Введение

Воздействие на ткани аномально высокой концентрации кислорода. Гипероксия возникает, когда клетки, ткани и органы подвергаются воздействию избыточного количества кислорода (O2) или более высокого, чем нормальное, парциального давления кислорода. В медицине это относится к избыточному содержанию кислорода в легких или других тканях тела и является результатом повышенного альвеолярного парциального давления кислорода, то есть парциального давления кислорода в альвеолах, превышающего то, которое возникает при дыхании воздухом при нормальном (уровня моря) атмосферном давлении. Это может быть вызвано вдыханием воздуха под давлением выше нормального или вдыханием других газовых смесей с высокой кислородной фракцией, высоким окружающим давлением или обоими факторами. Организм способен переносить некоторые отклонения от нормального парциального давления кислорода при вдохе, но достаточно высокий уровень гипероксии может со временем привести к токсичности кислорода, при этом механизм связан с парциальным давлением, а степень тяжести – с дозой. Гипероксия является противоположностью гипоксии: гипероксия описывает состояние, при котором поступление кислорода в ткани избыточно, а гипоксия – состояние, при котором поступление кислорода недостаточно. Введение дополнительного кислорода широко используется в неотложной и интенсивной терапии и может спасать жизни в критических ситуациях, однако его избыток может быть вредным и влиять на различные патофизиологические процессы. Реактивные формы кислорода – известные проблемные побочные продукты гипероксии, играющие важную роль в клеточных сигнальных путях. Эффекты разнообразны, но при нарушении гомеостатического баланса реактивные формы кислорода, как правило, вызывают цикл повреждения тканей, сопровождающийся воспалением, повреждением и гибелью клеток.

Кислородная токсичность

Добавка кислорода может привести к кислородной токсичности, также известной как синдром кислородной токсичности, кислородная интоксикация и кислородное отравление. Существуют два основных типа кислородной токсичности: токсичность центральной нервной системы (ЦНС) и токсичность легких и глаз. Временное воздействие высокого парциального давления кислорода, превышающего атмосферное, может привести к токсичности центральной нервной системы (ЦНС). Ранним, но серьезным признаком токсичности кислорода для ЦНС является генерализованный тонико-клонический приступ, также известный как большой приступ. Этот тип приступа характеризуется потерей сознания и насильственными мышечными сокращениями. Признаки и симптомы кислородной токсичности обычно выражены, но не существует стандартных предупреждающих признаков о приближающемся приступе. Конвульсия, вызванная кислородной токсичностью, не приводит к гипоксии – побочному эффекту, обычному для большинства приступов, поскольку в момент начала конвульсии в организме избыток кислорода. Однако приступы могут привести к утоплению, если судороги случаются у дайвера, находящегося в воде. Дополнительной причиной гипероксии является подводный дайвинг с использованием дыхательного аппарата. Дайверы дышат смесью газов, которая обязательно должна содержать кислород, и парциальное давление кислорода в любой газовой смеси увеличивается с глубиной. Атмосферный воздух становится гипероксичным во время погружения, и гипероксическая газовая смесь, известная как нитрокс, используется для снижения риска декомпрессионной болезни путем замены части азота кислородом. Вдыхание нитрокса может привести к кислородной токсичности из-за высокого парциального давления кислорода, если использовать его на слишком большой глубине или в течение слишком длительного времени. Протоколы безопасного использования повышенного парциального давления кислорода при дайвинге хорошо разработаны и регулярно применяются как рекреационными дайверами, так и военными и профессиональными дайверами, работающими в условиях насыщения. Кислородные регенераторы также используются для рутинной работы при нормальном давлении и для аварийного реагирования в средах, непригодных для дыхания, или в ситуациях, когда пригодность окружающего газа для дыхания неизвестна или может измениться без предупреждения, например, при тушении пожаров, спасательных работах под землей и работе в замкнутых пространствах. Дополнительный кислород также используется при воздействии больших высот в авиации и альпинизме. Во всех этих случаях максимальная концентрация естественным образом ограничена окружающим давлением, но нижний предел обычно сложнее контролировать, а непосредственные последствия гипоксии, как правило, более серьезны, чем непосредственные последствия гипероксии. Поэтому существует тенденция к обеспечению большего запаса прочности в отношении гипоксии, и пользователь большую часть времени подвергается воздействию гипероксических условий.

