Введение

Использование кислорода в качестве медицинского лечения

Кислородная терапия, также называемая дополнительным кислородом, – это применение кислорода в медицинских целях. Дополнительный кислород может также относиться к использованию воздуха, обогащенного кислородом, на большой высоте. Острыми показаниями к терапии являются гипоксиемия (низкий уровень кислорода в крови), отравление угарным газом и кластерная головная боль. Его также могут применять профилактически для поддержания уровня кислорода в крови во время введения в анестезию. Кислородная терапия часто эффективна при хронической гипоксиемии, вызванной такими заболеваниями, как тяжелая ХОБЛ или муковисцидоз. Его также можно вводить, минуя дыхательные пути, например, при терапии ЭКМО. Кислород необходим для нормального клеточного метаболизма. Однако чрезмерно высокие концентрации могут вызвать кислородную токсичность, приводящую к повреждению легких и дыхательной недостаточности. В то время как воздух обычно содержит 21% кислорода по объему, кислородная терапия может повысить содержание O2 в воздухе до 100%. Медицинское применение кислорода впервые получило широкое распространение около 1917 года и является наиболее распространенным видом лечения в больницах в развитых странах. В настоящее время он входит в Список основных лекарственных средств Всемирной организации здравоохранения.

Острые состояния

В условиях острой гипоксимии кислородная терапия должна быть титрована до целевого уровня, основанного на показаниях пульсоксиметрии (94–96% у большинства пациентов или 88–92% у пациентов с ХОБЛ). Это может быть связано с установленной связью между чрезмерной оксигенацией у остробольных и повышенной смертностью. Рекомпрессия в гипербарической камере со 100% кислородом является стандартным методом лечения декомпрессионной болезни. Эффективность рекомпрессионной терапии максимальна при проведении в течение четырех часов после возвращения на поверхность, при этом более раннее лечение связано с уменьшением количества необходимых процедур рекомпрессии для достижения выздоровления. В литературе предлагается, что гелиокс может быть лучшей альтернативой кислородной терапии. При инсульте кислородная терапия может быть полезна, если избегать развития гипероксии. Пациенты, получающие амбулаторную кислородную терапию по поводу гипоксимии после острого заболевания или госпитализации, должны быть повторно оценены врачом перед продлением рецепта для определения необходимости продолжения терапии. Если первоначальная гипоксимия устранена, дальнейшее лечение может быть нецелесообразным расходованием ресурсов. У пациентов с хроническими заболеваниями, предрасполагающими к задержке углекислого газа (например, ХОБЛ, эмфизема), следует тщательно титровать кислородную терапию. В этих случаях кислородная терапия может снижать дыхательный стимул, приводя к накоплению углекислого газа (гиперкапнии), ацидемии и увеличению смертности вследствие дыхательной недостаточности. Риски, связанные с угнетением дыхания, значительно меньше рисков отказа от экстренной оксигенотерапии, поэтому экстренное введение кислорода никогда не противопоказано. Перевод пациента из места происшествия для оказания специализированной помощи с титрованной подачей кислорода обычно происходит задолго до того, как наблюдается значительное снижение дыхательного стимула.

Противопоказания

Есть определенные ситуации, в которых кислородная терапия может негативно повлиять на состояние человека. Кислородная терапия может усугубить последствия отравления паракватом и должна быть отменена, если только не наблюдается выраженная дыхательная недостаточность или остановка дыхания. Отравление паракватом встречается редко, с 1958 по 1978 год в мире было зарегистрировано около 200 смертей. Кислородная терапия не рекомендуется пациентам с идиопатическим фиброзом легких или повреждением легких, связанным с блеомицином. Согласно некоторым исследованиям на животных, острый респираторный дистресс-синдром (ОРДС), вызванный кислотной аспирацией, может усугубляться при применении кислородной терапии. Следует избегать гипероксических сред при сепсисе. Существуют данные, свидетельствующие о том, что длительная гипербарическая оксигенация (ГБО) может ускорить развитие катаракты.

Альтернативная медицина

Некоторые практикующие альтернативную медицину продвигают "оксигенотерапию" как средство от многих заболеваний, включая СПИД, болезнь Альцгеймера и рак. По данным Американского онкологического общества, "имеющиеся научные данные не подтверждают заявления о том, что введение в организм человека веществ, высвобождающих кислород, эффективно при лечении рака", и некоторые из этих методов лечения могут быть опасны.

Физиологические эффекты

Оксигенотерапия оказывает разнообразное физиологическое воздействие на организм человека. Являются ли эти эффекты неблагоприятными для пациента, зависит от клинической ситуации. Состояние, при котором органы получают избыточное количество кислорода, известно как гипероксия. Хотя следующие эффекты могут наблюдаться при неинвазивной высокодозовой оксигенотерапии (то есть, не при ЭКМО), подача кислорода под более высоким давлением усиливает выраженность этих сопутствующих эффектов.

