Респираторна инсуфицијенција - узроци и патогенеза

Узроци и механизми вентилаторне и паренхиматозне респираторне инсуфицијенције

Респираторна инсуфицијенција настаје када је поремећена било која од функционалних компоненти респираторног система - плућни паренхим, грудни зид, плућна циркулација, стање алвеоларно-капиларне мембране, нервна и хуморална регулација дисања. У зависности од преваленције одређених промена у гасном саставу крви, разликују се два главна облика респираторне инсуфицијенције - вентилаторна (хиперкапнична) и паренхиматозна (хипоксемијска), од којих свака може бити акутна или хронична.

Вентилаторна (хиперкапничка) респираторна инсуфицијенција

Вентилаторни (хиперкапнијски) облик респираторне инсуфицијенције карактерише се углавном укупним смањењем запремине алвеоларне вентилације (алвеоларна хиповентилација) и минутног респираторног волумена (МРВ), смањењем уклањања CO2 из организма и, сходно томе, развојем хиперкапније (PaCO2 > 50 mm Hg), а затим хипоксемијом.

Узроци и механизми развоја вентилаторне респираторне инсуфицијенције уско су повезани са поремећајем процеса уклањања угљен-диоксида из тела. Као што је познато, процес размене гасова у плућима одређује:

• ниво алвеоларне вентилације;
• дифузиони капацитет алвеоларно-капиларне мембране у односу на _О2 и _ЦО2;
• магнитуда перфузије;
• однос вентилације и перфузије (однос вентилације и перфузије).

Са функционалне тачке гледишта, сви дисајни путеви у плућима су подељени на проводне путеве и зону размене гасова (или дифузије). У подручју проводних путева (у трахеји, бронхијама, бронхиолама и терминалним бронхиолама) током удисаја долази до прогресивног кретања ваздуха и механичког мешања (конвекције) свежег дела атмосферског ваздуха са гасом који се налазио у физиолошком мртвом простору пре следећег удисаја. Стога, ово подручје има други назив - конвекцијска зона. Јасно је да је интензитет обогаћивања конвекцијске зоне кисеоником и смањење концентрације угљен-диоксида, пре свега, одређен интензитетом плућне вентилације и вредношћу минутног волумена дисања (МВР).

Карактеристично је да како се приближавамо мањим генерацијама дисајних путева (од 1. до 16. генерације), кретање ваздушног тока унапред постепено успорава, а на граници конвекцијске зоне потпуно престаје. То је због наглог повећања укупне комбиноване површине попречног пресека сваке наредне генерације бронхија и, сходно томе, значајног повећања укупног отпора малих бронхија и бронхиола.

Наредне генерације дисајних путева (од 17. до 23.), укључујући респираторне бронхиоле, алвеоларне пролазе, алвеоларне кесе и алвеоле, припадају зони размене гасова (дифузије), у којој се одвија дифузија гасова кроз алвеоларно-капиларну мембрану. У зони дифузије, „макроскопски“ дневни | плави гасови и током респираторних покрета и током кашљања су потпуно одсутни (В.Ју. Шанин). Размена гасова овде се врши само захваљујући молекуларном процесу дифузије кисеоника и угљен-диоксида. У овом случају, брзину молекуларног кретања CO2 - од зоне конвекције, кроз целу зону дифузије до алвеола и капилара, као и CO2 - од алвеола до зоне конвекције - одређују три главна фактора:

• градијент парцијалног притиска гасова на граници конвекцијске и дифузионе зоне;
• температура околине;
• коефицијент дифузије за дати гас.

Важно је напоменути да ниво плућне вентилације и МОД готово да немају утицаја на процес кретања молекула CO2 и O2 директно у зони дифузије.

Познато је да је коефицијент дифузије угљен-диоксида приближно 20 пута већи од коефицијента дифузије кисеоника. То значи да зона дифузије не ствара велику препреку за угљен-диоксид, а његова размена је готово у потпуности одређена стањем конвекцијске зоне, односно интензитетом респираторних покрета и вредношћу МОД-а. Са укупним смањењем вентилације и минутног респираторног волумена, „испирање“ угљен-диоксида из конвекцијске зоне престаје, а његов парцијални притисак се повећава. Као резултат тога, градијент притиска CO2 _на граници конвекцијске и дифузијске зоне се смањује, интензитет његове дифузије из капиларног корита у алвеоле нагло опада, а развија се хиперкапнија.

У другим клиничким ситуацијама (на пример, код паренхиматозне респираторне инсуфицијенције), када у одређеној фази развоја болести постоји изражена компензаторна хипервентилација интактних алвеола, брзина „испирања“ угљен-диоксида из конвекцијске зоне значајно се повећава, што доводи до повећања градијента притиска CO2 _на граници конвекцијске и дифузионе зоне и повећаног уклањања угљен-диоксида из организма. Као резултат тога, развија се хипокапнија.

За разлику од угљен-диоксида, размена кисеоника у плућима и парцијални притисак угљен-диоксида у артеријској крви (PaO2 ₎ зависе првенствено од функционисања дифузионе зоне, посебно од коефицијента дифузије O2 _и стања капиларног протока крви (перфузије), док ниво вентилације и стање конвекцијске зоне утичу на ове индикаторе само у малој мери. Стога, са развојем вентилаторне респираторне инсуфицијенције на позадини укупног смањења минутне запремине дисања, прво се јавља хиперкапнија, а тек затим (обично у каснијим фазама развоја респираторне инсуфицијенције) - хипоксемија.

