Парциальное давление кислорода в артериальной и венозной крови

Горная болезнь

Когда житель равнинной местности приезжает в отпуск в горы, кажется, что воздух там особенно чист и надышаться им просто невозможно.

На самом деле подобные рефлекторные позывы к частому и глубокому дыханию вызываются гипоксией. Чтобы человек выровнял парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе, ему требуется вентилировать собственные легкие как можно лучше первое время. Конечно, пребывая в условиях гор несколько дней или недель организм начинает привыкать к новым условиям за счет корректировки работы внутренних органов. Так ситуацию спасают почки, которые начинают выделять гидрокарбонат для усиления вентиляции легких и увеличивают в крови количество эритроцитов, способных переносить большее количество кислорода.

Таким образом, у жителей горных местностей уровень гемоглобина всегда оказывается выше, чем у равнинных.

Острая форма

В зависимости от особенностей организма норма парциального давления кислорода может отличаться для каждого человека в определенном возрасте, состоянии здоровья или просто от способности к акклиматизации. Именно поэтому покорять вершины суждено не всем, ведь даже имея огромное желание, человек не способен полностью подчинить себе свой организм и заставить его работать по-другому.

Очень часто у неподготовленных альпинистов при скоростном подъеме могут развиваться различные симптомы гипоксии. На высоте менее 4,5 км они проявляются головными болями, тошнотой, усталостью и резкой сменой настроения, поскольку нехватка кислорода в крови сильно отражается на работе нервной системы. Если подобные симптомы проигнорировать, то в дальнейшем образуется отек мозга или легких, каждый из которых способен привести к смерти.

Таким образом, игнорировать изменение парциального давления кислорода в окружающей среде строго запрещено, ведь оно всегда влияет на работоспособность всего человеческого организма.

Погружение под воду

Когда водолаз погружается в условия, где атмосферное давление ниже привычного уровня, его организм также сталкивается со своеобразной акклиматизацией. Парциальное давление кислорода на уровне моря является средней величиной и с погружением также меняется, но особую опасность для человека в данном случае представляет азот. На поверхности земли в равнинной местности он не влияет на людей, но после каждых 10 метров погружения постепенно сжимается и провоцирует в организме водолаза различные степени наркоза. Первые признаки такого нарушения могут проявляться уже после 37 метров под водой, особенно если человек проводит на глубине длительное время.

Когда атмосферное давление превышает 8 атмосфер, а достигается этот показатель уже после 70 метров под водой, водолазы начинают чувствовать азотный наркоз. Явление это проявляется ощущением алкогольного опьянения, которое нарушает координацию и внимательность подводника.

Чтобы избежать последствий

В случае, когда парциальное давление кислорода и других газов в крови отклонено от нормы и водолаз начинает ощущать признаки интоксикации, очень важно осуществлять его подъем максимально медленно. Связано это с тем, что при резком изменении давления диффузия азота провоцирует возникновение в крови пузырьков с данным веществом. Простым языком, кровь как будто закипает, и человек начинает чувствовать сильную боль в суставах. В дальнейшем у него могут развиваться нарушения зрения, слуха и работы нервной системы, что называют кессонной болезнью. Чтобы избежать такого явления, водолаза следует поднимать очень медленно или заменять в его дыхательной смеси азот гелием. Данный газ менее растворим, имеет меньшую массу и плотность, поэтому затраты на внешнее дыхание уменьшаются.

Если же подобная ситуация произошла, то человека необходимо срочно помещать в обратно среду с высоким давлением и ждать постепенной декомпрессии, которая может продолжаться до нескольких дней.

Газы крови влияют на pH

Несмотря на то, что исследование кислотно-основного состояния, строго говоря, подразумевает исследование только величины pH (концентрации ионов H+), в реальности в него также включается исследование физиологически важных газов, присутствующих в крови – O2 и CO2. Анализ газов показывает эффективность газообмена по величинам парциальных давлений – pO2 и pCO2.

Через альвеолярную мембрану молекулы любых газов перемещаются диффузно по градиенту концентрации. Молекулы O2 атмосферного воздуха поступают из альвеол в кровь, а молекулы CO2 из крови в альвеолы до тех пор пока их парциальные давления не выровняются.

Величина парциального давления – это процентная доля газа в общем объеме.

Углекислый газ

Концентрация СО2 в альвеолярном воздухе столь низка, а в крови столь высока, что диффузия этого газа в альвеолы чрезвычайно эффективна и скорость его удаления зависит только от альвеолярной вентиляции – общего объема воздуха, транспортируемого в минуту между альвеолами и а).

Следовательно,

• при усиленной вентиляции легких углекислый газ быстро выводится, и показатель pCO2в крови снижается. Это означает потерю организмом угольной кислоты (ионов H+), что является причиной защелачивания крови – алкалоза, называемого дыхательным или респираторным.
• при недостаточной альвеолярной вентиляции величина рСО2 повышается, что свидетельствует о недостаточном его удалении и накоплении H2CO3. Иными словами, повышение в крови показателя рСО2 является причиной дыхательного ацидоза.

Увеличенное pCO2 (гиперкапния) всегда свидетельствует о снижении альвеолярной вентиляции.

Кислород

Вопросы, связанные с оксигенацией крови и транспортом кислорода более сложны. Связано это с тем, что в виде свободных (растворенных) молекул O2 находится лишь небольшая доля общего кислорода крови. Основная часть кислорода связана с гемоглобином (оксигемоглобин) и истинное содержание кислорода зависит от двух дополнительных параметров – концентрации Hb и насыщения (сатурации) гемоглобина кислородом.

Оксигемоглобин

Оксигемоглобин (HbО2) – процентное содержание в крови, является отношением фракции оксигемоглобина (HbО2) к сумме всех фракций (общему гемоглобину).

