Respirační selhání - příčiny a patogeneze

Příčiny a mechanismy ventilačního a parenchymatózního respiračního selhání

K respiračnímu selhání dochází, když je narušena kterákoli z funkčních složek dýchacího systému - plicní parenchym, hrudní stěna, plicní oběh, stav alveolokapilární membrány, nervová a humorální regulace dýchání. V závislosti na výskytu určitých změn ve složení plynů v krvi se rozlišují dvě hlavní formy respiračního selhání - ventilační (hyperkapnické) a parenchymatózní (hypoxemické), z nichž každá může být akutní nebo chronická.

Ventilační (hyperkapnické) respirační selhání

Ventilační (hyperkapnická) forma respiračního selhání je charakterizována především celkovým snížením objemu alveolární ventilace (alveolární hypoventilace) a minutového respiračního objemu (MRV), snížením odstraňování CO2 z těla a v důsledku toho rozvojem hyperkapnie (PaCO2 > 50 mm Hg) a následně hypoxémie.

Příčiny a mechanismy vzniku ventilačního respiračního selhání úzce souvisejí s narušením procesu odstraňování oxidu uhličitého z těla. Jak je známo, proces výměny plynů v plicích je určen:

• úroveň alveolární ventilace;
• difuzní kapacita alveolokapilární membrány ve vztahu k _O2 a _CO2;
• velikost perfuze;
• poměr ventilace a perfuze (poměr ventilace a perfuze).

Z funkčního hlediska se všechny dýchací cesty v plicích dělí na vodivé dráhy a zónu výměny plynů (nebo difúze). V oblasti vodivých drah (v průdušnici, průduškách, průdušinkách a terminálních průdušinkách) během nádechu dochází k postupnému pohybu vzduchu a mechanickému míchání (konvekci) čerstvé části atmosférického vzduchu s plynem, který se před dalším nádechem nacházel ve fyziologickém mrtvém prostoru. Proto má tato oblast další název - konvekční zóna. Je zřejmé, že intenzita obohacení konvekční zóny kyslíkem a pokles koncentrace oxidu uhličitého je především určena intenzitou plicní ventilace a hodnotou minutového objemu dýchání (MVR).

Je charakteristické, že s přiblížením se k menším generacím dýchacích cest (od 1. do 16. generace) se dopředný pohyb proudění vzduchu postupně zpomaluje a na hranici konvekční zóny se zcela zastaví. To je způsobeno prudkým nárůstem celkové kombinované plochy průřezu každé následující generace průdušek a v důsledku toho významným zvýšením celkového odporu malých průdušek a průdušinek.

Následující generace dýchacích cest (od 17. do 23.), včetně respiračních bronchiole, alveolárních průchodů, alveolárních vaků a alveol, patří do zóny výměny plynů (difúze), ve které dochází k difúzi plynů přes alveolárně-kapilární membránu. V difúzní zóně zcela chybí „makroskopické“ plyny jak během dýchacích pohybů, tak při kašli (V.Yu. Shanin). Výměna plynů zde probíhá pouze díky molekulárnímu procesu difúze kyslíku a oxidu uhličitého. V tomto případě je rychlost molekulárního pohybu CO2 - z konvekční zóny, přes celou difúzní zónu do alveol a kapilár, stejně jako CO2 - z alveol do konvekční zóny - určena třemi hlavními faktory:

• gradient parciálního tlaku plynů na hranici konvekční a difúzní zóny;
• okolní teplota;
• difuzní koeficient pro daný plyn.

Je důležité poznamenat, že úroveň plicní ventilace a MOD nemají téměř žádný vliv na proces pohybu molekul CO2 a O2 přímo v difuzní zóně.

Je známo, že difuzní koeficient oxidu uhličitého je přibližně 20krát vyšší než u kyslíku. To znamená, že difuzní zóna netvoří pro oxid uhličitý velkou překážku a jeho výměna je téměř výhradně určena stavem konvekční zóny, tj. intenzitou dýchacích pohybů a hodnotou MOD. S celkovým poklesem ventilace a minutového respiračního objemu se „vyplavování“ oxidu uhličitého z konvekční zóny zastaví a jeho parciální tlak se zvýší. V důsledku toho se snižuje tlakový gradient CO2 _na hranici konvekční a difuzní zóny, prudce klesá intenzita jeho difuze z kapilárního řečiště do alveol a rozvíjí se hyperkapnie.

V jiných klinických situacích (například při parenchymatózním respiračním selhání), kdy v určité fázi vývoje onemocnění dochází k výrazné kompenzační hyperventilaci intaktních alveol, se rychlost „vymývání“ oxidu uhličitého z konvekční zóny výrazně zvyšuje, což vede ke zvýšení tlakového gradientu CO2 _na hranici konvekční a difúzní zóny a zvýšenému odstraňování oxidu uhličitého z těla. V důsledku toho se rozvíjí hypokapnie.

Na rozdíl od oxidu uhličitého závisí výměna kyslíku v plicích a parciální tlak oxidu uhličitého v arteriální krvi (PaO2 ₎ primárně na fungování difuzní zóny, zejména na difuzním koeficientu O2 _a stavu kapilárního průtoku krve (perfuze), zatímco úroveň ventilace a stav konvekční zóny ovlivňují tyto ukazatele pouze v malé míře. Proto se s rozvojem ventilačního respiračního selhání na pozadí celkového poklesu minutového objemu dýchání nejprve objevuje hyperkapnie a teprve poté (obvykle v pozdějších fázích vývoje respiračního selhání) hypoxémie.