Дакле, вентилаторни (хиперкапнијски) облик респираторне инсуфицијенције указује на отказ „дисајне пумпе“. Може бити узрокован следећим разлозима:

1. Поремећаји централне регулације дисања:
   • церебрални едем који утиче на његове делове стабла и подручје респираторног центра;
   • мождани удар;
   • трауматске повреде мозга;
   • неуроинфекција;
   • токсични ефекти на респираторни центар;
   • хипоксија мозга, на пример, код тешке срчане инсуфицијенције;
   • предозирање лековима који сузбијају респираторни центар (наркотични аналгетици, седативи, барбитурати итд.).
2. Оштећење апарата који обезбеђује респираторне покрете грудног коша, односно поремећаји у функционисању такозваних „грудних мехова“ (периферни нервни систем, респираторни мишићи, грудни кош):
   • деформације грудног коша (кифоза, сколиоза, кифосколиоза итд.);
   • преломи ребара и кичме;
   • торакотомија;
   • дисфункција периферних нерава (углавном френичног нерва - Гилен-Бареов синдром, полиомијелитис, итд.);
   • поремећаји неуромускуларне трансмисије (мијастенија);
   • замор или атрофија респираторних мишића на позадини продуженог интензивног кашља, опструкције дисајних путева, рестриктивних поремећаја дисања, продужене механичке вентилације итд.);
   • смањење ефикасности дијафрагме (на пример, када се она спљошти).
3. Рестриктивни респираторни поремећаји праћени смањењем механичког обима (МВ):
   • изражен пнеумоторакс;
   • масивни плеурални излив;
   • интерстицијалне болести плућа;
   • тотална и субтотална пнеумонија итд.

Дакле, већина узрока вентилаторне респираторне инсуфицијенције повезана је са поремећајима екстрапулмоналног респираторног апарата и његове регулације (ЦНС, грудни кош, респираторни мишићи). Међу „плућним“ механизмима вентилаторне респираторне инсуфицијенције, рестриктивне респираторне инсуфицијенције су од примарног значаја, узроковане смањењем способности плућа, грудног коша или плеуре да се исправе током удисаја. Рестриктивне инсуфицијенције се развијају код многих акутних и хроничних болести респираторног система. У том смислу, у оквиру вентилаторне респираторне инсуфицијенције, разликује се посебан рестриктивни тип респираторне инсуфицијенције, најчешће узрокован следећим разлозима:

• болести плеуре које ограничавају екскурзију плућа (ексудативни плеуритис, хидроторакс, пнеумоторакс, фиброторакс итд.);
• смањење запремине функционалног плућног паренхима (ателектаза, пнеумонија, ресекција плућа итд.);
• инфламаторна или хемодинамски условљена инфилтрација плућног ткива, што доводи до повећања „крутости“ плућног паренхима (пнеумонија, интерстицијални или алвеоларни плућни едем код срчане инсуфицијенције леве коморе, итд.);
• пнеумосклероза различитих етиологија, итд.

Такође треба узети у обзир да хиперкапнију и вентилаторну респираторну инсуфицијенцију могу изазвати било који патолошки процеси праћени тоталним смањењем алвеоларне вентилације и минутног респираторног волумена. Таква ситуација може настати, на пример, код тешке опструкције дисајних путева (бронхијална астма, хронични опструктивни бронхитис, плућни емфизем, дискинезија мембранског дела трахеје итд.), код значајног смањења запремине функционишућих алвеола (ателектаза, интерстицијалне болести плућа итд.) или код значајног замора и атрофије респираторних мишића. Иако су у свим овим случајевима у развој респираторне инсуфицијенције укључени и други патофизиолошки механизми (поремећаји дифузије гасова, односа вентилације и перфузије, капиларног протока крви у плућима итд.). У овим случајевима, по правилу, говоримо о формирању мешовите вентилаторне и паренхиматозне респираторне инсуфицијенције.

Такође треба додати да је код акутне вентилаторне респираторне инсуфицијенције повећање PaCO2 обично праћено смањењем pH вредности крви и развојем респираторне ацидозе, изазване смањењем односа HCO3/H2CO3, који, као што је познато, одређује pH вредност. Код хроничне респираторне инсуфицијенције вентилаторног типа, до тако израженог смањења pH вредности не долази због компензаторног повећања концентрације карбоната у крвном серуму.

1. Вентилаторна (хиперкапнична) респираторна инсуфицијенција карактерише се:

1. тотална алвеоларна хиповентилација и смањење минутног респираторног волумена,
2. хиперкапнија,
3. хипоксемија (у каснијим фазама респираторне инсуфицијенције),
4. знаци компензоване или декомпензоване респираторне ацидозе.

2. Главни механизми развоја вентилационог (хиперкапничког) облика респираторне инсуфицијенције:

1. поремећај централне регулације дисања;
2. оштећење апарата који обезбеђује респираторне покрете грудног коша (периферни живци, респираторни мишићи, грудни зид);
3. изражени рестриктивни поремећаји праћени смањењем МОД-а.

Паренхиматозна респираторна инсуфицијенција

Паренхиматозни (хипоксемијски) облик респираторне инсуфицијенције карактерише се значајним поремећајем процеса оксигенације крви у плућима, што доводи до претежног смањења PaO2 у артеријској крви - хипоксемије.

Главни механизми развоја хипоксемије код паренхиматозног облика респираторне инсуфицијенције:

1. кршење односа вентилације и перфузије (//0) са формирањем десно-левог срчаног „шанта“ крви (алвеоларни шант) или повећањем алвеоларног мртвог простора;
2. смањење укупне функционалне површине алвеоларно-капиларних мембрана;
3. кршење дифузије гаса.

