Гиперкапния - Hypercapnia

Гиперкапния
Симптомы гиперкапнии
Основные симптомы отравления углекислым газом при увеличении объемный процент в воздухе.[1][2]
СпециальностьПульмонология, медицина интенсивной терапии

Гиперкапния (от Греческий гипер = "выше" или "слишком много" и капнос = "курить "), также известный как гиперкарбия и CO2 удержание, это состояние аномально повышенного углекислый газ (CO2) уровни в крови. Углекислый газ - это газообразный продукт тела метаболизм и обычно высылается через легкие. Углекислый газ может накапливаться в любом состоянии, вызывающем гиповентиляция, сокращение альвеолярная вентиляция (очистка воздуха от небольших мешочков легкого, где газообмен происходит). Неспособность легких очищать углекислый газ приводит к респираторный ацидоз. В конце концов, организм компенсирует повышенную кислотность, удерживая щелочь в почках, и этот процесс известен как «метаболическая компенсация».

Острая гиперкапния называется острая гиперкапническая дыхательная недостаточность (AHRF) 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 медикаментами, с использованием масок. неинвазивная вентиляция или с механическая вентиляция.

Гиперкапния - это опасность подводного плавания, связанная с погружением с задержкой дыхания, подводным плаванием с аквалангом, особенно на ребризерах, и глубоким погружением, когда она связана с повышенной плотностью дыхательного газа из-за высокого давления окружающей среды. [3][4][5]

Признаки и симптомы

Гиперкапния может возникать в контексте основного состояния здоровья, а симптомы могут относиться к этому состоянию или непосредственно к гиперкапнии. Специфические симптомы, относящиеся к ранней гиперкапнии: одышка (одышка), головная боль, спутанность сознания и летаргия. Клинические признаки включают покраснение кожи, полное пульс (ограничивающий импульс), учащенное дыхание, преждевременное сердцебиение, мышечные подергивания и взмахи ладоней (астериксис ). Риск опасного нарушения сердечного ритма увеличена.[6][7] Гиперкапния также возникает, когда вдыхаемый газ загрязнен углекислым газом или когда дыхательный газообмен не успевает за метаболическим производством углекислого газа, что может произойти, когда плотность газа ограничивает вентиляцию при высоком давлении окружающей среды.[3]

При тяжелой гиперкапнии (обычно больше 10 кПа или 75 мм рт. ст. ), симптоматика прогрессирует до дезориентации, паника, гипервентиляция, судороги, бессознательное состояние, и в конечном итоге смерть.[8][9]

Причины

Углекислый газ - это нормальный продукт обмена веществ, но он накапливается в организме, если вырабатывается быстрее, чем выводится. Скорость продуктивности может увеличиваться более чем в десять раз от состояния покоя до физических нагрузок. Двуокись углерода растворяется в крови и выводится путем газообмена в легких во время дыхания.[10] Гиперкапния обычно вызывается: гиповентиляция, заболевание легких, или уменьшился сознание. Это также может быть вызвано воздействием окружающей среды, содержащей аномально высокие концентрации углекислого газа, например, из-за вулканической или геотермальной активности, или повторное дыхание выдохнул углекислый газ. В этой ситуации гиперкапния также может сопровождаться респираторным ацидозом.[11]

Острая гиперкапническая дыхательная недостаточность может возникнуть при остром заболевании, вызванном: хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ), деформация грудной клетки, некоторые формы нервно-мышечное заболевание (Такие как миастения, и синдром ожирения и гиповентиляции.[12] AHRF может также развиться при любой форме дыхательной недостаточности, когда дыхательные мышцы истощаются, например при тяжелой форме. пневмония и острая тяжелая астма. Это также может быть следствием глубокого подавления сознания, такого как передозировка опиоидов.[нужна цитата ]

Во время дайвинга

Нормальное дыхание у дайверов приводит к альвеолярный гиповентиляция что приводит к неадекватному CO2 устранение или гиперкапния. Ланфье в Экспериментальное водолазное подразделение ВМС США ответил на вопрос «Почему ныряльщики мало дышат?»:[13]

