Дихальна недостатність: причини і патогенез

Причини і механізми вентиляційної і паренхіматозної дихальної недостатності

Дихальна недостатність виникає при порушенні будь-якого з функціональних компонентів дихальної системи - легеневої паренхіми, грудної стінки, кровообігу в малому колі, стану альвеолярно-капілярної мембрани, нервової і гуморальної регуляції дихання. Залежно від переважання тих чи інших змін газового складу крові розрізняють дві основні форми дихальної недостатності - вентиляційну (гіперкапніческой) і паренхіматозну (гіпоксеміческіе), кожна з яких може протікати гостро або хронічно.

Вентиляційна (гиперкапническая) дихальна недостатність

Вентиляційна (гиперкапническая) форма дихальної недостатності характеризується переважно тотальним зниженням обсягу альвеолярної вентиляції (альвеолярної гіповентиляції) і хвилинного обсягу дихання (МОД), зменшенням виведення СО2 з організму і, відповідно, розвитком гіперкапнії (РаСО2> 50 мм рт. Ст.), А потім і гіпоксемії.

Причини і механізми розвитку вентиляційної дихальної недостатності тісно пов'язані з порушенням процесу виведення вуглекислого газу з організму. Як відомо, процес газообміну в легенях визначається:

• рівнем альвеолярної вентиляції;
• дифузійної здатністю альвеолярно-капілярної мембрани щодо Про ₂ і СО ₂;
• величиною перфузії;
• співвідношенням вентиляції і перфузії (вентиляційно-перфузійним ставленням).

З функціональної точки зору все повітроносні шляхи в легенях ділять на провідні шляхи і газообменную (або диффузионную) зону. В області провідних шляхів (в трахеї, бронхах, бронхіолах і термінальних бронхіолах) під час вдиху спостерігається поступальний рух повітря і механічне перемішування (конвекція) свіжої порції атмосферного повітря з газом, що знаходився в фізіологічному мертвому просторі до початку чергового вдиху. Тому ця область отримала ще одну назву - конвекційна, зона. Зрозуміло, що інтенсивність збагачення конвекційної зони киснем і зниження концентрації вуглекислого газу, перш за все, визначаються інтенсивністю легеневої вентиляції і величиною хвилинного обсягу дихання (МОД).

Характерно, що в міру наближення до більш дрібним генерацій повітроносних шляхів (з 1-ї до 16-ї генерації) поступальний рух потоку повітря поступово сповільнюється, а на кордоні конвекционной зони і зовсім припиняється. Це пов'язано з різким зростанням загальної сумарної площі поперечного перерізу кожної наступної генерації бронхів і, відповідно, зі значним зростанням загального опору дрібних бронхів і бронхіол.

Наступні генерації повітроносних шляхів (з 17-ї по 23-ю), що включають дихальні бронхіоли, альвеолярні ходи, альвеолярні мішечки і альвеоли, відносяться до газообменной (дифузійної) зоні, в якій і здійснюється дифузія газів через альвеолярно-капілярну мембрану. В дифузійної зоні «макроскопічне» дні | синьо газів як під час дихальних рухів, так і під час кашлю повністю відсутня (В.Ю. Шанін). Газообмін тут здійснюється тільки за рахунок молекулярного процесу дифузії кисню і вуглекислого газу. При цьому швидкість молекулярного переміщення СО2 - від конвекційної зони, через всю диффузионную зону до альвеол і капілярів, а також СО2 - з альвеол до конвекційної зоні - визначається трьома основними факторами:

• градієнтом парціального тиску газів на кордоні конвекционной і дифузійної зон;
• температурою навколишнього середовища;
• коефіцієнтом дифузії для даного газу.

Важливо відзначити, що рівень легеневої вентиляції і МОД майже не впливають на процес переміщення молекул СО2 і О2 безпосередньо в дифузійної зоні.

Відомо, що коефіцієнт дифузії вуглекислого газу приблизно в 20 разів вище, ніж кисню. Це означає, що дифузійна зона не створює великого перешкоди для вуглекислого газу, і його обмін майже повністю визначається станом конвекционной зони, тобто інтенсивністю дихальних рухів і величиною МОД. При тотальному зниженні вентиляції і хвилинного обсягу дихання «вимивання» вуглекислого газу з конвекційної зони припиняється, і його парціальний тиск зростає. В результаті градієнт тиску СО ₂ на кордоні конвекционной і дифузійної зон знижується, інтенсивність його дифузії з капілярного русла в альвеоли різко падає, і розвивається гіперкапнія.

В інших клінічних ситуаціях (наприклад, при паренхіматозної дихальної недостатності), коли на певній стадії розвитку захворювання виникає виражена компенсатор паю гіпервентиляція непошкоджених альвеол, швидкість «вимивання» вуглекислого газу з конвекційної зони значно зростає, що призводить до збільшення градієнта тиску СО ₂ на кордоні конвекционной і дифузійної зон і посиленому виведенню вуглекислоти з організму. В результаті розвивається гипокапния.

На відміну від вуглекислого газу, обмін кисню в легенях і парціальний тиск вуглекислого газу в артеріальній крові (РАВ ₂ ) залежать, в першу чергу, від функціонування дифузійної зони, зокрема від коефіцієнта дифузії Про ₂ і стану капілярного кровотоку (перфузії), а рівень вентиляції та стан конвекционной зони впливають на ці показники лише в невеликому ступені. Тому при розвитку вентиляційної дихальної недостатності на тлі тотального зниження хвилинного обсягу дихання в першу чергу виникає гіперкапнія і лише потім (зазвичай па більш пізніх стадіях розвитку дихальної недостатності) - гіпоксемія.

