Механизмы гипоксемии

Гипоксемия — это аномально низкий уровень кислорода в артериальной крови. Физиология дыхания классически приписывает ее пяти механизмам — нарушению вентиляционно-перфузионного отношения, право-левому шунтированию, альвеолярной гиповентиляции, нарушению диффузии и низкому парциальному давлению вдыхаемого кислорода, — которые можно различить по их влиянию на альвеолярно-артериальный градиент кислорода и их реакции на дополнительную оксигенацию.

Definition

Гипоксемия — это снижение парциального давления кислорода в артериальной крови; ее механизмы — это физиологические пути (нарушение вентиляционно-перфузионного отношения, шунтирование, гиповентиляция, ограничение диффузии и низкое парциальное давление вдыхаемого кислорода), посредством которых парциальное давление кислорода в артериальной крови падает ниже нормы.

Scope

Данная статья систематизирует физиологические причины низкого парциального давления кислорода в артериальной крови, объясняя, как каждый механизм изменяет альвеолярно-артериальный градиент кислорода и как каждый из них реагирует на вдыхание дополнительного кислорода. Она рассматривает гипоксемию как физиологическую основу для интерпретации результатов анализа газов крови, а не как клиническое руководство для конкретного человека.

Core questions

• Каковы основные физиологические механизмы, снижающие уровень кислорода в артериальной крови?
• Как альвеолярно-артериальный градиент кислорода помогает их различать?
• Почему некоторые механизмы реагируют на дополнительный кислород, а истинное шунтирование — нет?
• Чем гиповентиляция и низкое парциальное давление вдыхаемого кислорода отличаются от внутренних заболеваний легких?

Key concepts

• Нарушение вентиляционно-перфузионного (V/Q) отношения
• Право-левое шунтирование
• Альвеолярная гиповентиляция
• Ограничение диффузии
• Низкое парциальное давление вдыхаемого кислорода (низкое PiO2)
• Альвеолярно-артериальный (A-a) градиент кислорода
• Уравнение альвеолярного газа
• Реакция на дополнительный кислород

Mechanisms

Классически выделяют пять механизмов (Sarkar, Niranjan, & Banyal, 2017; West, 2011). Нарушение вентиляционно-перфузионного (V/Q) отношения является наиболее частой причиной при заболеваниях легких: области с низким V/Q вносят десатурированную кровь, которую легкие не могут полностью компенсировать, что расширяет альвеолярно-артериальный градиент кислорода; поскольку альвеолы все еще вентилируются, дополнительный кислород существенно улучшает парциальное давление кислорода в артериальной крови. Право-левое шунтирование является крайней степенью низкого V/Q, при котором кровь полностью минует вентилируемые альвеолы; А-а градиент широк и, характерно, артериальный кислород лишь незначительно повышается при дополнительной оксигенации, поскольку шунтированная кровь никогда не контактирует с более высоким альвеолярным кислородом. Альвеолярная гиповентиляция снижает артериальный кислород за счет повышения альвеолярного углекислого газа и, таким образом, вытеснения кислорода, как предсказывает уравнение альвеолярного газа; здесь А-а градиент нормален, поскольку легочная паренхима интактна, и гипоксемия легко корректируется кислородом. Ограничение диффузии возникает, когда уравновешивание кислорода через альвеолярно-капиллярную мембрану является неполным, эффект, который обычно незначителен в покое, но может стать важным во время физической нагрузки или на высоте; он расширяет А-а градиент и также реагирует на дополнительный кислород. Низкое парциальное давление вдыхаемого кислорода — как на большой высоте или при сниженной фракции вдыхаемого кислорода — снижает альвеолярный и, следовательно, артериальный кислород, оставляя А-а градиент нормальным. А-а градиент и реакция на кислород вместе разделяют внутрилегочные механизмы (нарушение V/Q, шунтирование, ограничение диффузии) от внелегочных (гиповентиляция, низкое парциальное давление вдыхаемого кислорода) (Wagner, 2014; West, 2012).

Clinical relevance

Концепция пяти механизмов является стандартной физиологической основой для интерпретации газов артериальной крови и альвеолярно-артериального градиента кислорода, а также для объяснения того, почему данный характер нарушения снижает уровень кислорода. Она представлена здесь как концептуальная основа для понимания результатов анализов; она описывает физиологические механизмы и не является основой для индивидуальных диагностических или лечебных решений.

Evidence & guidelines

Классификация гипоксемии по пяти механизмам является устоявшейся физиологической концепцией, а не темой, регулируемой рекомендациями. Она синтезирована в обзорных статьях, таких как Sarkar, Niranjan, and Banyal (2017) и West (2011), а также в более широком описании физиологии газообмена, представленном Wagner (2014) и Petersson and Glenny (2014); стандартные учебники по физиологии дыхания представляют ту же концепцию (West, 2012).

History

Систематическое разделение гипоксемии на отдельные физиологические механизмы выросло из работ середины двадцатого века по легочному газообмену, в которых исследователи, включая Ричарда Райли, а затем Джона Уэста, формализовали уравнение альвеолярного газа и альвеолярно-артериальный градиент кислорода как инструменты для разделения причин низкого артериального кислорода. Полученная схема из пяти причин с тех пор стала неотъемлемой частью преподавания физиологии дыхания и интерпретации газов крови.

Key figures

• John B. West
• Peter D. Wagner
• Malay Sarkar

Seminal works

• sarkar-2017
• west-2011-hypoxemia
• wagner-2014-basis

Frequently asked questions

Каковы пять механизмов гипоксемии?

Нарушение вентиляционно-перфузионного отношения, право-левое шунтирование, альвеолярная гиповентиляция, ограничение диффузии и низкое парциальное давление вдыхаемого кислорода. Они различаются по их влиянию на альвеолярно-артериальный градиент кислорода и их реакции на дополнительную оксигенацию.

Почему шунт плохо реагирует на дополнительный кислород?

При истинном шунте кровь минует вентилируемые альвеолы, поэтому она никогда не контактирует с обогащенным кислородом газом; поэтому повышение вдыхаемого кислорода приводит лишь к небольшому повышению артериального кислорода, в отличие от нарушения V/Q или гиповентиляции.