Физиологическое значение системы органов дыхания
Главная функция системы органов дыхания - это газообмен. Кислород поступает в легкие во время вдоха и из альвеол диффундирует в кровь, растворяясь в плазме и соединяясь с гемоглобином (оксигенация). Углекислый газ (CO2) диффундирует из капилляров в альвеолы, откуда выделяется во время выдоха (вентиляция). Острые нарушения дыхания могут возникать при любых поражениях дыхательных путей, легких, или при нервно-мышечных заболеваниях, когда ухудшается оксигенация или вентиляция.
У детей высокий уровень метаболизма и, следовательно, высокая потребность в кислороде на килограмм массы тела. Потребление кислорода у младенцев составляет 6 - 8 мл/кг в минуту по сравнению с 3 - 4 мл/кг в минуту у взрослых [1]. Поэтому при возникновении у ребенка апноэ или альвеолярной гиповентиляции, гипоксемия и тканевая гипоксия могут развиться быстрее, чем у взрослого.
Возникновение и развитие дыхательных нарушении может привести к:
Гипоксемия (Недостаточная оксигенация)
Недостаточная оксигенация крови приводит к гипоксемии, снижению сатурации (насыщения) гемоглобина кислородом. С помощью пульсоксиметрии проводится неинвазивная оценка сатурации кислородом артериальной крови (SaO2) посредством определения сатурации оксигемоглобина (SpO2). У обычного ребенка, SpO2 lt;94% при дыхании комнатным воздухом, означает гипоксемию.
Тканевая гипоксия развивается при недостаточной оксигенации тканей. В начале ребенок может компенсировать эти нарушения увеличением частоты и усилия при дыхании для повышения оксигенации артериальной крови. Кроме того, у детей часто развивается тахикардия, что повышает сердечный выброс и помогает компенсировать низкое содержание кислорода увеличением кровотока для поддержания доставки кислорода. По мере усиления тканевой гипоксии, утяжеляются клинические признаки нарушения функции сердечно-сосудистой и дыхательной систем.
Признаки тканевой гипоксии включают:
Важно проводить различие между гипоксемией и тканевой гипоксией. Присутствие тканевой гипоксии означает неадекватность доставки кислорода к тканям. Гипоксемия, это низкое насыщение кислородом артериальной крови, что определяется как SaO2 lt;94%. Отметим, что гипоксемия не всегда приводит к тканевой гипоксии. Несмотря на гипоксемию, оксигенация тканей может поддерживаться благодаря механизмам компенсации - увеличению кровотока и кислородной емкости крови (т.е. концентрации гемоглобина). И наоборот, напряжение кислорода в артериальной крови и насыщение гемоглобина кислородом могут быть достаточными, но содержание кислорода в артериальной крови и доставка кислорода к тканям могут быть недостаточными.
Следующие термины иногда используются при описании этиологии тканевой гипоксии:
состояние приводит к снижению кислородной емкости крови.
Ишемическая гипоксия - тканевой кровоток слишком низок. Концентрация гемоглобина и его насыщение кислородом могут быть нормальными, но выраженная вазоконстрикция, снижение насосной функции сердца, гиповолемия, или другие обстоятельства, приводят к снижению тканевого кровотока.
Гистотоксическая (цитотоксическая) гипоксия - к тканям доставляется нормальное количество кислорода, однако их способность потреблять кислород нарушена (например, при отравлениях цианидами или угарным газом).
Оксигенация тканей определяется несколькими факторами, такими как концентрация гемоглобина. Содержание кислорода в артериальной крови, это количество кислорода, связанного с гемоглобином плюс несвязанный (растворенный) в артериальной крови кислород. В значительной степени это определяется концентрацией (g/L) гемоглобина (Hb) и его насыщением кислородом (SaO2). Для определения содержания гемоглобина в артериальной крови используется следующее уравнение:
Содержание кислорода = [1,36 * концентрация Hb * SaO2] + (0,003 * PaO2)
При нормальных условиях, количество растворенного кислорода (0,003 * PaO2), является
несущественной частью общего содержания кислорода в артериальной крови. Но у ребенка с тяжелой анемией, увеличение растворенного кислорода может существенно увеличить общее содержание кислорода в артериальной крови.