Кршење односа вентилације и перфузије

Појава хипоксемијске респираторне инсуфицијенције код многих болести респираторних органа најчешће је узрокована кршењем вентилационо-перфузионих односа. Нормално, однос вентилације и перфузије је 0,8-1,0. Постоје две могуће варијанте кршења ових односа, од којих свака може довести до развоја респираторне инсуфицијенције.

Локална хиповентилација алвеола. Код ове варијанте паренхиматозне респираторне инсуфицијенције, хипоксемија се јавља ако се довољно интензиван проток крви настави кроз слабо вентилисане или невентилисане алвеоле. Овде је смањен однос вентилације и перфузије (V/Q <0,8), што доводи до испуштања венске крви недовољно оксигенисане у овим областима плућа у леве коморе срца и системску циркулацију (венско шантовање). Ово узрокује смањење парцијалног притиска О2 _у артеријској крви - хипоксемију.

Ако у таквом делу са очуваним протоком крви нема вентилације, однос V/Q се приближава нули. Управо у тим случајевима се формира десно-леви алвеоларни шант срца, кроз који се неоксигенисана венска крв „баца“ у леве делове срца и аорту, смањујући PaO2 _у артеријској крви. Хипоксемија се овим механизмом развија код опструктивних плућних болести, упале плућа, плућног едема и других болести праћених неравномерним (локалним) смањењем алвеоларне вентилације и формирањем венског шанта крви. У овом случају, за разлику од вентилаторне респираторне инсуфицијенције, укупни минутни волумен вентилације се не смањује дуго времена, па чак постоји и тенденција ка хипервептилацији плућа.

Треба нагласити да се у раним фазама паренхиматозне респираторне инсуфицијенције хиперкапнија не развија, јер изражена хипервентилација интактних алвеола, праћена интензивним уклањањем CO2 _из организма, у потпуности компензује локалне поремећаје у размени CO2 _. Штавише, са израженом хипервентилацијом интактних алвеола, јавља се хипокапнија, што само по себи погоршава респираторне поремећаје.

То је првенствено због чињенице да хипокапнија смањује адаптацију организма на хипоксију. Као што је познато, смањење PaCO2 у крви помера криву дисоцијације хемоглобина улево, што повећава афинитет хемоглобина према кисеонику и смањује ослобађање O2 _у периферним ткивима. Дакле, хипокапнија која се јавља у почетним фазама паренхиматозне респираторне инсуфицијенције додатно повећава кисеоничко гладовање периферних органа и ткива.

Поред тога, смањење PaCO2 _{смањује} аферентне импулсе из рецептора каротидног синуса и продужене мождине и смањује активност респираторног центра.

Коначно, хипокапнија мења однос бикарбоната и угљен-диоксида у крви, што доводи до повећања HCO3/H2CO3 и pH вредности и развоја респираторне алкалозе (у којој долази до спазама крвних судова и погоршања снабдевања крвљу виталних органа).

Треба додати да у каснијим фазама развоја паренхиматозне респираторне инсуфицијенције није само оштећена оксигенација крви, већ и вентилација плућа (на пример, због замора респираторних мишића или повећане крутости плућа услед инфламаторног едема), а јавља се и хиперкапнија, што одражава формирање мешовитог облика респираторне инсуфицијенције, комбинујући знаке паренхиматозне и вентилаторне респираторне инсуфицијенције.

Најчешће се паренхиматозна респираторна инсуфицијенција и критично смањење односа вентилације и перфузије развијају код плућних болести праћених локалном (неуједначеном) хиповентилацијом алвеола. Постоји много таквих болести:

• хроничне опструктивне плућне болести (хронични опструктивни бронхитис, бронхиолитис, бронхијална астма, цистична фиброза итд.);
• централни рак плућа;
• упала плућа;
• плућна туберкулоза, итд.

Код свих горе наведених болести, у различитом степену долази до опструкције дисајних путева узроковане неравномерном инфламаторном инфилтрацијом и тешким едемом бронхијалне слузокоже (бронхитис, бронхиолитис), повећања количине вискозног секрета (спутума) у бронхијама (бронхитис, бронхиолитис, бронхиектазије, пнеумонија итд.), спазма глатких мишића малих бронхија (бронхијална астма), раног експираторног затварања (колапса) малих бронхија (најизраженије код пацијената са плућним емфиземом), деформације и компресије бронхија тумором, страним телом итд. Стога је препоручљиво разликовати посебан - опструктивни - тип респираторне инсуфицијенције узрокован оштећеним проласком ваздуха кроз велике и/или мале дисајне путеве, који се у већини случајева разматра у оквиру паренхиматозне респираторне инсуфицијенције. Истовремено, код тешке опструкције дисајних путева, у низу случајева плућна вентилација и механички обртни капацитет су значајно смањени, а развија се вентилациона (или прецизније, мешовита) респираторна инсуфицијенција.

Повећање алвеоларног мртвог простора. Друга варијанта промене односа вентилације и перфузије повезана је са локалним поремећајем плућног протока крви, на пример, са тромбозом или емболијом грана плућне артерије. У овом случају, упркос очувању нормалне вентилације алвеола, перфузија ограниченог подручја плућног ткива нагло се смањује (V/Q > 1,0) или потпуно одсутна. Јавља се ефекат наглог повећања функционалног мртвог простора, а ако је његова запремина довољно велика, развија се хипоксемија. У овом случају долази до компензаторног повећања концентрације CO2 у ваздуху издахнутом из нормално перфузованих алвеола, што обично потпуно изравнава поремећај размене угљен-диоксида у неперфузованим алвеолама. Другим речима, ова варијанта паренхиматозне респираторне инсуфицијенције такође није праћена повећањем парцијалног притиска CO2 _у артеријској крви.

