Кислородная терапия - интенсивная терапия
25 Кислородная терапия
Моралист в конечном счёте может сказать, что воздух, подаренный нам природой, хорош настолько, насколько мы этого заслуживаем.
Д. Пристли
Наши отношения с кислородом весьма своеобразны, поскольку он одновременно и необходим, и опасен [1,2]. Мы полагаемся на кислород как на источник энергии, чтобы выполнять работу подобно двигателям внутреннего сгорания. Однако в процессе образования энергии образуются токсичные продукты. Это создаёт тонкую грань между потребностью в кислороде и приносимым им вредом. Пристли, судя по его изречению, осознал это, когда открыл кислород, а затем впервые высказал мысль о лечебном применении последнего.
В данной главе рассмотрены некоторые практические аспекты кислородной терапии (оксигенотерапии), включая показания и цели, системы для подачи кислорода и риск, связанный с его применением в высокой концентрации.
ЦЕЛИ ОКСИГЕНОТЕРАПИИ
Хотя кислородотерапия имеет удивительно мало прямых показаний, практически каждый пациент отделения интенсивной терапии получает кислород. В 1984 г. Американский институт врачей-пульмонологов и Национальный институт сердца, лёгких и крови опубликовали следующее положение о показаниях к оксигенотерапии [I].
“Проведение кислородотерапии возможно при острых состояниях с раО2 ниже 60 мм рт.ст. либо насыщении гемоглобина артериальной крови кислородом менее 90%- возможно, к подобным изменениям приводит тканевая гипоксия”.
Неконкретность данного положения выражена в словах, выделенных курсивом. Слово “возможно” использовано вместо слов “необходимо” и “известно”. Теперь сравните данное положение с результатами клинических исследований, опубликованных 18 лет назад в “Медицинском журнале Новой Англии” [31].
Видео: Кислородная терапия (кислородный концентратор)
“У пациента, находящегося на постельном режиме, даже самая тяжёлая гипоксемия в результате дыхательной недостаточности сама по себе не переводит все ткани на анаэробный тип дыхания... Как известно, данный путь энергетического метаболизма связан с системными циркуляторными нарушениями и последующей неадекватной перфузией тканей”.
Исследования выявили, что при нормальном сердечном выбросе раО2 может быть ниже 22 мм рт.ст. без развития лактат-ацидоза, но при снижении сердечного выброса уровень молочной кислоты в крови быстро нарастает. Отсюда следует, что кровоток — критическая детерминанта тканевой оксигенации, поэтому мониторинг показателей гемодинамики — неотъемлемая часть контроля эффективности и последствий кислородотерапии.
СОДЕРЖАНИЕ КИСЛОРОДА
Как было рассмотрено в главе 2, содержание кислорода в артериальной крови (CаO2) определяется концентрацией гемоглобина (Нb) в ней и насыщением гемоглобина артериальной крови кислородом (SaO2):
СаО2 (мл/100 мл) = (1,3 х Hb x SаO2) + (0,003 х раО2).
Обратите внимание на незначительное влияние раО2 на общее количество кислорода в крови. раО2 имеет значение только постольку, поскольку влияет на уровень SаO2. Графически зависимость SаO2 от pаO2 выражается кривой диссоциации оксигемоглобина, которая имеет S-образную форму (рис. 25-1). Из рисунка видно, что эта зависимость при значениях раО2 ниже 60 мм рт.ст. и SаO2 менее 90% близка к линейной. При более высоких величинах раО2 кривая уплощается, т.е. дальнейшее повышение раО2 мало изменяет SаО2. Особенности кривой учитывают при выработке рекомендаций в отношении уровня SаO2: не допускать его снижения ниже 90%, но и не стремиться заметно повысить, поскольку концентрация вдыхаемого кислорода выше указанной величины будет незначительно повышать оксигенацию крови, но может привести к серьёзным нежелательным последствиям.
