Дихателна недостатъчност - Причини и патогенеза

Причини и механизми на вентилаторна и паренхимна дихателна недостатъчност

Дихателна недостатъчност възниква, когато е нарушен някой от функционалните компоненти на дихателната система - белодробният паренхим, гръдната стена, белодробното кръвообращение, състоянието на алвеоларно-капилярната мембрана, нервната и хуморалната регулация на дишането. В зависимост от разпространението на определени промени в газовия състав на кръвта се разграничават две основни форми на дихателна недостатъчност - вентилаторна (хиперкапнична) и паренхимна (хипоксемична), всяка от които може да бъде остра или хронична.

Вентилаторна (хиперкапнична) дихателна недостатъчност

Вентилаторната (хиперкапнична) форма на дихателна недостатъчност се характеризира главно с общо намаляване на обема на алвеоларната вентилация (алвеоларна хиповентилация) и минутния дихателен обем (МИО), намаляване на отстраняването на CO2 от тялото и съответно развитие на хиперкапния (PaCO2 > 50 mm Hg), а след това и хипоксемия.

Причините и механизмите на развитие на вентилаторна дихателна недостатъчност са тясно свързани с нарушаването на процеса на отстраняване на въглеродния диоксид от тялото. Както е известно, процесът на газообмен в белите дробове се определя от:

• ниво на алвеоларна вентилация;
• дифузионен капацитет на алвеоларно-капилярната мембрана по отношение на _O2 и _CO2;
• величина на перфузията;
• съотношението на вентилация и перфузия (коефициент на вентилация-перфузия).

От функционална гледна точка, всички дихателни пътища в белите дробове са разделени на проводящи пътища и зона на газообмен (или дифузия). В областта на проводящите пътища (в трахеята, бронхите, бронхиолите и терминалните бронхиоли) по време на вдишване се наблюдава прогресивно движение на въздуха и механично смесване (конвекция) на прясна порция атмосферен въздух с газ, който се е намирал във физиологичното мъртво пространство преди следващото вдишване. Следователно, тази област има друго наименование - конвекционна зона. Ясно е, че интензивността на обогатяване на конвекционната зона с кислород и намаляването на концентрацията на въглероден диоксид, преди всичко, се определя от интензивността на белодробната вентилация и стойността на минутния обем на дишане (МИД).

Характерно е, че с приближаването ни към по-малки поколения на дихателните пътища (от 1-во до 16-то поколение), движението на въздушния поток напред постепенно се забавя, а на границата на конвекционната зона спира напълно. Това се дължи на рязкото увеличаване на общата комбинирана площ на напречното сечение на всяко следващо поколение бронхи и съответно на значителното увеличение на общото съпротивление на малките бронхи и бронхиолите.

Следващите поколения на дихателните пътища (от 17-то до 23-то), включително дихателните бронхиоли, алвеоларните проходи, алвеоларните торбички и алвеолите, принадлежат към зоната на газообмен (дифузия), в която се осъществява дифузията на газове през алвеоларно-капилярната мембрана. В дифузионната зона „макроскопичните“ газове както по време на дихателни движения, така и по време на кашлица напълно липсват (В. Ю. Шанин). Газообменът тук се осъществява само благодарение на молекулярния процес на дифузия на кислород и въглероден диоксид. В този случай скоростта на молекулярно движение на CO2 - от конвекционната зона, през цялата дифузионна зона до алвеолите и капилярите, както и на CO2 - от алвеолите до конвекционната зона - се определя от три основни фактора:

• градиент на парциалното налягане на газовете на границата на конвекционните и дифузионните зони;
• температура на околната среда;
• коефициент на дифузия за даден газ.

Важно е да се отбележи, че нивото на белодробна вентилация и MOD почти нямат влияние върху процеса на движение на молекулите CO2 и O2 директно в дифузионната зона.

Известно е, че коефициентът на дифузия на въглеродния диоксид е приблизително 20 пъти по-висок от този на кислорода. Това означава, че дифузионната зона не създава голяма пречка за въглеродния диоксид, а неговият обмен се определя почти изцяло от състоянието на конвекционната зона, т.е. интензивността на дихателните движения и стойността на MOD. При общо намаляване на вентилацията и минутния дихателен обем, „измиването“ на въглеродния диоксид от конвекционната зона спира и парциалното му налягане се увеличава. В резултат на това градиентът на налягането на CO2 _на границата на конвекционната и дифузионната зони намалява, интензивността на дифузията му от капилярното легло в алвеолите рязко спада и се развива хиперкапния.

В други клинични ситуации (например при паренхимна дихателна недостатъчност), когато на определен етап от развитието на заболяването е налице изразена компенсаторна хипервентилация на непокътнати алвеоли, скоростта на „измиване“ на въглероден диоксид от конвекционната зона се увеличава значително, което води до увеличаване на градиента на налягането на CO2 _на границата на конвекционната и дифузионната зони и повишено отстраняване на въглероден диоксид от тялото. В резултат на това се развива хипокапния.

За разлика от въглеродния диоксид, кислородният обмен в белите дробове и парциалното налягане на въглеродния диоксид в артериалната кръв (PaO2 ₎ зависят предимно от функционирането на дифузионната зона, по-специално от коефициента на дифузия на O2 _и състоянието на капилярния кръвен поток (перфузия), докато нивото на вентилация и състоянието на конвекционната зона влияят на тези показатели само в малка степен. Следователно, с развитието на вентилаторна дихателна недостатъчност на фона на общо намаляване на минутния обем на дишане, първо се появява хиперкапния и едва след това (обикновено на по-късни етапи от развитието на дихателната недостатъчност) - хипоксемия.