В зависимости от причин возникновения респираторного дистресса и дыхательной недостаточности, механизмы развития гипоксемии могут быть различными (Таблица).
Таблица. Механизмы развития гипоксемии
Использование ПДКВ у детей с астмой требует тщательного подбора значения и консультации специалиста.
**При пневмонии, ARDS, и других паренхиматозных болезнях легких, нарушение V/Q часто сочетается с полным шунтированием крови через невентилируемые отделы легких.
Гиперкарбия (Недостаточная вентиляция)
Альвеолярная гиповентиляция приводит к гиперкарбии, то есть повышению напряжения углекислого газа (PaCO2) в крови.
CO2 - конечный продукт тканевого метаболизма. В норме он выделяется через легкие для поддержания кислотно-щелочного гомеостаза. При недостаточной вентиляции, снижается выделение CO2 и повышается PaCO2, что приводит к респираторному ацидозу. Недостаточная вентиляция может возникнуть при снижении респираторного усилия (центральная гиповентиляция). Также причинами недостаточной вентиляции могут быть заболевания дыхательных путей или паренхиматозные болезни легких.
У детей с недостаточной вентиляцией типично развитие тахипноэ (для устранения избытка CO2). Исключение составляют дети с угнетением дыхательного центра в результате действия медикаментов/наркотиков или при патологии центральной нервной системы, когда гиперкапния не сопровождается компенсаторным увеличением частоты дыхания. Ребенок с угнетением дыхательного центра требует тщательного наблюдения и обследования. Тяжесть последствий недостаточной вентиляции зависит от степени повышения PCO2 в крови и выраженности респираторного ацидоза.
Симптомы недостаточной вентиляции довольно неспецифичны и представлены одним или более из следующего:
Для выявления недостаточной вентиляции большое значение имеет наблюдение. Симптомы недостаточной вентиляции и гипоксемии могут быть одинаковыми. Если у ребенка есть признаки ^ гипоксемии, дайте кислород, чтобы увеличить сатурацию кислородом в крови. Вы можете ; обнаружить гиперкарбию при исследовании газов артериальной крови (если доступно).
Изменение психического статуса - важный признак недостаточной вентиляции. Если при назначении кислорода гипоксемия уменьшается, но концентрация CO2 тем не менее возрастает, клиническое состояние ребенка будет изменяться от возбуждения и беспокойства к заторможенности.
Главная функция системы органов дыхания - это газообмен. Кислород поступает в легкие во время вдоха и из альвеол диффундирует в кровь, растворяясь в плазме и соединяясь с гемоглобином (оксигенация). Углекислый газ (CO2) диффундирует из капилляров в альвеолы, откуда выделяется во время выдоха (вентиляция). Острые нарушения дыхания могут возникать при любых поражениях дыхательных путей, легких, или при нервно-мышечных заболеваниях, когда ухудшается оксигенация или вентиляция.
У детей высокий уровень метаболизма и, следовательно, высокая потребность в кислороде на килограмм массы тела. Потребление кислорода у младенцев составляет 6 - 8 мл/кг в минуту по сравнению с 3 - 4 мл/кг в минуту у взрослых [1]. Поэтому при возникновении у ребенка апноэ или альвеолярной гиповентиляции, гипоксемия и тканевая гипоксия могут развиться быстрее, чем у взрослого.
Возникновение и развитие дыхательных нарушении может привести к:
- Гипоксемии - недостаточной оксигенации артериальной крови
- Гиперкарбии - недостаточной вентиляции
- Сочетанию гипоксемии и гиперкарбии
Гипоксемия (Недостаточная оксигенация)
Недостаточная оксигенация крови приводит к гипоксемии, снижению сатурации (насыщения) гемоглобина кислородом. С помощью пульсоксиметрии проводится неинвазивная оценка сатурации кислородом артериальной крови (SaO2) посредством определения сатурации оксигемоглобина (SpO2). У обычного ребенка, SpO2 lt;94% при дыхании комнатным воздухом, означает гипоксемию.
