Гиперкапния
Эта статья может быть слишком технической для понимания большинства читателей . ( сентябрь 2019 г. ) |
Гиперкапния | |
---|---|
Другие имена | Гиперкапния, CO 2 , отравление углекислым газом задержка |
Основные симптомы отравления углекислым газом по увеличению объемного процента в воздухе. [1] [2] | |
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 выводить 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 ( ОРЛ ) 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. [3] [4] [5]
Признаки и симптомы
[ редактировать ]Гиперкапния может возникать 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 . Увеличивается [6] [7] 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. [3]
При тяжелой гиперкапнии (обычно более 10 кПа или 75 мм рт.ст. ), симптоматика прогрессирует до дезориентации, паники , гипервентиляции , судорог , потери сознания и, в конечном итоге, смерти . [8] [9]
Причины
[ редактировать ]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. [10] 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 . [11]
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 . [12] 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 . [ нужна ссылка ]
Во время дайвинга
[ редактировать ]Нормальное дыхание у дайверов приводит к альвеолярной гиповентиляции , приводящей к неадекватному удалению CO 2 или гиперкапнии. Работа Ланфье в Экспериментальном водолазном подразделении ВМС США ответила на вопрос: «Почему дайверы недостаточно дышат?»: [13]
- Повышенное содержание вдыхаемого кислорода ( ) при 4 атм (400 кПа) приходилось не более 25% повышения содержания CO 2 в конце прилива (ET CO 2 ) [14] Вышеуказанные значения получены при той же скорости работы при дыхании воздухом чуть ниже поверхности. [15] [16] [17] [4]
- Повышенная работа дыхания обуславливает большую часть подъема ( 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). [15] [16] [17] [4]
- На неадекватную дыхательную реакцию на нагрузку указывал тот факт, что, несмотря на значения в покое в пределах нормы, заметно повышался при нагрузке, даже когда дайверы дышали воздухом на глубине всего несколько футов. [15] [16] [17] [4]
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 . [4]
- 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. [3]
- Дайвер перенапрягается, выделяя избыток углекислого газа из-за повышенной метаболической активности, и газообмен в дыхательных путях не успевает за метаболическим производством углекислого газа. [3] [18]
- 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 ). [13] [3] [18] Более высокая плотность газа также приводит к тому, что смешивание газов в легких становится менее эффективным, что увеличивает эффективное мертвое пространство. [4] [5]
- Дайвер намеренно создает гиповентиляцию , известную как «пропуск дыхания». [5]
Пропустить дыхание
[ редактировать ]Пропускное дыхание — спорный метод сохранения дыхательного газа при использовании подводного плавания 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. [19] 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. [5]
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. [20]
В гипербарических условиях гиперкапния способствует азотному наркозу и кислородной токсичности , вызывая расширение сосудов головного мозга, что увеличивает дозу кислорода, поступающего в мозг. [18]
Механизм
[ редактировать ]Этот раздел нуждается в расширении . Вы можете помочь, добавив к нему . ( август 2019 г. ) |
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 . [21]
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), [ нужны разъяснения ] и склонность к сердечным аритмиям . Гиперкапния может повысить сопротивление легочных капилляров. [ нужна ссылка ]
Физиологические эффекты
[ редактировать ]Высокое артериальное парциальное давление углекислого газа ( ) 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 ) увеличивается с 40 торр (0,053 атм) до примерно 50 торр (0,066 атм). Дайвер не обязательно замечает эти эффекты. [10]
Более высокие уровни 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 вызывает реакцию «бей или беги», влияет на уровень гормонов и может вызывать тревогу, 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. 50 торр (0,066 атм.), внутричерепное давление может повыситься с пульсирующей головной болью. Если это связано с высоким высокая доставка кислорода в мозг может увеличить риск кислородной токсичности ЦНС при парциальных давлениях, которые обычно считаются приемлемыми. [10]
У многих людей высокий 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 Решение проблемы после устранения причины может занять от нескольких минут до нескольких часов. [10]
Этот раздел нуждается в дополнении : Дрекслер М., Моррис Дж. Углекислый наркоз. [Обновлено 9 января 2023 г.]. В: StatPearls [Интернет]. Остров сокровищ (Флорида): StatPearls Publishing; 2023 январь-. Доступно по адресу: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK551620/ . Вы можете помочь, добавив к нему . ( март 2023 г. ) |
Диагностика
[ редактировать ]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, . [ нужна ссылка ]
Толерантность
[ редактировать ]%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. [22] |
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 |
Токсичность CO 2 на животных моделях
[ редактировать ]Опыты, проведенные на беспородных собаках, показали физиологическое действие углекислого газа на организм животного: после вдыхания смеси 50% CO 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. [ нужна ссылка ] Артериальное давление (АД) временно снижалось во время усиленного дыхательного движения, 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 . 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. [23]
Уход
[ редактировать ]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 . [12] 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. [24] и это не фигурирует в последних профессиональных руководствах. [12]
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. [25]
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. [25] [26]
Терминология
[ редактировать ]Гиперкапния является противоположностью гипокапнии , состояния аномального снижения уровня углекислого газа в крови.