По този начин, вентилаторната (хиперкапнична) форма на дихателна недостатъчност показва недостатъчност на "дихателната помпа". Тя може да бъде причинена от следните причини:

1. Нарушения на централната регулация на дишането:
   • мозъчен оток, засягащ стволовите му части и областта на дихателния център;
   • инсулт;
   • травматични мозъчни наранявания;
   • невроинфекция;
   • токсични ефекти върху дихателния център;
   • хипоксия на мозъка, например при тежка сърдечна недостатъчност;
   • предозиране на лекарства, които потискат дихателния център (наркотични аналгетици, успокоителни, барбитурати и др.).
2. Увреждане на апарата, който осигурява дихателните движения на гръдния кош, т.е. нарушения във функционирането на така наречените „гръдни мехове“ (периферна нервна система, дихателни мускули, гръден кош):
   • деформации на гръдния кош (кифоза, сколиоза, кифосколиоза и др.);
   • фрактури на ребрата и гръбначния стълб;
   • торакотомия;
   • дисфункция на периферните нерви (главно диафрагмалния нерв - синдром на Guillain-Barré, полиомиелит и др.);
   • нарушения на нервно-мускулната трансмисия (миастения);
   • умора или атрофия на дихателните мускули на фона на продължителна интензивна кашлица, запушване на дихателните пътища, рестриктивни дихателни нарушения, продължителна механична вентилация и др.);
   • намаляване на ефективността на диафрагмата (например, когато тя се сплеска).
3. Рестриктивни дихателни нарушения, съпроводени с намаляване на механичния обем (МВ):
   • изразен пневмоторакс;
   • масивен плеврален излив;
   • интерстициални белодробни заболявания;
   • тотална и субтотална пневмония и др.

По този начин, повечето причини за вентилаторна дихателна недостатъчност са свързани с нарушения на екстрапулмоналния дихателен апарат и неговата регулация (ЦНС, гръден кош, дихателни мускули). Сред „белодробните“ механизми на вентилаторна дихателна недостатъчност, рестриктивните дихателни недостатъчности са от първостепенно значение, причинени от намаляване на способността на белите дробове, гръдния кош или плеврата да се разпъват по време на вдишване. Рестриктивните недостатъчности се развиват при много остри и хронични заболявания на дихателната система. В тази връзка, в рамките на вентилаторната дихателна недостатъчност, се разграничава специален рестриктивен тип дихателна недостатъчност, най-често причинена от следните причини:

• заболявания на плеврата, които ограничават екскурзията на белия дроб (ексудативен плеврит, хидроторакс, пневмоторакс, фиброторакс и др.);
• намаляване на обема на функциониращия белодробен паренхим (ателектаза, пневмония, белодробна резекция и др.);
• възпалителна или хемодинамично обусловена инфилтрация на белодробната тъкан, водеща до повишаване на „ригидността“ на белодробния паренхим (пневмония, интерстициален или алвеоларен белодробен оток при левокамерна сърдечна недостатъчност и др.);
• пневмосклероза с различна етиология и др.

Трябва също да се вземе предвид, че хиперкапнията и вентилаторната дихателна недостатъчност могат да бъдат причинени от всякакви патологични процеси, съпроводени с общо намаляване на алвеоларната вентилация и минутния дихателен обем. Такава ситуация може да възникне например при тежка обструкция на дихателните пътища (бронхиална астма, хроничен обструктивен бронхит, белодробен емфизем, дискинезия на мембранозната част на трахеята и др.), при значително намаляване на обема на функциониращите алвеоли (ателектаза, интерстициални белодробни заболявания и др.) или при значителна умора и атрофия на дихателните мускули. Въпреки че във всички тези случаи в развитието на дихателна недостатъчност участват и други патофизиологични механизми (нарушения в газодифузията, вентилационно-перфузионните взаимоотношения, капилярния кръвоток в белите дробове и др.). В тези случаи, като правило, говорим за образуване на смесена вентилаторна и паренхимна дихателна недостатъчност.

Трябва да се добави също, че при остра вентилаторна дихателна недостатъчност, повишаването на PaCO2 обикновено е съпроводено с понижаване на pH на кръвта и развитие на респираторна ацидоза, причинена от намаляване на съотношението HCO3/H2CO3, което, както е известно, определя стойността на pH. При хронична дихателна недостатъчност от вентилаторен тип, такова изразено понижаване на pH не настъпва поради компенсаторно повишаване на концентрацията на карбонати в кръвния серум.

1. Вентилаторната (хиперкапнична) дихателна недостатъчност се характеризира с:

1. тотална алвеоларна хиповентилация и намаляване на минутния дихателен обем,
2. хиперкапния,
3. хипоксемия (в по-късни стадии на дихателна недостатъчност),
4. признаци на компенсирана или декомпенсирана респираторна ацидоза.

2. Основните механизми на развитие на вентилационната (хиперкапнична) форма на дихателна недостатъчност:

1. нарушаване на централната регулация на дишането;
2. увреждане на апарата, който осигурява дихателните движения на гръдния кош (периферни нерви, дихателни мускули, гръдна стена);
3. изразени рестриктивни нарушения, съпроводени с намаляване на MOD.

Паренхимна дихателна недостатъчност

Паренхиматозната (хипоксемична) форма на дихателна недостатъчност се характеризира със значително нарушаване на процеса на оксигенация на кръвта в белите дробове, което води до преобладаващо намаляване на PaO2 в артериалната кръв - хипоксемия.

Основните механизми на развитие на хипоксемия при паренхиматозната форма на дихателна недостатъчност:

1. нарушение на вентилационно-перфузионните отношения (//0) с образуване на дясно-ляво-сърдечно "шунтиране" на кръвта (алвеоларен шунт) или увеличаване на алвеоларното мъртво пространство;
2. намаляване на общата функционална повърхност на алвеоларно-капилярните мембрани;
3. нарушение на дифузията на газовете.

Нарушение на вентилационно-перфузионните връзки

Появата на хипоксемична дихателна недостатъчност при много заболявания на дихателните органи най-често се причинява от нарушение на вентилационно-перфузионните отношения. Нормално, съотношението вентилация-перфузия е 0,8-1,0. Съществуват два възможни варианта на нарушения на тези отношения, всеки от които може да доведе до развитие на дихателна недостатъчност.