  • Более высокий вдыхаемый кислород () при давлении 4 атм (400 кПа) составляла не более 25% высоты в конце приливного CO2 (ETCO2)[14] Вышеуказанные значения получены при той же скорости работы при вдыхании воздуха чуть ниже поверхности.[15][16][17][4]
  • Повышенная работа дыхания составляла большую часть подъема (уравнение альвеолярного газа ) при воздействии выше 1 атм (100 кПа), как показывают результаты, когда гелий был заменен на азот при 4 атм (400 кПа).[15][16][17][4]
  • На недостаточную вентиляционную реакцию на нагрузку указывает тот факт, что, несмотря на нормальные значения в состоянии покоя, заметно поднялся от напряжения, даже когда водолазы дышали воздухом на глубине всего несколько футов.[15][16][17][4]

Существует ряд причин, по которым диоксид углерода не выводится полностью при выдохе дайвера:

  • Дайвер выдыхает в сосуд, не пропускающий весь CO.2 сбежать в окружающую среду, например, долгое трубка, полнолицевая маска для дайвинга, или же водолазный шлем, а затем дайвер повторно покидает это судно, в результате чего мертвый космос.[4]
  • В скруббер из двуокиси углерода в водолазном ребризер не может удалить достаточное количество углекислого газа из контура (более высокий вдыхаемый CO2), или дыхательный газ загрязнен CO2.[3]
  • Дайвер перетренирован, вырабатывая избыток углекислого газа из-за повышенной метаболической активности, и дыхательный газообмен не может успевать за метаболическим производством углекислого газа.[3]
  • Плотность газа ограничивает вентиляцию при высоком атмосферном давлении. В плотность из дыхательный газ выше на глубине, поэтому усилие, необходимое для полного вдоха и выдоха, увеличивается, делая дыхание более трудным и менее эффективным (высокое работа дыхания ).[13][3] Более высокая плотность газа также приводит к тому, что смешивание газа в легких становится менее эффективным, что увеличивает эффективное мертвое пространство.[4][5]
  • Дайвер сознательно гиповентиляция, известный как «пропуск дыхания».[5]

Пропуск дыхания - спорная техника для сохранения дыхательный газ когда используешь подводное плавание с открытым контуром, который заключается в кратковременной задержке дыхания между вдохом и выдохом (т. е. «пропуском» вдоха). Это приводит к CO2 не выдыхается эффективно.[18] Риск разрыва легкого (легочная баротравма подъема) увеличивается, если задерживать дыхание при подъеме. Это особенно контрпродуктивно с ребризер, где в процессе дыхания газ нагнетается по «петле», проталкивая углекислый газ через скруббер и смешивая только что введенный кислород.[5]

В замкнутой цепи ребризер дайвинг выдыхаемый углекислый газ должен быть удален из дыхательной системы, обычно скруббер содержащие твердое химическое соединение с высоким сродством к CO2, например натронная известь.[19] Если его не удалить из системы, его можно повторно вдохнуть, что приведет к увеличению вдыхаемой концентрации.

Механизм

Гиперкапния обычно вызывает рефлекс, который увеличивает дыхание и доступ к кислород (O2), например возбуждение и поворот головы во время сна. Нарушение этого рефлекса может быть фатальным, например, как фактор, способствующий синдром внезапной детской смерти.[20]

Гиперкапния может вызвать увеличение сердечного выброса, повышение артериального давления (более высокие уровни углекислого газа стимулируют аортальную и сонную артерии). хеморецепторы с афферентами -CN IX и X- в продолговатый мозг с последующей хроно- и ино-тропический эффекты), а также склонность к сердечные аритмии. Гиперкапния может повысить сопротивление легочных капилляров.[нужна цитата ]

Физиологические эффекты

Высокое артериальное парциальное давление углекислого газа () вызывает изменения в деятельности мозга, которые отрицательно сказываются как на тонком мышечном контроле, так и на рассуждении. ЭЭГ изменения, обозначающие незначительные наркотические эффекты, могут быть обнаружены для выдохшего газа конец прилива парциальное давление углекислого газа () увеличиваются 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 эффектом: путаница и иррациональное поведение могут возникать около 72 торр (0,095 атм), а потеря сознания - около 90 торр (0,12 атм). Высоко вызывает реакцию борьбы или бегства, влияет на уровень гормонов и может вызывать беспокойство, раздражительность и неуместные или панические реакции, которые могут быть вне контроля субъекта, иногда без предупреждения или без предупреждения. Расширение сосудов - еще один эффект, особенно в коже, где сообщается о неприятном жаре, и в головном мозге, где кровоток может увеличиваться на 50% за один раз. 50 торр (0,066 атм.). Может повышаться внутричерепное давление с пульсирующей головной болью. Если это связано с высоким высокая доставка кислорода к мозгу может увеличить риск кислородного отравления ЦНС при парциальных давлениях, которые обычно считаются приемлемыми.[10]