См. также
[ редактировать ]- 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.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Токсичность воздействия углекислого газа, симптомы отравления CO 2 , пределы воздействия углекислого газа и ссылки на процедуры тестирования на токсичный газ. Дэниел Фридман - InspectAPedia
- ^ Дэвидсон, Клайв. 7 февраля 2003 г. «Морское уведомление: углекислый газ: опасность для здоровья». Австралийское управление морской безопасности.
- ^ Перейти обратно: а б с д и Энтони, Гэвин; Митчелл, Саймон Дж. (2016). Поллок, Северо-Запад; Селлерс, Ш.; Годфри, Дж. М. (ред.). Респираторная физиология дайвинга с ребризером (PDF) . Ребризеры и научный дайвинг. Материалы семинара NPS/NOAA/DAN/AAUS 16–19 июня 2015 г. Центр морских наук Ригли, остров Каталина, Калифорния. стр. 66–79.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Ланфье Э.Х. (1956). «Физиология азотно-кислородной смеси. Этап 5. Добавлено дыхательное мертвое пространство (значение в тестах по отбору персонала) (физиологические эффекты в условиях дайвинга)». Технический отчет экспериментального водолазного подразделения ВМС США . AD0725851.
- ^ Перейти обратно: а б с д Митчелл, Саймон (август 2008 г.). «Четвертое: удержание углекислого газа». В Маунте, Том; Дитури, Джозеф (ред.). Энциклопедия разведки и дайвинга на смешанном газе (1-е изд.). Майами-Шорс, Флорида: Международная ассоциация дайверов на найтроксе. стр. 279–286. ISBN 978-0-915539-10-9 .
- ^ Стапчинский Дж. С., «Глава 62. Респираторная недостаточность» (Глава). Тинтиналли Дж.Э., Келен Г.Д., Стапчински Дж.С., Ма О.Дж., Клайн Д.М.: «Неотложная медицина Тинтиналли: комплексное учебное пособие», 6-е издание: «Ошибка страницы» . Архивировано из оригинала 7 июля 2011 г. Проверено 26 мая 2009 г. .
- ^ Морган Дж.Э. младший, Михаил М.С., Мюррей М.Дж., «Глава 3. Дыхательные системы» (Глава). Морган Дж.Э. младший, Михаил М.С., Мюррей М.Дж.: Клиническая анестезиология, 4-е издание: «AccessMedicine – Анестезиология Ланге: Ключевые понятия» . Архивировано из оригинала 14 апреля 2008 г. Проверено 26 мая 2009 г. .
- ^ Перейти обратно: а б Ламбертсен, Кристиан Дж. (1971). «Толерантность и токсичность углекислого газа». Центр данных об экологическом биомедицинском стрессе, Институт экологической медицины, Медицинский центр Пенсильванского университета . Отчет IFEM № 2–71.
- ^ Глатте-младший HA; Моцай Г.Дж.; Уэлч Б.Е. (1967). «Исследования толерантности к углекислому газу». Технический отчет школы аэрокосмической медицины Брукса, Техасской школы аэрокосмической медицины . ЗРК-ТР-67-77.
- ^ Перейти обратно: а б с д Шикофф, Барбара; Варкандер, Дэн (28 февраля 2018 г.). «Что за шумиха вокруг содержания CO 2 в дыхательном газе?» . Шируотер.com .
- ^ Демент, Рот, Крайгер, «Принципы и практика медицины сна», 3-е издание, 2000, стр. 887. [ мертвая ссылка ]
- ^ Перейти обратно: а б с Дэвидсон, А. Крейг; Бэнхэм, Стивен; Эллиотт, Марк; Кеннеди, Дэниел; Гелдер, Колин; Глоссоп, Аластер; Черч, Алистер Колин; Криг-Браун, Бен; Додд, Джеймс Уильям; Фелтон, Тим; Фуэкс, Бернар; Мэнсфилд, Ли; Макдоннелл, Линн; Паркер, Роберт; Паттерсон, Кэролайн Мари; Совани, Милинд; Томас, Линн (14 марта 2016 г.). «Руководство BTS/ICS по искусственной вентиляции легких при острой гиперкапнической дыхательной недостаточности у взрослых» . Торакс . 71 (Приложение 2): ii1–ii35. doi : 10.1136/thoraxjnl-2015-208209 . ПМИД 26976648 .