Локална хиповентилация на алвеолите. При този вариант на паренхимна дихателна недостатъчност хипоксемия възниква, ако достатъчно интензивен кръвен поток продължава през слабо вентилирани или невентилирани алвеоли. Съотношението вентилация-перфузия тук е намалено (V/Q <0.8), което води до изхвърляне на недостатъчно оксигенирана в тези области на белия дроб венозна кръв в левите камери на сърцето и системното кръвообращение (венозно шунтиране). Това причинява намаляване на парциалното налягане на O2 _в артериалната кръв - хипоксемия.

Ако в такъв участък няма вентилация със запазен кръвоток, съотношението V/Q се приближава до нула. Именно в тези случаи се образува дясно-ляв сърдечен алвеоларен шънт, през който неоксигенирана венозна кръв се „изхвърля“ в левите участъци на сърцето и аортата, намалявайки PaO2 _в артериалната кръв. Хипоксемията се развива по този механизъм при обструктивни белодробни заболявания, пневмония, белодробен оток и други заболявания, съпроводени с неравномерно (локално) намаляване на алвеоларната вентилация и образуване на венозно шънтиране на кръвта. В този случай, за разлика от вентилаторната дихателна недостатъчност, общият минутен вентилационен обем не намалява дълго време и дори има тенденция към хипервептилация на белите дробове.

Трябва да се подчертае, че в ранните стадии на паренхиматозна дихателна недостатъчност хиперкапнията не се развива, тъй като изразената хипервентилация на интактните алвеоли, придружена от интензивно отстраняване на CO2 _от тялото, напълно компенсира локалните нарушения в CO2 обмена _. Освен това, при изразена хипервентилация на интактните алвеоли се наблюдава хипокапния, която сама по себе си влошава дихателните нарушения.

Това се дължи предимно на факта, че хипокапнията намалява адаптацията на организма към хипоксия. Както е известно, намаляването на PaCO2 в кръвта измества кривата на дисоциация на хемоглобина наляво, което увеличава афинитета на хемоглобина към кислорода и намалява освобождаването на O2 _в периферните тъкани. По този начин, хипокапнията, възникваща в началните етапи на паренхимна дихателна недостатъчност, допълнително увеличава кислородното гладуване на периферните органи и тъкани.

Освен това, намаляването на PaCO2 _{намалява} аферентните импулси от рецепторите на каротидния синус и продълговатия мозък и намалява активността на дихателния център.

Накрая, хипокапнията променя съотношението на бикарбоната към въглеродния диоксид в кръвта, което води до повишаване на HCO3/H2CO3 и pH и развитие на респираторна алкалоза (при която се наблюдава спазъм на кръвоносните съдове и се влошава кръвоснабдяването на жизненоважни органи).

Трябва да се добави, че в късните стадии на развитие на паренхимна дихателна недостатъчност се нарушава не само оксигенацията на кръвта, но и вентилацията на белите дробове (например поради умора на дихателните мускули или повишена ригидност на белите дробове поради възпалителен оток), и се появява хиперкапния, отразяваща образуването на смесена форма на дихателна недостатъчност, съчетаваща признаците на паренхимна и вентилаторна дихателна недостатъчност.

Най-често паренхиматозна дихателна недостатъчност и критично намаляване на съотношението вентилация-перфузия се развиват при белодробни заболявания, съпроводени с локална (неравномерна) хиповентилация на алвеолите. Има много такива заболявания:

• хронични обструктивни белодробни заболявания (хроничен обструктивен бронхит, бронхиолит, бронхиална астма, кистозна фиброза и др.);
• централен рак на белия дроб;
• пневмония;
• белодробна туберкулоза и др.

При всички горепосочени заболявания се наблюдава в различна степен запушване на дихателните пътища, причинено от неравномерна възпалителна инфилтрация и тежък оток на бронхиалната лигавица (бронхит, бронхиолит), увеличаване на количеството вискозен секрет (храчки) в бронхите (бронхит, бронхиолит, бронхиектазия, пневмония и др.), спазъм на гладката мускулатура на малките бронхи (бронхиална астма), ранно експираторно затваряне (колапс) на малките бронхи (най-силно изразено при пациенти с белодробен емфизем), деформация и компресия на бронхите от тумор, чуждо тяло и др. Поради това е препоръчително да се разграничи специален - обструктивен - вид дихателна недостатъчност, причинена от нарушено преминаване на въздуха през големи и/или малки дихателни пътища, която в повечето случаи се разглежда в рамките на паренхимната дихателна недостатъчност. В същото време, при тежка запушване на дихателните пътища, в редица случаи белодробната вентилация и миокардният обдух са значително намалени и се развива вентилационна (или по-точно смесена) дихателна недостатъчност.

Увеличаване на алвеоларното мъртво пространство. Друг вариант на промяна във вентилационно-перфузионните отношения е свързан с локално нарушение на белодробния кръвоток, например с тромбоза или емболия на клоновете на белодробната артерия. В този случай, въпреки запазването на нормалната вентилация на алвеолите, перфузията на ограничена област от белодробната тъкан рязко намалява (V/Q > 1.0) или напълно липсва. Настъпва ефектът от внезапно увеличаване на функционалното мъртво пространство и ако обемът му е достатъчно голям, се развива хипоксемия. В този случай настъпва компенсаторно повишаване на концентрацията на CO2 във въздуха, издишан от нормално перфузираните алвеоли, което обикновено напълно изравнява нарушението на обмяната на въглероден диоксид в неперфузираните алвеоли. С други думи, този вариант на паренхимна дихателна недостатъчност също не е съпроводен с повишаване на парциалното налягане на CO2 _в артериалната кръв.

Паренхиматозна дихателна недостатъчност, причинена от увеличаване на алвеоларното мъртво пространство и стойностите на V/Q, най-често се развива при следните заболявания:

1. Тромбоемболизъм на клоновете на белодробната артерия.
2. Синдром на респираторен дистрес при възрастни.