Видео: Кислородная терапия
ДОСТАВКА КИСЛОРОДА
Увеличение количества кислорода в артериальной крови при дыхании смесями с повышенным содержанием кислорода не всегда приводит к улучшению тканевой оксигенации, так как вдыхание кислорода может угнетать сократительную способность миокарда и снижать сердечный выброс [4].
Рис. 25-1. Кривая диссоциации оксигемоглобина. раО2 -- pO2 в артериальной крови- SаO2 — насыщение гемоглобина артериальной крови кислородом- СаО2 — содержание кислорода в артериальной крови.
Ниже представлена формула, с помощью которой определяется доставка кислорода (DO2):
DO2 [мл/(мин.м2)] = СВ х (1,3 х Hb x SaO2) + (0,0031 х рaO2).
При значительном повышении рaО2 происходит небольшое увеличение SaO2, но сердечный выброс (СВ) может снижаться. В результате возможно уменьшение доставки кислорода, несмотря на повышение его количества в артериальной крови.
Способность ингаляции кислорода снижать сердечный выброс приводит к тому, что повышение содержания кислорода в артериальной крови при оксигенотерапии не означает улучшения тканевой оксигенации [4, 5].
Угнетение сократительной способности миокарда кислородом вовсе не обязательно, но может наблюдаться у больных как с нормальной, так и с нарушенной функцией сердца [4]. Более чем у 50% пациентов с хронической обструктивной болезнью лёгких в стадии обострения было отмечено уменьшение сердечного выброса во время ингаляции кислорода- улучшения доставки кислорода тканям не наблюдали даже при повышении рaO2 во всех случаях [4]. Всё сказанное лишний раз указывает на важную роль мониторинга показателей гемодинамики у больных с дыхательной недостаточностью [6].
СИСТЕМЫ ДЛЯ ПОДАЧИ КИСЛОРОДА
Существует несколько методов подачи дыхательных смесей с повышенным содержанием кислорода пациентам со спонтанным дыханием [7]. Ниже описаны наиболее распространённые системы для этого.
НОСОВЫЕ КАТЕТЕРЫ
С помощью носовых катетеров подают 100% кислород со скоростью 1-6 л/мин. Преимущество носовых катетеров — хорошая адаптация пациентов к ним. Носовые катетеры обычно удобны и меньше ограничивают больного, чем лицевые маски. Пациенты с нормальной минутной вентиляцией легких (5-6 л/мин) хорошо приспосабливаются к системам с низким потоком, причем использование носовых катетеров позволяет повышать фракционную концентрацию кислорода во вдыхаемой дыхательной смеси (FiO2) до 45% (табл. 25-1).
Недостаток подобных систем — невозможность поддерживать необходимую FiO2 у пациентов с высокой минутной вентиляцией легких. Конечное значение FiO2 определяется подачей кислорода через носовой катетер и скоростью потока на вдохе (или минутной вентиляцией лёгких). Если минутная вентиляция легких увеличивается и превышает поток кислорода, то этот избыток будет сбрасываться в окружающую среду и FiO2 окажется сниженной. Применение носовых катетеров не рекомендуется у больных с респираторным дистресс-синдромом взрослых (РДСВ) и высокой частотой дыхания.
Таблица 25-1
Системы для подачи кислорода*
Система | Поток кислорода, л/мин | Фракционная концентрация кислорода во вдыхаемой дыхательной смеси |
Носовой катетер | 1 | 0,21-0,24 |
2 | 0,24-0,28 | |
3 | 0,28-0,34 | |
4 | 0,31-0,38 | |
5 | 0,32-0,44 | |
Простая маска | 8-15 | 0,40-0,60 |
Масочная частично возвратная система | 5-7 | 0,35-0,75 |
Масочная невозвратная система | 4-10 | 0,40-1,00 |
Маски Вентури | 4-12 | 0,28-0,50 |
* Приблизительные данные, которые основаны на минутной вентиляции легких, равной 5-6 л/мин.