Ventilační (hyperkapnická) forma respiračního selhání tedy naznačuje selhání „dýchací pumpy“. Může být způsobena následujícími důvody:

1. Poruchy centrální regulace dýchání:
   • mozkový edém postihující jeho kmenové části a oblast dýchacího centra;
   • mrtvice;
   • traumatická poranění mozku;
   • neuroinfekce;
   • toxické účinky na dýchací centrum;
   • hypoxie mozku, například při těžkém srdečním selhání;
   • předávkování léky, které potlačují dýchací centrum (narkotická analgetika, sedativa, barbituráty atd.).
2. Poškození aparátu, který zajišťuje dýchací pohyby hrudníku, tj. poruchy funkce tzv. „hrudních měchů“ (periferní nervový systém, dýchací svaly, hrudník):
   • deformace hrudníku (kyfóza, skolióza, kyfoskolióza atd.);
   • zlomeniny žeber a páteře;
   • torakotomie;
   • dysfunkce periferních nervů (zejména bráničního nervu - Guillain-Barréův syndrom, poliomyelitida atd.);
   • poruchy nervosvalového přenosu (myastenie);
   • únava nebo atrofie dýchacích svalů na pozadí prodlouženého intenzivního kašle, obstrukce dýchacích cest, omezujících dýchacích poruch, prodloužené umělé plicní ventilace atd.);
   • snížení účinnosti membrány (například když se zploští).
3. Restriktivní respirační poruchy doprovázené snížením mechanického objemu:
   • výrazný pneumotorax;
   • masivní pleurální výpotek;
   • intersticiální plicní onemocnění;
   • totální a subtotální pneumonie atd.

Většina příčin ventilačního respiračního selhání je tedy spojena s poruchami extrapulmonálního dýchacího aparátu a jeho regulace (CNS, hrudník, dýchací svaly). Mezi „plicními“ mechanismy ventilačního respiračního selhání mají primární význam restriktivní respirační selhání, způsobené snížením schopnosti plic, hrudníku nebo pohrudnice narovnat se během nádechu. Restriktivní selhání se vyvíjejí u mnoha akutních a chronických onemocnění dýchacího systému. V tomto ohledu se v rámci ventilačního respiračního selhání rozlišuje zvláštní restriktivní typ respiračního selhání, nejčastěji způsobený následujícími důvody:

• onemocnění pohrudnice, která omezují pohyblivost plic (exsudativní pleuritida, hydrothorax, pneumotorax, fibrothorax atd.);
• snížení objemu funkčního plicního parenchymu (atelektáza, pneumonie, resekce plic atd.);
• zánětlivá nebo hemodynamicky podmíněná infiltrace plicní tkáně, vedoucí ke zvýšení „rigidity“ plicního parenchymu (pneumonie, intersticiální nebo alveolární plicní edém při srdečním selhání levé komory atd.);
• pneumoskleróza různých etiologií atd.

Je třeba také vzít v úvahu, že hyperkapnie a ventilační respirační selhání mohou být způsobeny jakýmikoli patologickými procesy doprovázenými celkovým poklesem alveolární ventilace a minutového respiračního objemu. Taková situace může nastat například při těžké obstrukci dýchacích cest (bronchiální astma, chronická obstrukční bronchitida, plicní emfyzém, dyskineze membránové části průdušnice atd.), při významném snížení objemu funkčních alveol (atelektáza, intersticiální plicní onemocnění atd.) nebo při významné únavě a atrofii dýchacích svalů. Ve všech těchto případech se však na rozvoji respiračního selhání podílejí i další patofyziologické mechanismy (poruchy difúze plynů, ventilačně-perfuzních vztahů, kapilárního průtoku krve v plicích atd.). V těchto případech zpravidla hovoříme o vzniku smíšeného ventilačního a parenchymatózního respiračního selhání.

Je třeba také dodat, že při akutním ventilačním respiračním selhání je zvýšení PaCO2 obvykle doprovázeno snížením pH krve a rozvojem respirační acidózy, způsobené snížením poměru HCO3/H2CO3, který, jak je známo, určuje hodnotu pH. U chronického respiračního selhání ventilačního typu k tak výraznému snížení pH nedochází v důsledku kompenzačního zvýšení koncentrace uhličitanů v krevním séru.

1. Ventilační (hyperkapnické) respirační selhání je charakterizováno:

1. celková alveolární hypoventilace a snížení minutového dechového objemu,
2. hyperkapnie,
3. hypoxémie (v pozdějších stádiích respiračního selhání),
4. příznaky kompenzované nebo dekompenzované respirační acidózy.

2. Hlavní mechanismy vývoje ventilační (hyperkapnické) formy respiračního selhání:

1. narušení centrální regulace dýchání;
2. poškození aparátu, který zajišťuje dýchací pohyby hrudníku (periferní nervy, dýchací svaly, hrudní stěna);
3. výrazné restriktivní poruchy doprovázené snížením MOD.

Parenchymatózní respirační selhání

Parenchymatózní (hypoxemická) forma respiračního selhání je charakterizována významným narušením procesu okysličení krve v plicích, což vede k převážnému poklesu PaO2 v arteriální krvi - hypoxémii.

Hlavní mechanismy rozvoje hypoxémie u parenchymatózní formy respiračního selhání:

1. porušení ventilačně-perfuzních vztahů (//0) s tvorbou pravo-levosrdečního „posunu“ krve (alveolárního zkratu) nebo zvětšením alveolárního mrtvého prostoru;
2. snížení celkového funkčního povrchu alveolokapilárních membrán;
3. porušení difúze plynů.

Porušení ventilačně-perfuzních vztahů

Výskyt hypoxemického respiračního selhání u mnoha onemocnění dýchacích orgánů je nejčastěji způsoben porušením ventilačně-perfuzních vztahů. Normálně je ventilačně-perfuzní poměr 0,8-1,0. Existují dvě možné varianty porušení těchto vztahů, z nichž každá může vést k rozvoji respiračního selhání.

Lokální hypoventilace alveol. U této varianty parenchymatózního respiračního selhání dochází k hypoxémii, pokud dostatečně intenzivní průtok krve pokračuje špatně ventilovanými nebo neventilovanými alveoly. Poměr ventilace a perfuze je zde snížen (V/Q v arteriální krvi - hypoxémii.