Намаляване на функциониращата повърхност на алвеоларно-капилярната мембрана

При белодробен емфизем, интерстициална белодробна фиброза, компресионна ателектаза и други заболявания, оксигенацията на кръвта може да намалее поради намаляване на общата функционална повърхност на алвеоларно-капилярната мембрана. В тези случаи, както и при други варианти на паренхимна дихателна недостатъчност, промените в газовия състав на кръвта се проявяват предимно чрез артериална хипоксемия. В по-късни стадии на заболяването, например при умора и атрофия на дихателните мускули, може да се развие хиперкапния.

Нарушения на газовата дифузия

Коефициентът на дифузия на кислорода е относително нисък, дифузията му е нарушена при много белодробни заболявания, съпроводени с възпалителен или хемодинамичен оток на интерстициалната тъкан и увеличаване на разстоянието между вътрешната повърхност на алвеолите и капиляра (пневмония, интерстициални белодробни заболявания, пневмосклероза, хемодинамичен белодробен оток при левокамерна сърдечна недостатъчност и др.). В повечето случаи нарушената оксигенация на кръвта в белите дробове се причинява от други патофизиологични механизми на дихателна недостатъчност (например намаляване на вентилационно-перфузионните отношения), а намаляването на скоростта на дифузия на O2 _само я влошава.

Тъй като скоростта на дифузия на CO2 _е 20 пъти по-висока от тази на O2 _, преносът на въглероден диоксид през алвеоларно-капилярната мембрана може да бъде нарушен само ако тя е значително удебелена или ако има широко разпространено увреждане на белодробната тъкан. Следователно, в повечето случаи, нарушаването на дифузионния капацитет на белите дробове само увеличава хипоксемията.

• Паренхиматозната (хипоксемична) дихателна недостатъчност в повечето случаи се характеризира с:
  • неравномерна локална алвеоларна хиповентилация без намаляване на общата честота на механичен сърдечен ритъм,
  • тежка хипоксемия,
  • в началния етап на развитие на дихателна недостатъчност - хипервентилация на непокътнати алвеоли, придружена от хипокапния и респираторна алкалоза,
  • в по-късни етапи от развитието на дихателна недостатъчност - добавяне на вентилационни нарушения, придружени от хиперкапния и дихателна или метаболитна ацидоза (стадий на смесена дихателна недостатъчност).
• Основните механизми на развитие на паренхиматозната (хипоксемична) форма на дихателна недостатъчност:
  • нарушение на вентилационно-перфузионните взаимоотношения при обструктивен тип дихателна недостатъчност или увреждане на капилярното легло на белите дробове,
  • намаляване на общата функционална повърхност на алвеоларно-капилярната мембрана,
  • нарушение на дифузията на газовете.

Разграничаването между двете форми на дихателна недостатъчност (вентилаторна и паренхимна) е от голямо практическо значение. При лечението на вентилаторната форма на дихателна недостатъчност, дихателната поддръжка е най-ефективна, позволявайки възстановяване на намаления минутен дихателен обем. Напротив, при паренхимната форма на дихателна недостатъчност, хипоксемията се причинява от нарушение на вентилационно-перфузионната връзка (например, образуване на венозно "шунтиране" на кръвта), следователно, кислородната инхалационна терапия, дори във високи концентрации (висок FiO2), е неефективна. Изкуственото повишаване на миокардния обем (например с помощта на изкуствена вентилация) също е от малка полза. Стабилно подобрение при паренхимна дихателна недостатъчност може да се постигне само чрез адекватна корекция на вентилационно-перфузионната връзка и елиминиране на някои други механизми за развитие на тази форма на дихателна недостатъчност.

Клиничната и инструментална проверка на обструктивни и рестриктивни видове дихателна недостатъчност също е от практическо значение, тъй като позволява избор на оптимална тактика за лечение на пациенти с дихателна недостатъчност.

В клиничната практика често се среща смесен вариант на дихателна недостатъчност, съпроводен както с нарушена оксигенация на кръвта (хипоксемия), така и с тотална алвеоларна хиповентилация (хиперкапния и хипоксемия). Например, при тежка пневмония се нарушават вентилационно-перфузионните взаимоотношения и се образува алвеоларен шънт, така че PaO2 намалява и се развива хипоксемия. Масивната възпалителна инфилтрация на белодробната тъкан често е съпроводена със значително повишаване на белодробната ригидност, в резултат на което алвеоларната вентилация и скоростта на „измиване“ на въглероден диоксид намаляват и се развива хиперкапния.

Прогресивното нарушаване на вентилацията и развитието на хиперкапния също се улесняват от силна умора на дихателните мускули и ограничаване на обема на дихателните движения, когато се появи плеврална болка.

От друга страна, при някои рестриктивни заболявания, съпроводени с вентилаторна дихателна недостатъчност и хиперкапния, рано или късно се развиват нарушения на бронхиалната проходимост, съотношенията вентилация-перфузия намаляват и се присъединява паренхиматозен компонент на дихателната недостатъчност, съпроводен с хипоксемия. Въпреки това, във всеки случай е важно да се оценят преобладаващите механизми на дихателна недостатъчност.

Киселинно-алкални дисбаланси

Различни форми на дихателна недостатъчност могат да бъдат съпроводени с киселинно-алкален дисбаланс, което е по-характерно за пациенти с остра дихателна недостатъчност, включително развита на фона на хронична дихателна недостатъчност, която продължава дълго време. Именно в тези случаи най-често се развива декомпенсирана респираторна или метаболитна ацидоза или респираторна алкалоза, които значително влошават дихателната недостатъчност и допринасят за развитието на тежки усложнения.

Механизми за поддържане на киселинно-алкалния баланс

Киселинно-алкалният баланс е съотношението на концентрациите на водородни (H ⁺ ) и хидроксилни (OH⁻ ⁾ йони във вътрешната среда на тялото. Киселинната или алкалната реакция на разтвора зависи от съдържанието на водородни йони в него, като индикатор за това съдържание е pH стойността, която е отрицателният десетичен логаритъм на моларната концентрация на H ⁺ йони:

PH = - [H ⁺ ].

Това означава например, че при pH = 7,4 (неутрална реакция на средата) концентрацията на H ⁺ йони, т.е. [H ⁺ ], е равна на 10 ^-7,4 mmol/l. С повишаване на киселинността на биологичната среда, нейното pH намалява, а с намаляване на киселинността, то се увеличава.