Паренхиматозна респираторна инсуфицијенција механизмом повећања алвеоларног мртвог простора и V/Q вредности најчешће се развија код следећих болести:

1. Тромбоемболија грана плућне артерије.
2. Синдром респираторног дистреса код одраслих.

Смањење функционалне површине алвеоларно-капиларне мембране

Код плућног емфизема, интерстицијалне плућне фиброзе, компресионе ателектазе и других болести, оксигенација крви може се смањити због смањења укупне функционалне површине алвеоларно-капиларне мембране. У овим случајевима, као и код других варијанти паренхиматозне респираторне инсуфицијенције, промене у саставу гасова крви се првенствено манифестују артеријском хипоксемијом. У каснијим фазама болести, на пример, са замором и атрофијом респираторних мишића, може се развити хиперкапнија.

Поремећаји дифузије гаса

Коефицијент дифузије кисеоника је релативно низак, његова дифузија је оштећена код многих плућних болести праћених инфламаторним или хемодинамским едемом интерстицијалног ткива и повећањем растојања између унутрашње површине алвеола и капилара (пнеумонија, интерстицијалне болести плућа, пнеумосклероза, хемодинамски плућни едем код левокоморске срчане инсуфицијенције итд.). У већини случајева, оштећена оксигенација крви у плућима је узрокована другим патофизиолошким механизмима респираторне инсуфицијенције (на пример, смањење вентилационо-перфузионих односа), а смањење брзине дифузије О2 је _само погоршава.

_{Пошто је} брзина дифузије CO2 20 пута већа од O2 _, пренос угљен-диоксида кроз алвеоларно-капиларну мембрану може бити оштећен само ако је она значајно задебљана или ако постоји широко распрострањено оштећење плућног ткива. Стога, у већини случајева, оштећење дифузионог капацитета плућа само повећава хипоксемију.

• Паренхиматозна (хипоксемијска) респираторна инсуфицијенција се у већини случајева карактерише:
  • неравномерна локална алвеоларна хиповентилација без смањења укупне брзине механичког откуцаја,
  • тешка хипоксемија,
  • у почетној фази развоја респираторне инсуфицијенције - хипервентилација интактних алвеола, праћена хипокапнијом и респираторном алкалозом,
  • у каснијим фазама развоја респираторне инсуфицијенције - додавање поремећаја вентилације, праћених хиперкапнијом и респираторном или метаболичком ацидозом (стадијум мешовите респираторне инсуфицијенције).
• Главни механизми развоја паренхиматозног (хипоксемичког) облика респираторне инсуфицијенције:
  • кршење вентилационо-перфузионих односа код опструктивног типа респираторне инсуфицијенције или оштећења капиларног корита плућа,
  • смањење укупне функционалне површине алвеоларно-капиларне мембране,
  • кршење дифузије гаса.

Разликовање два облика респираторне инсуфицијенције (вентилаторне и паренхиматозне) је од великог практичног значаја. У лечењу вентилаторног облика респираторне инсуфицијенције, респираторна подршка је најефикаснија, омогућавајући обнављање смањеног минутног респираторног волумена. Напротив, код паренхиматозног облика респираторне инсуфицијенције, хипоксемија је узрокована кршењем односа вентилације и перфузије (на пример, формирање венског „шантовања“ крви), стога је терапија инхалацијом кисеоника, чак и у високим концентрацијама (висок FiO2), неефикасна. Вештачко повећање МВ (на пример, уз помоћ вештачке вентилације) такође је од мале помоћи. Стабилно побољшање паренхиматозне респираторне инсуфицијенције може се постићи само адекватном корекцијом односа вентилације и перфузије и елиминацијом неких других механизама развоја овог облика респираторне инсуфицијенције.

Клиничка и инструментална верификација опструктивних и рестриктивних врста респираторне инсуфицијенције такође је од практичног значаја, јер омогућава избор оптималне тактике за лечење пацијената са респираторном инсуфицијенцијом.

У клиничкој пракси се често среће мешовита варијанта респираторне инсуфицијенције, праћена и поремећеном оксигенацијом крви (хипоксемија) и тоталном алвеоларном хиповентилацијом (хиперкапнија и хипоксемија). На пример, код тешке пнеумоније, односи вентилације и перфузије су поремећени и формира се алвеоларни шант, па се PaO2 смањује и развија хипоксемија. Масивна инфламаторна инфилтрација плућног ткива често је праћена значајним повећањем крутости плућа, услед чега се смањују алвеоларна вентилација и брзина „испирања“ угљен-диоксида, а развија се хиперкапнија.

Прогресивно оштећење вентилације и развој хиперкапније такође су олакшани тешким замором респираторних мишића и ограничењем волумена респираторних покрета када се појави плеурални бол.

С друге стране, код неких рестриктивних болести праћених вентилаторно-респираторном инсуфицијенцијом и хиперкапнијом, пре или касније се развијају поремећаји бронхијалне проходности, односи вентилације и перфузије се смањују, а придружује се паренхиматозна компонента респираторне инсуфицијенције, праћена хипоксемијом. Ипак, у сваком случају, важно је проценити преовлађујуће механизме респираторне инсуфицијенције.

Кисело-базна неравнотежа

Различити облици респираторне инсуфицијенције могу бити праћени ацидобазном неравнотежом, што је типичније за пацијенте са акутном респираторном инсуфицијенцијом, укључујући и ону која се развила на позадини хроничне респираторне инсуфицијенције која траје дуже време. Управо у тим случајевима се најчешће развија декомпензована респираторна или метаболичка ацидоза или респираторна алкалоза, значајно погоршавајући респираторну инсуфицијенцију и доприносећи развоју тешких компликација.