Насыщение гемоглобина кислородом

Насыщение гемоглобина кислородом (HbOSAT, SО2), представляет собой отношение фракции оксигенированного гемоглобина к тому количеству гемоглобина в крови, который способен транспортировать О2.

Отличия между двумя показателями HbО2 и HbOSAT заключаются в том, что у пациентов возможно наличие в крови такой формы гемоглобина, которая не способна акцептировать О2 (Hb‑CO, metHb, сульфоHb). Но так как большинство больных не имеют в крови повышенного содержания этих форм гемоглобина, значения HbО2 и SО2 обычно очень близки.

Например, если при отравлении нитритами количество metHb составляет 15%, тогда величина HbО2 никогда не сможет превысить 85%, но насыщение (HbOsat) может быть различно – от максимума (HbOsat=95-98%) при полном насыщении до низких величин при отсутствии кислорода.

Показатель насыщения кислородом показывает процент доступных мест связывания на гемоглобине.

Иллюстрация понятий оксигемоглобина (HbO2) и насыщения гемоглобина (HbO2sat)

Парциальное давление кислорода (pO2)

Парциальное давление O2 выступает как движущая сила, приводящая к насыщению гемоглобина кислородом. И хотя, как правило, чем выше pO2 тем выше HbOsat, эта зависимость не является линейной.

Кривая диссоциации гемоглобина в норме и при изменении pH и концентрации 2,3-дифосфоглицерата

В центральной части кривой насыщения (или кривой диссоциации) гемоглобина малейшие сдвиги pO2 приводят к резким изменениям насыщения гемоглобина. И наоборот, при высоком pO2 (80-90-100 мм рт.ст) кривая становится плоской, насыщение гемоглобина мало зависит от колебаний кислорода в плазме.

Сдвиг влево происходит при защелачивании и снижении концентрации 2,3-дифосфоглицерата и сигнализирует об увеличении сродства кислорода к гемоглобину (в легких). Сдвиг вправо — это снижение сродства кислорода к гемоглобину (в тканях), обеспечивается закислением среды и накоплением 2,3-дифосфоглицерата.

Показатель pO2 не отражает содержание кислорода в цельной крови! Но хотя pO2 и не показывает общее количество кислорода в крови, но это общее количество зависит от pO2 через показатель сатурации гемоглобина.

В свою очередь имеются факторы, влияющие на величину pO2:

1. Альвеолярная вентиляция. Хотя она влияет как на pO2 так и на pCO2, но доля кислорода в альвеолах при гипервентиляции может лишь слегка увеличиться, приближаясь к pO2 атмосферного воздуха, при гиповентиляции – стремительно падает, вытесняясь поступающим из крови CO2. В то же время доля CO2 в альвеолах быстро снижается при усиленной вентиляции.

2. Вентиляционно-перфузионное соотношение, определяется тем, что

• не вся кровь, притекающая к легким, соприкасается с хорошо вентилируемыми альвеолами (спадение альвеол, уплотнение стенки).
• не все хорошо вентилируемые альвеолы получают достаточно крови (правожелудочковая сердечная недостаточность).

3. Концентрация кислорода во вдыхаемом воздухе (FiO2, fraction of inspired oxygen).

В таблице приведены сравнительные величины концентрации кислорода и углекислого газа в воздухе, крови и тканях. Необходимо обратить внимание на перепады концентраций кислорода и углекислого газа в крови и альвеолярном воздухе. Важной особенностью является то, что pO2 в альвеолярном воздухе и артериальной крови очень близки, т.е. в обычных условиях глубоким и/или частым дыханием невозможно повысить потребление кислорода и насыщение им гемоглобина. В то же время разность концентраций pCO2 в венозной крови и альвеолярном воздухе позволяет эффективно его удалять при частом дыхании.

0

Парциальное давление кислорода в артериальной крови

Для того чтобы изменился газовый состав крови, не обязательного покорять вершины или спускаться на морское дно. Различные патологии сердечно-сосудистой, мочевыделительной и дыхательной систем также способны влиять на изменение давления газов в главной жидкости человеческого организма.

Для точного определения диагноза у пациентов берутся соответствующие анализы. Чаще всего врачей интересует парциальное давление кислорода и углекислого газа, поскольку они обеспечивают полноценное дыхание всех органов человека.

Давление в данном случае представляет собой процесс растворения газов, который показывает, насколько эффективно в организме работает кислород и соответствуют ли его показатели нормам.

Малейшие отклонения указывают на то, что у пациента имеются отклонения, влияющие на способность использовать поступающие в организм газы по максимуму.

Газы артериальной крови: метаболический, респираторный ацидоз, алкалоз

Неправильная интерпретация газового состава крови может привести к принятию опасных терапевтических решений. В этих рекомендациях описан простой подход, который поможет вам правильно интерпретировать результаты газового состава крови.

Ключевые моменты

• Существует четыре основных типа нарушений кислотно-основного равновесия: Респираторный ацидоз
• Метаболический ацидоз
• Респираторный алкалоз
• Метаболический алкалоз

Контроль рН крови

В норме рН крови является несколько щелочным (7,35-7,45). Для того, чтобы нормально работать организм поддерживает рН крови на уровне примерно 7,4. Существует три механизма, с помощью которых организм поддерживает кислотно-щелочной баланс в пределах этого узкого диапазона:

• Внутриклеточные и внеклеточные буферные системы
• Почечная регуляция
• Регуляция с помощью легких.

Самые важные буферные системы рН включают гемоглобин, угольную кислоту (слабая кислота, которая образовывается при растворении CO2) и бикарбонат (соответственно ее слабое основание). Бикарбонатный буфер является эффективным, поскольку концентрации его компонентов можно независимо регулировать. Его ключевыми компонентами являются CO2 и HCO3—.