Стойността на pH е един от най-„твърдите“ кръвни параметри. Колебанията му обикновено са изключително незначителни: от 7,35 до 7,45. Дори малки отклонения на pH от нормалното ниво към понижение (ацидоза) или повишаване (алкалоза) водят до значителна промяна в окислително-редукционните процеси, ензимната активност, пропускливостта на клетъчните мембрани и други нарушения, изпълнени с опасни последици за жизнената дейност на организма.

Концентрацията на водородни йони се определя почти изцяло от съотношението на бикарбоната към въглеродния диоксид:

HCO3 ^- / _H2CO3

Съдържанието на тези вещества в кръвта е тясно свързано с процеса на пренос на въглероден диоксид (CO2 ₎ от тъканите към белите дробове. Физически разтвореният CO2 _{дифундира от тъканите в еритроцитите, където под въздействието на ензима карбоанхидраза, молекулата (CO2)} се хидратира, за да образува въглеродна киселина H2CO3 _, която веднага дисоциира, за да образува водородни бикарбонатни (HCO3-) йони ⁽ H ⁺ ):

CO ₂ + H ₂ O ↔ H ₂ CO ₃ ↔ NCO ^3- + H ⁺

^{Част от HCO3-} йоните, натрупващи се в еритроцитите, според концентрационния градиент, преминават в плазмата. В този случай, в замяна на HCO3- ^{йона, в еритроцита навлиза хлор (Cl-)}, поради което равновесното разпределение на електрическите заряди се нарушава.

H ⁺ йоните, образувани чрез дисоциация на въглероден диоксид, се прикрепят към молекулата на миоглобина. Накрая, част от CO2 _може да се свърже чрез директно прикрепване към аминогрупите на протеиновия компонент на хемоглобина, за да образува остатък от карбаминова киселина (NHCOOH). По този начин, в кръвта, оттичаща се от тъканите, 27% от CO2 се пренася като бикарбонат (HCO3- ⁾ в еритроцитите, 11% от CO2 _{образува} карбаминово съединение с хемоглобина (карбохемоглобин), около 12% от CO2 _остава в разтворена форма или под формата на недисоциирана въглеродна киселина (H2CO3), а останалото количество CO2 ₍ около 50%) се разтваря като HCO3- ^в плазмата.

Обикновено концентрацията на бикарбонат (HCO3- ⁾ в кръвната плазма е 20 пъти по-висока от тази на въглеродния диоксид (H2CO3). Именно при това съотношение на HCO3- ^и H2CO3 се поддържа нормалното pH от 7,4. Ако концентрацията на бикарбонат или въглероден диоксид се промени, съотношението им се променя и pH се измества в киселинна (ацидоза) или алкална (алкалоза) страна. При тези условия нормализирането на pH изисква активиране на редица компенсаторни регулаторни механизми, които възстановяват предишното съотношение на киселини и основи в кръвната плазма, както и в различни органи и тъкани. Най-важните от тези регулаторни механизми са:

1. Буферни системи на кръвта и тъканите.
2. Промени в белодробната вентилация.
3. Механизми на бъбречна регулация на киселинно-алкалния баланс.

Буферните системи на кръвта и тъканите се състоят от киселина и конюгирана основа.

При взаимодействие с киселини, последните се неутрализират от алкалния компонент на буфера; при контакт с основи, излишъкът им се свързва с киселинния компонент.

Бикарбонатният буфер има алкална реакция и се състои от слаба въглеродна киселина (H2CO3) и нейната натриева сол - натриев бикарбонат (NaHCO3) като конюгирана основа. При взаимодействие с киселина, алкалният компонент на бикарбонатния буфер (TaHCO3) я неутрализира, за да образува H2CO3, която дисоциира на CO2 _и H2O _. Излишъкът се отстранява с издишания въздух. При взаимодействие с основи, киселинният компонент на буфера (H2CO3) се свързва с излишните основи, за да образува бикарбонат (HCO3- ⁾, който след това се екскретира през бъбреците.

Фосфатният буфер се състои от едноосновен натриев фосфат (NaH2PO4), който действа като киселина, и двуосновен натриев фосфит (NaH2PO4), който действа като конюгирана основа. Принципът на действие на този буфер е същият като този на бикарбонатния буфер, но буферният му капацитет е малък, тъй като съдържанието на фосфат в кръвта е ниско.

Протеинов буфер. Буферните свойства на плазмените протеини (албумин и др.) и еритроцитния хемоглобин са свързани с факта, че аминокиселините, които съдържат, съдържат както киселинни (COOH), така и основни (NH2 ₎ групи и могат да се дисоциират, образувайки както водородни, така и хидроксилни йони в зависимост от реакцията на средата. Хемоглобинът представлява по-голямата част от буферния капацитет на протеиновата система. Във физиологичния диапазон на pH оксихемоглобинът е по-силна киселина от дезоксихемоглобина (редуциран хемоглобин). Следователно, чрез освобождаване на кислород в тъканите, редуцираният хемоглобин придобива по-висока способност да свързва H ⁺ йони. При абсорбиране на кислород в белите дробове хемоглобинът придобива киселинни свойства.

Буферните свойства на кръвта се определят основно от комбинирания ефект на всички анионни групи на слабите киселини, най-важните от които са бикарбонатите и анионните групи на протеините („протеинати“). Тези аниони, които имат буферни ефекти, се наричат буферни основи (ББ).

Общата концентрация на буферни бази в кръвта е около <18 mmol/l и не зависи от промените в налягането на CO2 _в кръвта. Всъщност, с повишаване на налягането на CO2 _в кръвта се образуват равни количества H ⁺ и HCO3- ^{. Протеините свързват H+} йони, което води до намаляване на концентрацията на „свободни“ протеини с буферни свойства. В същото време съдържанието на бикарбонат се увеличава със същото количество, а общата концентрация на буферни бази остава същата. Обратно, с намаляване на налягането на CO2 в кръвта, съдържанието на протеинати се увеличава, а концентрацията на бикарбонат намалява.