Таким чином, вентиляційна (гиперкапническая) форма дихальної недостатності вказує на неспроможність «дихального насоса». Вона може бути обумовлена наступними причинами:

1. Порушеннями центральної регуляції дихання:
   • набряком мозку, захоплюючим його стовбурові відділи і область дихального центру;
   • інсультом;
   • черепно-мозковими травмами;
   • нейроинфекцией;
   • токсичними впливами на дихальний центр;
   • гіпоксією головного мозку, наприклад, при тяжкій серцевій недостатності;
   • передозуванням лікарських засобів, що пригнічують дихальний центр (наркотичні анальгетики, седативні, барбітурати та ін.).
2. Пошкодженням апарату, що забезпечує дихальні рухи грудної клітки, тобто порушеннями функціонування так званих «грудних хутра» (периферична нервова система, дихальні м'язи, грудна клітка):
   • деформаціями грудної клітини (кіфоз, сколіоз, кіфосколіоз та ін.);
   • переломами ребер і хребта;
   • торакотомія;
   • порушенням функції периферичних нервів (в основному диафрагмального - синдром Гієна-Барре, поліомієліт та ін.);
   • порушеннями нервово-м'язової передачі (міастенія);
   • втомою або атрофією дихальних м'язів на тлі тривалого інтенсивного кашлю, обструкції повітроносних шляхів, рестриктивних порушень дихання, тривалої ШВЛ та ін.);
   • зниженням ефективності роботи діафрагми (наприклад, при її уплощении).
3. Рестриктивні порушеннями дихання, що супроводжуються зниженням МОД:
   • вираженим пневмотораксом;
   • масивним плевральним випотом;
   • інтерстиціальними хворобами легень;
   • тотальними і субтотальна пневмоніями і ін.

Таким чином, більшість причин вентиляційної дихальної недостатності пов'язані з порушеннями позалегеневого апарату дихання і його регуляції (ЦНС, грудна клітка, дихальні м'язи). Серед «легеневих» механізмів вентиляційної дихальної недостатності основне значення мають рестриктивні порушення дихання, обумовлені зниженням здатності легень, грудної клітки або плеври дорозправленні під час вдиху. Рестриктивні порушення розвиваються при багатьох гострих і хронічних захворюваннях органів дихання. У зв'язку з цим в рамках вентиляційної дихальної недостатності виділяють особливий рестриктивний тип дихальної недостатності, найбільш часто обумовлений наступними причинами:

• захворюваннями плеври, що обмежують екскурсію легкого (ексудативний плеврит, гідроторакс, пневмоторакс, фіброторакс і ін.);
• зменшенням обсягу функціонуючої паренхіми легкого (ателектази, пневмонії, резекція легені і ін.);
• запальної або гемодинамічно зумовленою інфільтрацією легеневої тканини, що приводить до збільшення «жорсткості» легеневоїпаренхіми (пневмонія, інтерстиціальний або альвеолярний набряк легенів при лівошлуночкової серцевої недостатності та ін.);
• пневмосклерозом різної етіології та ін.

Слід також враховувати, що причиною виникнення гіперкапнії і вентиляційної дихальної недостатності можуть стати будь-які патологічні процеси, що супроводжуються тотальним зниженням альвеолярної вентиляції і хвилинного обсягу дихання. Така ситуація може виникнути, наприклад, при вираженій обструкції повітроносних шляхів (бронхіальна астма, хронічний обструктивний бронхіт, емфізема легенів, дискінезія мембранозной частини трахеї і т.п.), при значному зменшенні обсягу функціонуючих альвеол (ателектаз, інтерстиціальні хвороби легенів і ін.) або при значній втомі і атрофії дихальних м'язів. Хоча у всіх цих випадках у виникненні дихальної недостатності беруть участь і інші патофізіологічні механізми (порушення дифузії газів, вентиляційно-перфузійних відносин, капілярного кровотоку легенів і т.д.). У цих випадках мова йде, як правило, про формування змішаної вентиляційної і паренхіматозної) дихальної недостатності.

Слід також додати, що при гострій вентиляційної дихальної недостатності підвищення РаСО2, як правило, супроводжується зменшенням рН крові і розвитком дихального ацидозу, обумовленого зменшенням відносини НСО3 / Н2СО3, що визначає, як відомо, величину рН. При хронічній дихальній недостатності вентиляційного типу настільки вираженого зниження рН завдяки компенсаторного підвищення концентрації і карбонатів в сироватці крові не відбувається.

1. Вентиляційна (гиперкапническая) дихальна недостатність характеризується:

1. тотальної альвеолярної гіповентиляції і зниженням хвилинного об'єму дихання,
2. гиперкапнией,
3. гипоксемией (на більш пізніх стадіях формування дихальної недостатності),
4. ознаками компенсованого або декомпенсованого дихального ацидозу.

2. Основні механізми розвитку вентиляційної (гиперкапнической) форми дихальної недостатності:

1. порушена центральної регуляції дихання;
2. можуть пошкодити машину та забезпечує дихальні ДОРОЗІ грудної клітини (периферичні нерви, дихальні м'язи, грудна стінка);
3. виражені рестриктивні розлади, що супроводжуються зниженням МОД.

Паренхіматозна дихальна недостатність

Паренхіматозна (Гіпоксеміческая) форма дихальної недостатності характеризується значним порушенням процесу оксігеіаціі крові в легенях, що призводить до переважного пнженію РаО2 в артеріальній крові - гіпоксемії.

Основні механізми розвитку гіпоксемії при паренхіматозної формі дихальної недостатності:

1. порушення вентиляційно-перфузійних відносин (\ // 0) з утворенням право- ліво- серцевого «шунтування» крові (альвеолярного шунта) або збільшенням альвеолярного мертвого простору;
2. зниження сумарної функціонуючої поверхні альвеолярно-капілярних мембран;
3. порушення дифузії газів.

Порушення вентиляційно-перфузійних відносин

Виникнення гипоксемической дихальної недостатності при багатьох захворюваннях органів дихання найчастіше обумовлено порушенням вентиляційно-перфузійних відносин. У нормі вентиляційно-перфузійні відношення становить 0,8 1,0. Можливі два варіанти порушень цих відносин, кожен з яких може призводити до розвитку дихальної недостатності.