• Легкие регулируют парциальное давление CO2 в крови (pCO2) путем регуляции альвеолярной вентиляции
• Почки регулируют концентрацию HCO3— с помощью регуляции почечной экскреции угольной кислоты и реабсорбции бикарбоната

Уравнение Хендерсона-ХассельбахаАнализаторы газов крови непосредственно измеряют уровень pH и pCO2. Уровень HCO3—рассчитывают с помощью уравнения Хендерсона-Хассельбаха. Это уравнение показывает, что величина рН определяется отношением концентрации HCO3— к pCO2, а не только значением одного из компонентов.

Представленный ниже упрощенный вариант уравнения показывает связь между этими тремя величинами. Если вы запомните этот вариант, то он поможет вам понять компенсаторные изменения, которые описаны далее в модуле.

Определения

Ацидемия

Возникает когда рН крови ниже 7,35.

Алкалемия

Возникает когда рН крови выше 7,45.

Ацидоз

• Это процесс, который вызывает накопление кислот в крови
• Не обязательно приводит к аномальному уровню рН
• Из уравнения Хендерсона-Хассельбаха вы можете увидеть, что ацидоз может быть вызван снижением концентрации HCO3— или повышением pCO2:

• Возникая изолированно он приводит к ацидемии
• При развитии одновременно с алкалозом полученный рН крови может быть нормальным, повышенным или сниженным

Алкалоз

• Это процесс, который вызывает накопление в крови щелочей
• Не обязательно приводит к аномальному уровню рН
• Из уравнения Хендерсона-Хассельбаха вы можете увидеть, что алкалоз может быть вызван повышением концентрации HCO3— или снижением pCO2:

• Возникая изолированно он приводит к алкалемии
• При развитии одновременно с ацидозом полученный рН крови может быть нормальным, повышенным или сниженным

Избыток оснований

Избыток оснований — это количество основания или кислоты, необходимое для титрования одного литра крови до уровня рН 7,4 при постоянном уровне pCO2 5,3 кПа. В контексте ацидоза отрицательная величина избытка оснований указывает на наличие метаболического компонента.

Для чего и как измерять ABG

Для чего измерять газовый состав артериальной крови?

Вам следует определять газовый состав крови для того чтобы:

• Определить кислотно-щелочной баланс
• Определить уровень оксигенации (артериальный pO2 дает информацию об эффективности газообмена и является более точным, чем определение периферического насыщения кислородом)
• Диагностировать и установить тяжесть дыхательной недостаточности (уровень pCO2 дает информацию относительно вентиляции легких)
• Определиться с лечением, например, кислород или неинвазивная вентиляция легких у пациентов с хроническими обструктивными заболеваниями легких (ХОЗЛ) или терапия пациентов с диабетическим кетоацидозом.

Четыре основных нарушения кислотно-основного состояния представлены:

• Респираторным ацидозом
• Метаболическим ацидозом
• Респираторным алкалозом
• Метаболическим алкалозом.

Интерпретация результатов ABG

Пошаговый подход к интерпретации результатов газового состава артериальной крови

Следующий подход представляет собой систематический способ, который поможет вам правильно интерпретировать результаты газового состава артериальной крови (таблица 1).

Таблица 1. Пять шагов для интерпретации результатов газового состава артериальной крови

В первую очередь, вам необходимо знать нормальные показатели (таблица 2). Обратите внимание, что эти показатели несколько отличаются в разных больницах, поэтому всегда используйте показатели нормы, принятые в вашей больнице.

Таблица 2: Нормальные показатели газового состава артериальной крови

Шаг 1: Ацидемия или алкалемия?

Посмотрите на рН. Если он:

• ниже 7,35, то у пациента ацидемия
• выше 7,45 — у пациента алкалемия.

Если рН в норме, тогда смотрите на уровень pCO2 и концентрацию HCO3—. Если один или два показателя отклоняются от нормы, то у пациента может быть смешанное нарушение.

Шаг 2: Респираторный или метаболический?

Является ли первичное нарушение респираторным или метаболическим?

Смотрите на рН, pCO2 и концентрацию HCO3—.

• Если рН ниже 7,35, то ацидоз вызывает ацидемию и: если уровень pCO2 повышен, то это первичный респираторный ацидоз
• если концентрация HCO3— снижена, тогда это первичный метаболический ацидоз.

Шаг 3: Причины ацидоза

В случае метаболического ацидоза, наблюдается ли увеличенный анионный интервал?

Определение типа ацидоза поможет вам ограничить возможные основные причины.

Что такое анионный интервал?

В организме количество катионов и анионов одинаковое. С помощью анализов крови измеряют большинство катионов и лишь несколько анионов. Следовательно, при добавлении всех измеряемых анионов и катионов остается интервал, который отображает неизмеряемые анионы, такие как белок плазмы, альбумин.

Поскольку Na+ является основным измеряемым катионом, а Cl— и HCO3— — основными измеряемыми анионами, анионный интервал вычисляют с помощью следующей формулы:

Na+ — (HCO3— +Cl—)

В норме анионный интервал составляет 8-16 ммоль/л.

В некоторых больницах лаборатории при вычислении анионного интервала включают K +. В случае включения K+ нормальный диапазон составляет 12-20 ммоль/л.

Основные причины ацидоза с высоким анионным интервалом (больше 16 ммоль/л) приведены в таблицe 3.

Таблица 3. Основные причины ацидоза с высоким анионным интервалом (больше 16 ммоль/л)

Основные причины ацидоза с нормальным анионным интервалом (8-16 ммоль/л), как правило, связаны с повышением уровня Cl— в плазме и представлены в таблице 4.