У многих людей высокий вызывает чувство одышки, но отсутствие этого симптома не гарантирует, что не возникнут другие эффекты. Значительный процент смертей от респираторов был связан с CO.2 удержание. Эффекты высоких После устранения причины на устранение может уйти от нескольких минут до часов.[10]

Диагностика

Анализы газов крови может выполняться, как правило, пункция лучевой артерии при острых проблемах с дыханием или других острых заболеваниях. Гиперкапния обычно определяется как уровень углекислого газа в артериальной крови выше 45 мм рт. Ст. (6 кПа). Поскольку углекислый газ находится в равновесии с угольная кислота в крови гиперкапния снижает pH сыворотки, что приводит к респираторному ацидозу. Клинически влияние гиперкапнии на pH оценивается с помощью отношения артериального давления углекислого газа к концентрации бикарбонат-иона, .[нужна цитата ]

Толерантность

Смотрите также: Двуокись углерода § Токсичность
Устойчивость к повышенному содержанию CO в атмосфере2 концентрация[8]
% CO2 в
Вдохновленный воздух		Ожидаемая переносимость полезной активности при продолжительном воздействии повышенного CO2
ПродолжительностьОсновное ограничение
0.028продолжительность жизниатмосфера, 1780 год[21]
0.04продолжительность жизнитекущая атмосфера
0.5продолжительность жизнинет обнаруживаемых ограничений (Примечание: см. современные исследования в Углекислый газ # менее 1% который показывает измеримые эффекты ниже 1%.)
1.0продолжительность жизни
1.5> 1 месяцмягкая респираторная стимуляция
2.0> 1 месяц
2.5> 1 месяц
3.0> 1 месяцумеренная респираторная стимуляция
3.5> 1 недели
4.0> 1 неделяумеренная респираторная стимуляция, повышенная респираторная реакция на упражнения
4.5> 8 часов
5.0> 4 часоввыраженный респираторный раздражитель, повышенная респираторная реакция на упражнения
5.5> 1 часа
6.0> 0,5 часавыраженный респираторный раздражитель, усиленная респираторная реакция на упражнения, начало умственной замешательства
6.5> 0,25 часов
7.0> 0,1 часовограничение одышкой и спутанностью сознания

Токсичность CO2 в моделях на животных

Испытания, проведенные на беспородных собаках, показали физиологическое действие углекислого газа на организм животного: после вдыхания 50% CO2 и 50% воздушной смеси, дыхательное движение увеличилось примерно на 2 минуты, а затем уменьшилось на 30-90 минут. Хилл и Флэк показали, что CO2 концентрации до 35% оказывают возбуждающее действие как на кровообращение, так и на дыхание, но концентрации выше 35% действуют на них угнетающе.[нужна цитата ] Артериальное давление (АД) временно снижалось во время учащенного дыхательного движения, а затем снова повышалось и некоторое время сохранялось на исходном уровне. Сразу после вдыхания газовой смеси частота сердечных сокращений несколько снизилась. Считается, что начальное снижение АД со снижением частоты сердечных сокращений связано с прямым депрессивным действием СО.2 на сердце и что возвращение кровяного давления к исходному уровню произошло из-за быстрого повышения PaCO2. Через 30–90 минут дыхательный центр был подавлен, а гипотензия возникла постепенно или внезапно из-за снижения сердечного выброса, что привело к апноэ и, в конечном итоге, к остановке кровообращения.