Тканевая гипоксия развивается при недостаточной оксигенации тканей. В начале ребенок может компенсировать эти нарушения увеличением частоты и усилия при дыхании для повышения оксигенации артериальной крови. Кроме того, у детей часто развивается тахикардия, что повышает сердечный выброс и помогает компенсировать низкое содержание кислорода увеличением кровотока для поддержания доставки кислорода. По мере усиления тканевой гипоксии, утяжеляются клинические признаки нарушения функции сердечно-сосудистой и дыхательной систем.
Признаки тканевой гипоксии включают:
- Тахипноэ
- Бледность
- Раздувание крыльев носа, втяжения
- Возбуждение, беспокойство
- Цианоз (в конце)
- Изменение психического статуса
- Утомление
- Брадипноэ, апноэ (в конце)
- Тахикардия (в начале)
- Брадикардия (в конце)
Важно проводить различие между гипоксемией и тканевой гипоксией. Присутствие тканевой гипоксии означает неадекватность доставки кислорода к тканям. Гипоксемия, это низкое насыщение кислородом артериальной крови, что определяется как SaO2 lt;94%. Отметим, что гипоксемия не всегда приводит к тканевой гипоксии. Несмотря на гипоксемию, оксигенация тканей может поддерживаться благодаря механизмам компенсации - увеличению кровотока и кислородной емкости крови (т.е. концентрации гемоглобина). И наоборот, напряжение кислорода в артериальной крови и насыщение гемоглобина кислородом могут быть достаточными, но содержание кислорода в артериальной крови и доставка кислорода к тканям могут быть недостаточными.
Следующие термины иногда используются при описании этиологии тканевой гипоксии:
- Гипоксемическая гипоксия - снижение насыщения кислородом артериальной крови.
- Анемическая гипоксия - насыщение артериальной крови кислородом нормальное, но общее содержание кислорода в крови уменьшено из-за низкой концентрации гемоглобина. Это
состояние приводит к снижению кислородной емкости крови.
Ишемическая гипоксия - тканевой кровоток слишком низок. Концентрация гемоглобина и его насыщение кислородом могут быть нормальными, но выраженная вазоконстрикция, снижение насосной функции сердца, гиповолемия, или другие обстоятельства, приводят к снижению тканевого кровотока.
Гистотоксическая (цитотоксическая) гипоксия - к тканям доставляется нормальное количество кислорода, однако их способность потреблять кислород нарушена (например, при отравлениях цианидами или угарным газом).
Оксигенация тканей определяется несколькими факторами, такими как концентрация гемоглобина. Содержание кислорода в артериальной крови, это количество кислорода, связанного с гемоглобином плюс несвязанный (растворенный) в артериальной крови кислород. В значительной степени это определяется концентрацией (g/L) гемоглобина (Hb) и его насыщением кислородом (SaO2). Для определения содержания гемоглобина в артериальной крови используется следующее уравнение:
Содержание кислорода = [1,36 * концентрация Hb * SaO2] + (0,003 * PaO2)
При нормальных условиях, количество растворенного кислорода (0,003 * PaO2), является
несущественной частью общего содержания кислорода в артериальной крови. Но у ребенка с тяжелой анемией, увеличение растворенного кислорода может существенно увеличить общее содержание кислорода в артериальной крови.
В зависимости от причин возникновения респираторного дистресса и дыхательной недостаточности, механизмы развития гипоксемии могут быть различными (Таблица).