Ако съдържанието на нелетливи киселини в кръвта се промени (млечна киселина при хипоксия, ацетооцетна и бета-хидроксимаслена киселина при захарен диабет и др.), общата концентрация на буферните основи ще се различава от нормалната.

Отклонението на съдържанието на буферни бази от нормалното ниво (48 mmol/l) се нарича излишък на бази (BE); обикновено то е нула. При патологично увеличение на броя на буферните бази, BE става положителен, а при намаление - отрицателен. В последния случай е по-правилно да се използва терминът „дефицит на бази“.

По този начин индикаторът BE ни позволява да преценим промените в „резервите“ от буферни бази, когато съдържанието на нелетливи киселини в кръвта се промени, и да диагностицираме дори скрити (компенсирани) промени в киселинно-алкалния баланс.

Промените в белодробната вентилация са вторият регулаторен механизъм, който осигурява постоянството на pH на кръвната плазма. Когато кръвта преминава през белите дробове, в еритроцитите и кръвната плазма протичат реакции, противоположни на описаните по-горе:

H ⁺ + HCO3- ^H2CO3 ↔ CO2 + H2O.

Това означава, че когато CO2 се отстрани от кръвта, от нея изчезва приблизително еквивалентен _брой H ⁺ йони. Следователно дишането играе изключително важна роля за поддържане на киселинно-алкалния баланс. Така, ако в резултат на метаболитни нарушения в тъканите се повиши киселинността на кръвта и се развие състояние на умерена метаболитна (нереспираторна) ацидоза, интензивността на белодробната вентилация (хипервентилация) се увеличава рефлекторно (дихателният център). В резултат на това се отстранява голямо количество CO2 и съответно водородни йони (H ⁺ ), поради което pH се връща към първоначалното си ниво. Обратно, увеличаването на базалното съдържание (метаболитна нереспираторна алкалоза) е съпроводено с намаляване на интензивността на вентилацията (хиповентилация), налягането на CO2 _и концентрацията на H ⁺ йони се увеличават и изместването на pH към алкалната страна се компенсира.

Ролята на бъбреците. Третият регулатор на киселинно-алкалния баланс са бъбреците, които отстраняват H ⁺ йони от тялото и реабсорбират натриев бикарбонат (NaHCO3). Тези важни процеси се осъществяват главно в бъбречните каналчета. Използват се три основни механизма:

Обмен на водородни йони с натриеви йони. Този процес се основава на реакцията, активирана от карбоанхидразата: CO2 ₊ H2O ₌ H2CO3 _; полученият въглероден диоксид (H2CO3) се дисоциира на H ⁺ и HCO3- ^{йони. Йоните се освобождават в лумена на тубулите, а на тяхно място от тубулната течност навлиза еквивалентно количество натриеви йони (Na}₊⁾. В резултат на това тялото се освобождава от водородни йони и едновременно с това попълва запасите си от натриев бикарбонат (NaHCO3), който се реабсорбира в интерстициалната тъкан на бъбрека и навлиза в кръвта.

^{Ацидогенеза. Обменът на H+} йони с Na ⁺ йони протича по подобен начин с участието на двуосновен фосфат. Водородните йони, освободени в лумена на тубулата, се свързват с HPO4 ^2- аниона, за да образуват едноосновен натриев фосфат (NaH2PO4). В същото време еквивалентно количество Na ⁺ йони навлиза в епителните клетки на тубулата и се свързва с HCO3- йона, ^{за да} образува Na ⁺ бикарбонат (NaHCO3). Последният се реабсорбира и навлиза в общия кръвен поток.

Амониагенезата протича в дисталните бъбречни тубули, където амонякът се образува от глутамин и други аминокиселини. Последният неутрализира HCl в урината и свързва водородните йони, за да образува Na ⁺ и Cl- ^. Реабсорбираният натрий в комбинация с HCO3- ^йона също образува натриев бикарбонат (NaHCO3).

По този начин, в тубулната течност, по-голямата част от H ⁺ йоните, идващи от тубулния епител, се свързват с HCO3- ^, HPO42- ^йони и се екскретират с урината. Едновременно с това, еквивалентно количество натриеви йони навлиза в тубулните клетки, за да образуват натриев бикарбонат (NaHCO3), който се реабсорбира в тубулите и попълва алкалния компонент на бикарбонатния буфер.

Основни показатели за киселинно-алкалния баланс

В клиничната практика се използват следните параметри на артериалната кръв за оценка на киселинно-алкалния баланс:

1. PH на кръвта е отрицателният десетичен логаритъм на моларната концентрация на H ⁺ йони. pH на артериалната кръв (плазма) при 37°C се колебае в тесни граници (7,35-7,45). Нормалните стойности на pH все още не означават липса на киселинно-алкален дисбаланс и могат да се срещнат при така наречените компенсирани варианти на ацидоза и алкалоза.
2. PaCO2 е парциалното налягане на CO2 _в артериалната кръв. Нормалните стойности на PaCO2 _са35-45 mm Hg при мъжете и 32-43 mm Hg при жените.
3. Буферните бази (ББ) са сумата от всички кръвни аниони с буферни свойства (главно бикарбонати и протеинови йони). Нормалната стойност на ББ е средно 48,6 mol/l (от 43,7 до 53,5 mmol/l).
4. Стандартният бикарбонат (SB) е съдържанието на бикарбонатен йон в плазмата. Нормалните стойности за мъжете са 22,5-26,9 mmol/l, за жените - 21,8-26,2 mmol/l. Този показател не отразява буфериращия ефект на протеините.
5. Излишъкът на основите (ИЗБ) е разликата между действителната стойност на съдържанието на буферни основи и тяхната нормална стойност (нормалната стойност е от - 2,5 до + 2,5 mmol/l). В капилярната кръв стойностите на този показател са от -2,7 до +2,5 при мъжете и от -3,4 до +1,4 при жените.

В клиничната практика обикновено се използват 3 показателя за киселинно-алкално равновесие: pH, PaCO2 _и BE.