Pokud v takovém úseku se zachovaným průtokem krve nedochází k ventilaci, poměr V/Q se blíží nule. Právě v těchto případech se vytváří pravolevý alveolární zkrat srdce, kterým je neokysličená žilní krev „vrhána“ do levých úseků srdce a aorty, čímž se snižuje PaO2 _v arteriální krvi. Hypoxémie se tímto mechanismem rozvíjí u obstrukčních plicních onemocnění, pneumonie, plicního edému a dalších onemocnění doprovázených nerovnoměrným (lokálním) poklesem alveolární ventilace a vznikem žilního zkratu krve. V tomto případě, na rozdíl od ventilačního respiračního selhání, se celkový minutový ventilační objem dlouhodobě nesnižuje a dokonce existuje tendence k hyperveptilaci plic.

Je třeba zdůraznit, že v raných stádiích parenchymatózního respiračního selhání se hyperkapnie nevyvíjí, protože výrazná hyperventilace intaktních alveolů, doprovázená intenzivním odstraňováním CO2 _z těla, zcela kompenzuje lokální poruchy výměny CO2 _. Navíc při výrazné hyperventilaci intaktních alveolů dochází k hypokapnii, která sama o sobě zhoršuje respirační poruchy.

To je primárně způsobeno tím, že hypokapnie snižuje adaptaci organismu na hypoxii. Jak je známo, pokles PaCO2 v krvi posouvá disociační křivku hemoglobinu doleva, což zvyšuje afinitu hemoglobinu ke kyslíku a snižuje uvolňování O2 _v periferních tkáních. Hypokapnie vyskytující se v počátečních stádiích parenchymatózního respiračního selhání tedy dále zvyšuje nedostatek kyslíku v periferních orgánech a tkáních.

Kromě toho snížení PaCO2 _snižuje aferentní impulsy z receptorů karotického sinu a prodloužené míchy a snižuje aktivitu dýchacího centra.

Hypokapnie nakonec mění poměr bikarbonátu a oxidu uhličitého v krvi, což vede ke zvýšení HCO3/H2CO3 a pH a rozvoji respirační alkalózy (při které dochází k křečím cév a zhoršení prokrvení životně důležitých orgánů).

Je třeba dodat, že v pozdních stádiích vývoje parenchymatózního respiračního selhání je narušena nejen okysličení krve, ale také ventilace plic (například v důsledku únavy dýchacích svalů nebo zvýšené rigidity plic v důsledku zánětlivého edému) a dochází k hyperkapnii, která odráží vznik smíšené formy respiračního selhání, kombinující příznaky parenchymatózního a ventilačního respiračního selhání.

Nejčastěji se parenchymatózní respirační selhání a kritické snížení poměru ventilace a perfuze vyvíjejí u plicních onemocnění doprovázených lokální (nerovnoměrnou) hypoventilací alveol. Existuje mnoho takových onemocnění:

• chronická obstrukční plicní onemocnění (chronická obstrukční bronchitida, bronchiolitida, bronchiální astma, cystická fibróza atd.);
• centrální rakovina plic;
• zápal plic;
• plicní tuberkulóza atd.

U všech výše uvedených onemocnění dochází v různé míře k obstrukci dýchacích cest způsobené nerovnoměrnou zánětlivou infiltrací a silným edémem bronchiální sliznice (bronchitida, bronchiolitida), ke zvýšení množství viskózního sekretu (sputa) v průduškách (bronchitida, bronchiolitida, bronchiektázie, pneumonie atd.), křeči hladkého svalstva malých průdušek (bronchiální astma), k časnému expiračnímu uzavření (kolapsu) malých průdušek (nejvýraznější u pacientů s plicním emfyzémem), deformaci a kompresi průdušek nádorem, cizím tělesem atd. Proto je vhodné rozlišovat speciální - obstrukční - typ respiračního selhání způsobeného zhoršeným průchodem vzduchu velkými a/nebo malými dýchacími cestami, který je ve většině případů považován za parenchymatózní respirační selhání. Současně s těžkou obstrukcí dýchacích cest je v řadě případů významně snížena plicní ventilace a mechanický objem a rozvíjí se ventilační (přesněji smíšené) respirační selhání.

Zvětšení alveolárního mrtvého prostoru. Další varianta změny ventilačně-perfuzních vztahů je spojena s lokální poruchou plicního průtoku krve, například s trombózou nebo embolií větví plicní tepny. V tomto případě, i přes zachování normální ventilace alveol, perfuze omezené oblasti plicní tkáně prudce klesá (V/Q > 1,0) nebo zcela chybí. Dochází k efektu náhlého zvětšení funkčního mrtvého prostoru a pokud je jeho objem dostatečně velký, rozvíjí se hypoxémie. V tomto případě dochází ke kompenzačnímu zvýšení koncentrace CO2 ve vzduchu vydechovaném z normálně perfuzních alveol, což obvykle zcela vyrovná poruchu výměny oxidu uhličitého v neperfuzních alveolách. Jinými slovy, tato varianta parenchymatózního respiračního selhání také není doprovázena zvýšením parciálního tlaku CO2 _v arteriální krvi.

Parenchymatózní respirační selhání mechanismem zvýšení alveolárního mrtvého prostoru a hodnot V/Q se nejčastěji rozvíjí u následujících onemocnění:

1. Tromboembolie větví plicní tepny.
2. Syndrom respirační tísně u dospělých.

Snížení funkčního povrchu alveolokapilární membrány

U plicního emfyzému, intersticiální plicní fibrózy, kompresní atelektázy a dalších onemocnění může dojít ke snížení okysličení krve v důsledku poklesu celkového funkčního povrchu alveolokapilární membrány. V těchto případech, stejně jako u jiných variant parenchymatózního respiračního selhání, se změny ve složení krevních plynů projevují primárně arteriální hypoxémií. V pozdějších stádiích onemocnění, například při únavě a atrofii dýchacích svalů, se může vyvinout hyperkapnie.

