ), например возбуждение и повороты головы во время сна. Нарушение этого рефлекса может быть фатальным, например, как фактор, способствующий развитию синдрома внезапной детской смерти .

Гиперкапния может вызывать увеличение сердечного выброса, повышение артериального давления (более высокие уровни углекислого газа стимулируют хеморецепторы аорты и сонной артерии с афферентами -CN IX и X- в продолговатый мозг с последующими хроно- и инотропными эффектами) и склонность к сердечные аритмии . Гиперкапния может увеличить сопротивление легочных капилляров.

Физиологические эффекты

Высокое артериальное парциальное давление углекислого газа ( ) вызывает изменения в активности мозга, которые отрицательно сказываются как на тонком мышечном контроле, так и на рассуждении. Изменения ЭЭГ, обозначающие незначительные наркотические эффекты, могут быть обнаружены при увеличении парциального давления углекислого газа в конце выдыхаемого газа ( ) с 40 торр (0,053 атм) до приблизительно 50 торр (0,066 атм). Дайвер не обязательно замечает эти эффекты.

Более высокие уровни имеют более сильный наркотический эффект: путаница и иррациональное поведение могут возникать около 72 торр (0,095 атм), а потеря сознания - около 90 торр (0,12 атм). Высокий уровень вызывает реакцию борьбы или бегства, влияет на уровень гормонов и может вызвать беспокойство, раздражительность и неуместные или панические реакции, которые могут быть вне контроля субъекта, иногда без предупреждения. Расширение сосудов - еще один эффект, особенно в коже, где сообщается о неприятном жаре, и в головном мозге, где кровоток может увеличиваться на 50% при давлении 50 торр (0,066 атм), внутричерепное давление может повышаться с пульсирующей головной болью. . Если это связано с высоким уровнем, то высокая доставка кислорода к мозгу может увеличить риск кислородного отравления ЦНС при парциальных давлениях, которые обычно считаются приемлемыми.

У многих людей кайф вызывает чувство одышки, но отсутствие этого симптома не гарантирует, что другие эффекты не возникнут. Значительный процент смертей от респираторов был связан с задержкой CO 2 . Последствия кайфа могут занять от нескольких минут до часов после устранения причины.

Диагностика

Анализ газов крови может проводиться, как правило, путем пункции лучевой артерии при острых проблемах с дыханием или других острых заболеваниях. Гиперкапния обычно определяется 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 pH оценивается с помощью отношения артериального давления углекислого газа к концентрации бикарбонат-иона .

Толерантность

Толерантность к увеличению атмосферного СО 2 концентрации
% CO 2 во
вдыхаемом воздухе
Ожидаемая переносимость полезной активности при продолжительном воздействии повышенного CO 2
Продолжительность Основное ограничение
0,028 продолжительность жизни атмосфера, 1780 год
0,04 продолжительность жизни текущая атмосфера
0,5 продолжительность жизни нет обнаруживаемых ограничений (Примечание: см. современные исследования в области диоксида углерода # ниже 1%, которые показывают измеримые эффекты ниже 1%.)
1.0 продолжительность жизни
1.5 > 1 месяц мягкая респираторная стимуляция
2.0 > 1 месяц
2,5 > 1 месяц
3.0 > 1 месяц умеренная респираторная стимуляция
3.5 > 1 неделя
4.0 > 1 неделя умеренная респираторная стимуляция, повышенная респираторная реакция на упражнения
4.5 > 8 часов
5.0 > 4 часов выраженный респираторный раздражитель, преувеличенная респираторная реакция на упражнения
5.5 > 1 часа
6.0 > 0,5 часа выраженный респираторный раздражитель, преувеличенная респираторная реакция на упражнения, начало спутанности сознания
6.5 > 0,25 часов
7.0 > 0,1 часов ограничение одышкой и спутанностью сознания

Токсичность CO 2 на животных моделях

Испытания, проведенные на беспородных собаках, показали физиологическое действие углекислого газа на организм животного: после вдыхания смеси 50% CO 2 и 50% воздуха дыхательное движение увеличивалось примерно на 2 минуты, а затем уменьшалось на 30-90%. минут. Хилл и Флэк показали, что концентрация CO 2 до 35% оказывает возбуждающее действие как на кровообращение, так и на дыхание, но концентрация выше 35% оказывает на них угнетающее действие. Артериальное давление (АД) временно снижалось во время учащенного дыхательного движения, а затем снова повышалось и некоторое время сохранялось на исходном уровне. Сразу после вдыхания газовой смеси частота сердечных сокращений несколько замедлилась. Считается, что первоначальное снижение АД со снижением частоты сердечных сокращений связано с прямым депрессивным действием СО 2 на сердце, а возвращение кровяного давления к исходному уровню произошло из-за быстрого повышения . Через 30–90 минут дыхательный центр был подавлен, а гипотензия возникла постепенно или внезапно из-за снижения сердечного выброса, что привело к апноэ и, в конечном итоге, к остановке кровообращения.

При более высоких концентрациях CO 2 потеря сознания наступила почти мгновенно, и дыхательное движение прекратилось через 1 минуту. После нескольких минут апноэ была замечена остановка кровообращения. Эти данные предполагают, что причиной смерти при вдыхании высоких концентраций CO 2 является не гипоксия, а отравление углекислым газом.

Уход

Лечение острой гиперкапнической дыхательной недостаточности зависит от первопричины, но может включать лекарственные препараты и механическую респираторную поддержку. У тех, у кого нет противопоказаний, неинвазивная вентиляция (НИВ) часто используется вместо инвазивной механической вентиляции . В прошлом препарат доксапрам (стимулятор дыхания) использовался при гиперкапнии при обострении хронической обструктивной болезни легких, но мало доказательств, подтверждающих его использование по сравнению с НИВ, и он не фигурирует в последних профессиональных руководствах.

Очень тяжелая дыхательная недостаточность, при которой также может присутствовать гиперкапния, часто лечат с помощью экстракорпоральной мембранной оксигенации (ЭКМО), при которой кислород добавляется, а углекислый газ удаляется непосредственно из крови.

Относительно новый метод - 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 AHRF; требует меньших объемов кровотока по сравнению с ЭКМО.

Терминология

Гиперкапния - это противоположность гипокапнии , состояния аномально пониженного уровня углекислого газа в крови.

Смотрите также

Рекомендации

внешняя ссылка

Классификация