Гиперкапния

Гиперкапния
Другие имена	Гиперкапния, CO 2 , отравление углекислым газом задержка
Основные симптомы отравления углекислым газом по увеличению объемного процента в воздухе.
Специальность	Пульмонология , медицина интенсивной терапии

Гиперкапния (от греческого «гипер» = «выше» или «слишком много» и «капнос » = « дым »), также известная как гиперкапния и CO ₂ задержка , представляет собой состояние аномально повышенного уровня углекислого газа (CO ₂ ) в крови. Углекислый газ является газообразным продуктом организма метаболизма и обычно выводится через легкие . Углекислый газ может накапливаться при любых состояниях, вызывающих гиповентиляцию , снижение альвеолярной вентиляции (выведение воздуха из мелких мешочков легких, где происходит газообмен ), а также в результате вдыхания CO ₂ . Неспособность легких очищать углекислый газ или вдыхание повышенного уровня CO ₂ приводит к респираторному ацидозу . В конце концов организм компенсирует повышенную кислотность, сохраняя щелочь в почках. Этот процесс известен как «метаболическая компенсация».

Острая гиперкапния называется острой гиперкапнической дыхательной недостаточностью ( оГРН ) и требует неотложной медицинской помощи, поскольку обычно возникает в контексте острого заболевания. Хроническая гиперкапния, при которой обычно присутствует метаболическая компенсация, может вызывать симптомы, но обычно не является неотложной ситуацией. В зависимости от сценария обе формы гиперкапнии можно лечить медикаментозно, с помощью неинвазивной вентиляции с использованием маски или механической вентиляции .

Гиперкапния представляет собой опасность подводного плавания, связанную с нырянием с задержкой дыхания, подводным плаванием с аквалангом, особенно с ребризерами, и глубокими погружениями, когда она связана с повышенной плотностью дыхательного газа из-за высокого давления окружающей среды.

Признаки и симптомы

Гиперкапния может возникнуть на фоне основного заболевания, и симптомы могут быть связаны с этим состоянием или непосредственно с гиперкапнией. Специфическими симптомами, связанными с ранней гиперкапнией, являются одышка (одышка), головная боль, спутанность сознания и летаргия. Клинические признаки включают покраснение кожи, полный пульс (частотный пульс), учащенное дыхание , преждевременное сердцебиение , мышечные подергивания и взмахи руками ( астериксис ). риск опасных нарушений сердечного ритма . Повышается Гиперкапния также возникает, когда дыхательный газ загрязнен двуокисью углерода или газообмен в дыхательных путях не успевает за метаболическим производством углекислого газа, что может произойти, когда плотность газа ограничивает вентиляцию при высоком атмосферном давлении.

При тяжелой гиперкапнии (обычно ${P_{a_{CO_{2}}}}$ выше 10 кПа или 75 мм рт.ст. ), симптоматика прогрессирует до дезориентации, паники , гипервентиляции , судорог , потери сознания и, в конечном итоге, смерти .

Причины

Углекислый газ является нормальным продуктом обмена веществ, но он накапливается в организме, если вырабатывается быстрее, чем выводится. Во время напряженных физических упражнений скорость производства углекислого газа может увеличиться более чем в десять раз по сравнению со скоростью производства во время покоя. Углекислый газ растворяется в крови и выводится путем газообмена в легких при дыхании. Гиперкапния обычно вызвана гиповентиляцией , заболеванием легких или нарушением сознания . Это также может быть вызвано воздействием окружающей среды, содержащей аномально высокие концентрации углекислого газа, например, в результате вулканической или геотермальной активности, или при повторном вдыхании выдыхаемого углекислого газа . В этой ситуации гиперкапния может также сопровождаться респираторным ацидозом .

Острая гиперкапническая дыхательная недостаточность может возникнуть при остром заболевании, вызванном хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ), деформацией грудной клетки, некоторыми формами нервно-мышечных заболеваний (например, миастении ) и синдромом гиповентиляции при ожирении . ОГСН может также развиваться при любой форме дыхательной недостаточности, при которой дыхательные мышцы истощаются, например, при тяжелой пневмонии и острой тяжелой астме . Это также может быть следствием глубокого подавления сознания, например, передозировки опиоидов .