Таблица 4. основные причины ацидоза с нормальным анионным интервалом (8-16 ммоль/л)

Как откорректировать анионный интервал у пациентов с низкой концентрацией альбумина?

Из 8-16 ммоль/л анионного интервала,как правило, 11 ммоль/л обусловлены альбумином. Снижение концентрации альбумина может снизить исходный анионный интервал. У пациента с низкой концентрацией альбумина может наблюдаться нормальный анионный интервал при наличии патологии, которая обычно сопровождается повышением анионного интервала.

Анионный интервал снижается примерно на 2,5 ммоль/л при снижении уровня альбумина на каждые 10 г/л.

Шаг 4: Имеется ли компенсация?

Компенсация означает реакцию организма, направленную на восстановление нормального кислотно-щелочного равновесия. Стандартные меры компенсации это:

• Буферы, которые включают гемоглобин, белки плазмы, бикарбонат и фосфат. Эта реакция возникает в течении нескольких минут.
• Дыхательная реакция, которая развивается в течении от нескольких минут до нескольких часов
• Почечная реакция, которая может развиваться в течении нескольких дней.

Почему распознавание компенсации является важным?

Распознавание компенсации поможет вам разделить первичное нарушение и нарушения газового состава крови, которые возникают только из-за первичного расстройства. Например, пациент с гипервентиляцией, который снижает уровень pCO2 исключительно в качестве компенсации метаболического ацидоза, вероятно имеет частично компенсированный метаболический ацидоз, а не первичный респираторный алкалоз.

Хотя у пациентов с отдельными слабо выраженными нарушениями и с полной компенсацией pH может находиться в нормальном диапазоне (7.35-7.45), нормальное значение pH и отклонение от нормы HCO3— и pCO2 должны навести вас на мысль о смешанном нарушении кислотно-основного равновесия.

Вам может быть сложно решить вызвана ли патология кислотно-основного состояния смешанным нарушением или же только компенсацией. Целесообразно быть в курсе возможной степени компенсации первичного расстройства. Если изменение одного параметра выходит за рамки ожидаемых изменений, то, вероятно, имеется смешанное нарушение (смотрите таблицу 5). Компенсаторные реакции при метаболических нарушениях не являются настолько прогнозируемыми как при респираторных нарушениях.

Таблица 5. Резюме: компенсаторные реакции

Компенсация всегда происходит в том же направлении, что и первичное химическое изменение.Это происходит потому, что в основе компенсаторных реакций лежит поддержание соотношения концентрации HCO3— к pCO2. Помните про соотношение Хендерсона-Хассельбаха: pH ~ HCO3—/pCO2.

При хроническом нарушении величина компенсации является большей, с дальнейшим более эффективным поддержанием рН. Зная о возможных изменениях метаболической компенсации первичных респираторных нарушений вам будет легче диагностировать смешанные нарушения кислотно-основного равновесия.

Метаболическая компенсация

Метаболическая компенсация занимает несколько дней. Она возникает в два этапа:

• Клеточная буферизация, которая возникает в течении нескольких минут или часов. Это лишь немного повышает уровень бикарбоната в плазме (HCO3—)
• Почечная компенсация, которая возникает в течении от трех до пяти дней.

В результате при острых и хронических нарушениях наблюдаются разные типы ответов.

• При респираторном ацидозе почечная экскреция угольной кислоты и реабсорбция бикарбоната увеличиваются
• Респираторный алкалоз почки компенсируют путем снижения реабсорбции бикарбоната и экскреции аммония

Респираторная компенсация

Респираторная компенсации длится часами. Максимальная респираторная компенсация при метаболическом нарушении длится от 12 до 24 часов. Эта реакция начинается в течении первого часа и заканчивается в период от 12 до 24 часов.

• При метаболическом ацидозе стимуляция центральных и периферических хеморецепторов, которые контролируют дыхание приводит к увеличению альвеолярной вентиляции. Это, в свою очередь, вызывает компенсаторный респираторный алкалоз
• При метаболическом алкалозе тяжело обеспечить гиповентиляцию с целью компенсации. При гиповентиляции также нарушается и оксигенация. Поэтому, дыхательная система редко поддерживает pCO2 выше 7,5 кПа. Большая величина свидетельствует о смешанном нарушении: это скорее метаболический алкалоз с дыхательным ацидозом, а не компенсированный метаболический алкалоз

Смешанные нарушения кислотно-щелочного равновесия

Смешанные нарушения кислотно-щелочного равновесия возникают при наличии более чем одного первичного нарушения кислотно-основного равновесия одновременно. Они часто возникают у пациентов в больнице. Имея хорошие знания о компенсаторных механизмах и степени компенсации вы сможете определить эти нарушения.Обратите внимание. что невозможно иметь одновременно респираторный алкалоз и респираторный ацидоз.

Вам следует подозревать смешанное нарушение кислотно-щелочного равновесия когда:

• Компенсаторная реакция развивается, но уровень компенсации является недостаточным или слишком выраженным
• pCO2 и концентрация HCO3— отклоняются от нормы в противоположных направлениях (одно повышается, в то время как второе снижается). При простых нарушениях кислотно-основного равновесия направление компенсаторного ответа всегда совпадает с первичным химическим патологическим изменением
• pH в норме, но pCO2 или концентрация HCO3— отклоняются от нормы. При простых нарушениях кислотно-основного равновесия компенсаторная реакция редко возвращает рН до нормального уровня.В таком случае следует подозревать смешанное нарушение

Как общее правило:

• Когда pCO2 повышено и концентрация HCO3— снижена, то респираторный ацидоз и метаболический алкалоз имеются одновременно.
• Если pCO2 снижено, а концентрация HCO3— повышена, то одновременно имеются респираторный и метаболический алкалоз.