СТАНДАРТНЫЕ ЛИЦЕВЫЕ МАСКИ
Стандартные лицевые маски снабжены открытыми клапанами, позволяющими выдыхаемому воздуху выводиться в окружающую среду. Однако такие клапаны при чрезмерной минутной вентиляции легких способствуют вдыханию атмосферного воздуха. Стандартные лицевые маски позволяют быстрее подавать кислород, чем носовые катетеры (до 15 л/мин), и соответственно обеспечивать более высокую FiO2 (выше 50-60%). Вместе с тем применение таких масок также ограничено у пациентов с высокой минутной вентиляцией лёгких [8].
РЕЗЕРВУАРНЫЕ СИСТЕМЫ
Высокие концентрации вдыхаемого кислорода (более 60%) можно обеспечить, поместив в контур дыхания мешок-резервуар, например, как в системах, представленных на рис. 25-2.
Поток кислорода поддерживает мешок в постоянно наполненном состоянии. Это не позволяет пациенту “передышать” систему подачи кислорода, а также вдыхать окружающий атмосферный воздух. Систему, представленную на рис. 25-2, А, называют частично возвратной масочной системой. Данная система снабжена открытыми клапанами на маске, что позволяет выдыхаемому воздуху свободно сбрасываться в атмосферу. Однако некоторое количество выдыхаемого воздуха проникает в мешок-резервуар и становится частью следующего вдоха, что снижает конечное значение FiO2. Частично возвратные масочные системы позволяют достигать FiO2, равную примерно 70-80%.
Более высокие концентрации кислорода можно подавать при помощи системы, представленной в на рис. 25-2, Б. Она называется невозвратной масочной системой. В данной системе используют несколько односторонних клапанов, предотвращающих как попадание выдыхаемого воздуха в мешок-резервуар, так и вдыхание атмосферного воздуха. При помощи таких систем можно достигать FiO2, близкой к 100%.
Рис. 25-2. Масочные системы с резервуарами. Частично возвратная система (А) позволяет выдыхаемому воздуху попадать в резервуар и допускает повторное вдыхание углекислого газа. Невозвратная система (Б) снабжена односторонним клапаном, предохраняющим резервуар от попадания в него выдыхаемого воздуха.
СИСТЕМЫ, КОНТРОЛИРУЮЩИЕ ПОДАЧУ КИСЛОРОДА
В некоторых случаях пациентам с хронической задержкой углекислого газа в организме для предотвращения дальнейшего повышения paCO2 необходим строгий контроль FiO2. Для этих больных существуют системы подачи кислорода, способные поддерживать постоянную FiO2, несмотря на изменения потока кислорода. Данные системы называют системами Вентури, или венти-масками, даже если механизм поддержания постоянной FiO2 основан не на принципе Вентури. На рис. 25-3 схематически представлен принцип функционирования системы с контролируемым потоком [9]. Смеситель системы представляет собой трубку, подающую пациенту дыхательную смесь с желаемой FiO2. Чистый кислород поступает в смеситель через насадку с узким выходным отверстием. Это сужение увеличивает скорость поступления кислорода при выходе из насадки в смесительную трубку (правило Бернулли). Струя кислорода, проходя с высокой скоростью, увлекает за собой атмосферный воздух, давая так называемый эффект струйного смешивания. При возрастании потока кислорода увеличивается скорость струи и как следствие этого в смесительную трубку поступает больше атмосферного воздуха. В данном случае FiO2 смеси, подаваемой больному, поддерживается на постоянном уровне, несмотря на изменения потока кислорода. Указанные системы способны поддерживать FiO2 более 50% с колебаниями в пределах 1-2% [9].
ТОКСИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ КИСЛОРОДА
Кислород — относительно новый газ в атмосфере, он образовался около 3 млрд лет назад как побочный продукт фотосинтеза бактерий. К счастью, кислород не преобладает в атмосфере, так как его вдыхание в больших концентрациях вызывает интоксикацию [10].