Механизми за одржавање киселинско-базне равнотеже

Кисело-базна равнотежа је однос концентрација водоничних (H ⁺ ) и хидроксилних (OH⁻ ⁾ јона у унутрашњем окружењу тела. Кисела или алкална реакција раствора зависи од садржаја водоничних јона у њему, а индикатор овог садржаја је pH вредност, која је негативни децимални логаритам моларне концентрације H ⁺ јона:

PH = - [H ⁺ ].

То значи, на пример, да је при pH = 7,4 (неутрална реакција средине) концентрација H ⁺ јона, односно [H ⁺ ], једнака 10 ^-7,4 mmol/l. Са повећањем киселости биолошке средине, њен pH се смањује, а са смањењем киселости, повећава се.

PH вредност је један од нај„ригиднијих“ параметара крви. Њене флуктуације су нормално изузетно безначајне: од 7,35 до 7,45. Чак и мала одступања pH од нормалног нивоа ка смањењу (ацидоза) или повећању (алкалоза) доводе до значајне промене у оксидационо-редукционим процесима, ензимској активности, пропустљивости ћелијских мембрана и другим поремећајима који су оптерећени опасним последицама по виталну активност организма.

Концентрација водоникових јона је скоро у потпуности одређена односом бикарбоната и угљен-диоксида:

HCO3 ^- / _H2CO3

Садржај ових супстанци у крви је уско повезан са процесом преноса угљен-диоксида (CO2 ₎ из ткива у плућа. Физички растворени CO2 _{дифундује из ткива у еритроцит, где се, под утицајем ензима карбоанхидразе, молекул (CO2)} хидрира и формира угљену киселину H2CO3 _, која одмах дисоцира и формира јоне водоник-бикарбоната (HCO3-) ⁽ H ⁺ ):

ЦО ₂ + Х ₂ О ↔ Х ₂ ЦО ₃ ↔ НЦО ^3- + Х ⁺

^{Део HCO3-} јона који се акумулирају у еритроцитима, према градијенту концентрације, прелази у плазму. У овом случају, у замену за HCO3- ^{јон, хлор (Cl-)} улази у еритроцит, због чега се ремети равнотежна расподела електричних набоја.

H ⁺ јони настали дисоцијацијом угљен-диоксида везују се за молекул миоглобина. Коначно, део CO2 _може се везати директним везивањем за амино групе протеинске компоненте хемоглобина да би се формирао остатак карбаминске киселине (NHCOOH). Дакле, у крви која одлази од ткива, 27% CO2 се преноси као бикарбонат (HCO3- ⁾ у еритроцитима, 11% CO2 _{формира} карбаминско једињење са хемоглобином (карбохемоглобин), око 12% CO2 _остаје у раствореном облику или у облику недисоциране угљене киселине (H2CO3), а преостала количина CO2 ₍ око 50%) се раствора као HCO3- ^у плазми.

Нормално, концентрација бикарбоната (HCO3- ⁾ у крвној плазми је 20 пута већа од угљен-диоксида (H2CO3). Управо при овом односу HCO3- ^и H2CO3 одржава се нормална pH вредност од 7,4. Ако се концентрација бикарбоната или угљен-диоксида промени, мења се и њихов однос, а pH вредност се помера на киселу (ацидоза) или алкалну (алкалоза) страну. Под овим условима, нормализација pH вредности захтева активирање низа компензаторних регулаторних механизама који обнављају претходни однос киселина и база у крвној плазми, као и у различитим органима и ткивима. Најважнији од ових регулаторних механизама су:

1. Пуферски системи крви и ткива.
2. Промене у вентилацији плућа.
3. Механизми бубрежне регулације ацидобазне равнотеже.

Пуферски системи крви и ткива састоје се од киселине и коњуговане базе.

Приликом интеракције са киселинама, ове последње се неутралишу алкалном компонентом пуфера; када су у контакту са базама, њихов вишак се везује са киселом компонентом.

Бикарбонатни пуфер има алкалну реакцију и састоји се од слабе угљене киселине (H2CO3) и њене натријумове соли - натријум бикарбоната (NaHCO3) као коњуговане базе. Приликом интеракције са киселином, алкална компонента бикарбонатног пуфера (TaHCO3) је неутралише и формира H2CO3, која дисоцира на CO2 _и H2O _. Вишак се уклања издахнутим ваздухом. Приликом интеракције са базама, кисела компонента пуфера (H2CO3) се везује са вишком база и формира бикарбонат (HCO3- ⁾, који се затим излучује путем бубрега.

Фосфатни пуфер се састоји од монобазног натријум фосфата (NaH2PO4), који делује као киселина, и дибазног натријум фосфита (NaH2PO4), који делује као коњугована база. Принцип деловања овог пуфера је исти као и код бикарбонатног пуфера, али је његов пуферски капацитет мали јер је садржај фосфата у крви низак.

Протеински пуфер. Пуферска својства протеина плазме (албумин, итд.) и еритроцитног хемоглобина повезана су са чињеницом да аминокиселине које садрже садрже и киселе (COOH) и базне (NH2 ₎ групе и могу се дисоцирати да би формирале и водоничне и хидроксилне јоне у зависности од реакције средине. Хемоглобин чини највећи део пуферског капацитета протеинског система. У физиолошком pH опсегу, оксихемоглобин је јача киселина од дезоксихемоглобина (редукованог хемоглобина). Стога, ослобађањем кисеоника у ткивима, редуковани хемоглобин стиче већу способност везивања H ⁺ јона. Приликом апсорпције кисеоника у плућима, хемоглобин стиче кисела својства.