Poruchy difúze plynů

Difuzní koeficient kyslíku je relativně nízký, jeho difuze je narušena u mnoha plicních onemocnění doprovázených zánětlivým nebo hemodynamickým edémem intersticiální tkáně a zvětšením vzdálenosti mezi vnitřním povrchem alveol a kapilárou (pneumonie, intersticiální plicní onemocnění, pneumoskleróza, hemodynamický plicní edém při srdečním selhání levé komory atd.). Ve většině případů je narušená oxygenace krve v plicích způsobena jinými patofyziologickými mechanismy respiračního selhání (například snížením ventilačně-perfuzních vztahů) a snížení rychlosti difuze O2 _ji pouze zhoršuje.

Vzhledem k tomu, že rychlost difuze CO2 _je 20krát vyšší než O2 _, může být přenos oxidu uhličitého přes alveolokapilární membránu narušen pouze v případě jejího výrazného ztluštění nebo rozsáhlého poškození plicní tkáně. Proto ve většině případů zhoršení difuzní kapacity plic pouze zvyšuje hypoxémii.

• Parenchymatózní (hypoxemické) respirační selhání je ve většině případů charakterizováno:
  • nerovnoměrná lokální alveolární hypoventilace bez snížení celkové frekvence mechanického ventilačního cyklu,
  • těžká hypoxémie,
  • v počáteční fázi vývoje respiračního selhání - hyperventilace intaktních alveol, doprovázená hypokapnií a respirační alkalózou,
  • v pozdějších fázích vývoje respiračního selhání - přidání poruch ventilace, doprovázených hyperkapnií a respirační nebo metabolickou acidózou (fáze smíšeného respiračního selhání).
• Hlavní mechanismy vývoje parenchymatózní (hypoxemické) formy respiračního selhání:
  • porušení ventilačně-perfuzních vztahů u obstrukčního typu respiračního selhání nebo poškození kapilárního řečiště plic,
  • snížení celkového funkčního povrchu alveolokapilární membrány,
  • porušení difúze plynů.

Rozlišování mezi dvěma formami respiračního selhání (ventilačním a parenchymatózním) má velký praktický význam. Při léčbě ventilační formy respiračního selhání je nejúčinnější respirační podpora, která umožňuje obnovit snížený minutový dechový objem. Naopak u parenchymatózní formy respiračního selhání je hypoxémie způsobena porušením ventilačně-perfuzního vztahu (například vznikem žilního „shuntu“ krve), proto je inhalační kyslíková terapie, a to i ve vysokých koncentracích (vysoký FiO2), neúčinná. Umělé zvýšení min. objemu (například pomocí umělé ventilace) také málo pomáhá. Stabilního zlepšení parenchymatózního respiračního selhání lze dosáhnout pouze adekvátní korekcí ventilačně-perfuzního vztahu a eliminací některých dalších mechanismů rozvoje této formy respiračního selhání.

Klinické a instrumentální ověření obstrukčních a restriktivních typů respiračního selhání má také praktický význam, protože umožňuje zvolit optimální taktiku pro léčbu pacientů s respiračním selháním.

V klinické praxi se často setkáváme se smíšenou variantou respiračního selhání, doprovázenou jak zhoršeným okysličením krve (hypoxémií), tak celkovou alveolární hypoventilací (hyperkapnií a hypoxémií). Například při těžké pneumonii dochází k narušení ventilačně-perfuzních vztahů a vzniku alveolárního zkratu, takže PaO2 klesá a rozvíjí se hypoxémie. Masivní zánětlivá infiltrace plicní tkáně je často doprovázena významným zvýšením plicní rigidity, v důsledku čehož se snižuje alveolární ventilace a rychlost „vymývání“ oxidu uhličitého a rozvíjí se hyperkapnie.

Progresivní porucha ventilace a rozvoj hyperkapnie jsou také usnadněny silnou únavou dýchacích svalů a omezením objemu dýchacích pohybů, když se objeví pleurální bolest.

Na druhou stranu u některých restriktivních onemocnění doprovázených ventilačně-respiračním selháním a hyperkapnií se dříve či později rozvinou poruchy bronchiální průchodnosti, sníží se ventilačně-perfuzní poměry a připojí se parenchymatózní složka respiračního selhání doprovázená hypoxémií. Nicméně v každém případě je důležité posoudit převládající mechanismy respiračního selhání.

Acidobazická nerovnováha

Různé formy respiračního selhání mohou být doprovázeny acidobazickou nerovnováhou, která je typičtější u pacientů s akutním respiračním selháním, včetně toho, které se vyvinulo na pozadí chronického respiračního selhání, které trvá delší dobu. V těchto případech se nejčastěji rozvíjí dekompenzovaná respirační nebo metabolická acidóza nebo respirační alkalóza, které významně zhoršují respirační selhání a přispívají k rozvoji závažných komplikací.

Mechanismy pro udržení acidobazické rovnováhy

Acidobazická rovnováha je poměr koncentrací vodíkových (H ⁺ ) a hydroxylových (OH⁻ ⁾ iontů ve vnitřním prostředí těla. Kyselá nebo zásaditá reakce roztoku závisí na obsahu vodíkových iontů v něm, ukazatelem tohoto obsahu je hodnota pH, což je záporný desetinný logaritmus molární koncentrace iontů H ⁺:

PH = - [H ⁺ ].

To znamená, že například při pH = 7,4 (neutrální reakce prostředí) je koncentrace iontů H ⁺, tj. [H ⁺ ], rovna 10 ^-7,4 mmol/l. Se zvyšující se kyselostí biologického prostředí se jeho pH snižuje, a se snižující se kyselostí se zvyšuje.

Hodnota pH je jedním z nej"rigidnějších" krevních parametrů. Její výkyvy jsou obvykle extrémně nevýznamné: od 7,35 do 7,45. I malé odchylky pH od normální úrovně směrem ke snížení (acidóza) nebo zvýšení (alkalóza) vedou k významné změně oxidačně-redukčních procesů, aktivity enzymů, propustnosti buněčných membrán a dalším poruchám, které mají nebezpečné důsledky pro životně důležitou činnost organismu.