Таблица. Механизмы развития гипоксемии
|
Фактор |
Механизм |
Лечение |
Причины |
|
Низкое PO2 в окружающем воздухе |
Снижение PaO2 |
Назначение кислорода |
Увеличение высоты (снижение атмосферного давления) |
|
Альвеолярная гиповентиляция |
Увеличение напряжения углекислого газа (PaCO2), или гиперкарбия, приводит к вытеснению O2 из альвеол, вызывая снижение парциального давления кислорода в альвеолах и снижение PaO2, или гипоксемию. |
Восстановление нормальной вентиляции, назначение кислорода |
|
|
Нарушение диффузии |
Нарушение перемещения O2 и CO2 через альвеолокапиллярную мембрану, приводящее к снижению PaO2 и в тяжелых случаях - к увеличению PaCO2 (гиперкарбии) |
Назначение кислорода с постоянным положительным давлением в дыхательных путях (CPAP) или инвазивная вентиляция с положительным давлением в конце выдоха (ПДКВ) |
•Альвеолярный протеиноз • Интерстициальная пневмония |
|
Нарушение вентиляционно- перфузионного соотношения (V/Q) |
Несоответствие вентиляции и перфузии - недостаточная оксигенация крови, проходящей через легкие, приводящая к снижению PaO2 и в меньшей степени - к увеличению PaCO2 |
ПДКВ для увеличения среднего давления в дыхательных путях*, назначение кислорода, вспомогательная вентиляция |
•Бронхиолит •Аспирационная пневмония |
|
Шунт |
Полное/постоянное шунтирование или перфузия невентилируемых областей легких, приводящие к снижению PaO2 и в крайних случаях - к увеличению PaCO2 |
Коррекция дефекта (назначение кислорода эффекта не оказывает) |
•Внесердечный (легочный)
|
Использование ПДКВ у детей с астмой требует тщательного подбора значения и консультации специалиста.
**При пневмонии, ARDS, и других паренхиматозных болезнях легких, нарушение V/Q часто сочетается с полным шунтированием крови через невентилируемые отделы легких.
Гиперкарбия (Недостаточная вентиляция)
Альвеолярная гиповентиляция приводит к гиперкарбии, то есть повышению напряжения углекислого газа (PaCO2) в крови.
CO2 - конечный продукт тканевого метаболизма. В норме он выделяется через легкие для поддержания кислотно-щелочного гомеостаза. При недостаточной вентиляции, снижается выделение CO2 и повышается PaCO2, что приводит к респираторному ацидозу. Недостаточная вентиляция может возникнуть при снижении респираторного усилия (центральная гиповентиляция). Также причинами недостаточной вентиляции могут быть заболевания дыхательных путей или паренхиматозные болезни легких.
У детей с недостаточной вентиляцией типично развитие тахипноэ (для устранения избытка CO2). Исключение составляют дети с угнетением дыхательного центра в результате действия медикаментов/наркотиков или при патологии центральной нервной системы, когда гиперкапния не сопровождается компенсаторным увеличением частоты дыхания. Ребенок с угнетением дыхательного центра требует тщательного наблюдения и обследования. Тяжесть последствий недостаточной вентиляции зависит от степени повышения PCO2 в крови и выраженности респираторного ацидоза.
Симптомы недостаточной вентиляции довольно неспецифичны и представлены одним или более из следующего:
- Тахипноэ или несоответствие частоты дыхания возрасту и клиническому состоянию
- Раздувание крыльев носа, втяжения
- Возбуждение, беспокойство
- Изменение психического статуса
Для выявления недостаточной вентиляции большое значение имеет наблюдение. Симптомы недостаточной вентиляции и гипоксемии могут быть одинаковыми. Если у ребенка есть признаки ^ гипоксемии, дайте кислород, чтобы увеличить сатурацию кислородом в крови. Вы можете ; обнаружить гиперкарбию при исследовании газов артериальной крови (если доступно).
Изменение психического статуса - важный признак недостаточной вентиляции. Если при назначении кислорода гипоксемия уменьшается, но концентрация CO2 тем не менее возрастает, клиническое состояние ребенка будет изменяться от возбуждения и беспокойства к заторможенности.