ПАТОГЕНЕЗ
Рис. 25-3. Принцип струнного смешивания для контроля за FiO2
Молекулярный кислород при участии цитохромоксидазы восстанавливается до воды. Это основной путь его утилизации в клетке. В то же время небольшая часть кислорода (1-2%) претерпевает одноэлектронное восстановление до воды, в процессе которого образуются в качестве промежуточных продуктов высокореакционноспособные свободнорадикальные формы кислорода, способные оказывать токсическое действие Данный путь превращения показан на рис. 25-4. Восстановление молекулярного кислорода представлено серией присоединений по одному электрону таким образом, что каждый метаболит содержит на внешней орбитали неспаренный электрон. Вследствие этого свободнорадикальные метаболиты обладают высокой химической реакционной способностью, активно вступают в реакции, действуя в качестве окислителей. Они могут вызывать окисление биомакромолекул и инициировать цепные процессы, способные приводить к повреждению мембраны клетки. Токсичные метаболиты представлены на рис. 25-4: супероксидный анион-радикал кислорода (O2-), пероксид водорода (H2O2), гидроксильный радикал (ОН.).
Липиды — основной компонент биологических мембран — представляют собой чрезвычайно легко окисляющиеся соединения. Свободнорадикальное окисление липидов в мембранах соответствует общим законам цепного окисления- кроме того, цепная реакция зачастую становится разветвленной, т.е. склонной к самостоятельному поддержанию [10]. Свободные радикалы кислорода инициируют цепные реакции перекисного окисления липидов (ПОЛ). Многие продукты ПОЛ (их гидропероксиды, альдегиды, кетоны и др.) высокотоксичны и способны повреждать биологические мембраны.
ЗАЩИТНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
Защиту клетки от повреждающего действия свободнорадикальных форм кислорода в основном обеспечивает ряд ферментов (из них особое значение придается супероксиддисмутазе, каталазе, глутатионпероксидазе и глутатионредуктазе), ускоряющих превращение токсичных метаболитов в воду. Ключевые энзимы ферментной системы биоантиоксидантной защиты представлены на рис. 25-4. Из него видно, что супероксиддисмутаза способствует инактивации супероксидного анион-радикала кислорода, превращая его в менее активный окислитель — пероксид водорода. Затем последний под воздействием каталазы и глутатионпероксидазы разлагается до воды. Вторая линия защиты — низкомолекулярные компоненты антиоксидантной системы клетки (фенольные антиоксиданты, серосодержащие соединения, каротиноиды и витамины А, С и Е), которые, в частности, прерывают цепные реакции или нейтрализуют свободные радикалы. Из них на рис. 25-4 представлены витамины С и Е. Роль витамина С в качестве антиоксиданта связана прежде всего с его ферментативно-зависимым участием в антирадикальной клеточной цепи. Вне связи с другими элементами антирадикальной цепи витамин С способен к перехвату супероксидного анион-радикала кислорода в водной фазе клетки. Необходимо подчеркнуть, что витамин С в ряде случаев проявляет прооксидантную активность. Что касается витамина Е, то он является основным липофильным антиоксидантом, локализованным непосредственно в гидрофобной области фосфолипидного бислоя мембраны. Например, а-токоферол (основной представитель витаминов группы Е) блокирует цепные процессы ПОЛ. Рассмотренные выше механизмы антиоксидантной защиты в условиях гипероксии могут не обеспечить полноценной детоксикации большого количества свободных радикалов кислорода, что приведет к повреждению клеток и развитию, в частности, синдрома кислородной интоксикации лёгких.
Рис. 25-4. Одноэлектронное восстановление молекулярного кислорода до воды, которое происходит в клетках при участии ряда ферментов (ксантиноксидаза, глюкозооксидаза и др.). Объяснение в тексте.