Локальна гіповентиляція альвеол. При цьому варіанті паренхиматозной дихальної недостатності гіпоксемія виникає, якщо через погано вентильовані або не вентильовані альвеоли триває досить інтенсивний кровотік. Ставлення величин вентиляції і перфузії тут знижено V / Q <0,8), що призводить до скидання недостатньо оксигенированной в цих ділянках легкого венозної крові в ліві відділи серця н велике коло кровообігу (венозний шунтування). Це і викликає зниження парціального тиску Про ₂ в артеріальній крові - гіпоксемію.

Якщо вентиляція в такій ділянці зі збереженим кровотоком відсутня, ставлення V / Q наближається до нуля. Саме в цих випадках утворюється право-левосердечной альвеолярний шунт, за яким неоксигенована венозна кров «перекидається» в ліві відділи серця і аорту, знижуючи РАВ ₂ в артеріальній крові. За цим механізмом розвивається гіпоксемія при обструктивних хворобах легенів, пневмоніях, набряку легенів і інших захворюваннях, що супроводжуються нерівномірним (локальним) зниженням альвеолярної вентиляції і формуванням венозного шунтування крові. При цьому, на відміну від вентиляційної дихальної недостатності, загальний хвилинний обсяг вентиляції протягом тривалого часу не знижується, і навіть спостерігається тенденція до гіпервептіляціі легких.

Слід підкреслити, що на ранніх стадіях розвитку паренхіматозної дихальної недостатності гиперкапния не розвивається, оскільки виражена гіпервентиляція інтактних альвеол, що супроводжується інтенсивним виведенням СО ₂ з організму, повністю компенсує локальні порушення обміну СО ₂. Мало того, при вираженій гіпервентиляції непошкоджених альвеол виникає гипокапния, що саме по собі збільшує розлади дихання.

Це перш за все пов'язано з тим, що гіпокапнія знижує адаптацію організму до гіпоксії. Як відомо, зменшення РаСО2 в крові зрушує криву дисоціації гемоглобіну вліво, що збільшує спорідненість гемоглобіну до кисню і зменшує вивільнення Про ₂ в периферичних тканинах. Таким чином, виникає па початкових етапах паренхиматозной дихальної недостатності гіпокапнія додатково збільшує кисневе голодування периферичних органів і тканин.

Крім того, зниження Расо ₂ зменшує афферентную імпульсацію рецепторів каротидного синуса і довгастого мозку і знижує активність дихального центру.

Нарешті, гіпокапнія змінює співвідношення бікарбонату і вуглекислого газу в крові, що призводить до збільшення НСО3 / Н2СО3 і рН і розвитку дихального алкалозу (при якому судини спазмуються і кровопостачання життєво важливих органів погіршується).

Слід додати, що на пізніх стадіях розвитку паренхіматозної дихальної недостатності порушується не тільки оксигенація крові, але і вентиляція легенів (наприклад, внаслідок втоми дихальної мускулатури або збільшення ригідності легенів за рахунок запального набряку), і виникає гіперкапнія, що відображає формування змішаної форми дихальної недостатності, яка поєднувала в собі ознаки паренхіматозної і вентиляційної дихальної недостатності.

Найбільш часто паренхіматозна дихальна недостатність і критичне зниження вентиляційно-перфузійного відносини розвиваються при захворюваннях легенів, що супроводжуються локальної (нерівномірної) гіповентиляцією альвеол. Таких захворювань дуже багато:

• хронічні обструктивні захворювання легень (хронічний обструктивний бронхіт, бронхіоліт, бронхіальна астма, муковісцидоз та ін.);
• центральний рак легені;
• пневмонії;
• туберкульоз легенів та ін.

При всіх перерахованих захворюваннях в тій чи іншій мірі є обструкція повітроносних шляхів, обумовлена нерівномірним запальною інфільтрацією і вираженим набряком слизової бронхів (бронхіт, бронхіоліт), збільшенням кількості в'язкого секрету (мокротиння) в бронхах (бронхіт, бронхіоліт, бронхоектази, пневмонія і ін.) , спазмом гладкої мускулатури дрібних бронхів (бронхіальна астма), раннім експіраторним закриттям (колапсом) дрібних бронхів (найбільш вираженим у хворих з емфіземою легенів), деформацією і здавленням бронхів опу олью, чужорідним тілом і т.п. Тому доцільно виділяти особливий - обструктивний - тип дихальної недостатності, обумовлений порушенням проходження повітря по великим або / і дрібним повітроносних шляхах, який в більшості випадків розглядають в рамках паренхиматозной дихальної недостатності. У той же час при вираженій обтурації повітроносних шляхів в ряді випадків легенева вентиляція і МОД значно знижуються, і розвивається вентиляційна (точніше - змішана) дихальна недостатність.

Збільшення альвеолярного мертвого простору. Інший варіант зміни вентиляційно-перфузійних відносин пов'язаний з локальним порушенням легеневого кровотоку, наприклад, при тромбозі або емболії гілок легеневої артерії. У цьому випадку, незважаючи па збереження нормальної вентиляції альвеол, перфузія обмеженого ділянки легеневої тканини різко знижується (V / Q> 1,0) або зовсім відсутній. Виникає ефект раптового збільшення функціонального мертвого простору, і якщо його обсяг досить великий, розвивається гіпоксемія. При цьому відбувається компенсаторне збільшення концентрації СО2 в повітрі, що видихається з нормально перфузіруемих альвеол, що зазвичай повністю нівелює порушення обміну вуглекислоти в неперфузіруемих альвеолах. Іншими словами, цей варіант паренхиматозной дихальної недостатності також не супроводжується збільшенням парціального тиску СО ₂ в артеріальній крові.

Паренхіматозна дихальна недостатність за механізмом збільшення альвеолярного мертвого простору і значень V / Q. Найчастіше розвивається при таких захворюваннях:

1. Тромбоемболія гілок легеневої артерії.
2. Респіраторний дистрес-синдром дорослих.