Шаг 5: А-а градиент

Что такое альвеолярно-артериальный градиент?

А-а градиент является разницей между рассчитанным альвеолярным pO2 и измеренным артериальным pO2. Артериальное pO2 является функцией газообмена и фракционной вдыхаемой концентрации O2 в воздухе (FiO2). Следовательно, нормальный диапазон варьирует.

Вычисление A-a позволяет определить, нормальное ли для пациента измеренное значение артериального кислорода:

• Высота
• Процент вдыхаемого кислорода
• Частота дыхания.

Это обеспечивает оценку газообмена у постели больного.

Это позволяет вам рассчитать эффективность попадания кислорода из альвеол в артериальный кровоток. Альвеолярное pO2 всегда выше чем артериальное pO2. У здоровых людей градиент составляет 2-4 кПа. Повышенный градиент указывает на нарушение газообмена, так как значения выше 4 кПа являются патологическими.

Получение A-a градиента

При дыхании воздухом на уровне моря парциальное давление вдыхаемого кислорода составляет 21 кПа. Оно снижается до 20 кПа при насыщении водяным паром из верхних дыхательных путей (PiO2). В альвеолах O2 поглощается и замещается CO2, что дополнительно снижает альвеолярное pO2 до ~13-14 кПа.

Соотношение pCO2, которые вырабатывается к потребляемому pO2 определяется дыхательным коэффициентом.Его величина составляет 0,8. Следовательно, альвеолярное pO2 рассчитывают путем вычитания pCO2 в альвеолах от PiO2. Величина pCO2 несколько увеличивается за счет дыхательного коэффициента.

Альвеолярное pO2 = pO2 при вдохе — альвеолярное pCO2 / 0.8 = pO2 при вдохе — альвеолярное pCO2 x 1.2

Так как альвеолярное pCO2 примерно равняется артериальному pCO2, то:

Альвеолярное pO2 = pO2 при вдохе — артериальное pCO2 x 1.2.

Поскольку A-a градиент является разницей между рассчитанным альвеолярным pO2 и измеренным артериальным pO2, вы можете рассчитать градиент в кПа, путем вычитания артериального pO2 от рассчитанного альвеолярного pO2:

• Альвеолярное pO2 = PiO2 — артериальное pCO2 x 1.2
• A-a градиент = альвеолярное pO2 — артериальное pO2
• PiO2 = эффективное pO2 при вдохе.

Распространенные нарушения кислотно-основного равновесия

Респираторный ацидоз

Является клиническим нарушением, вызванным альвеолярной гиповентиляцией (то есть, дыхательной недостаточностью). Неэффективная вентиляция быстро приводит к повышению артериального pCO2. Основные причины представлены в таблице 6.

Таблица 6. Основные причины респираторного ацидоза

Респираторный алкалоз

Является клиническим нарушением, которое вызвано альвеолярной гипервентиляцией. Респираторный алкалоз может быть острым или хроническим. Основные причины представлены в Таблице 7.

Таблица 7. Основные причины респираторного алкалоза

Метаболический ацидоз

Является клиническим нарушением, которое характеризуется относительным повышением общего содержания кислоты в организме. Вам следует рассматривать состояния, которые могут быть признаком основного заболевания, которое влияет на организм. Определение этого основного заболевания является главным для начала соответствующей терапии

Существует два типа метаболического ацидоза:

• С высоким анионным интервалом
• С нормальным анионным интервалом.

Метаболический алкалоз

Является относительно распространенной клинической проблемой. Он характеризуется высоким уровнем бикарбоната. Основные причины представлены в таблице 8.

Таблица 8. Основные причины метаболического алкалоза

Список источников

• bmj learning
• Martin L. All you really need to know to interpret arterial blood gases. Lippincott, Williams, and Wilkins,1999.
• Thillai M & Hattotuwa K. Pocket Tutor Understanding ABGs & Lung Function Tests. JP publishing, 2011.
• Hennessey I & Japp A. Arterial blood gases made easy. Elsevier, 2015.

5 1 голос

Рейтинг статьи

Нормы давления

Норма парциального давления кислорода в крови понятие относительное, поскольку может варьироваться в зависимости от множества факторов. Чтобы правильно определить свой диагноз и получить лечение, с результатами анализов необходимо обращаться к специалисту, способному учесть все индивидуальные характеристики пациента. Конечно, существуют и эталонные нормы, которые принято считать идеальными для здорового взрослого человека. Так, в крови пациента без отклонений имеется:

• углекислый газ в количестве 44,5-52,5 %;
• его давление 35-45 мм рт. ст.;
• насыщение жидкости кислородом 95-100 %;
• О2 в количестве 10,5-14,5 %;
• парциальное давление кислорода в крови 80-110 мм рт. ст.

Чтобы во время сдачи анализа результаты соответствовали действительности, необходимо учесть целый ряд факторов, способных повлиять на их корректность.

Методическое пособие по пульсоксиметрии. Часть 1

В данной статье представлена информация из методического пособия по пульсоксиметрии: «Диагностические возможности неинвазивного мониторирования насыщения гемоглобина артериальной крови кислородом в клинике внутренних болезней: метод.рекомеменд. / Д.В. Лапицкий [и др.]. – Минск : БГМУ, 2015. – 71 с.»

Предназначено для врачей терапевтических специальностей, студентов 5-6 курсов лечебного факультета, клинических ординаторов, врачей-интернов.

1. Основы метода пульсоксиметрии.