Во время погружения

Нормальное дыхание у дайверов приводит к альвеолярной гиповентиляции , приводящей к неадекватному удалению CO ₂ или гиперкапнии. Работа Ланфьера в Экспериментальном водолазном подразделении ВМС США ответила на вопрос: «Почему дайверы недостаточно дышат?»:

• Повышенное содержание вдыхаемого кислорода ( ${P_{i_{O_{2}}}}$) при 4 атм (400 кПа) приходилось не более 25% повышения содержания CO ₂ в конце прилива (ET _{CO 2} ) Вышеуказанные значения получены при той же скорости работы при дыхании воздухом чуть ниже поверхности.
• Повышенная работа дыхания обуславливает большую часть подъема ${P_{a_{CO_{2}}}}$ ( уравнение альвеолярного газа ) при воздействиях выше 1 атм (100 кПа), о чем свидетельствуют результаты, когда азот был заменен гелием при давлении 4 атм (400 кПа).
• На неадекватную дыхательную реакцию на нагрузку указывал тот факт, что, несмотря на значения в покое в пределах нормы, ${P_{et_{CO_{2}}}}$ заметно возрастал при нагрузке, даже когда дайверы дышали воздухом на глубине всего несколько футов.

Существует множество причин, по которым углекислый газ не выводится полностью при выдохе дайвера:

• Дайвер выдыхает в замкнутое пространство, которое не позволяет всему CO ₂ выходить в окружающую среду, например, в длинную трубку , полнолицевую маску для дайвинга или водолазный шлем , а затем дайвер снова вдыхает из этого мертвого пространства .
• Скруббер углекислого газа дайвера в ребризере не может удалить достаточное количество углекислого газа из контура (более высокий уровень вдыхаемого CO ₂ ), дыхательный газ загрязнен CO ₂ или обратные клапаны в дыхательном контуре неисправны.
• Дайвер перенапрягается, выделяя избыток углекислого газа из-за повышенной метаболической активности, и газообмен в дыхательных путях не успевает за метаболическим производством углекислого газа.
• Плотность газа ограничивает вентиляцию при высоком атмосферном давлении. Плотность выше на глубине, поэтому усилие, необходимое для полного вдоха и выдоха , дыхательного газа увеличивается, что затрудняет дыхание и делает его менее эффективным (высокая работа дыхания ). Более высокая плотность газа также приводит к тому, что смешивание газов в легких становится менее эффективным, что увеличивает эффективное мертвое пространство.
• Дайвер намеренно создает гиповентиляцию , известную как «пропуск дыхания».

Пропустить дыхание

Пропускное дыхание — спорный метод сохранения дыхательного газа при использовании акваланга с открытым контуром , который заключается в кратковременной задержке дыхания между вдохом и выдохом (т. е. «пропуске» дыхания). Это может привести к тому, что CO ₂ не будет эффективно выдыхаться. Риск разрыва легкого ( легочная баротравма при подъеме) увеличивается, если во время подъема задерживается дыхание. Это особенно контрпродуктивно при использовании ребризера , в котором в процессе дыхания газ прокачивается по «петле», проталкивая углекислый газ через скруббер и смешивая только что введенный кислород.

замкнутого цикла При погружениях с ребризером выдыхаемый углекислый газ необходимо удалять из дыхательной системы, обычно с помощью скруббера, содержащего твердое химическое соединение с высоким сродством к CO ₂ , такое как натронная известь . Если его не удалить из системы, его можно вдохнуть повторно, что приведет к увеличению концентрации во вдыхании.

В гипербарических условиях гиперкапния способствует азотному наркозу и кислородной токсичности , вызывая расширение сосудов головного мозга, что увеличивает дозу кислорода, поступающего в мозг.