КЛИНИЧЕСКИЕ ПРОЯВЛЕНИЯ
Дыхание чистым кислородом в течение 3-5 дней может привести к гибели экспериментальных животных [10]. При этом наблюдали развитие синдрома, похожего на РДСВ. Предполагают, что причина развития данного синдрома — окислительное повреждение лёгочных капилляров. Действительно, повреждение эндотелия при РДСВ вызывают метаболиты кислорода, высвобождающиеся из гранул нейтрофилов [11].
О клинических признаках токсического действия кислорода у людей известно мало, так как практически вся работа (экспериментальная) по данной проблеме проведена на животных. На это следует обратить особое внимание, потому что токсический эффект кислорода может быть видоспецифическим феноменом [12]. Заслуживают внимания два исследования, проведённые с участием человека. Здоровые мужчины-добровольцы дышали 100% кислородом в течение 6 ч [13]. Все они отмечали боль за грудиной, а при диагностической бронхоскопии у них был выявлен трахеит. В другой работе оценивали влияние длительного вдыхания чистого кислорода на организм человека [14]. В исследовании участвовало 10 пациентов с тяжёлыми (неизлечимыми) неврологическими заболеваниями. У 5 больных, дышавших чистым кислородом, развились инфильтраты в лёгких и гипоксемия в течение 40 ч. К сожалению, данная группа обследованных слишком мала, чтобы экстраполировать полученные результаты на большие контингента больных.
ПРОФИЛАКТИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ
Токсическое действие кислорода на человека до сих пор недостаточно изучено, что затрудняет разработку эффективных профилактических мероприятий. К сожалению, не существует специфических тестов для прогнозирования возможных осложнений. На рис. 25-5 представлены некоторые основные принципы профилактики, основанные на нашем понимании проблемы сегодня.
Вдыхаемый кислород. В настоящее время оптимальной FiO2 для всех пациентов считают 50-60%. Любого больного, получающего кислород в концентрации более 60%, относят к группе высокого риска развития токсического эффекта кислорода. Такой подход отрицает всю систему антиоксидантной защиты. Если существует функциональная недостаточность или повреждение системы защиты, то токсическое влияние кислорода проявится и при более низкой FiO2. У пациентов с невыясненным состоянием антиоксидантной системы применимо следующее правило:
оптимальная FiO2, предотвращающая токсическое действие кислорода на лёгкие, должна быть ниже 60% и той, которую больной может перенести.
Сказанное подразумевает, что любое превышение нормального уровня кислорода во вдыхаемой газовой смеси может привести к развитию токсического эффекта, даже если при этом FiO- ниже 60%.
Ингаляции с FiO2 60% и выше назначают на срок не более 2-3 дней, поскольку при этом возникает высокая опасность развития кислородной интоксикации даже при нормальном функционировании антиоксидантной системы. Пациенты, получавшие нетоксические концентрации кислорода в течение нескольких суток, затем становятся более устойчивы к его токсическому действию [10]. Это эмпирическое наблюдение не имеет практического применения.
Состояние антиоксидантной системы. Полное исследование состояния антиоксидантной системы не всегда выполнимо, но обычно можно определить содержание селена и витамина С в сыворотке крови (см. Приложение).
Рис. 25-5. Основные принципы профилактики токсического действия кислорода.
Селен — кофактор глутатионпероксидазы (в состав фермента входят 4 атома селена), катализирующей реакцию окисления глутатиона пероксидом водорода с образованием воды (см. рис. 25-4). Глутатионпероксидаза является главным средством защиты от накопления в клетках пероксида водорода и органических перекисеи. У больных в критических состояниях типичен дефицит селена [15], что значительно повышает чувствительность к токсическому действию кислорода. По активности глутатионпероксидазы эритроцитов мы часто оцениваем селеновый статус у пациентов с различной патологией в отделениях интенсивной терапии. Для восполнения дефицита селена рекомендуется внутривенное введение натрия селенита. Высшая суточная доза препарата для взрослых составляет 200 мкг (введение 4 раза).