Ателектаза поглощения

Была высказана гипотеза о том, что кислородная терапия может способствовать ускоренному развитию ателектаза (частичного или полного спадения легких), а также денитрогенизации газовых полостей (например, пневмоторакса, пневмоцефалии). Эта концепция основана на том, что кислород абсорбируется быстрее, чем азот, что приводит к быстрому всасыванию богатых кислородом, плохо вентилируемых участков, и, как следствие, к ателектазу. Считается, что у клинически здоровых взрослых ателектаз абсорбции, при надлежащем ведении, обычно не имеет существенных клинических последствий.

Воспаление дыхательных путей

Что касается дыхательных путей, то при высокой концентрации кислорода (обычно > 40% O2) наблюдались как трахеобронхит, так и мукозит. В легких эти повышенные концентрации кислорода связывают с увеличением альвеолярной токсичности (так называемый эффект Лоррена-Смита).

Воздействие на центральную нервную систему

При гипероксических состояниях отмечалось снижение мозгового кровотока и внутричерепного давления (ВЧД), однако влияние на когнитивные функции оценивается неоднозначно. Гипероксия также ассоциируется с судорогами, образованием катаракты и обратимой миопией.

Гиперкапнея

Среди пациентов, находящихся на респираторной поддержке, избыточное поступление кислорода в контексте эффекта Холдейна вызывает снижение связывания дезоксигемоглобина с кислородом в крови. Это высвобождение кислорода может способствовать развитию кислотно-основных нарушений из-за связанного с этим повышения PaCO2 (гиперкапнии). Пациенты с основным заболеванием легких, таким как ХОБЛ, могут быть не в состоянии адекватно выводить дополнительный углекислый газ, образующийся в результате этого эффекта, что ухудшает их состояние. Кроме того, кислородная терапия также может снижать дыхательный стимул, дополнительно способствуя возможной гиперкапнии. В отношении анаэробных инфекций, в случаях некротизирующего фасциита наблюдалось снижение количества необходимых операций дебридмента и улучшение показателей смертности у пациентов, получавших гипербарическую оксигенотерапию. Это может быть связано с непереносимостью кислорода анаэробными микроорганизмами.

Окислительный стресс

Постоянное воздействие кислорода может превысить возможности организма по борьбе с окислительным стрессом. Скорость развития окислительного стресса, по-видимому, зависит как от концентрации кислорода, так и от продолжительности воздействия, при этом общая токсичность наблюдается в течение нескольких часов в определенных гипероксических условиях.

Снижение эритропоэза

Гипероксия приводит к снижению уровня эритропоэтина в сыворотке крови, что влечет за собой уменьшение стимуляции эритропоэза. Гипероксия в нормабарических условиях, по всей видимости, не способна полностью прекратить эритропоэз. Однако, судя по немногочисленным исследованиям на пациентах с легочной гипертензией, эффекты гипероксии не оказывают выраженного сосудорасширяющего действия. В результате, эффект присутствует, но он незначителен. Растворенный кислород в условиях гипероксии также может вносить существенный вклад в общий транспорт газов.

Хранение и источники

Кислород может быть отделен несколькими методами (например, химической реакцией, фракционной дистилляцией) для обеспечения немедленного или будущего использования. Основные методы, используемые для кислородной терапии, включают:

Хранение в жидком виде – Жидкий кислород хранится в изолированных резервуарах при низкой температуре и допускается его кипение (при температуре 90,188 К (−182,96 °C)) во время использования, высвобождая газообразный кислород. Этот метод широко используется в больницах из-за высоких потребностей в кислороде. Более подробная информация об этом способе хранения приведена в разделе «Вакуумный изолированный испаритель».

Хранение сжатого газа – Кислород сжимается в газовом баллоне, что обеспечивает удобный способ хранения (охлаждение не требуется). Большие кислородные баллоны имеют объем и могут обеспечивать работу около двух дней при скорости потока 2 литра в минуту (LPM). Небольшой переносной баллон M6 (B) вмещает и весит около. Такие баллоны могут работать 4–6 часов с экономным регулятором, который регулирует поток в зависимости от частоты дыхания человека. Экономные регуляторы могут быть неэффективны для пациентов, дышащих через рот.

Мгновенное использование – Использование электроприводного концентратора кислорода или устройства, основанного на химической реакции, может создать достаточное количество кислорода для немедленного личного использования. Эти устройства (особенно электрические модели) широко используются для домашней кислородной терапии в качестве переносного источника кислорода. Одним из преимуществ является непрерывное снабжение без необходимости в громоздких кислородных баллонах.