Koncentrace vodíkových iontů je určena téměř výhradně poměrem hydrogenuhličitanu k oxidu uhličitému:

HCO3 ^- / _H2CO3

Obsah těchto látek v krvi úzce souvisí s procesem přenosu oxidu uhličitého (CO2 ₎ z tkání do plic. Fyzikálně rozpuštěný CO2 _{difunduje z tkání do erytrocytů, kde se pod vlivem enzymu karboanhydrázy molekula (CO2)} hydratuje za vzniku kyseliny uhličité H2CO3 _, která se okamžitě disociuje za vzniku iontu hydrogenuhličitanu (HCO3-) ⁽ H ⁺ ):

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

^{Část iontů HCO3-} hromadících se v erytrocytech podle koncentračního gradientu přechází do plazmy. V tomto případě výměnou za ^{iont HCO3- vstupuje do erytrocytu chlor (Cl-)}, čímž se naruší rovnovážné rozložení elektrických nábojů.

Ionty H ⁺ vzniklé disociací oxidu uhličitého se vážou na molekulu myoglobinu. Nakonec se část CO2 _může vázat přímo na aminoskupiny proteinové složky hemoglobinu za vzniku zbytku kyseliny karbamové (NHCOOH). V krvi odtékající z tkání je tedy 27 % CO2 přenášeno jako hydrogenuhličitan (HCO3- ⁾ v erytrocytech, 11 % CO2 _tvoří s hemoglobinem karbamovou sloučeninu (karbohemoglobin), asi 12 % CO2 _zůstává v rozpuštěné formě nebo ve formě nedisociované kyseliny uhličité (H2CO3) a zbývající množství CO2 ₍ asi 50 %) se rozpustí jako HCO3- ^v plazmě.

Normálně je koncentrace bikarbonátu (HCO3- ⁾ v krevní plazmě 20krát vyšší než oxidu uhličitého (H2CO3). Právě při tomto poměru HCO3- ^a H2CO3 se udržuje normální pH 7,4. Pokud se změní koncentrace bikarbonátu nebo oxidu uhličitého, změní se i jejich poměr a pH se posune na kyselou (acidóza) nebo zásaditou (alkalóza) stranu. Za těchto podmínek vyžaduje normalizace pH aktivaci řady kompenzačních regulačních mechanismů, které obnovují předchozí poměr kyselin a zásad v krevní plazmě, stejně jako v různých orgánech a tkáních. Nejdůležitější z těchto regulačních mechanismů jsou:

1. Pufrovací systémy krve a tkání.
2. Změny plicní ventilace.
3. Mechanismy renální regulace acidobazické rovnováhy.

Pufrovací systémy krve a tkání se skládají z kyseliny a konjugované báze.

Při interakci s kyselinami jsou tyto neutralizovány alkalickou složkou pufru; při kontaktu s bázemi se jejich přebytek váže na kyselou složku.

Hydrogenuhličitanový pufr má alkalickou reakci a skládá se ze slabé kyseliny uhličité (H2CO3) a její sodné soli - hydrogenuhličitanu sodného (NaHCO3) jako konjugované báze. Při interakci s kyselinou ji alkalická složka hydrogenuhličitanu (TaHCO3) neutralizuje za vzniku H2CO3, která disociuje na CO2 _a H2O _. Přebytek se odstraňuje vydechovaným vzduchem. Při interakci s bázemi se kyselá složka pufru (H2CO3) váže s přebytečnými bázemi za vzniku hydrogenuhličitanu (HCO3- ⁾, který se poté vylučuje ledvinami.

Fosfátový pufr se skládá z dihydrogenfosforečnanu sodného (NaH2PO4), který působí jako kyselina, a dihydrogenfosforečnanu sodného (NaH2PO4), který působí jako konjugovaná báze. Princip účinku tohoto pufru je stejný jako u bikarbonátového pufru, ale jeho pufrovací kapacita je malá, protože obsah fosfátů v krvi je nízký.

Proteinový pufr. Pufrovací vlastnosti plazmatických proteinů (albumin atd.) a erytrocytárního hemoglobinu souvisí se skutečností, že aminokyseliny, které obsahují, obsahují jak kyselé (COOH), tak zásadité (NH2 ₎ skupiny a mohou disociovat za vzniku vodíkových i hydroxylových iontů v závislosti na reakci média. Hemoglobin tvoří většinu pufrovací kapacity proteinového systému. Ve fyziologickém rozmezí pH je oxyhemoglobin silnější kyselinou než deoxyhemoglobin (redukovaný hemoglobin). Proto uvolňováním kyslíku v tkáních získává redukovaný hemoglobin vyšší schopnost vázat ionty H ⁺. Při absorpci kyslíku v plicích získává hemoglobin kyselé vlastnosti.

Pufrovací vlastnosti krve jsou v podstatě určeny kombinovaným účinkem všech aniontových skupin slabých kyselin, z nichž nejdůležitější jsou hydrogenuhličitany a aniontové skupiny proteinů („proteináty“). Tyto anionty, které mají pufrovací účinky, se nazývají pufrovací báze (BB).

Celková koncentrace pufrovacích bází v krvi je přibližně v krvi. S rostoucím tlakem CO2 _v krvi se skutečně tvoří stejné množství H ⁺ a HCO3- ^{. Proteiny vážou ionty H+}, což vede ke snížení koncentrace „volných“ proteinů s pufrovacími vlastnostmi. Současně se o stejné množství zvyšuje obsah bikarbonátu a celková koncentrace pufrovacích bází zůstává stejná. Naopak s poklesem tlaku CO2 v krvi se zvyšuje obsah proteinátů a snižuje koncentrace bikarbonátu.

Pokud se změní obsah netěkavých kyselin v krvi (kyselina mléčná při hypoxii, kyselina acetoctová a beta-hydroxymáselná při diabetes mellitus atd.), bude se celková koncentrace pufrovacích bází lišit od normálu.