Зменшення функціонуючої поверхні альвеолярно-капілярної мембрани

При емфіземи легенів, интерстициальном фіброзі легенів, компрессионном ателектазе і інших захворюваннях оксигенація крові може знижуватися внаслідок зменшення сумарної функціонуючої поверхні альвеолярно-капілярної мембрани. У цих випадках, як і при інших варіантах паренхиматозной дихальної недостатності, зраді пні газового складу крові в першу чергу проявляється артеріальною гипоксемией. На більш пізніх стадіях захворювання, наприклад, при втомі і атрофії дихальних м'язів, може розвинутися гиперкапния.

Порушення дифузії газів

Коефіцієнт дифузії кисню порівняно низький, його дифузія порушується при багатьох захворюваннях легенів, що супроводжуються запальним або гемодинамічним набряком інтерстиціальної тканини і збільшенням відстані між внутрішньою поверхнею альвеоли і капіляром (пневмонії, інтерстиціальні хвороби легенів, пневмосклероз, гемодинамічний набряк легенів при лівошлуночкової серцевої недостатності та ін.) . У більшості випадків порушення оксигенації крові в легенях обумовлено іншими патофизиологическими механізмами розвитку дихальної недостатності (наприклад, зменшенням вентиляційно-перфузійних відносин), а зниження швидкості дифузії Про ₂ лише посилює її.

Оскільки швидкість дифузії СО ₂ в 20 раз вище, ніж Про ₂, перенесення вуглекислого газу через альвеолярно-капілярну мембрану може порушуватися лише при її значному потовщенні або при поширеному ураженні легеневої тканини. Тому в більшості випадків порушення дифузійної здатності легень підсилює тільки гіпоксемію.

• Паренхіматозна (Гіпоксеміческая) дихальна недостатність в більшості випадків характеризується:
  • нерівномірною локальної альвеолярної гіповентиляції без зниження загального показника МОД,
  • вираженоюгипоксемией,
  • на початковому етапі формування дихальної недостатності - гипервентиляцией інтактних альвеол, що супроводжується гипокапнией і дихальним алкалозом,
  • на більш пізніх стадіях формування дихальної недостатності - шляхом приєднання порушень вентиляції, що супроводжуються гиперкапнией і дихальним або метаболічний ацидоз (стадія змішаної дихальної недостатності).
• Основні механізми розвитку паренхіматозної (гипоксемической) форми дихальної недостатності:
  • порушення вентиляційно-перфузійних відносин при обструктивному типі дихальної недостатності або ураженні капілярного русла легких,
  • зниження сумарної функціонуючої поверхні альвеолярно-капілярної мембрани,
  • порушення дифузії газів.

Розрізнення двох форм дихальної недостатності (вентиляційної і паренхіматозної) має велике практичне значення. При лікуванні вентиляційної форми дихальної недостатності найбільш ефективна респіраторна підтримка, що дозволяє відновити знижений хвилинний обсяг дихання. Навпаки, при паренхіматозної формі дихальної недостатності гіпоксемія обумовлена порушенням вентиляційно-перфузійних відносин (наприклад, формуванням венозного «шунтування» крові), тому терапія інгаляціями кисню, навіть у високих концептраціях (висока FiО2), малоефективна. Слабо допомагає при цьому і штучне збільшення МОД (наприклад, за допомогою ШВЛ). Стабільного поліпшення при паренхіматозної дихальної недостатності можна домогтися лише адекватної корекцією вентіляціоіно-перфузійних відносин і усуненням деяких інших механізмів розвитку цієї форми дихальної недостатності.

Практично значима також клініко-інструментальна верифікація обструктивного і рестриктивно типів дихальної недостатності, оскільки дозволяє вибрати оптимальну тактику ведення хворих з дихальної недостатності.

У клінічній практиці нерідко зустрічається змішаний варіант дихальної недостатності, що супроводжується як порушенням оксигенації крові (гіпоксемія), так і тотальної альвеолярної гіповентиляції (гіперкапнія і гіпоксемія). Наприклад, при важкої пневмонії порушуються вентиляційно-перфузійні відносини і формується альвеолярний шунт, тому РаО2 знижується, і розвивається гіпоксемія. Масивна інфільтрація легеневої тканини нерідко супроводжується значним збільшенням ригідності легенів, внаслідок чого альвеолярна вентиляція швидкість «вимивання» вуглекислого газу знижуються, і розвивається гіперкапнія.

Прогресуючого порушення вентиляції і розвитку гіперкапнії сприяють також виражене стомлення дихальних м'язів і обмеження обсягу дихальних рухів при появі плевральних болів.

З іншого боку, при деяких рестриктивних захворюваннях, що супроводжуються вентиляційної дихальної недостатністю і гіперкапнією, рано чи пізно розвиваються порушення бронхіальної прохідності, вентиляційно-перфузійні відносини знижуються, і приєднується паренхіматозний компонент дихальної недостатності, що супроводжується гипоксемией. Проте в будь-якому випадку важливо оцінити домінуючі механізми дихальної недостатності.

Порушення кислотно-основного стану

Різні форми дихальної недостатності можуть супроводжуватися порушенням кислотно-основного стану, що більш характерно для пацієнтів з гострої дихальної недостатності, зокрема розвилася па тлі тривало протікала раніше хронічної дихальної недостатності. Саме в цих випадках частіше розвиваються декомпенсований дихальний або метаболічний ацидоз або дихальний алкалоз, істотно збільшують дихальну недостатність і сприяють розвитку важких ускладнень.

Механізми підтримки кислотно-лужного стану

Кислотно-лужний стан - це співвідношення концентрацій водневих (H ⁺ ) і гідроксильних (ОН ^- ) іонів у внутрішньому середовищі організму. Кислотна або лужна реакція розчину залежить від вмісту в ньому водневих іонів, показником цього змісту служить величина рН, яка представляє собою негативний десятковий логарифм молярної концентрації іонів Н ⁺ :

РН = - [Н ⁺ ].

Це означає, наприклад, що при рН = 7,4 (нейтральна реакція середовища) концентрація іонів Н ⁺, тобто [Н ⁺ ], дорівнює 10 ^-7,4 ммоль / л. При підвищенні кислотності біологічного середовища її рН знижується, а при зменшенні кислотності - збільшується.