При более высоких концентрациях CO2потеря сознания наступила почти мгновенно, дыхательные движения прекратились через 1 минуту. После нескольких минут апноэ была замечена остановка кровообращения. Эти данные предполагают, что причиной смерти является вдыхание высоких концентраций CO2 это не гипоксия, а отравление углекислым газом.[22]

Уход

Лечение острой гиперкапнической дыхательной недостаточности зависит от первопричины, но может включать прием лекарств и механическую респираторную поддержку. У тех, у кого нет противопоказаний, неинвазивная вентиляция (NIV) часто используется вместо инвазивная механическая вентиляция.[12] В прошлом препарат доксапрам (стимулятор дыхания), использовался при гиперкапнии в обострение хронической обструктивной болезни легких но есть мало доказательств, подтверждающих его использование по сравнению с NIV,[23] и это не фигурирует в последних профессиональных руководствах.[12]

Очень тяжелая дыхательная недостаточность, при которой также может присутствовать гиперкапния, часто лечится экстракорпоральная мембранная оксигенация (ЭКМО), при котором кислород добавляется в кровь, а углекислый газ удаляется непосредственно из крови.[24]

Относительно новый метод экстракорпоральное удаление углекислого газа (ECCO2Р). Этот метод удаляет CO2 из кровотока и может сократить время, необходимое для искусственной вентиляции легких у пациентов с AHRF; требует меньших объемов кровотока по сравнению с ЭКМО.[24][25]