Odchylka obsahu pufrovaných bází od normální úrovně (48 mmol/l) se nazývá nadbytek bází (BE); normálně je nulová. Při patologickém zvýšení počtu pufrovaných bází se BE stává pozitivním a při jeho poklesu negativním. V druhém případě je správnější používat termín „deficit bází“.

Indikátor BE nám tak umožňuje posoudit posuny v „zásobách“ pufrovacích bází při změně obsahu netěkavých kyselin v krvi a diagnostikovat i skryté (kompenzované) posuny v acidobazické rovnováze.

Změny plicní ventilace jsou druhým regulačním mechanismem, který zajišťuje stálost pH krevní plazmy. Když krev prochází plícemi, dochází v erytrocytech a krevní plazmě k reakcím, které jsou opačné než ty popsané výše:

H ⁺ + HCO3- ^H2CO3 ↔ CO2 + H2O.

To znamená, že když je z krve odstraněn CO2, mizí z ní _přibližně stejný počet iontů H ⁺. Dýchání tedy hraje mimořádně důležitou roli v udržování acidobazické rovnováhy. Pokud se tedy v důsledku metabolických poruch v tkáních zvýší kyselost krve a rozvine se stav mírné metabolické (nerespirační) acidózy, reflexně se zvyšuje intenzita plicní ventilace (hyperventilace) (dýchací centrum). V důsledku toho se odstraní velké množství CO2 a v důsledku toho i vodíkových iontů (H ⁺ ), čímž se pH vrátí na původní úroveň. Naopak zvýšení obsahu zásad (metabolická nerespirační alkalóza) je doprovázeno snížením intenzity ventilace (hypoventilace), zvyšuje se tlak CO2 _a koncentrace iontů H ⁺ a kompenzuje se posun pH směrem k alkalické straně.

Úloha ledvin. Třetím regulátorem acidobazické rovnováhy jsou ledviny, které odstraňují ionty H ⁺ z těla a reabsorbují hydrogenuhličitan sodný (NaHCO3). Tyto důležité procesy probíhají hlavně v ledvinových tubulech. Používají se tři hlavní mechanismy:

Výměna vodíkových iontů za sodné ionty. Tento proces je založen na reakci aktivované karboanhydrázou: CO2 ₊ H2O ₌ H2CO3 _; výsledný oxid uhličitý (H2CO3) disociuje na ionty H ₊^a HCO3- ^{. Ionty se uvolňují do lumen tubulů a na jejich místo vstupuje z tubulární tekutiny ekvivalentní množství sodných iontů (Na+} ). V důsledku toho se tělo zbavuje vodíkových iontů a zároveň se doplňují jeho zásoby hydrogenuhličitanu sodného (NaHCO3), který se reabsorbuje do intersticiální tkáně ledvin a vstupuje do krve.

^{Acidogeneze. Výměna} iontů H+ za ionty Na ⁺ probíhá podobným způsobem za účasti dihydrogenfosforečnanu. Vodíkové ionty uvolněné do lumen tubulu jsou vázány aniontem HPO4 ^2- za vzniku dihydrogenfosforečnanu sodného (NaH2PO4). Současně ekvivalentní množství iontů Na ⁺ vstupuje do epitelových buněk tubulu a váže se na ion HCO3- ^za vzniku hydrogenuhličitanu Na ⁺ (NaHCO3). Ten je reabsorbován a vstupuje do krevního oběhu.

K amoniagenezi dochází v distálních ledvinových tubulech, kde se z glutaminu a dalších aminokyselin tvoří amoniak. Ten neutralizuje močový HCl a váže vodíkové ionty za vzniku Na ⁺ a Cl- ^. Reabsorbovaný sodík v kombinaci s iontem HCO3- ^také tvoří hydrogenuhličitan sodný (NaHCO3).

V tubulární tekutině se tedy většina iontů H ⁺ pocházejících z tubulárního epitelu váže na ionty HCO3- ^a HPO42- ^a vylučuje se močí. Současně se do tubulárních buněk dostává ekvivalentní množství sodných iontů za vzniku hydrogenuhličitanu sodného (NaHCO3), který se v tubulech reabsorbuje a doplňuje alkalickou složku hydrogenuhličitanového pufru.

Hlavní ukazatele acidobazické rovnováhy

V klinické praxi se k posouzení acidobazické rovnováhy používají následující parametry arteriální krve:

1. PH krve je záporný dekadický logaritmus molární koncentrace iontů H ⁺. PH arteriální krve (plazmy) při 37 °C kolísá v úzkých mezích (7,35-7,45). Normální hodnoty pH ještě neznamenají absenci acidobazické nerovnováhy a lze se s nimi setkat u tzv. kompenzovaných variant acidózy a alkalózy.
2. PaCO2 je parciální tlak CO2 _v arteriální krvi. Normální hodnoty PaCO2 _jsou35–45 mm Hg u mužů a 32–43 mm Hg u žen.
3. Pufrovací báze (BB) jsou součtem všech krevních aniontů s pufrovacími vlastnostmi (zejména hydrogenuhličitanů a proteinových iontů). Normální hodnota BB je v průměru 48,6 mol/l (od 43,7 do 53,5 mmol/l).
4. Standardní bikarbonát (SB) je obsah bikarbonátového iontu v plazmě. Normální hodnoty pro muže jsou 22,5-26,9 mmol/l, pro ženy 21,8-26,2 mmol/l. Tento ukazatel neodráží pufrovací účinek proteinů.
5. Nadbytek bází (BE) je rozdíl mezi skutečnou hodnotou obsahu bází v pufru a jejich normální hodnotou (normální hodnota je od - 2,5 do + 2,5 mmol/l). V kapilární krvi jsou hodnoty tohoto ukazatele od -2,7 do +2,5 u mužů a od -3,4 do +1,4 u žen.

V klinické praxi se obvykle používají 3 ukazatele acidobazické rovnováhy: pH, PaCO2 _a BE.