В физиологии дыхания принято выделять два ключевых процесса: клеточное (тканевое) дыхание и внешнее дыхание (газообмен) [1,2]. Клеточное дыхание является тем процессом, посредством которого в клетке высвобождается энергия из углеводов, жиров и белков [3]. Внешнее дыхание обеспечивает поступление в организм кислорода для использования его в биологическом окислении органических веществ (т.е. в процессе клеточного дыхания), и удаление из организма продукта этого окисления — углекислого газа. Таким образом, артериальную кровь можно представить как связующее звено между внешним и внутренним дыханием. Газовый состав артериальной крови отражает эффективность внешнего дыхания и позволяет косвенно предположить риск развития тканевой гипоксии. Исходя из этих позиций, становится понятным диагностическое значение оценки газового состава артериальной крови.

Изучению газового состава альвеолярного газа и артериальной крови положил начало английский физиолог Джон Скотт Холдейн в начале XX века. Успехи в науке и технике за прошедшее столетие позволили сформировать стройную теорию газообмена и сконструировать приборы (например, Radiometer Medical ApS, Дания) для определения газов в пробах выдыхаемого воздуха, артериальной и венозной крови [4,5]. Однако проведение данного обследования требует стационарного оборудования и является инвазивным.

Для нужд практической и прикладной медицины требуется способ быстрой и неинвазивной оценки кислородного статуса артериальной крови. Поиски такого способа проводились с 30-х годов 20 столетия. В 1940 году был сконструирован первый гемоксиметр для выявления гипоксемии у летчиков во время полета. Разработанное оборудование было громоздким и требовало сложного обслуживания. Указанные обстоятельства явились причиной ограниченного применения гемоксиметров в клинической практике. Развитие технологий позволило уже в 1975 году выпустить на рынок первый мобильный неинвазивный пульсоксиметр, позволяющий осуществлять длительное мониторирование насыщения гемоглобина артериальной крови кислородом.

Основу метода пульсоксиметрии составляют два ключевых физиологических явления:

1. Способность гемоглобина в зависимости от его оксигенации в разной степени поглощать свет определенной длины волны при прохождении этого света через участок ткани (оксиметрия).
2. Пульсация артерий и артериол в соответствии с ударным объемом сердца (пульсовая волна).

Принцип оксиметрии заключается в следующем. Дезоксигемоглобин (гемоглобин, не содержащий кислорода — RHb) интенсивно поглощает красный свет, слабо задерживая инфракрасный. Оксигемоглобин (полностью оксигенированный гемоглобин, каждая молекула которого содержит четыре молекулы кислорода – HbO2) хорошо поглощает инфракрасное излучение, слабо задерживая красное. По соотношению красного (R) и инфракрасного (IR) потоков, дошедших от источника излучения до фотодетектора через участок ткани (например, мочку уха, палец) определяется степень насыщения гемоглобина крови кислородом – сатурация, SO2 (рис. 1).

Рис. 1 Принцип оксиметрии (объяснения в тексте).

Пульсовая волна образуется в результате пульсации артерий и артериол, вызванной выбросом определенного объема крови (ударного объема) в аорту левым желудочком. Каждая пульсовая волна приводит к ритмичному, в такт сокращения сердца, изменению кровенаполнения исследуемого участка ткани. Результатом регистрации таких колебаний кровенаполнения является фотоплетизмограмма (ФПГ). Анализ ФПГ позволяет определить частоту сердечных сокращений и оценить качество периферического кровотока (рис. 2). В различных клинических ситуациях амплитуда ФПГ способна меняться в десятки раз. ФПГ позволяет составить довольно точное впечатление о локальном кровотоке. Снижение амплитуды ФПГ служит признаком периферической вазоконстрикции и/или уменьшения ударного объема сердца, а повышение амплитуды свидетельствует об обратном. Тонус сосудов — основной фактор, определяющий высоту волн ФПГ.

Рис. 2 Фотоплетизмограмма.

Еще одним важным достоинством регистрации фотоплетизмограммы является возможность выделить долю интенсивности светового потока, который поглощается непосредственно гемоглобином артериальной крови. При прохождении света через участок ткани он встречает различные препятствия, которые условно можно разделить на несколько слоев (рис. 3). Слой 1 – это ткани (кожа, подкожная клетчатка, ноготь, кость), слой 2 – капиллярная и венозная кровь, слой 3 – кровь, остающаяся в артериолах к концу каждой пульсации, своего рода «конечно-систолический объем» артериального русла, слой 4 – дополнительный объем артериальной крови, притекающий в артериолы во время систолы сердца.

Рис. 3 Поглощение световых потоков от светодиодов различными тканями (объяснение в тексте).

В момент, предшествующий сердечному сокращению, ослабление световых потоков обусловлено первыми тремя слоями: на фотодиод падает излучение, которое расценивается как фоновое. Когда до артерий доходит очередная пульсовая волна, объем крови в них увеличивается и поглощение света изменяется. На пике пульсовой волны различие между фоновым и текущим излучениями становится максимальным. Фотодетектор измеряет это различие и считает, что его причина — дополнительное количество артериальной крови, появившейся на пути излучения. Этой информации оказывается достаточно, чтобы по специальному алгоритму рассчитать степень насыщения гемоглобина артериальной крови кислородом — SaO2, которая обозначается как SpO2 при измерении пульсоксиметром.

Таким образом, применение одного принципа измерения (просвечивание тканей) позволяет определить сразу три диагностических параметра: степень насыщения гемоглобина артериальной крови кислородом (SpO2), частоту сердечных сокращений, объемную амплитуду кровенаполнения участка ткани. Поскольку измерение проводится путем просвечивания тканей, такой метод получил название «трансмиссионная пульсоксиметрия». На основе данного метода функционируют подавляющее большинство используемых в медицинской практике пульсоксиметров.