Пуферска својства крви су у суштини одређена комбинованим дејством свих анјонских група слабих киселина, од којих су најважније бикарбонати и анјонске групе протеина („протеинати“). Ови ањони, који имају пуферска дејства, називају се пуферске базе (ББ).

Укупна концентрација пуферских база у крви је око <18 ммол/л и не зависи од промена притиска CO2 _у крви. Заиста, са повећањем притиска CO2 _у крви, формирају се једнаке количине H ⁺ и HCO3- ^{. Протеини везују H+} јоне, што доводи до смањења концентрације „слободних“ протеина са пуферским својствима. Истовремено, садржај бикарбоната се повећава за исти износ, а укупна концентрација пуферских база остаје иста. Насупрот томе, са смањењем притиска CO2 у крви, садржај протеината се повећава, а концентрација бикарбоната се смањује.

Ако се садржај неиспарљивих киселина у крви промени (млечна киселина код хипоксије, ацетосирћетна и бета-хидроксибутерна киселина код дијабетес мелитуса итд.), укупна концентрација пуферских база ће се разликовати од нормалне.

Одступање садржаја пуферских база од нормалног нивоа (48 ммол/л) назива се вишак база (ББ); нормално је нула. Са патолошким повећањем броја пуферских база, ББ постаје позитивна, а са смањењем негативна. У овом другом случају, исправније је користити термин „дефицит база“.

Индикатор БЕ нам тако омогућава да проценимо промене у „резервама“ пуферских база када се промени садржај неиспарљивих киселина у крви, и да дијагностикујемо чак и скривене (компензоване) промене у ацидобазној равнотежи.

Промене у плућној вентилацији су други регулаторни механизам који обезбеђује константност pH вредности крвне плазме. Када крв пролази кроз плућа, у еритроцитима и крвној плазми се јављају реакције које су супротне од горе описаних:

H ⁺ + HCO3- ^H2CO3 ↔ CO2 + H2O.

То значи да када се CO2 уклони из крви, из ње нестаје _{приближно} еквивалентан број H ⁺ јона. Сходно томе, дисање игра изузетно важну улогу у одржавању кисело-базне равнотеже. Дакле, ако се, као резултат метаболичких поремећаја у ткивима, повећа киселост крви и развије стање умерене метаболичке (нереспираторне) ацидозе, интензитет плућне вентилације (хипервентилација) се рефлексно повећава (респираторни центар). Као резултат тога, уклања се велика количина CO2 и, сходно томе, водоникових јона (H ⁺ ), због чега се pH враћа на првобитни ниво. Насупрот томе, повећање базног садржаја (метаболичка нереспираторна алкалоза) прати смањење интензитета вентилације (хиповентилација), повећава се притисак CO2 _и концентрација H ⁺ јона, а померање pH ка алкалној страни се компензује.

Улога бубрега. Трећи регулатор кисело-базне равнотеже су бубрези, који уклањају H ⁺ јоне из тела и реапсорбују натријум бикарбонат (NaHCO3). Ови важни процеси се углавном одвијају у бубрежним тубулама. Користе се три главна механизма:

Замена водоничних јона за натријумове јоне. Овај процес се заснива на реакцији коју активира карбоанхидраза: CO2 ₊ H2O ₌ H2CO3 _; добијени угљен-диоксид (H2CO3) се дисоцира на H + ^и HCO3- _јоне^{. Јони се ослобађају у лумен тубула, а на њихово место из тубуларне течности улази еквивалентна количина натријумових јона (Na+} ). Као резултат тога, тело се ослобађа водоничних јона и истовремено обнавља своје резерве натријум бикарбоната (NaHCO3), који се реапсорбује у интерстицијално ткиво бубрега и улази у крв.

^{Ацидогенеза. Размена H+} јона за Na ⁺ јоне се одвија на сличан начин уз учешће дибазног фосфата. Јони водоника ослобођени у лумен тубула везују се помоћу HPO4 ^2- ањона и формирају монобазни натријум фосфат (NaH2PO4). Истовремено, еквивалентна количина Na ⁺ јона улази у епителну ћелију тубула и везује се са HCO3- јоном ^и формира Na ⁺ бикарбонат (NaHCO3). Потоњи се реапсорбује и улази у општи крвоток.

Амонијагенеза се одвија у дисталним бубрежним тубулима, где се амонијак формира из глутамина и других аминокиселина. Потоња неутралише HCl у урину и везује јоне водоника да би формирала Na ⁺ и Cl- ^. Реапсорбовани натријум у комбинацији са HCO3- ^јоном такође формира натријум бикарбонат (NaHCO3).

Дакле, у тубуларној течности, већина H ⁺ јона који долазе из тубуларног епитела везује се за HCO3- ^, HPO42- ^јоне и излучује се урином. Истовремено, еквивалентна количина натријумових јона улази у тубуларне ћелије и формира натријум бикарбонат (NaHCO3), који се реапсорбује у тубулама и надокнађује алкалну компоненту бикарбонатног пуфера.

