Введение

Аномально низкий уровень кислорода в крови

Гипоксемия – это аномально низкий уровень кислорода в крови. Гипоксемия имеет множество причин и часто приводит к гипоксии, так как кровь не обеспечивает достаточное поступление кислорода к тканям организма.

Определение

Гипоксимия – это низкий уровень кислорода в крови, а более общий термин гипоксия – аномально низкое содержание кислорода в любой ткани или органе, или в организме в целом. Хотя существует общее согласие, что измерение парциального давления кислорода в артериальной крови, показывающее значение ниже нормы, является признаком гипоксимии, вопрос о значимости содержания кислорода в крови для определения гипоксимии остаётся дискуссионным. Данное определение включает кислород, переносимый гемоглобином. Таким образом, содержание кислорода в крови иногда рассматривается как показатель доставки кислорода к тканям, а не как показатель самой гипоксимии. У детей хроническая гипоксимия может проявляться задержкой роста, неврологического и двигательного развития, а также снижением качества сна с частыми пробуждениями. Другие симптомы гипоксимии могут включать цианоз, утолщение концевых фаланг пальцев и симптомы, связанные с причиной гипоксимии, такие как кашель и кровохарканье. Тяжёлая гипоксия может привести к дыхательной недостаточности.

Вентиляция

Если альвеолярная вентиляция снижена, то в альвеолы будет поступать недостаточно кислорода для обеспечения потребностей организма. Это может привести к гипоксиемии, даже при нормальном состоянии легких, поскольку причина кроется в нарушении контроля вентиляции со стороны дыхательного центра в стволе мозга или в неспособности организма эффективно осуществлять дыхание.

Физические состояния

Различные состояния, физически ограничивающие воздушный поток, могут приводить к гипоксиемии. Удушье, включая временную остановку или прекращение дыхания, как при обструктивном апноэ сна, или постельное белье, затрудняющее дыхание у младенцев, является предполагаемой причиной СВДС. Структурные деформации грудной клетки, такие как сколиоз и кифоз, могут ограничивать дыхание и приводить к гипоксии. Слабость мышц, которая может снижать способность диафрагмы – основной мышцы, обеспечивающей поступление воздуха в легкие – нормально функционировать. Это может быть вызвано врожденным заболеванием, например, болезнью двигательных нейронов, или приобретенным состоянием, таким как усталость при тяжелых формах ХОБЛ.

Кислород в окружающей среде

В условиях, когда доля кислорода в воздухе низка, или когда парциальное давление кислорода снизилось, в альвеолах легких присутствует меньше кислорода. Альвеолярный кислород переносится гемоглобином – белком-носителем внутри красных кровяных клеток – с эффективностью, которая уменьшается с понижением парциального давления кислорода в воздухе. Высота. Внешнее парциальное давление кислорода снижается с увеличением высоты, например, в высокогорных районах или во время полета. Это снижение приводит к ухудшению транспорта кислорода гемоглобином. Особенно часто это проявляется как причина церебральной гипоксии и горной болезни у альпинистов, восходящих на Эверест и другие вершины экстремальной высоты. Например, на вершине Эвереста парциальное давление кислорода составляет всего 43 мм рт. ст., в то время как на уровне моря – 150 мм рт. ст. Поэтому давление в кабине самолета поддерживается на уровне 1500–1800 метров. Подводное плавание. Гипоксия при подводном плавании может возникнуть при быстром всплытии. Парциальное давление газов увеличивается при погружении на 1 ATM каждые 10 метров. Это означает, что парциальное давление кислорода, достаточное для эффективного переноса гемоглобином, может быть достигнуто на глубине, даже если оно недостаточно на поверхности. Дайвер, остающийся под водой, постепенно потребляет кислород, и при всплытии парциальное давление кислорода может оказаться недостаточным (потеря сознания в мелкой воде). Это может проявляться на глубине как потеря сознания в глубокой воде. Удушье. Снижение концентрации кислорода во вдыхаемом воздухе из-за недостаточной компенсации потребления кислорода в дыхательной смеси. Анестезия. Низкое парциальное давление кислорода в легких при переходе от ингаляционной анестезии к атмосферному воздуху из-за эффекта Финка или диффузионной гипоксии. Воздух, обедненный кислородом, также может быть смертельным. В прошлом случались сбои в работе аппаратов для анестезии, в результате чего пациентам подавались газовые смеси с низким содержанием кислорода. Кроме того, кислород в замкнутом пространстве может быть израсходован при использовании поглотителей углекислого газа без достаточного внимания к восполнению потребленного кислорода. Гипоксические или аноксические дыхательные смеси, а также воздействие вакуума или другой среды с экстремально низким давлением приводят к удалению кислорода из крови в альвеолах.