Витамин Е —важный компонент антиоксидантной системы, хотя часто недооценивают его значение в предупреждении кислородной интоксикации. Для стационарных больных характерен гиповитаминоз Е. Так, например, у 37% госпитализированных пациентов в случайным образом выбранных образцах крови выявлено крайне низкое содержание витамина Е [16]. В настоящее время неизвестна истинная частота дефицита витамина Е у больных, находящихся в критических состояниях, но, вероятно, она гораздо выше 37%, отмеченных при обследовании всех госпитализированных пациентов.
Если у вас возникли подозрения в отношении токсического действия кислорода, то следует определить концентрацию селена и витамина Е в крови и при необходимости устранить недостаток того и другого. Помните, что суточная потребность организма в микроэлементах и витаминах разработана для здоровых людей, а у ряда пациентов отделений интенсивной терапии вследствие ускорения метаболических процессов эта потребность может быть гораздо выше. В Приложении представлены нормальные уровни витаминов и микроэлементов.
ЛИТЕРАТУРА
ДОКЛАДЫ
- ACCP-NHLBI National Conference on Oxygen Therapy. Chest 1984- 86:234-247.
- Ryerson GG, Block AJ: Oxygen as a drug: Cnemical properties, benefits and hazards of administration. In: Burton G, Hodgkin JE eds. Respiratory care. A guide to clinical practice. Philadelphia: J.B. Lippincott, 1984.
- Eldridge F. Blood lactate and pyruvate in pulmonary insufficiency. N Engi J Med 1966- 274:878-882.
- DeGaute JP, Demenighetti G, Naeije R, et al. Oxygen delivery in acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease. Effects of controlled oxygen therapy. Am Rev Respir Dis 1981- 324:26-30.
- Mithoefer JC, Holford FD, Keighley JFH. The effect of oxygen administration on mixed venous oxygenation in chronic obstructive pulmonary disease. Chest 1974- 62:122-130.
- Danek SJ, Lynch JP, Weg JG, Dantzger DR. The dependence of oxygen uptake on oxygen delivery in the adult respiratory distress syndrome. Am Rev Respir Dis 1980- 222:387-396.
- Fluk RB, Anthonisen NR. Administering oxygen effectively to critically ill patients. J Crit Illness 1986- 2:21-27.
- Goldstein RS, Young J, Rebuck AS. Effect of breathing pattern on oxygen concentration received from standard face masks. Lancet 1982- 2:1188-1190.
- Scacci R: Air entrainment masks` Jet mixing is how they work. The Bernoulli and Venturi Principles are how they don`t. Resp Care 1979- 24:928-931.
- Jenkinson SG: Oxygen toxicity. J Intensive Care Med 1988- 3:137-152.
- Southern PA, Powis G. Free radicals in medicine. II. Involvement in human disease. Mayo Clin Proc 1988- 63:390-408.
- Fanburg BL. Oxygen toxicity: Why .can`t a human be more like a turtle? Intens Care Med 1988- 3:134-136. (editorial)
- Sackner MA, Lauda J, Hirsch J, et al. Pulmonary effects of oxygen breathing: A 6-hour study in normal men. Ann Intern Med 1975- 82:40-48.
- Barber RE, Hamilton WK. Oxygen toxicity in man. N Engl J Med 1970- 283:1478-1483.
- Hesselvik F, Carisson C, von Schenck H, Sorbo B. Low selenium plasma levels in surgical intensive care patients: Relation to infection. Clin Nutrition 1987- 6:279-283.
- Dempsey DT, Mullen JL, Rombeau JL, et al. Treatment effects of parenteral vitamins in total parenteral nutrition patients. J Parent Ent Nutrit 1987- 11:229-237.
ОБЗОРЫ
ИЗБРАННЫЕ РАБОТЫ
Содержание