Механизм

Гиперкапния обычно вызывает рефлекс, который увеличивает дыхание и доступ кислорода (O ₂ ), например, пробуждение и поворот головы во время сна. Нарушение этого рефлекса может привести к летальному исходу, например, как фактор, способствующий развитию синдрома внезапной детской смерти .

Гиперкапния может вызывать увеличение сердечного выброса, повышение артериального давления (более высокие уровни углекислого газа стимулируют аортальные и сонные хеморецепторы с афферентами -CN IX и X- к продолговатому мозгу с последующими хроно- и инотропными эффектами), и склонность к сердечным аритмиям . Гиперкапния может повысить сопротивление легочных капилляров.

Физиологические эффекты

Высокое артериальное парциальное давление углекислого газа ( ${P_{a_{CO_{2}}}}$) вызывает изменения в активности мозга, которые отрицательно влияют как на тонкий мышечный контроль, так и на мышление. Изменения ЭЭГ , указывающие на незначительные наркотические эффекты, могут быть обнаружены по в конце выдоха ( парциальному давлению углекислого газа ${P_{ET_{CO_{2}}}}$) увеличивается с 40 торр (0,053 атм) до примерно 50 торр (0,066 атм). Дайвер не обязательно замечает эти эффекты.

Более высокие уровни ${P_{a_{CO_{2}}}}$ обладают более сильным наркотическим действием: спутанность сознания и иррациональное поведение могут возникнуть при температуре около 72 торр (0,095 атм), а потеря сознания - при температуре около 90 торр (0,12 атм). Высокий ${P_{a_{CO_{2}}}}$вызывает реакцию «бей или беги», влияет на уровень гормонов и может вызывать беспокойство, раздражительность и неадекватные реакции или реакции паники, которые могут быть вне контроля субъекта, иногда практически без предупреждения. Еще одним эффектом является расширение сосудов, особенно в коже, где сообщается о чувстве неприятного жара, и в мозге, где кровоток может увеличиваться на 50% за один раз. ${P_{ET_{CO_{2}}}}$ 50 торр (0,066 атм.), внутричерепное давление может повыситься с пульсирующей головной болью. Если это связано с высоким ${P_{a_{CO_{2}}}}$ высокая доставка кислорода в мозг может увеличить риск кислородной токсичности ЦНС при парциальном давлении, которое обычно считается приемлемым.

У многих людей высокий ${P_{a_{CO_{2}}}}$ вызывает ощущение одышки, но отсутствие этого симптома не является гарантией того, что не возникнут другие эффекты. Значительный процент смертей от ребризеров был связан с задержкой CO ₂ . Эффекты высокого ${P_{a_{CO_{2}}}}$ Решение проблемы после устранения причины может занять от нескольких минут до нескольких часов.

Диагностика

Анализ газов крови может проводиться, как правило, путем пункции лучевой артерии при острых проблемах с дыханием или других острых медицинских заболеваниях. Гиперкапнию обычно определяют как уровень углекислого газа в артериальной крови выше 45 мм рт. ст. (6 кПа). Поскольку углекислый газ находится в равновесии с угольной кислотой в крови, гиперкапния снижает pH сыворотки, что приводит к респираторному ацидозу. Клинически влияние гиперкапнии на рН оценивают по отношению артериального давления углекислого газа к концентрации бикарбонат-иона, ${P_{a_{CO_{2}/HCO_{3}^{-}}}}$.