Несовпадение вентиляции и перфузии

Это означает нарушение равновесия вентиляции/перфузии. Кислород, поступающий в легкие, обычно диффундирует через альвеолярно-капиллярную мембрану в кровь. Однако это равновесие не достигается, когда альвеола вентилируется недостаточно, и в результате кровь, выходящая из этой альвеолы, становится относительно гипоксичной. При смешивании такой крови с кровью из хорошо вентилируемых альвеол, парциальное давление кислорода в смеси оказывается ниже, чем в альвеолярном воздухе, что приводит к развитию альвеолярно-артериальной разницы. Примеры состояний, которые могут вызвать несоответствие вентиляции и перфузии, включают: Физические упражнения. Хотя умеренная активность и физические упражнения улучшают соответствие вентиляции и перфузии, гипоксимия может развиться при интенсивных нагрузках из-за сопутствующих заболеваний легких. Во время физических упражнений почти половина случаев гипоксимии обусловлена ограничениями диффузии (в среднем). Старение. С возрастом наблюдается ухудшение соответствия вентиляции и перфузии, а также снижение способности компенсировать гипоксические состояния. Синдром жировой эмболии, при котором жировые капли откладываются в сети легочных капилляров.

Упражнения

Гипоксимия артерий, вызванная физическими упражнениями, возникает во время физической нагрузки, когда у тренированного человека насыщение артериального кислорода падает ниже 93%. Она наблюдается у физически подготовленных, здоровых людей различного возраста и пола. Адаптации, вызванные тренировкой, включают увеличение сердечного выброса за счет гипертрофии сердца, улучшение венозного возврата и метаболическое расширение сосудов мышц, а также повышение VO2 max. Соответственно, должно происходить увеличение VCO2, а значит, необходима утилизация углекислого газа для предотвращения метаболического ацидоза. Гипоксимия у этих людей возникает из-за увеличения легочного кровотока, что приводит к: сокращению времени прохождения крови через капилляры из-за увеличения скорости кровотока в легочных капиллярах. Время прохождения крови через капилляры (tc) в состоянии покоя составляет около 0,8 секунды, что обеспечивает достаточно времени для диффузии кислорода в кровоток и диффузии CO2 из кровотока. После тренировки объем капилляров остается прежним, однако сердечный выброс увеличивается, что приводит к уменьшению времени прохождения крови через капилляры, снижаясь примерно до 0,16 секунды у тренированных людей при максимальных нагрузках. Этого времени недостаточно для диффузии газов, что приводит к гипоксимии. Внутрилегочные артериовенозные шунты – это неактивные капилляры в легких, которые начинают функционировать при повышении венозного давления. Обычно они расположены в зоне мертвого пространства, где диффузия газов не происходит, поэтому кровь, проходящая через них, не насыщается кислородом, что вызывает гипоксимию.

Физиология

Ключ к пониманию того, вовлечены ли легкие в конкретном случае гипоксимии, заключается в разнице между парциальным давлением кислорода в альвеолах и артериальной крови; эта разница часто называется альвеолярно-артериальным градиентом и обычно невелика. Парциальное давление кислорода в артериях определяется непосредственно при анализе артериальных газов крови. Парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе можно рассчитать, поскольку оно будет прямо пропорционально его фракционному составу в воздухе. Поскольку дыхательные пути увлажняют (и тем самым разбавляют) вдыхаемый воздух, барометрическое давление атмосферы снижается на величину давления водяного пара.

История

Термин гипоксиемия первоначально использовался для описания низкого содержания кислорода в крови, возникающего на больших высотах, и определялся как нарушение оксигенации крови. В настоящее время существует множество средств для выявления гипоксиемии, включая умные часы. Исследование, проведенное в 2022 году, показало, что умные часы способны обнаруживать кратковременную гипоксиемию так же эффективно, как и стандартные медицинские приборы.