Главни индикатори ацидобазне равнотеже

У клиничкој пракси, следећи параметри артеријске крви се користе за процену ацидобазне равнотеже:

1. pH вредност крви је негативни децимални логаритам моларне концентрације H ⁺ јона. pH вредност артеријске крви (плазме) на 37°C флуктуира у уским границама (7,35-7,45). Нормалне pH вредности још увек не значе одсуство ацидобазне неравнотеже и могу се срести код такозваних компензованих варијанти ацидозе и алкалозе.
2. PaCO2 је парцијални притисак CO2 _у артеријској крви. Нормалне вредности PaCO2 _су35-45 mm Hg код мушкараца и 32-43 mm Hg код жена.
3. Пуферске базе (ББ) су збир свих крвних ањона са пуферским својствима (углавном бикарбонати и протеински јони). Нормална вредност ББ је у просеку 48,6 mol/l (од 43,7 до 53,5 mmol/l).
4. Стандардни бикарбонат (СБ) је садржај бикарбонатног јона у плазми. Нормалне вредности за мушкарце су 22,5-26,9 ммол/л, за жене - 21,8-26,2 ммол/л. Овај индикатор не одражава пуферски ефекат протеина.
5. Вишак база (ВИБ) је разлика између стварне вредности садржаја пуферских база и њихове нормалне вредности (нормална вредност је од - 2,5 до + 2,5 ммол/л). У капиларној крви, вредности овог индикатора су од -2,7 до +2,5 код мушкараца и од -3,4 до +1,4 код жена.

У клиничкој пракси се обично користе 3 индикатора ацидобазне равнотеже: pH, PaCO2 _и BE.

Промене ацидобазне равнотеже код респираторне инсуфицијенције

У многим патолошким стањима, укључујући респираторну инсуфицијенцију, у крви се може акумулирати толико велика количина киселина или база да горе описани регулаторни механизми (пуферски системи крви, респираторни и екскреторни системи) више не могу одржавати pH на константном нивоу, па се развија ацидоза или алкалоза.

1. Ацидоза је поремећај кисело-базне равнотеже код којег се у крви појављује апсолутни или релативни вишак киселина и повећава се концентрација водоничних јона (pH < 7,35).
2. Алкалоза се карактерише апсолутним или релативним повећањем броја база и смањењем концентрације водоничних јона (pH > 7,45).

Према механизмима настанка, постоје 4 врсте поремећаја ацидобазне равнотеже, од којих свака може бити компензована и декомпензована:

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

Аспираторна ацидоза

Респираторна ацидоза се развија са тешким тоталним поремећајима плућне вентилације (алвеоларна хиповентилација). Основа ових промена у ацидобазној равнотежи је повећање парцијалног притиска CO2 _у артеријској крви (PaCO2 ₎.

Код компензоване респираторне ацидозе, pH вредност крви се не мења због деловања компензационих механизама описаних горе. Најважнији од њих су 6-карбонатни и протеински (хемоглобински) пуфер, као и бубрежни механизам за ослобађање H ⁺ јона и задржавање натријум бикарбоната (NaHCO3).

У случају хиперкапничне (вентилационе) респираторне инсуфицијенције, механизам повећане плућне вентилације (хипервентилације) и уклањања јона H ⁺ и CO2 код респираторне ацидозе нема практичан значај, будући да такви пацијенти по дефиницији имају примарну плућну хиповентилацију узроковану тешком плућном или екстрапулмоналном патологијом. Прати је значајно повећање парцијалног притиска CO2 у крви - хиперкапија. Због ефикасног дејства пуферских система и, посебно, као резултат укључивања бубрежног компензаторног механизма задржавања натријум бикарбоната, пацијенти имају повећан садржај стандардног бикарбоната (SB) и вишка база (BE).

Дакле, компензована респираторна ацидоза карактерише се:

1. Нормалне pH вредности крви.
2. Повећање парцијалног притиска CO2 _у крви (PaCO2 ₎.
3. Повећање стандардног бикарбоната (СБ).
4. Повећање вишка базе (BE).

Исцрпљивање и инсуфицијенција компензационих механизама доводи до развоја декомпензоване респираторне ацидозе, код које се pH плазме смањује испод 7,35. У неким случајевима, нивои стандардног бикарбоната (SB) и вишка базе (BE) такође се смањују на нормалне вредности, што указује на исцрпљивање резерве базе.

Респираторна алкалоза

Горе је показано да је паренхиматозна респираторна инсуфицијенција у неким случајевима праћена хипокапнијом узрокованом израженом компензаторном хипервентилацијом интактних алвеола. У овим случајевима, респираторна алкалоза се развија као резултат повећаног уклањања угљен-диоксида услед поремећаја спољашњег дисања типа хипервентилације. Као резултат тога, однос HCO3 ^- / H2CO3 се повећава и, сходно томе, pH вредност крви се повећава.

Компензација респираторне алкалозе је могућа само на позадини хроничне респираторне инсуфицијенције. Њен главни механизам је смањење секреције водоничних јона и инхибиција реапсорпције бикарбоната у бубрежним тубулама. То доводи до компензаторног смањења стандардног бикарбоната (СБ) и до базног дефицита (негативна вредност БЕ).

Дакле, компензована респираторна алкалоза карактерише се:

1. Нормална pH вредност крви.
2. Значајно смањење pCO2 у крви.
3. Компензаторно смањење стандардног бикарбоната (СБ).
4. Компензаторни базни дефицит (негативна вредност BE).

Са декомпензацијом респираторне алкалозе, pH крви се повећава, а претходно смањене вредности SB и BE могу достићи нормалне вредности.