Величина рН - це один з найбільш «жорстких» параметрів крові. Його коливання в нормі вкрай незначні: від 7,35 до 7,45. Навіть невеликі відхилення рН від нормального рівня в сторону зменшення (ацидоз) або збільшення (алкалоз) призводять істотної зміни окисно-відновних процесів, активності рментов, проникності клітинних мембран, і до інших порушень, чреваті небезпечними наслідками для життєдіяльності організму.

Концентрація водневих іонів майже повністю визначається співвідношенням бікарбонату і вуглекислоти:

НСО3 ^- / Н ₂ СО ₃

Зміст цих речовин в крові тісно пов'язане з процесом перенесення кров'ю вуглекислого газу (СО ₂ ) від тканин до легким. Фізично розчинений СО ₂ дифундує з тканин в еритроцит, де під впливом ферменту карбоангідрази відбувається гідратація молекули (СО ₂ ) з утворенням вугільної кислоти Н ₂ СО ₃, негайно дисоціює з утворенням іонів бікарбонату (НСО ³ ) водню (Н ⁺ ):

СО ₂ + Н ₂ О ↔ Н ₂ СО ₃ ↔ НСО ³ + Н ⁺

Частина накопичуються в еритроцитах іонів НСО ³, згідно концентраційному градієнту, виходить в плазму. При цьому в обмін на іон НСО ³ в еритроцит надходять ми хлору (С1 ^- ), завдяки чому рівноважний розподіл електричних зарядів порушується.

Іони Н ⁺, що утворюються при дисоціації вуглекислоти, приєднуються до молекули міоглобіну. Нарешті, частина СО ₂ може зв'язуватися шляхом безпосереднього приєднання до аминогруппам білкового компонента гемоглобіну з утворенням залишку карбамінової кислоти (NНСООН). Таким чином, в крові, що відтікає від тканин, від 27% СО2 переноситься у вигляді бікарбонату (НСО ³ ) в еритроцитах, 11% СО ₂ утворює карбамінової з'єднання з гемоглобіном (карбогемоглобін), близько 12% СО ₂ залишається в розчиненої формі або в формі недиссоциированной вугільної кислоти (Н2СО3), а решта СО ₂ (близько 50%) розчинено у вигляді НСО ³ у плазмі.

У нормі концентрація бікарбонату (НСО ³ ) в плазмі крові в 20 разів вище, ніж вуглекислоти (Н2СО3). Саме при такому співвідношенні НСО ³ і Н2СО3 зберігається нормальна рН, що дорівнює 7,4. Якщо змінюється концентрація бікарбонату або вуглекислоти, їх співвідношення змінюється, і рН зміщується в кислу (ацидоз) або лужну (алкалоз) сторону. У цих умовах нормалізація рН вимагає підключення ряду компенсаторних регуляторних механізмів, які відновлюють колишнє співвідношення кислот і підстав у плазмі крові, а також в різних органах і тканинах. Найбільш важливими з таких регуляторних механізмів є:

1. Буферні системи крові та тканин.
2. Зміна вентиляції легенів.
3. Механізми ниркової регуляції кислотно-основного стану.

Буферні системи крові та тканин складаються з кислоти і сполученого підстави.

При взаємодії з кислотами останні нейтралізуються лужним компонентом буфера, при контакті з підставами їх надлишок зв'язується з кислотним компонентом.

Бікарбонатний буфер має лужну реакцію і складається з слабкою вугільної кислоти (Н2СО3) і її натрієвої солі - бікарбонату натрію (NаНСО3) в якості сполученого підстави. При взаємодії з кислотою лужний компонент бикарбонатного буфера (ТаНСО3) нейтралізує її з утворенням Н2СО3, яка дисоціюють па СО ₂ і Н ₂ О. Надлишок видаляється з повітрям, що видихається. При взаємодії з підставами кислотний компонент буфера (Н2СОз) зв'язується надлишком основ з утворенням бікарбонату (НСО ³ ), який потім виділяється нирками.

Фосфатний буфер складається з одноосновного фосфату натрію (NaН2PO4), що грає роль кислоти, і двухосновного фосфіти натрію (NaH2PO4), який виступає в ролі сполученого підставі. Принцип дії цього буфера той же, що і бикарбонатного, проте його буферна ємність невелика, оскільки зміст фосфату в крові низька.

Білковий буфер. Буферні властивості білків плазми (альбуміну та ін.) І гемоглобіну еритроцитів пов'язані з тим, що входять до їх складу амінокислоти містять як кислі (СООН), так і основні (NH ₂ ) групи, і можуть диссоциировать з утворенням як водневих, так і гідроксильних іонів в залежності від реакції середовища. Велика частина буферної ємності білкової системи доводиться на частку гемоглобіну. У фізіологічному діапазоні рН оксигемоглобін є сильнішою кислотою, ніж дезоксигемоглобін (відновлений гемоглобін). Тому, звільняючи в тканинах кисень, відновлений гемоглобін набуває більш високу здатність до зв'язування попів Н ⁺. При поглинанні кисню в легенях гемоглобін набуває властивостей кислоти.

Буферні властивості крові обумовлені, по суті, сумарним ефектом всіх аніонних груп слабких кислот, найважливішими з яких є бікарбонати і аніонні групи білків ( «протеінат»). Ці аніони, що володіють буферними ефектами, отримали назву буферних підстав [buffer bases, ВВ).

Сумарна концентрація буферних підстав крові становить близько <18 ммоль / л н не залежить від зрушень тиску СО ₂ в крові. Дійсно, при збільшенні тиску С0О ₂ в крові утворюються рівні кількості Н ⁺ і НСО ³. Білки пов'язують іони Н ⁺ що веде до зменшення концентрації «вільних» протеїнів, що володіють буферними властивостями. Одночасно в стільки ж разів збільшується вміст бікарбонату, а сумарна концентрація буферних підстав залишається колишньою. Навпаки, при зменшенні тиску СО2 в крові збільшується вміст протеінатов і зменшується концентрація бікарбонату.