Změny acidobazické rovnováhy při respiračním selhání

V mnoha patologických stavech, včetně respiračního selhání, se v krvi může hromadit tak velké množství kyselin nebo zásad, že výše popsané regulační mechanismy (pufrovací systémy krve, dýchací a vylučovací systém) již nedokážou udržovat pH na konstantní úrovni a dochází k rozvoji acidózy nebo alkalózy.

1. Acidóza je porucha acidobazické rovnováhy, při které se v krvi objevuje absolutní nebo relativní nadbytek kyselin a zvyšuje se koncentrace vodíkových iontů (pH
2. Alkalóza je charakterizována absolutním nebo relativním zvýšením počtu bází a snížením koncentrace vodíkových iontů (pH > 7,45).

Podle mechanismů výskytu existují 4 typy poruch acidobazické rovnováhy, z nichž každá může být kompenzována a dekompenzována:

1. respirační acidóza;
2. respirační alkalóza;
3. nerespirační (metabolická) acidóza;
4. nerespirační (metabolická) alkalóza.

Aspirační acidóza

Respirační acidóza se rozvíjí při těžkých celkových poruchách plicní ventilace (alveolární hypoventilace). Základem těchto změn acidobazické rovnováhy je zvýšení parciálního tlaku CO2 _v arteriální krvi (PaCO2 ₎.

Při kompenzované respirační acidóze se pH krve nemění v důsledku působení výše popsaných kompenzačních mechanismů. Nejdůležitější z nich jsou 6-karbonátový a proteinový (hemoglobinový) pufr, dále renální mechanismus pro uvolňování iontů H ⁺ a retenci hydrogenuhličitanu sodného (NaHCO3).

V případě hyperkapnického (ventilačního) respiračního selhání nemá mechanismus zvýšené plicní ventilace (hyperventilace) a odstraňování iontů H ⁺ a CO2 při respirační acidóze praktický význam, protože tito pacienti mají z definice primární plicní hypoventilaci způsobenou těžkou plicní nebo extrapulmonální patologií. Je doprovázena významným zvýšením parciálního tlaku CO2 v krvi - hyperkapií. V důsledku účinného působení pufrovacích systémů a zejména v důsledku zapojení renálního kompenzačního mechanismu retence hydrogenuhličitanu sodného mají pacienti zvýšený obsah standardního hydrogenuhličitanu (SB) a nadbytku bází (BE).

Kompenzovaná respirační acidóza je tedy charakterizována:

1. Normální hodnoty pH krve.
2. Zvýšení parciálního tlaku CO2 _v krvi (PaCO2 ₎.
3. Zvýšení standardního bikarbonátu (SB).
4. Zvýšení nadbytku báze (BE).

Vyčerpání a nedostatečnost kompenzačních mechanismů vede k rozvoji dekompenzované respirační acidózy, při které pH plazmy klesá pod 7,35. V některých případech se hladiny standardního bikarbonátu (SB) a nadbytku zásad (BE) také snižují na normální hodnoty, což naznačuje vyčerpání rezervy zásad.

Respirační alkalóza

Výše bylo ukázáno, že parenchymatózní respirační selhání je v některých případech doprovázeno hypokapnií způsobenou výraznou kompenzační hyperventilací intaktních alveol. V těchto případech se respirační alkalóza vyvíjí v důsledku zvýšeného odstraňování oxidu uhličitého v důsledku poruchy vnějšího dýchání hyperventilačního typu. V důsledku toho se zvyšuje poměr HCO3 ^- / H2CO3 a v důsledku toho se zvyšuje pH krve.

Kompenzace respirační alkalózy je možná pouze na pozadí chronického respiračního selhání. Jejím hlavním mechanismem je snížení sekrece vodíkových iontů a inhibice reabsorpce bikarbonátu v renálních tubulech. To vede ke kompenzačnímu poklesu standardního bikarbonátu (SB) a k deficitu báze (záporná hodnota BE).

Kompenzovaná respirační alkalóza je tedy charakterizována:

1. Normální hodnota pH krve.
2. Významný pokles pCO2 v krvi.
3. Kompenzační pokles standardního bikarbonátu (SB).
4. Kompenzační deficit báze (záporná hodnota BE).

S dekompenzací respirační alkalózy se zvyšuje pH krve a dříve snížené hodnoty SB a BE mohou dosáhnout normálních hodnot.

Nerespirační (metabolická) acidóza

Nerespirační (metabolická) acidóza je nejzávažnější formou acidobazické nerovnováhy, která se může vyvinout u pacientů s velmi těžkým respiračním selháním, těžkou krevní hypoxémií a hypoxií orgánů a tkání. Mechanismus vzniku nerespirační (metabolické) acidózy je v tomto případě spojen s akumulací tzv. netěkavých kyselin (kyselina mléčná, beta-hydroxymáselná, acetoctová atd.) v krvi. Připomeňme si, že kromě těžkého respiračního selhání může být nerespirační (metabolická) acidóza způsobena:

1. Závažné poruchy tkáňového metabolismu u dekompenzovaného diabetu mellitus, prodloužené hladovění, tyreotoxikóza, horečka, orgánová hypoxie na pozadí těžkého srdečního selhání atd.
2. Onemocnění ledvin doprovázená převážným poškozením ledvinových tubulů, což vede k poruše vylučování vodíkových iontů a reabsorpce hydrogenuhličitanu sodného (renální tubulární acidóza, selhání ledvin atd.)
3. Ztráta velkého množství zásad ve formě hydrogenuhličitanů trávicími šťávami (průjem, zvracení, pylorostenóza, chirurgické zákroky). Užívání některých léků (chlorid amonný, chlorid vápenatý, salicyláty, inhibitory karboanhydrázy atd.).

Při kompenzované nerespirační (metabolické) acidóze je do kompenzačního procesu zapojen bikarbonátový pufr krve, který váže kyseliny hromadící se v těle. Snížení obsahu bikarbonátu sodného vede k relativnímu zvýšení koncentrace kyseliny uhličité (H2CO3), která disociuje na H2O a CO2. ^{Ionty H+ se vážou na proteiny, především na hemoglobin, díky čemuž Na+}, Ca2 ⁺ a K ⁺ opouštějí erytrocyty výměnou za vodíkové kationty, které do nich vstupují.