Промени в киселинно-алкалния баланс при дихателна недостатъчност

При много патологични състояния, включително дихателна недостатъчност, в кръвта може да се натрупа толкова голямо количество киселини или основи, че описаните по-горе регулаторни механизми (буферни системи на кръвта, дихателна и отделителна системи) вече не могат да поддържат pH на постоянно ниво и се развива ацидоза или алкалоза.

1. Ацидозата е нарушение на киселинно-алкалния баланс, при което в кръвта се появява абсолютен или относителен излишък на киселини и концентрацията на водородни йони се увеличава (pH < 7,35).
2. Алкалозата се характеризира с абсолютно или относително увеличение на броя на базите и намаляване на концентрацията на водородни йони (pH > 7,45).

Според механизмите на възникване, съществуват 4 вида нарушения на киселинно-алкалния баланс, всяко от които може да бъде компенсирано и декомпенсирано:

1. респираторна ацидоза;
2. респираторна алкалоза;
3. нереспираторна (метаболитна) ацидоза;
4. нереспираторна (метаболитна) алкалоза.

Аспираторна ацидоза

Респираторната ацидоза се развива при тежки тотални нарушения на белодробната вентилация (алвеоларна хиповентилация). В основата на тези промени в киселинно-алкалния баланс е повишаването на парциалното налягане на CO2 _в артериалната кръв (PaCO2 ₎.

При компенсирана респираторна ацидоза pH на кръвта не се променя поради действието на описаните по-горе компенсаторни механизми. Най-важните от тях са 6-карбонатният и протеиновият (хемоглобинов) буфер, както и бъбречният механизъм за освобождаване на H ⁺ йони и задържане на натриев бикарбонат (NaHCO3).

В случай на хиперкапнична (вентилационна) дихателна недостатъчност, механизмът на повишена белодробна вентилация (хипервентилация) и отстраняване на H ⁺ и CO2 йони при респираторна ацидоза няма практическо значение, тъй като такива пациенти по дефиниция имат първична белодробна хиповентилация, причинена от тежка белодробна или екстрапулмонална патология. Тя е съпроводена със значително повишаване на парциалното налягане на CO2 в кръвта - хиперкапия. Поради ефективното действие на буферните системи и особено в резултат на включването на бъбречния компенсаторен механизъм за задържане на натриев бикарбонат, пациентите имат повишено съдържание на стандартен бикарбонат (SB) и излишни бази (BE).

По този начин, компенсираната респираторна ацидоза се характеризира с:

1. Нормални стойности на pH на кръвта.
2. Повишаване на парциалното налягане на CO2 _в кръвта (PaCO2 ₎.
3. Увеличение на стандартния бикарбонат (SB).
4. Увеличение на излишъка от база (BE).

Изчерпването и недостатъчността на компенсаторните механизми води до развитие на декомпенсирана респираторна ацидоза, при която плазменото pH намалява под 7,35. В някои случаи нивата на стандартен бикарбонат (SB) и излишък на основи (BE) също намаляват до нормални стойности, което показва изчерпване на базалния резерв.

Респираторна алкалоза

По-горе беше показано, че паренхиматозната дихателна недостатъчност в някои случаи е съпроводена с хипокапния, причинена от изразена компенсаторна хипервентилация на непокътнати алвеоли. В тези случаи се развива респираторна алкалоза в резултат на повишено отстраняване на въглероден диоксид поради хипервентилационно разстройство на външното дишане. В резултат на това съотношението HCO3 ^- / H2CO3 се увеличава и съответно pH на кръвта се повишава.

Компенсацията на респираторната алкалоза е възможна само на фона на хронична дихателна недостатъчност. Основният ѝ механизъм е намаляване на секрецията на водородни йони и инхибиране на реабсорбцията на бикарбонати в бъбречните тубули. Това води до компенсаторно намаление на стандартния бикарбонат (SB) и до базов дефицит (отрицателна стойност на BE).

По този начин, компенсираната респираторна алкалоза се характеризира с:

1. Нормална стойност на pH на кръвта.
2. Значително понижение на pCO2 в кръвта.
3. Компенсаторно понижение на стандартния бикарбонат (SB).
4. Компенсаторен базов дефицит (отрицателна стойност на BE).

При декомпенсация на респираторната алкалоза, pH на кръвта се повишава, а предварително намалените стойности на SB и BE могат да достигнат нормални стойности.

Нереспираторна (метаболитна) ацидоза

Нереспираторната (метаболитна) ацидоза е най-тежката форма на киселинно-алкален дисбаланс, която може да се развие при пациенти с много тежка дихателна недостатъчност, тежка кръвна хипоксемия и хипоксия на органи и тъкани. Механизмът на развитие на нереспираторна (метаболитна) ацидоза в този случай е свързан с натрупването на така наречените нелетливи киселини (млечна киселина, бета-хидроксимаслена, ацетооцетна и др.) в кръвта. Нека припомним, че освен тежка дихателна недостатъчност, нереспираторната (метаболитна) ацидоза може да бъде причинена от:

1. Тежки нарушения на тъканния метаболизъм при декомпенсиран захарен диабет, продължително гладуване, тиреотоксикоза, треска, органна хипоксия на фона на тежка сърдечна недостатъчност и др.
2. Бъбречни заболявания, съпроводени с предимно увреждане на бъбречните тубули, водещо до нарушена екскреция на водородни йони и реабсорбция на натриев бикарбонат (бъбречна тубулна ацидоза, бъбречна недостатъчност и др.)
3. Загуба на големи количества основи под формата на бикарбонати с храносмилателни сокове (диария, повръщане, пилорна стеноза, хирургични интервенции). Прием на някои лекарства (амониев хлорид, калциев хлорид, салицилати, инхибитори на карбоанхидразата и др.).