Толерантность

Смотрите также: Углекислый газ § Токсичность

Толерантность к повышенной _{CO 2 в атмосфере} концентрации

%CO 2 в вдохновенный воздух	Ожидаемая толерантность к полезной активности при продолжительном воздействии повышенного содержания CO 2
	Продолжительность	Основное ограничение
0.03	продолжительность жизни	атмосфера, 1780 год.
0.04	продолжительность жизни	текущая атмосфера
0.5	продолжительность жизни	нет обнаруживаемых ограничений (Примечание: обратитесь к современным исследованиям углекислого газа # Ниже 1% , которые показывают измеримые эффекты ниже 1%).
1.0	продолжительность жизни
1.5	> 1 месяца	легкая стимуляция дыхания
2.0	> 1 месяца
2.5	> 1 месяца
3.0	> 1 месяца	умеренная стимуляция дыхания
3.5	> 1 неделя
4.0	> 1 неделя	умеренная респираторная стимуляция, усиленная дыхательная реакция на физическую нагрузку
4.5	> 8 часов
5.0	> 4 часа	выраженный респираторный стимул, усиленная дыхательная реакция на физическую нагрузку
5.5	> 1 часов
6.0	> 0,5 часов	выраженный респираторный стимул, усиленная дыхательная реакция на физическую нагрузку, начало спутанности сознания.
6.5	> 0,25 часа
7.0	> 0,1 часа	ограничение из-за одышки и спутанности сознания

CO ₂ Токсичность

Опыты, проведенные на беспородных собаках, показали физиологическое действие углекислого газа на организм животного: после вдыхания смеси 50% СО ₂ и 50% воздуха дыхательные движения усиливались примерно на 2 минуты, а затем уменьшались на 30-90 минут. минут. Хилл и Флэк показали, что концентрации CO ₂ до 35% оказывают возбуждающее действие как на кровообращение, так и на дыхание, но концентрации выше 35% оказывают на них угнетающее действие. Артериальное давление (АД) временно снижалось во время усиления дыхательных движений, а затем снова повышалось и некоторое время сохранялось на исходном уровне. Сразу после вдыхания газовой смеси частота сердечных сокращений несколько замедлилась. Считается, что начальная депрессия АД с уменьшением частоты сердечных сокращений обусловлена ​​прямым угнетающим действием СО ₂ на сердце, а возвращение АД к исходному уровню произошло за счет быстрого повышения ${P_{a_{CO_{2}}}}$. Через 30–90 минут дыхательный центр угнетался, и гипотензия возникала постепенно или внезапно из-за снижения сердечного выброса, что приводило к апноэ и, в конечном итоге, к остановке кровообращения.

При более высоких концентрациях CO ₂ потеря сознания наступала почти мгновенно, а дыхательные движения прекращались через 1 минуту. Через несколько минут апноэ наблюдалась остановка кровообращения. Эти данные позволяют предположить, что причиной смерти при вдыхании высоких концентраций CO ₂ является не гипоксия, а интоксикация углекислым газом.

Лечение

Лечение острой гиперкапнической дыхательной недостаточности зависит от основной причины и может включать медикаментозное лечение и механическую респираторную поддержку. У пациентов без противопоказаний неинвазивная вентиляция (НИВ) часто используется вместо инвазивной механической вентиляции . В прошлом препарат доксапрам (стимулятор дыхания) использовался при гиперкапнии при обострении хронической обструктивной болезни легких , но доказательств в поддержку его использования по сравнению с НИВЛ мало. и это не фигурирует в последних профессиональных руководствах.

Очень тяжелую дыхательную недостаточность, при которой также может присутствовать гиперкапния, часто лечат с помощью экстракорпоральной мембранной оксигенации (ЭКМО), при которой к крови добавляют кислород и удаляют углекислый газ непосредственно из крови.

Относительно новым методом является экстракорпоральное удаление углекислого газа (ECCO ₂ R). Этот метод удаляет CO ₂ из кровотока и может сократить время, необходимое для искусственной вентиляции легких у пациентов с AHRL; для этого требуется меньший объем кровотока по сравнению с ЭКМО.

Терминология

Гиперкапния является противоположностью гипокапнии , состояния аномального снижения уровня углекислого газа в крови.

См. также

• Мертвое пространство (физиология) - вдыхаемый воздух не участвует в газообмене.
• Гипокапния – состояние пониженного содержания углекислого газа в крови.
• Удушье инертным газом – недостаточное количество кислорода во вдыхаемом воздухе.
• Озеро Ньос – кратерное озеро в северо-западном регионе Камеруна.
• Закисление океана – снижение уровня pH в океане.
• Пермиссивная гиперкапния - Гиперкапния при дыхательной недостаточности.
• Утопление – метод пытки, имитирующий утопление.