Якщо ж в крові змінюється вміст нелетких кислот (молочної кислоти при гіпоксії, ацетоуксусной і бета-оксимасляної - при цукровому діабеті і т.п.). Сумарна концентрація буферних підстав буде відрізнятися від нормальної.

Відхилення вмісту буферних підстав від нормального рівня (48 ммоль / л) називається надлишком підстав (base excess, BE); в нормі він дорівнює нулю. При патологічному збільшенні кількості буферних підстав BE стає позитивним, а при зменшенні негативним. В останньому випадку правильніше використовувати термін «дефіцит підстав».

Показник BE дозволяє судити, таким чином, про зрушення «резервів» буферних підстав при зміні змісту нелетких кислот в крові, і діагностувати навіть приховані (компенсовані) зрушення кислотно-лужного стану.

Зміна легеневої вентиляції є другим регуляторним механізмом, що забезпечує сталість рН плазми крові. При проходженні крові через легені в еритроцитах і плазмі крові відбуваються реакції, зворотні тим, які описані вище:

Н ⁺ + НСО ³ Н2СО3 ↔ СО2 + Н2О.

Це означає, що при видаленні з крові СО ₂ в ній зникає приблизно еквівалентне число іонів Н ⁺. Отже, дихання відіграє надзвичайно важливу роль у підтримці кислотно-лужного стану. Так, якщо в результаті порушень обміну речовин в тканинах кислотність крові збільшується і розвивається стан помірного метаболічного (нереспіраторного) ацидозу, рефлекторно (дихальний центр) зростає інтенсивність легеневої вентиляції (гіпервентиляція). В результат »» видаляється велика кількість СО2 і, відповідно, водневих іонів (Н ⁺ ), завдяки чому рН повертається до початкового рівня. Навпаки, збільшення вмісту підстав (метаболічний нереспіраторних алкалоз) супроводжується зменшенням інтенсивності вентиляції (гіповентиляції), тиск СО ₂ і концентрація іонів Н ⁺ зростають, а зрушення рН в лужну сторону компенсується.

Роль ночек. Третім регулятором кислотно-основного стану є нирки, які видаляють з організму іони Н ⁺ і реабсорбируют бікарбонат натрію (NaHCO3). Ці важливі процеси здійснюються переважно в ниркових канальцях. При цьому використовуються три основних механізми:

Обмін іонів водню на іони натрію. В основі цього процесу лежить активується карбоангидразой реакція: СО ₂ + Н ₂ О = Н ₂ СО ₃; утворюється вуглекислота (Н2СО3) дисоціює па іони Н ⁺ і НСО ³. Іони виділяються в просвіт канальців, а па їх місце з канальцевої рідини надходить еквівалентну кількість іонів натрію (Na ⁺ ). В результаті організм звільняється від водневих іонів і в той же час заповнює запаси бікарбонату натрію (NaHCO3), який реабсорбируется в інтерстиціальну тканину нирки і потрапляє в кров.

Ацидогенез. Аналогічним чином відбувається обмін ионон Н ⁺ на іони Nа ⁺ за участю двухосновного фосфату. Виділяються в просвіт канальця водневі іони зв'язуються аніоном НРО4 ² з утворенням одноосновного фосфату натрію (NаН2РО4). Одночасно еквівалентну кількість іонів Nа ⁺ надходить в епітеліальну клітину канальця і зв'язується з іоном НСО ³ з утворенням бікарбонату Nа ⁺ (NаНСО3). Останній реабсорбируется і надходить у загальний кровообіг.

Аммоніогенез здійснюється в дистальних ниркових канальцях, де з глютамина і інших амінокислот утворюється аміак. Останній нейтралізує HCl сечі і пов'язує водневі іони з утворенням Nа ⁺ і С1 ^-. Реабсорбується натрій в поєднанні з іоном НСО ³ також утворює бікарбонат натрію (NaНСО3).

Таким чином, в канальцевої рідини більша частина іонів Н ⁺, що надходять з епітелію канальців, зв'язується з іонами НСО ³, НРО4 ² і виводиться з сечею. Одночасно відбувається надходження еквівалентної кількості іонів натрію в клітини канальців з утворенням бікарбонату натрію (NаНСО3), який реабсорбируется в канальцях і заповнює лужної компонент бикарбонатного буфера.

Основні показники кислотно-основного стану

У клінічній практиці для оцінки кислотно-лужного стану використовують такі показники артеріальної кропи:

1. рН крові величина негативного десяткового логарифма молярної концентрації іонів Н ⁺. РН артеріальної крові (плазми) при 37 ° С коливається у вузьких межах (7,35-7,45). Нормальні значення рН ще не означають відсутності порушень кислотно-основного стану та можуть зустрічатися при так званих компенсованих варіантах ацидозу і алкалозу.
2. Расо ₂ - парціальний тиск СО ₂ в артеріальній крові. Нормальні значення Расо ₂ - 35-45 мм, рт. Ст. У чоловіків і 32-43 мм рт. Ст. У жінок.
3. Буферні підстави (ВВ) - сума всіх аніонів крові, що володіють буферними властивостями (в основному бікарбонатів і білкових іонів). Нормальна величина ВВ становить в середньому 48,6 моль / л (від 43,7 до 53,5 ммоль / л).
4. Стандартний бікарбонат (SВ) - вміст іона бікарбонату в плазмі. Нормальні величини у чоловіків - 22,5-26,9 ммоль / л, у жінок - 21,8-26,2 ммоль / л. Цей показник не відображає буферний ефект білків.
5. Надлишок підстав (ВЕ) - різниця між фактичною величиною змісту буферних підстав і їх нормальним значенням (нормальна величина становить від - 2,5 до + 2,5 ммоль / л). У капілярної крові значення цього показника складають від -2,7 до +2,5 у чоловіків і від -3,4 до +1,4 у жінок.