Терминология

Гиперкапния - противоположность гипокапния, состояние аномально сниженного уровня углекислого газа в крови.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Токсичность воздействия углекислого газа, CO2 Симптомы отравления, пределы воздействия углекислого газа и ссылки на процедуры тестирования токсичных газов Даниэль Фридман - InspectAPedia
  2. ^ Дэвидсон, Клайв. 7 февраля 2003 г. «Морское уведомление: двуокись углерода: опасность для здоровья». Австралийское управление по безопасности на море.
  3. ^ а б c d е Энтони, Гэвин; Митчелл, Саймон Дж. (2016). Pollock, NW; Продавцы, SH; Годфри, JM (ред.). Респираторная физиология погружений с ребризером (PDF). Ребризеры и научный дайвинг. Труды NPS / NOAA / DAN / AAUS 16-19 июня 2015 г. Семинар. Центр морской науки Ригли, остров Каталина, Калифорния. С. 66–79.
  4. ^ а б c d е ж Ланфье Э.Х. (1956). «Физиология азотно-кислородной смеси. Фаза 5. Добавление мертвого дыхательного пространства (значение в тестах отбора персонала) (физиологические эффекты в условиях дайвинга)». Технический отчет экспериментального водолазного подразделения ВМС США. AD0725851. Получено 2008-06-10.
  5. ^ а б c d Митчелл, Саймон (август 2008 г.). «Четвертое: удержание углекислого газа». В Маунт, Том; Дитури, Джозеф (ред.). Энциклопедия геологоразведочных работ и водолазных работ (1-е изд.). Майами-Шорс, Флорида: Международная ассоциация дайверов на найтроксе. С. 279–286. ISBN  978-0-915539-10-9.
  6. ^ Stapczynski J.S, "Глава 62. Респираторный дистресс" (Глава). Tintinalli JE, Kelen GD, Stapczynski JS, Ma OJ, Cline DM: Экстренная медицина Тинтиналли: Комплексное руководство, 6-е издание: «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2011-07-07. Получено 2009-05-26.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь).
  7. ^ Морган Г.Е., младший, Михаил М.С., Мюррей MJ, «Глава 3. Дыхательные системы» (Глава). Морган Г.Е., младший, Михаил М.С., Мюррей М.Дж .: Клиническая анестезиология, 4-е издание: «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2008-04-14. Получено 2009-05-26.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь).
  8. ^ а б Ламбертсен, Кристиан Дж. (1971). «Толерантность к двуокиси углерода и токсичность». Центр данных по экологическому биомедицинскому стрессу, Институт экологической медицины, Медицинский центр Университета Пенсильвании. Отчет IFEM № 2–71. Получено 2008-06-10.
  9. ^ Glatte Jr H.A .; Моцай Г. Дж .; Уэлч Б. Э. (1967). «Исследования толерантности к диоксиду углерода». Brooks AFB, Технический отчет Школы аэрокосмической медицины штата Техас. САМ-ТР-67-77. Получено 2008-06-10.
  10. ^ а б c d Шикофф, Барбара; Варкандер, Дэн (28 февраля 2018 г.). "Что такого шума по поводу CO?2 в газе для дыхания? ". www.shearwater.com.
  11. ^ Демент, Рот, Крайгер, «Принципы и практика медицины сна» 3-е издание, 2000 г., стр. 887.[мертвая ссылка ]
  12. ^ а б c Дэвидсон, Крэйг; Банхэм, Стивен; Эллиотт, Марк; Кеннеди, Дэниел; Гелдер, Колин; Глоссоп, Аластер; Черч, Алистер Колин; Криг-Браун, Бен; Додд, Джеймс Уильям; Фелтон, Тим; Фоэкс, Бернар; Мэнсфилд, Ли; Макдоннелл, Линн; Паркер, Роберт; Паттерсон, Кэролайн Мари; Совани, Милинд; Томас, Линн (14 марта 2016 г.). «Руководство BTS / ICS по вентиляции легких при острой гиперкапнической дыхательной недостаточности у взрослых». Грудная клетка. 71 (Приложение 2): ii1 – ii35. Дои:10.1136 / thoraxjnl-2015-208209. PMID  26976648.
  13. ^ а б Руководство по дайвингу ВМС США, 6-е издание. США: Командование военно-морских систем США. 2006 г.. Получено 2008-06-10.
  14. ^ ETCO2 определяется как уровень выброса углекислого газа в конце срока годности.
  15. ^ а б c Lanphier, EH (1955). «Физиология азотно-кислородной смеси, фазы 1 и 2». Технический отчет экспериментального водолазного подразделения ВМС США. AD0784151. Получено 2008-06-10.
  16. ^ а б c Lanphier EH, Lambertsen CJ, Funderburk LR (1956). "Физиология азотно-кислородной смеси - Фаза 3. Система отбора проб газа в конце выдоха. Регулирование содержания двуокиси углерода у дайверов. Тесты на чувствительность к двуокиси углерода". Технический отчет экспериментального водолазного подразделения ВМС США. AD0728247. Получено 2008-06-10.
  17. ^ а б c Ланфье Э. Х. (1958). «Физиология азотно-кислородной смеси. Фаза 4. Чувствительность к углекислому газу как потенциальное средство отбора персонала. Фаза 6. Регулирование углекислого газа в условиях дайвинга». Технический отчет экспериментального водолазного подразделения ВМС США. AD0206734. Получено 2008-06-10.
  18. ^ Чешир, Уильям П.; Отт, Майкл C (2001). «Головная боль у дайверов». Головная боль: журнал головной и лицевой боли. 41 (3): 235–247. Дои:10.1046 / j.1526-4610.2001.111006235.x. PMID  11264683. Углекислый газ может незаметно накапливаться у дайвера, который намеренно задерживает дыхание с перерывами (пропускает дыхание) из-за ошибочной попытки сохранить воздух.
  19. ^ Ричардсон, Дрю; Мендуно, Майкл; Шривз, Карл, ред. (1996). «Труды Rebreather Forum 2.0». Научно-технический семинар по дайвингу.: 286. Получено 2009-05-16.
  20. ^ Кинни, Ханна С; Thach, Брэдли Т (2009). «Синдром внезапной детской смерти». Медицинский журнал Новой Англии. 361 (8): 795–805. Дои:10.1056 / NEJMra0803836. ЧВК  3268262. PMID  19692691.
  21. ^ http://www.co2levels.org
  22. ^ Перментье, Крис; Веркаммен, Стивен; Soetaert, Сильвия; Шеллеманс, Кристиан (4 апреля 2017 г.). «Отравление углекислым газом: обзор литературы о часто забываемой причине отравления в отделении неотложной помощи». Международный журнал неотложной медицины. 10. Дои:10.1186 / s12245-017-0142-у. ISSN  1865-1372. ЧВК  5380556. PMID  28378268.
  23. ^ Greenstone, M .; Лассерсон, Т. Дж. (2003). «Доксапрам при недостаточности дыхания вследствие обострения хронической обструктивной болезни легких». Кокрановская база данных систематических обзоров (1): CD000223. Дои:10.1002 / 14651858.CD000223. PMID  12535393.
  24. ^ а б Пизани, Лара; Поластри, Массимилиано; Пачилли, Анджела Мария Грация; Нава, Стефано (2018). «Экстракорпоральная поддержка легких при гиперкапнической вентиляционной недостаточности». Респираторная помощь. 63 (9): 1174–1179. Дои:10.4187 / respcare.06277. PMID  30166412.
  25. ^ 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. ЧВК  6606679. PMID  31267300.

внешняя ссылка

Классификация