- ^ Перейти обратно: а б Руководство по водолазному делу ВМС США, 6-я редакция . США: Командование морских систем ВМС США. 2006. Архивировано из оригинала 2 мая 2008 г. Проверено 10 июня 2008 г.
- ^ ET CO 2 определяется как уровень углекислого газа, выделяющегося в конце выдоха.
- ^ Перейти обратно: а б с Ланфье, Э.Х. (1955). «Физиология азотно-кислородной смеси, фазы 1 и 2». Технический отчет экспериментального водолазного подразделения ВМС США . AD0784151.
- ^ Перейти обратно: а б с Ланфьер Э.Х., Ламбертсен С.Дж., Фундербурк Л.Р. (1956). «Физиология азотно-кислородной смеси - Фаза 3. Система отбора проб газа в конце прилива. Регулирование содержания углекислого газа у дайверов. Тесты на чувствительность к углекислому газу». Технический отчет экспериментального водолазного подразделения ВМС США . AD0728247.
- ^ Перейти обратно: а б с Ланфье Э.Х. (1958). «Физиология азотно-кислородной смеси. Этап 4. Чувствительность к углекислому газу как потенциальное средство подбора персонала. Этап 6. Регуляция углекислого газа в условиях водолазных работ». Технический отчет экспериментального водолазного подразделения ВМС США . AD0206734.
- ^ Перейти обратно: а б с Митчелл, Саймон (9 мая 2016 г.). «Дыхательная недостаточность в техническом дайвинге» . ДАН Южная Африка. Архивировано из оригинала 13 ноября 2021 г. Проверено 6 октября 2021 г. - через YouTube .
- ^ Чешир, Уильям П.; Отт, Майкл С. (2001). «Головная боль у дайверов». Головная боль: Журнал боли в голове и лице . 41 (3): 235–247. дои : 10.1046/j.1526-4610.2001.111006235.x . ПМИД 11264683 . S2CID 36318428 .
Углекислый газ может незаметно накапливаться у дайвера, который намеренно периодически задерживает дыхание (пропускает дыхание) в ошибочной попытке сохранить воздух.
- ^ Ричардсон, Дрю; Мендуно, Майкл; Шривз, Карл, ред. (1996). «Материалы Ребризер-форума 2.0». Семинар по дайвингу и технологиям. : 286.
- ^ Кинни, Ханна С; Тач, Брэдли Т. (2009). «Синдром внезапной детской смерти» . Медицинский журнал Новой Англии . 361 (8): 795–805. дои : 10.1056/NEJMra0803836 . ПМЦ 3268262 . ПМИД 19692691 .
- ^ «Текущий и исторический график уровней углекислого газа (CO2)» . Co2levels.org . Проверено 11 июня 2022 г.
- ^ Перментье, Крис; Веркаммен, Стивен; Соэтарт, Сильвия; Шеллеманс, Кристиан (4 апреля 2017 г.). «Отравление углекислым газом: обзор литературы о часто забываемой причине интоксикации в отделении неотложной помощи» . Международный журнал неотложной медицины . 10 (1): 14. дои : 10.1186/s12245-017-0142-y . ISSN 1865-1372 . ПМК 5380556 . ПМИД 28378268 .
- ^ Гринстоун, М.; Лассерсон, Ти Джей (2003). «Доксапрам при дыхательной недостаточности вследствие обострения хронической обструктивной болезни легких». Кокрейновская база данных систематических обзоров (1): CD000223. дои : 10.1002/14651858.CD000223 . ПМИД 12535393 .
- ^ Перейти обратно: а б Пизани, Лара; Поластри, Массимилиано; Пачилли, Анжела Мария Грация; Нава, Стефано (2018). «Экстракорпоральная поддержка легких при гиперкапнической дыхательной недостаточности» . Респираторная помощь . 63 (9): 1174–1179. doi : 10.4187/respcare.06277 . ПМИД 30166412 .
- ^ Моралес-Кинтерос, Луис; Дель Сорбо, Лоренцо; Артигас, Антонио (2019). «Экстракорпоральное удаление углекислого газа при острой гиперкапнической дыхательной недостаточности» . Анналы интенсивной терапии . 9 (1): 79. дои : 10.1186/s13613-019-0551-6 . ПМК 6606679 . PMID 31267300 .