Опасности и риски

Высококонцентрированные источники кислорода также повышают риск быстрого горения. Сам по себе кислород не является горючим, но добавление концентрированного кислорода к огню значительно увеличивает его интенсивность и может способствовать горению материалов, которые в обычных условиях относительно инертны. Существует опасность пожара и взрыва при сближении концентрированных окислителей и горючих веществ, хотя для начала горения необходимо событие воспламенения (например, нагрев или искра). Концентрированный кислород обеспечивает быстрое и энергичное протекание горения. Другими потенциальными источниками воспламенения могут быть свечи, ароматерапия, медицинское оборудование, приготовление пищи и умышленный вандализм.

Доставка

Для подачи кислорода используются различные устройства. В большинстве случаев кислород сначала проходит через регулятор давления, который снижает высокое давление кислорода, поступающего из баллона (или другого источника), до более низкого. Это пониженное давление затем регулируется расходомером (который может быть предварительно настроен или выбираться), контролирующим скорость потока с заданной точностью (например, литры в минуту [л/мин]). Типичный диапазон расходомера для медицинского кислорода составляет от 0 до 15 л/мин, хотя некоторые модели способны обеспечивать поток до 25 л/мин. Многие настенные расходомеры с трубчатым дизайном Торпа позволяют установить режим "промывки" кислородом, что полезно в экстренных ситуациях.

Низкая доза кислорода

Многим людям требуется лишь небольшое увеличение вдыхаемого кислорода, а не чистый или почти чистый кислород. Эти потребности могут быть удовлетворены с помощью различных устройств, выбор которых зависит от ситуации, требуемого расхода и личных предпочтений. Назальная канюля (NC) – это тонкая трубка с двумя небольшими наконечниками, вставляемыми в ноздри. Она может подавать кислород при низких скоростях потока, 1–6 литров в минуту (LPM), обеспечивая концентрацию кислорода 24–40%. Существуют также различные варианты лицевых масок, такие как простая лицевая маска, которая часто используется при расходе 5–10 LPM и способна обеспечивать концентрацию кислорода от 35% до 55%. Эти системы значительно экономят кислород по сравнению с масками постоянного потока и полезны в экстренных ситуациях, когда запас кислорода ограничен и транспортировка пациента в учреждение с более высоким уровнем помощи затруднена. Они особенно полезны при сердечно-легочной реанимации (СЛР), поскольку спасатель может делать спасательные вдохи, состоящие на 100% из кислорода, одним нажатием кнопки. Необходимо следить за тем, чтобы не перерастянуть легкие пациента, для чего в некоторых системах предусмотрены предохранительные клапаны. Эти системы могут быть неподходящими для пациентов без сознания или испытывающих затруднения с дыханием, поскольку требуют определенных усилий для самостоятельного дыхания.

Подача кислорода с высоким потоком

Для пациентов, нуждающихся в высоких концентрациях кислорода, существует ряд устройств. Наиболее часто используемым является маска с резервуарным мешком (или не-ребризерная маска). Маски с резервуарным мешком подают кислород из присоединенных резервуарных мешков, оснащенных односторонними клапанами, которые отводят выдыхаемый воздух из маски. Если расход кислорода недостаточен (~10 л/мин), мешок может спадаться во время вдоха. Другим типом устройства является увлажненная высокопоточная назальная канюля, которая позволяет подавать потоки, превышающие пиковую потребность пациента во вдохе, через назальную канюлю, обеспечивая таким образом FIO2 до 100%, поскольку отсутствует смешение с окружающим воздухом. Это также позволяет пациенту говорить, есть и пить во время терапии. Этот метод подачи кислорода обеспечивает больший общий комфорт, улучшает оксигенацию, частоту дыхания и снижает застой мокроты по сравнению с лицевой кислородной маской. В специализированных областях, таких как авиация, могут использоваться плотно прилегающие маски. Эти маски также применяются при анестезии, лечении отравления угарным газом и гипербарической кислородной терапии.

Положительная подача давления

Пациентам, которые не могут дышать самостоятельно, необходимо положительное давление для перемещения кислорода в легкие и обеспечения газообмена. Системы доставки различаются по сложности и стоимости, начиная с простого карманного мешка-маски, который можно использовать для ручного проведения искусственного дыхания с подачей дополнительного кислорода через порт маски. Многие сотрудники служб экстренной медицинской помощи, специалисты по оказанию первой помощи и медицинский персонал больниц могут использовать мешок-клапан-маску (BVM) – эластичный мешок, соединенный с лицевой маской (или инвазивным дыхательным путем, таким как эндотрахеальная трубка или ларингеальная маска), обычно с присоединенным резервуарным мешком, который медицинский работник сжимает вручную для подачи кислорода (или воздуха) в легкие. Это единственная разрешенная процедура для первоначального лечения отравления цианидами на рабочих местах в Великобритании. Автоматизированные версии системы BVM, известные как аппараты искусственной вентиляции легких или пневмопакеты, также могут подавать дозированные и синхронизированные порции кислорода непосредственно пациенту через лицевую маску или дыхательные пути. Эти системы связаны с наркозными аппаратами, используемыми при операциях под общим наркозом, которые позволяют подавать переменное количество кислорода вместе с другими газами, включая воздух, закись азота и ингаляционные анестетики.