Медицинскому персоналу, который использует пульсоксиметры в повседневной деятельности, необходимо представлять недостатки и ограничения метода пульсоксиметрии. Пульсоксиметрия является непрямым методом оценки вентиляции и не дает информации об уровне pH, напряжении кислорода (РаО2) и углекислого газа (РаСО2) в артериальной крови. Для практической работы полезно знать, что показатели SpO2 коррелируют с парциальным давлением кислорода в крови: снижение PaO2 влечет за собой снижение SpO2. Указанная зависимость носит нелинейный характер, что объясняется S-образным видом кривой диссоциации оксигемоглобина (рис. 4):

• 80-100 мм рт. ст. PaO2 соответствует 95–100% SpO2;
• 60 мм рт. ст. PaO2 соответствует 90% SpO2;
• 40 мм рт. ст. PaO2 соответствует 75% SpO2.

Кроме этого, на точность измерений могут оказывать отрицательное влияние ряд факторов:

• яркий внешний свет и движения могут нарушать работу прибора;
• неправильное расположение датчика: для трансмиссионных оксиметров необходимо, чтобы обе части датчика находились симметрично относительно просвечиваемого участка ткани, иначе путь между фотодетектором и светодиодами будет неравным, и одна из длин волн будет «перегруженной»;
• значительное снижение перфузии периферических тканей ведет к уменьшению или исчезновению пульсовой волны. В этой ситуации увеличивается ошибка измерения SpO2;
• при значениях SaO2 ниже 70% также возрастает погрешность измерений сатурации методом пульсоксиметрии – SpO2. В связи с этим следует отметить, что в практической работе врача терапевтической специальности вероятность столкнуться со значениями SaO2 ниже 70% у пациента крайне мала;
• анемия требует более высоких уровней кислорода для обеспечения транспорта кислорода. При значениях гемоглобина ниже 50 г/л может отмечаться 100% сатурация крови даже при недостатке кислорода;
• отравление угарным газом (высокие концентрации карбоксигемоглобина могут давать значение сатурации около 100%);
• красители, включая лак для ногтей, могут спровоцировать заниженное значение сатурации;
• сердечные аритмии могут нарушать восприятие пульсоксиметром пульсового сигнала;
• возраст, пол, желтуха и темный цвет кожи не влияют на работу пульсоксиметра.

Именно простота и неинвазивность оценки качества периферического кровотока и насыщения гемоглобина артериальной крови кислородом, а также способность мониторных систем проводить сколь угодно длительное наблюдение за указанными параметрами способствовали распространению метода пульсокиметрии в отделениях анестезиологии и интенсивной терапии/реанимации для наблюдением за пациентами в тяжелых состояниях. При этом специально разработанные алгоритмы подавляют излишнюю пульсацию тканей, тканевое рассеяние светового потока и уменьшают влияние внешнего освещения и других артефактов на показания прибора, делая снимаемые показатели достоверными и пригодными к систематическому анализу.

2. Параметры оксигенации артериальной крови.

Качество оксигенации артериальной крови оценивают по следующим показателям [6,7]:

1. РаО2
– напряжение кислорода в артериальной крови, мм рт. ст.
РаО2 представляет собой давление, необходимое для удержания кислорода в артериальной крови в растворенном состоянии. Чем выше данный показатель, тем больше кислорода содержится в крови и тем выше градиент давления, определяющий скорость движения кислорода из капиллярной крови в ткани. В норме РаО2 составляет 92-98 мм рт. ст. и измеряется в лабораторных условиях в микропробе артериальной крови;

2. SaO2
– степень насыщения гемоглобина артериальной крови кислородом, %.
SaO2 зависит от РаО2. Отношения между РаО2 и SaO2 регулируются несколькими физиологическими факторами (напряжением углекислого газа в артериальной крови – РаСО2, кислотностью крови – РН, температурой тела и др.) и выражаются S-образной кривой диссоциации оксигемоглобина (рис. 4). Нормальные значения данного показателя составляют 95 – 99% и могут быть получены в микропробе артериальной крови. Именно этот параметр измеряется пульсоксиметром. При этом он обозначается – SpO2.

3. Р50
– напряжение кислорода крови при ее полунасыщении кислородом (S O2. = 50%), мм рт. ст.
Данный показатель определяется в микропробе артериальной крови и отражает сродство гемоглобина к кислороду. Нормальные значения данного показателя – 26 – 27 мм рт. ст. Уменьшение значения Р50 соответствует сдвигу кривой диссоциации оксигемоглобина влево и соответственно увеличению сродства гемоглобина к кислороду, увеличение Р50 свидетельствует о сдвиге кривой диссоциации оксигемоглобина вправо с уменьшением сродства гемоглобина к кислороду (рис. 4).

4. СаО2
– кислородная емкость крови, отражающая количество кислорода в артериальной крови, мл/л.
Как правило, данный показатель получают расчетным путем. Кислород содержится в крови в растворенном состоянии и в обратимой связи с гемоглобином. Константа растворимости кислорода в артериальной крови составляет 0,031 мл на каждый 1 мм рт.ст. Таким образом, произведение – 0,031×РаО2 – представляет количество растворенного в артериальной крови кислорода. Один грамм полностью насыщенного кислородом гемоглобина содержит 1,39 мл кислорода. Однако с учетом поправки на патологические гемоглобины (карбоксигемоглобин, метгемоглобин) этот показатель принимают как 1,34 мл/г. Количество кислорода, присоединенное к гемоглобину (Hb), рассчитывается — 1,34×Hb×SaO2/100 (мл/л). Таким образом, кислородная емкость артериальной крови равна:

(*) СаО2
(мл/л) = 1,34×Hb×SaO2/100 + 0,031×РаО2.
Нормальные значения данного показателя составляют – 180 – 204 мл/л.