Механизм

Дополнительный кислород — эффективное и широкодоступное средство лечения гипоксии и гипоксиемии, связанных со многими патологическими процессами, однако другие патофизиологические процессы ассоциируются с повышенным уровнем реактивных видов кислорода (РОС), вызванным гипероксией. Эти РОС взаимодействуют с биологическими тканями и могут повреждать белки, липиды и нуклеиновые кислоты. Антиоксиданты, обычно защищающие ткани, могут быть перегружены повышенными уровнями РОС, что приводит к окислительному стрессу. Использование неинвазивных показателей, таких как индекс кислородного резерва (ORI) и насыщение кислородом (SpO2), продемонстрировало ограниченную диагностическую точность в выявлении гипероксии у тяжелобольных пациентов.

Лечение

Добавка кислорода используется для лечения тканевой гипоксии и облегчения артериальной гипоксиемии. Высокие концентрации кислорода часто назначают пациентам с хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ) или острым повреждением легких (ОПЛ). Известно, что обогащение кислородом может вызывать повреждение тканей, причем токсичность возрастает с увеличением концентрации кислорода и парциального давления. К сожалению, обогащение кислородом необходимо, если человек не может получить достаточное количество кислорода посредством дыхания и перфузии. Чтобы снизить риск развития гипероксии, терапевт должен использовать минимально необходимую концентрацию кислорода. На данный момент не существует известных альтернатив кислородной терапии.

Дайвинг

Дайверы подвержены риску как со стороны центральной нервной системы, так и со стороны лёгочной токсичности кислорода, и эти риски хорошо изучены. Разработаны протоколы, устанавливающие пределы парциального давления кислорода в дыхательной смеси, обеспечивающие дайверу приемлемый уровень риска, учитывая, что судороги и потеря сознания под водой при использовании акваланга часто приводят к смерти от утопления. Погружение с подачей газа с поверхности с использованием шлема или полнолицевой маски обеспечивает гораздо лучшую защиту дыхательных путей, чем мундштук, удерживаемый зубами, и в некоторых случаях допустимо немного более высокое парциальное давление и немного более высокий риск кислородной токсичности. Существует компромисс между риском, связанным с более длительными обязательствами по декомпрессии, которые задерживают дайвера в воде, и кислородной токсичностью. Обычно время воздействия недостаточно для развития симптомов лёгочной токсичности, а интервалы между погружениями достаточно велики для восстановления, поэтому парциальное давление кислорода (PO2) обычно выбирается для максимизации времени без декомпрессионных остановок или минимизации времени декомпрессии, поскольку декомпрессия в холодной воде часто является стрессовой для дайвера. При насыщенном погружении, когда дайвер дышит газовой смесью под давлением в течение недель или месяца, PO2 должно быть достаточно низким, чтобы избежать лёгочной токсичности и обеспечить возможность снижения давления от рабочего, но достаточно высоким, чтобы учесть возможные непредвиденные обстоятельства, связанные с временным снижением давления, при которых крайне важно, чтобы пострадавшие дайверы оставались в сознании и могли выполнять необходимые задачи для минимизации последствий, а также для возможности подъема без переключения газовой смеси. Установлено, что парциальное давление около 0,4 бар удовлетворяет этим требованиям.

Критическая помощь и экстренная медицина

Дополнительный кислород – одно из наиболее часто используемых средств лечения критически больных пациентов и routinely применяется при лечении острого шока и в других экстренных случаях. Однако оптимальная дозировка часто неочевидна, а во время искусственной вентиляции легких, анестезии и реанимации подача кислорода обычно превышает физиологические потребности, чтобы избежать дефицита. Это избыточное количество по отношению к потребностям может быть вредным, но, как правило, менее опасно, чем общая гипоксия. Тщательная настройка подачи кислорода с одновременным мониторингом оксигенации позволяет обеспечить достаточную оксигенацию тканей, избегая при этом вредного воздействия гиперксии.