Доставка лекарств

Кислород и другие сжатые газы используются совместно с небулайзером для доставки лекарственных препаратов в верхние и/или нижние дыхательные пути. Небулайзеры используют сжатый газ для превращения жидкого лекарства в аэрозольные частицы терапевтического размера, обеспечивая их осаждение в соответствующем отделе дыхательных путей. Обычно для небулизации лекарств, физиологического раствора, стерильной воды или их комбинаций используется расход сжатого газа 8–10 л/мин, что позволяет получить терапевтический аэрозоль для ингаляции. В клинической практике наиболее часто для небулизации болюсной дозы или непрерывного потока терапевтического аэрозоля используются комнатный воздух (атмосферная смесь газов), медицинский кислород и гелиокс.

Фильтры для выдыхания кислородных масок

Фильтрованные кислородные маски способны предотвращать выброс выдыхаемых частиц в окружающую среду. Эти маски обычно имеют закрытую конструкцию, обеспечивающую минимальные утечки и контролируемое вдыхание атмосферного воздуха через ряд односторонних клапанов. Фильтрация выдыхаемого воздуха осуществляется либо путем установки фильтра на выдохное отверстие, либо за счет встроенного фильтра, являющегося частью самой маски. Эти маски впервые получили распространение в медицинском сообществе Торонто (Канада) во время кризиса SARS 2003 года. Было установлено, что SARS передается воздушно-капельным путем, и что стандартные устройства для кислородной терапии не предназначены для удержания выдыхаемых частиц. В 2003 году в продажу поступила кислородная маска HiOx80. Маска HiOx80 имеет закрытую конструкцию, позволяющую устанавливать фильтр на выдохное отверстие. В мировом медицинском сообществе появилось несколько новых разработок для удержания и фильтрации потенциально инфекционных частиц. К другим конструкциям относятся кислородные маски ISO, Flo2Max и O Mask. Обычные кислородные маски позволяют пациенту вдыхать смесь атмосферного воздуха и терапевтического кислорода. Однако, поскольку фильтрованные кислородные маски имеют закрытую конструкцию, минимизирующую или исключающую контакт с атмосферным воздухом и его вдыхание, концентрация подаваемого кислорода в таких устройствах оказывается повышенной, достигая почти 99% при достаточной скорости потока кислорода. Поскольку все выдыхаемые частицы остаются внутри маски, небулайзерные лекарственные препараты также не попадают в окружающую среду, что снижает профессиональный риск для медицинского персонала и других лиц.

Самолет

В Соединенных Штатах большинство авиакомпаний ограничивают типы устройств, разрешенных на борту самолета. В результате пассажиры ограничены в выборе устройств, которые они могут использовать. Некоторые авиакомпании предоставляют пассажирам кислородные баллоны за дополнительную плату. Другие авиакомпании разрешают пассажирам перевозить одобренные портативные концентраторы кислорода. Однако списки одобренных устройств различаются в зависимости от авиакомпании, поэтому пассажирам необходимо уточнять информацию у каждой авиакомпании, которой они планируют воспользоваться. Пассажирам, как правило, запрещено перевозить собственные кислородные баллоны. Во всех случаях пассажиры должны заранее уведомлять авиакомпанию о своем оборудовании. С 13 мая 2009 года Министерство транспорта и FAA приняли решение об одобрении использования ограниченного числа портативных концентраторов кислорода на всех коммерческих рейсах. Правила FAA предписывают, чтобы на крупных самолетах имелись кислородные баллоны D-типа для использования в чрезвычайных ситуациях.

Устройства для сохранения кислорода

С 1980-х годов доступны устройства, экономящие запас кислорода за счет его подачи в наиболее эффективную фазу дыхательного цикла. Это позволяет увеличить продолжительность использования запаса кислорода или использовать более компактную и, следовательно, легкую переносную систему подачи кислорода. Устройства данного типа также могут использоваться с портативными концентраторами кислорода, повышая их эффективность. Наиболее эффективной является подача дополнительного кислорода в момент дыхательного цикла, когда он будет вдохновлен в альвеолы, где происходит газообмен. Кислород, подаваемый позже в цикле, попадает в физиологическое мертвое пространство, где он бесполезен, так как не может диффундировать в кровь. Кислород, подаваемый в фазы дыхательного цикла, когда он не вдыхается, также расходуется впустую.