Оценить СаО2 можно, используя значения SpO2. В связи с тем, что метод пульсоксиметрии не позволяет оценить РаО2, вторая составляющая правой части уравнения (*) − 0,031×РаО2 − игнорируется. При этом СаО2 уменьшится несущественно – от 1,5 до 3,0 мл/л. Таким образом, уравнение (*) для пульсоксиметра записывается:

СаО2
(мл/л) = 1,34×Hb×SaO2/100.

Рис. 4. Кривая диссоциации оксигемоглобина.

Перейти ко второй части

Причины отклонения от нормы, зависящие от пациента

Парциальное давление кислорода в артериальной крови может меняться очень быстро в зависимости от различных обстоятельств, поэтому, чтобы результат анализа был максимально точным, следует учитывать следующие особенности:

• норма давления всегда уменьшается с увеличением возраста пациента;
• при переохлаждении снижается давление кислорода и давление углекислого газа, а уровень рН увеличивается;
• при перегреве ситуация обратная;
• действительный показатель парциального давления газов будет виден только при заборе крови у пациента с температурой тела в пределах нормы (36,6-37 градусов).

Причины отклонения от нормы, зависящие от медработников

Кроме учета таких особенностей организма самого пациента, специалисты для корректности результатов также должны соблюдать определенные нормы. В первую очередь на парциальное давление кислорода влияет наличие пузырьков воздуха в шприце. Вообще, любой контакт анализа с окружающим воздухом способен изменить результаты. Также важно после забора крови аккуратно перемешать ее в емкости, чтобы эритроциты не оседали на дне пробирки, что также способно сказаться на результатах анализа, демонстрирующих уровень гемоглобина.

Очень важно придерживаться и норм времени, отведенных на проведение анализа. По правилам, все действия должны осуществляться в пределах четверти часа после забора, и если этого времени недостаточно, то емкость с кровью должна помещаться в ледяную воду. Только так можно остановить процесс потребления кислорода клетками крови.

Специалисты также должны своевременно калибровать анализатор и брать анализы только шприцами с сухим гепарином, который сбалансирован электролитически и не оказывает влияния на кислотность пробы.

Как проходит процедура?

Специальной подготовки к процедуре нет. Пациентам не ставят ограничений на выпивку или еду перед тестом. Концентрация кислорода должна оставаться неизменной в течение 20 минут до анализа; если тест нужно проводить без насыщения кислородом, газ должен быть отключен на 20 минут до проведения теста. Во время теста пациенту следует нормально дышать. Образец крови получают путем артериальной пункции (обычно в запястье, хотя может проводиться в пах или руку). Если требуется прокол, кожа поверх артерии очищается антисептиком. Затем медик собирает кровь с помощью небольшой стерильной иглы, прикрепленной к одноразовому шприцу. Пациент может почувствовать короткое пульсирование или судороги в месте прокола. После того, как материал будет собран, он должен быть доставлен в лабораторию для анализа как можно скорее.

После того, как кровь была взята, врач или пациент прижимает вату к месту прокола на 10-15 минут, чтобы остановить кровь, а затем плотно обматывает повязкой. Пациент должен спокойно отдохнуть после завершения процедуры. Медицинские работники будут наблюдать за признаками кровотечения или проблемами с кровообращением. Риски их получить, когда тест выполняется правильно – очень низкие. Включают кровотечение или кровоподтеки на месте сдачи крови или через некоторое время. Очень редко может возникнуть проблема с циркуляцией в области прокола.

Результаты анализов

Как уже понятно, парциальное давление кислорода в воздухе способно оказывать на организм человека заметное влияние, но уровень давления газов в крови может нарушаться и по другим причинам. Чтобы определить их правильно, расшифровку следует доверять только опытному специалисту, способному учесть все особенности каждого пациента.

На гипоксию в любом случае будет указывать снижение уровня давления кислорода. Изменение уровня рН крови, как и давления углекислого газа или изменение уровня бикарбонатов, может указывать на ацидоз или алкалоз.

Ацидоз представляет собой процесс закисления крови и характеризуется повышением давления углекислого газа, снижением уровня рН крови и бикарбонатов. В последнем случае диагноз будет озвучен как метаболический ацидоз.

Алкалоз представляет собой повышение щелочности крови. О нем будет свидетельствовать повышенное давление углекислого газа, увеличение числа бикарбонатов, а следовательно, и изменение уровня рН крови.

Что такое анализ газового состава крови?

Тест проводится по крови из артерии. Он измеряет парциальное давление и углекислый газ в крови, а также содержание кислорода, насыщенность им, содержание бикарбоната и рН крови. Кислород в легких переносится в ткани через кровоток, но только небольшое количество может фактически растворяться в артериальной крови. Количество этого газа зависит от парциального давления кислорода (давление, которое газ оказывает на стенки артерий). Поэтому тестирование парциального давления кислорода фактически измеряет, сколько его доставляется в легкие через кровь.

Двуокись углерода выделяется как побочный продукт клеточного метаболизма. Его частичное давление указывает, насколько хорошо легкие устраняют этот углекислый газ. Остальная часть кислорода, который не растворяется в крови, сочетается с гемоглобином, соединением белка и железа, содержащимся в эритроцитах. Измерение содержания кислорода в анализе ABG показывает, сколько кислорода сочетается с гемоглобином. Важным показателем является насыщение кислородом, которое сравнивает количество кислорода, фактически связанного с гемоглобином и с общим количеством кислорода.

Содержание:

• Что такое анализ газового состава крови?
• Как проходит процедура?
• Результаты тестирования
• Эффективность анализа