У клінічній практиці зазвичай використовують 3 показника кислотно-основного стану: рН, Расо ₂ і ВЕ.

Зміни кислотно-лужного стану при дихальної недостатності

При багатьох патологічних станах, у тому числі при дихальної недостатності, в крові може накопичуватися настільки велика кількість кислот або підстав, що описані вище регуляторні механізми (буферні системи крові, дихальна і видільна системи) вже не можуть підтримувати рН на постійному рівні, і розвиваються ацидоз або алкалоз.

1. Ацидоз - це порушення кислотно-основного стану, при якому в крові з'являється абсолютний або відносний надлишок кислот і підвищується концентрація водневих іонів (рН <7,35).
2. Алкалоз характеризується абсолютним або відносним збільшенням кількості підстав і зниженням концентрації водневих іонів (рН> 7,45).

За механізмами виникнення розрізняють 4 види порушень кислотно-основного стану, кожен з яких може бути компенсований і декомпенсованим:

1. респіраторний ацидоз;
2. респіраторний алкалоз;
3. нереспіраторних (метаболічний) ацидоз;
4. нереспіраторних (метаболічний) алкалоз.

Аспіраторний ацидоз

Респіраторний ацидоз розвивається при важких тотальні порушення легеневої вентиляції (альвеолярної гіповентиляції). В основі цих змін кислотно-лужного стану лежить підвищення парціального тиску СО ₂ в артеріальній крові Расо ₂ ).

При компенсованому респіраторному ацидозі рН крові не змінюється внаслідок дії описаних вище компенсаторних механізмів. Найважливішими з них є 6ікарбонатний і білковий (гемоглобін) буфер, а також нирковий механізм виділення іонів H ⁺ і затримки бікарбонату натрію (NаНСО3).

У разі гиперкапнической (вентиляційної) дихальної недостатності механізм посилення легеневої вентиляції (гіпервентиляції) і видалення іонів H ⁺ і СО2 при респіраторному ацидозі практичного значення не має, оскільки у таких хворих за визначенням є первинна легенева гіповентиляція, обумовлена тяжкою легеневою або позалегеневий патологією. Вона супроводжується значним збільшенням парціального тиску СО2 в крові - гіперкапііей. У зв'язку з ефективною дією буферних систем і, особливо, в результаті включення ниркового компенсаторного механізму затримки бікарбонату натрію у хворих збільшений вміст стандартного бікарбонату (SB) і надлишку підстав (ВЕ).

Таким чином, для компенсованого респіраторного ацидозу характерні:

1. Нормальні значення рН крові.
2. Збільшення парціального тиску С0 ₂ в крові (РаС0 ₂ ).
3. Збільшення стандартного бікарбонату (SB).
4. Збільшення надлишку підстав (ВЕ).

Виснаження і недостатність механізмів компенсації призводить до розвитку декомпенсованого респіраторного ацидозу, при якому рН плазми знижується нижче 7,35. У частині випадків рівні стандартного бікарбонату (SB) і надлишку підстав (ВЕ) також знижуються до нормальних значень, що вказує па виснаження запасом підстав.

Респіраторний алкалоз

Вище було показано, що паренхиматозная дихальна недостатність в частині випадків супроводжується гипокапнией, обумовленої вираженою компенсаторною гіпервентиляцією непошкоджених альвеол. У цих випадках респіраторний алкалоз розвивається внаслідок посиленого виведення вуглекислого газу при порушенні зовнішнього дихання гипервентиляционного характеру. В результаті збільшується відношення НСО3 ^- / Н2СО3 і, відповідно, зростає рН крові.

Компенсація при респіраторному алкалозі можлива лише па тлі хронічної дихальної недостатності. Її основний механізм - зниження секреції водневих іонів і пригнічення реабсорбції бікарбонату в ниркових канальцях. Це призводить до компенсаторного зниження стандартного бікарбонату (SB) і до дефіциту підстав (негативна величина ВЕ).

Таким чином, для компенсованого респіраторного алкалозу характерні:

1. Нормальне значення рН крові.
2. Значне зменшення рСО2 в крові.
3. Компенсаторное зменшення стандартного бікарбонату (SB).
4. Компенсаторний дефіцит підстав (негативна величина ВЕ).

При декомпенсації респіраторного алкалозу зростає рН крові, а раніше знижені показники SB і ВЕ можуть досягати нормальних значень.

Нереспіраторних (метаболічний) ацидоз

Нереспіраторних (метаболічний) ацидоз - це найбільш важка форма порушення кислотно-основного стану, яка може розвинутися у хворих з дуже важкої дихальної недостатності, вираженоюгипоксемией крові і гіпоксією органів та тканин. Механізм розвитку нереспіраторного (метаболічного) ацидозу в цьому випадку пов'язаний з накопиченням в крові так званих нелетких кислот (молочної кислоти, бета-оксимасляної, ацето оцтової та ін.). Нагадаємо, що крім важкої дихальної недостатності, причинами нереспіраторного (метаболічного) ацидозу можуть стати:

1. Виражені порушення метаболізму тканин при декомпенсованому цукровому діабеті, тривалому голодуванні, тиреотоксикозі, лихоманці, гіпоксії органон на тлі важкої серцевої недостатності і т.зв.
2. Захворювання нирок, що супроводжуються переважним ураженням ниркових канальців, що призводить до порушення екскреції водневих іонів і реабсорбції бікарбонату натрію (нирковий канальцевий ацидоз, ниркова недостатність і ін.)
3. Втрата організмом великої кількості підстав у вигляді бікарбонатів з травними соками (діарея, блювота, стеноз воротаря, хірургічні втручання). Прийом деяких ліків (хлорид амонію, хлорид кальцію, саліцилати, інгібітори карбоангідрази та ін.).

При компенсованому нереспіраторних (метаболічному) ацидозі в процес компенсації включається бікарбонатний буфер крові, який пов'язує накопичуються в організмі кислоти. Зменшення вмісту бікарбонату натрію призводить до відносного збільшення концентрації вугільної кислоти (Н2СО3), яка дисоціює на H2О і СО2. Іони Н ⁺ зв'язуються з протеїнами, переважно гемоглобіном, в зв'язку з чим з еритроцитів, в обмін на що входять туди катіони водню, виходять Nа ⁺, Ca ²⁺ і К ⁺.