Kompenzovaná metabolická acidóza je tedy charakterizována:

1. Normální hladina pH krve.
2. Snížené standardní bikarbonáty (SB).
3. Nedostatek pufrovacích bází (záporná hodnota BE).

Vyčerpání a nedostatečnost popsaných kompenzačních mechanismů vede k rozvoji dekompenzované nerespirační (metabolické) acidózy, při které pH krve klesá na úroveň nižší než 7,35.

Nerespirační (metabolická) alkalóza

Nerespirační (metabolická) alkalóza není u respiračního selhání typická.

Další komplikace respiračního selhání

Změny ve složení plynů v krvi, acidobazické rovnováze, stejně jako poruchy plicní hemodynamiky v závažných případech respiračního selhání vedou k závažným komplikacím v dalších orgánech a systémech, včetně mozku, srdce, ledvin, gastrointestinálního traktu, cévního systému atd.

Akutní respirační selhání je spíše charakterizováno relativně rychle se rozvíjejícími závažnými systémovými komplikacemi, způsobenými především těžkou hypoxií orgánů a tkání, která vede k narušení jejich metabolických procesů a funkcí. Výskyt víceorgánového selhání na pozadí akutního respiračního selhání významně zvyšuje riziko nepříznivého výsledku onemocnění. Níže je uveden zdaleka ne úplný seznam systémových komplikací respiračního selhání:

1. Srdeční a cévní komplikace:
   • ischemie myokardu;
   • srdeční arytmie;
   • snížený tepový objem a srdeční výdej;
   • arteriální hypotenze;
   • hluboká žilní trombóza;
   • TELA.
2. Neuromuskulární komplikace:
   • stupor, sopor, kóma;
   • psychóza;
   • delirium;
   • polyneuropatie v kritickém stavu;
   • kontraktury;
   • svalová slabost.
3. Infekční komplikace:
   • sepse;
   • absces;
   • nozokomiální pneumonie;
   • proleženiny;
   • jiné infekce.
4. Gastrointestinální komplikace:
   • akutní žaludeční vřed;
   • gastrointestinální krvácení;
   • poškození jater;
   • podvýživa;
   • komplikace enterální a parenterální výživy;
   • akalkulózní cholecystitida.
5. Komplikace ledvin:
   • akutní selhání ledvin;
   • poruchy elektrolytů atd.

Je také nutné vzít v úvahu možnost vzniku komplikací spojených s přítomností intubační trubice v lumen průdušnice, stejně jako s prováděním umělé ventilace.

U chronického respiračního selhání je závažnost systémových komplikací výrazně menší než u akutního selhání a do popředí se dostává rozvoj 1) plicní arteriální hypertenze a 2) chronické plicní choroby srdce.

Plicní arteriální hypertenze u pacientů s chronickým respiračním selháním vzniká působením několika patogenetických mechanismů, z nichž hlavní je chronická alveolární hypoxie, vedoucí k rozvoji hypoxické plicní vazokonstrikce. Tento mechanismus je známý jako Eulerův-Liljestraidův reflex. V důsledku tohoto reflexu se lokální plicní průtok krve přizpůsobuje úrovni intenzity plicní ventilace, takže vztah mezi ventilací a perfuzí není narušen nebo se stává méně výrazným. Pokud je však alveolární hypoventilace výrazná a rozšíří se do velkých oblastí plicní tkáně, dochází k generalizovanému zvýšení tonu plicních arteriol, což vede ke zvýšení celkového plicního cévního odporu a rozvoji plicní arteriální hypertenze.

Vznik hypoxické plicní vazokonstrikce je také usnadněn hyperkapnií, zhoršenou průchodností průdušek a endoteliální dysfunkcí. Zvláštní roli ve vývoji plicní arteriální hypertenze hrají anatomické změny v plicním cévním řečišti: komprese a desolace arteriol a kapilár v důsledku postupně progredující fibrózy plicní tkáně a plicního emfyzému, ztluštění cévní stěny v důsledku hypertrofie svalových buněk medie, rozvoj mikrotrombózy za podmínek chronických poruch průtoku krve a zvýšené agregace krevních destiček, recidivující tromboembolie malých větví plicní tepny atd.

Chronické onemocnění plicního srdce se přirozeně rozvíjí ve všech případech dlouhodobých plicních onemocnění, chronického respiračního selhání a progresivní plicní arteriální hypertenze. Podle moderních představ však dlouhodobý proces vzniku chronického onemocnění plicního srdce zahrnuje výskyt řady strukturálních a funkčních změn v pravých srdečních komorách, z nichž nejvýznamnější jsou hypertrofie myokardu pravé komory a síně, rozšíření jejich dutin, srdeční fibróza, diastolická a systolická dysfunkce pravé komory, vznik relativní insuficience trikuspidální chlopně, zvýšený centrální žilní tlak a kongesce v žilním řečišti systémového oběhu. Tyto změny jsou způsobeny vznikem plicní plicní hypertenze při chronickém respiračním selhání, přetrvávajícím nebo přechodným zvýšením afterloadu na pravé komoře, zvýšeným intramyokardiálním tlakem, jakož i aktivací tkáňových neurohormonálních systémů, uvolňováním cytokinů a rozvojem endoteliální dysfunkce.

V závislosti na absenci nebo přítomnosti známek srdečního selhání pravé komory se rozlišuje kompenzovaná a dekompenzovaná chronická plicní choroba srdce.

Akutní respirační selhání se nejvíce vyznačuje výskytem systémových komplikací (srdečních, cévních, ledvinových, neurologických, gastrointestinálních atd.), které významně zvyšují riziko nepříznivého výsledku onemocnění. Chronické respirační selhání se více vyznačuje postupným rozvojem plicní hypertenze a chronického plicního srdečního onemocnění.

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