При компенсирана нереспираторна (метаболитна) ацидоза, бикарбонатният буфер на кръвта се включва в процеса на компенсация, който свързва натрупващите се в организма киселини. Намаляването на съдържанието на натриев бикарбонат води до относително повишаване на концентрацията на въглеродна киселина (H2CO3), която дисоциира на H2O и CO2. H ^{+ йоните се свързват с протеини, предимно с хемоглобин, поради което Na+}, Ca2 ⁺ и K ⁺ напускат еритроцитите в замяна на постъпващите в тях водородни катиони.

По този начин, компенсираната метаболитна ацидоза се характеризира с:

1. Нормално ниво на pH на кръвта.
2. Намалени стандартни бикарбонати (SB).
3. Дефицит на буферни бази (отрицателна стойност на BE).

Изчерпването и недостатъчността на описаните компенсаторни механизми водят до развитие на декомпенсирана нереспираторна (метаболитна) ацидоза, при която pH на кръвта се понижава до ниво под 7,35.

Нереспираторна (метаболитна) алкалоза

Нереспираторната (метаболитна) алкалоза не е типична при дихателна недостатъчност.

Други усложнения на дихателната недостатъчност

Промените в газовия състав на кръвта, киселинно-алкалния баланс, както и нарушенията в белодробната хемодинамика при тежки случаи на дихателна недостатъчност водят до тежки усложнения в други органи и системи, включително мозъка, сърцето, бъбреците, стомашно-чревния тракт, съдовата система и др.

Острата дихателна недостатъчност се характеризира с относително бързо развиващи се тежки системни усложнения, причинени главно от тежка хипоксия на органи и тъкани, водеща до нарушения в техните метаболитни процеси и функции. Появата на полиорганна недостатъчност на фона на остра дихателна недостатъчност значително увеличава риска от неблагоприятен изход на заболяването. По-долу е даден далеч не пълен списък със системни усложнения на дихателната недостатъчност:

1. Сърдечно-съдови усложнения:
   • миокардна исхемия;
   • сърдечна аритмия;
   • намален ударен обем и сърдечен дебит;
   • артериална хипотония;
   • дълбока венозна тромбоза;
   • ТЕЛА.
2. Невромускулни усложнения:
   • ступор, сопор, кома;
   • психоза;
   • делириум;
   • полиневропатия при критични заболявания;
   • контрактури;
   • мускулна слабост.
3. Инфекциозни усложнения:
   • сепсис;
   • абсцес;
   • нозокомиална пневмония;
   • рани от залежаване;
   • други инфекции.
4. Стомашно-чревни усложнения:
   • остра стомашна язва;
   • стомашно-чревно кървене;
   • увреждане на черния дроб;
   • недохранване;
   • усложнения от ентерално и парентерално хранене;
   • акалкулозен холецистит.
5. Бъбречни усложнения:
   • остра бъбречна недостатъчност;
   • електролитни нарушения и др.

Необходимо е също да се вземе предвид възможността за развитие на усложнения, свързани с наличието на интубационна тръба в лумена на трахеята, както и с прилагането на изкуствена вентилация.

При хронична дихателна недостатъчност тежестта на системните усложнения е значително по-малка, отколкото при остра недостатъчност, а на преден план излиза развитието на 1) белодробна артериална хипертония и 2) хронична белодробна болест на сърцето.

Белодробната артериална хипертония при пациенти с хронична дихателна недостатъчност се формира под действието на няколко патогенетични механизма, основният от които е хроничната алвеоларна хипоксия, водеща до развитие на хипоксична белодробна вазоконстрикция. Този механизъм е известен като рефлекс на Ойлер-Лилжестрайд. В резултат на този рефлекс локалният белодробен кръвоток се адаптира към нивото на интензивност на белодробната вентилация, така че вентилационно-перфузионната връзка не се нарушава или става по-слабо изразена. Ако обаче алвеоларната хиповентилация е изразена в голяма степен и се разпространи в големи области на белодробната тъкан, се развива генерализирано повишаване на тонуса на белодробните артериоли, което води до повишаване на общото белодробно съдово съпротивление и развитие на белодробна артериална хипертония.

Образуването на хипоксична белодробна вазоконстрикция се улеснява и от хиперкапния, нарушена бронхиална проходимост и ендотелна дисфункция. Анатомичните промени в белодробното съдово легло играят особена роля в развитието на белодробна артериална хипертония: компресия и опустошаване на артериоли и капиляри поради постепенно прогресираща фиброза на белодробната тъкан и белодробен емфизем, удебеляване на съдовата стена поради хипертрофия на мускулните клетки на медията, развитие на микротромбоза при условия на хронични нарушения на кръвния поток и повишена тромбоцитна агрегация, рецидивираща тромбоемболия на малки клонове на белодробната артерия и др.

Хроничната белодробна болест на сърцето се развива естествено във всички случаи на дългосрочни белодробни заболявания, хронична дихателна недостатъчност и прогресивна белодробна артериална хипертония. Според съвременните схващания обаче, дългосрочният процес на формиране на хронична белодробна болест на сърцето включва появата на редица структурни и функционални промени в десните сърдечни камери, най-значимите от които са миокардна хипертрофия на дясната камера и предсърдието, разширяване на техните кухини, сърдечна фиброза, диастолична и систолична дисфункция на дясната камера, формиране на относителна трикуспидална клапа, повишено централно венозно налягане и застой във венозното русло на системното кръвообращение. Тези промени се дължат на формирането на белодробна хипертония при хронична дихателна недостатъчност, персистиращо или преходно повишаване на следнатоварването върху дясната камера, повишено интрамиокардно налягане, както и активиране на тъканните неврохормонални системи, освобождаване на цитокини и развитие на ендотелна дисфункция.

В зависимост от липсата или наличието на признаци на дяснокамерна сърдечна недостатъчност се разграничават компенсирана и декомпенсирана хронична белодробна болест на сърцето.

Острата дихателна недостатъчност се характеризира най-вече с появата на системни усложнения (сърдечни, съдови, бъбречни, неврологични, стомашно-чревни и др.), които значително увеличават риска от неблагоприятен изход на заболяването. Хроничната дихателна недостатъчност се характеризира повече с постепенното развитие на белодробна хипертония и хронично белодробно сърдечно заболяване.

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