Таким чином, для компенсованого метаболічного ацидозу характерні:

1. Нормальний рівень рН крові.
2. Зменшення стандартних бікарбонатів (БВ).
3. Дефіцит буферних підстав (негативна величина ВЕ).

Виснаження і недостатність описаних компенсаторних механізмів призводять розвитку декомпенсованого нереспіраторного (метаболічного) ацидозу, при якому рН крові знижується до рівня менше 7,35.

Нереспіраторних (метаболічний) алкалоз

Нереспіраторних (метаболічний) алкалоз при дихальної недостатності не характерний.

Інші ускладнення дихальної недостатності

Зміни газового складу крові, кислотно-лужного стану, а також порушення легеневої гемодинаміки у важких випадках дихальної недостатності призводять до тяжких ускладнень про боку інших органів і систем, включаючи головний мозок, серце, нирки, шлунково-кишковий тракт, судинну систему і т.п .

Для гострої дихальної недостатності більш характерні відносно швидко розвиваються важкі системні ускладнення, в основному обумовлені вираженою гіпоксією органів тканин, що призводить до порушень відбуваються в них обмінних процесів і виконуваних ними функцій. Виникнення поліорганної недостатності на тлі гострої дихальної недостатності значно підвищує ризик несприятливого результату хвороби. Нижче наведено далеко не повний перелік системних ускладнень дихальної недостатності:

1. Кардіальні і судинні ускладнення:
   • ішемія міокарда;
   • аритмії серця;
   • зниження ударного об'єму і серцевого викиду;
   • артеріальна гіпотонія;
   • тромбоз глибоких вей;
   • ТЕЛА.
2. Нервово-м'язові ускладнення:
   • ступор, сопор, кома;
   • психоз;
   • бреду;
   • полінейропатія критичного стану;
   • контрактури;
   • м'язова слабкість.
3. Інфекційні ускладнення:
   • сепсис;
   • абсцес;
   • нозокомиальная пневмонія;
   • пролежні;
   • інші інфекції.
4. Гастроінтестинальні ускладнення:
   • гостра виразка шлунка;
   • шлунково-кишкові кровотечі;
   • ураження печінки;
   • недостатність харчування;
   • ускладнення ентерального і парентерального харчування;
   • бескаменный холецистит.
5. Ниркові ускладнення:
   • гостра ниркова недостатність;
   • електролітні порушення і ін.

Слід враховувати також можливість розвитку ускладнень, пов'язаних з наявністю в просвіті трахеї інтубаційної трубки, а також з проведенням ШВЛ.

При хронічній дихальній недостатності вираженість системних ускладнень істотно менше, ніж при гострій, і на перший план виступають формування 1) легеневої артеріальної гіпертензії і 2) хронічного легеневого серця.

Легенева артеріальна гіпертензія у хворих з хронічною дихальною недостатністю формується під дією декількох патогенетичних механізмів, основним з яких є хронічна альвеолярна гіпоксія, що призводить до виникнення гіпоксичної легеневої вазоконстрикції. Цей механізм відомий під назвою рефлексу Ейлера-Лільестраіда. В результаті дії цього рефлексу місцевий легеневий кровотік пристосовується до рівня інтенсивності легеневої вентиляції, тому вентиляційно-перфузійні відношення не порушуються або стають менш вираженими. Однак якщо альвеолярна гіповентиляція виражена в великій мірі і поширюється на великі ділянки легеневої тканини, розвивається генералізований підвищення тонусу легеневих артеріол, що приводить до підвищення загального легеневого судинного опору і розвитку легеневою артеріальною гіпертензією.

Формуванню гіпоксичної легеневої вазоконстрикції сприяють також гиперкапния, порушення бронхіальної прохідності і ендотеліальна дисфункція Особливу роль у виникненні легеневою артеріальною гіпертензією грають анатомічні зміни легеневого судинного русла: здавлення і запустевание артеріол і капілярів внаслідок поступово прогресуючих фіброзу легеневої тканини і емфіземи легенів, потовщення судинно!) Стінки за рахунок гіпертрофії м'язових клітин медії, розвиток в умовах хронічного порушення кровотоку і вище ної агрегації тромбоцитів мікротромбозів, рецидивні тромбоемболії дрібних гілок легеневої артерії та ін.

Хронічне легеневе серце закономірно розвивається у всіх випадках тривало протікаючих захворювань легенів, хронічного дихальної недостатності, прогресуючої легеневої артеріальною гіпертензією. Але сучасним уявленням, тривалий процес формування хронічного легеневого серця включає виникнення цілого ряду структурно-функціональних змін в правих відділах серця, найбільш значущими з яких є гіпертрофія міокарда правих шлуночка і передсердя, розширення їх порожнин, кардіофіброз, діастолічна та систолічна дисфункція правого шлуночка, формування відносної недостатності тристулкового клапана, підвищення ЦВТ, застійні явища в венозному руслі великого кола кровообігу. Ці зміни обумовлені формуванням при хронічній дихальній недостатності легеневої легеневої гіпертензії, стійкого пли транзиторного збільшення постнавантаження на правий шлуночок, зростання внутріміокардіального тиску, а також активації тканинних нейрогормональних систем, виділенню цитокінів, розвитку зндотеліальной дисфункції.

Залежно від відсутності або наявності ознак правошлуночкової серцевої недостатності виділяють компенсований і декомпенсированное хронічне легеневе серце.

Для гострої дихальної недостатності найбільш характерно виникнення системних ускладнень (кардіальних, судинних, ниркових, неврологічних, гастроінтестинальних і ін.), Які істотно підвищують ризик несприятливого результату захворювання. Для хронічної дихальної недостатності більш характерно поступовий розвиток легеневої гіпертензії і хронічного легеневого серця.

[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8]