Нереспираторна (метаболичка) ацидоза

Нереспираторна (метаболичка) ацидоза је најтежи облик ацидобазне неравнотеже, која се може развити код пацијената са веома тешком респираторном инсуфицијенцијом, тешком хипоксемијом крви и хипоксијом органа и ткива. Механизам развоја нереспираторне (метаболичке) ацидозе у овом случају повезан је са акумулацијом такозваних неиспарљивих киселина (млечне киселине, бета-хидроксибутерне, ацетосирћетне, итд.) у крви. Подсетимо се да поред тешке респираторне инсуфицијенције, нереспираторну (метаболичку) ацидозу могу изазвати:

1. Тешки поремећаји метаболизма ткива код декомпензованог дијабетес мелитуса, продуженог гладовања, тиреотоксикозе, грознице, хипоксије органа на позадини тешке срчане инсуфицијенције итд.
2. Болести бубрега праћене претежним оштећењем бубрежних тубула, што доводи до оштећеног излучивања водоничних јона и реапсорпције натријум бикарбоната (ренална тубуларна ацидоза, бубрежна инсуфицијенција итд.)
3. Губитак великих количина база у облику бикарбоната са дигестивним соковима (дијареја, повраћање, пилорична стеноза, хируршке интервенције). Узимање одређених лекова (амонијум хлорид, калцијум хлорид, салицилати, инхибитори карбоанхидразе итд.).

Код компензоване нереспираторне (метаболичке) ацидозе, бикарбонатни пуфер крви је укључен у процес компензације, који везује киселине које се акумулирају у телу. Смањење садржаја натријум бикарбоната доводи до релативног повећања концентрације угљене киселине (H2CO3), која дисоцира на H2O и CO2. H ^{+ јони се везују за протеине, пре свега хемоглобин, због чега Na+}, Ca2 ⁺ и K ⁺ напуштају еритроците у замену за водоничне катјоне који у њих улазе.

Дакле, компензована метаболичка ацидоза карактерише се:

1. Нормалан pH ниво крви.
2. Смањени стандардни бикарбонати (СБ).
3. Недостатак пуферских база (негативна вредност BE).

Исцрпљивање и инсуфицијенција описаних компензаторних механизама доводе до развоја декомпензоване нереспираторне (метаболичке) ацидозе, код које се pH вредност крви смањује на ниво мањи од 7,35.

Нереспираторна (метаболичка) алкалоза

Нереспираторна (метаболичка) алкалоза није типична код респираторне инсуфицијенције.

Друге компликације респираторне инсуфицијенције

Промене у гасном саставу крви, ацидобазној равнотежи, као и поремећаји плућне хемодинамике у тешким случајевима респираторне инсуфицијенције доводе до тешких компликација у другим органима и системима, укључујући мозак, срце, бубреге, гастроинтестинални тракт, васкуларни систем итд.

Акутна респираторна инсуфицијенција се више карактерише релативно брзим развојем тешких системских компликација, углавном узрокованих тешком хипоксијом органа и ткива, што доводи до поремећаја у њиховим метаболичким процесима и функцијама. Појава вишеструке органске инсуфицијенције на позадини акутне респираторне инсуфицијенције значајно повећава ризик од неповољног исхода болести. Испод је далеко од потпуне листе системских компликација респираторне инсуфицијенције:

1. Кардијалне и васкуларне компликације:
   • исхемија миокарда;
   • срчана аритмија;
   • смањен ударни волумен и срчани излаз;
   • артеријска хипотензија;
   • дубока венска тромбоза;
   • ТЕЛА.
2. Неуромускуларне компликације:
   • ступор, сопор, кома;
   • психоза;
   • делиријум;
   • полинеуропатија у критичним болестима;
   • контрактуре;
   • мишићна слабост.
3. Инфективне компликације:
   • сепса;
   • апсцес;
   • нозокомијална пнеумонија;
   • декубитуси;
   • друге инфекције.
4. Гастроинтестиналне компликације:
   • акутни чир на желуцу;
   • гастроинтестинално крварење;
   • оштећење јетре;
   • неухрањеност;
   • компликације ентералне и парентералне исхране;
   • акалкулозни холециститис.
5. Компликације бубрега:
   • акутна бубрежна инсуфицијенција;
   • електролитски поремећаји итд.

Такође је потребно узети у обзир могућност развоја компликација повезаних са присуством интубационе цеви у лумену трахеје, као и са спровођењем вештачке вентилације.

Код хроничне респираторне инсуфицијенције, тежина системских компликација је знатно мања него код акутне инсуфицијенције, а до изражаја долази развој 1) плућне артеријске хипертензије и 2) хроничне плућне болести срца.

Плућна артеријска хипертензија код пацијената са хроничном респираторном инсуфицијенцијом формира се под дејством неколико патогенетских механизама, од којих је главни хронична алвеоларна хипоксија, што доводи до развоја хипоксичног плућног вазоконстрикционог синдрома. Овај механизам је познат као Ојлер-Лиљестраидов рефлекс. Као резултат овог рефлекса, локални плућни проток крви се прилагођава нивоу интензитета плућне вентилације, тако да однос вентилације и перфузије није поремећен или постаје мање изражен. Међутим, ако је алвеоларна хиповентилација изражена у великој мери и прошири се на велике површине плућног ткива, развија се генерализовано повећање тонуса плућних артериола, што доводи до повећања укупног плућног васкуларног отпора и развоја плућне артеријске хипертензије.

Формирање хипоксичног плућног вазоконстрикционог система такође је олакшано хиперкапнијом, оштећеном бронхијалном проходношћу и ендотелном дисфункцијом. Посебну улогу у развоју плућне артеријске хипертензије играју анатомске промене у плућном васкуларном кориту: компресија и десолација артериола и капилара услед постепено напредујуће фиброзе плућног ткива и плућног емфизема, задебљање васкуларног зида услед хипертрофије мишићних ћелија медије, развој микротромбозе у условима хроничних поремећаја протока крви и повећане агрегације тромбоцита, рекурентна тромбоемболија малих грана плућне артерије итд.

Хронична плућна болест срца се природно развија у свим случајевима дуготрајних плућних болести, хроничне респираторне инсуфицијенције и прогресивне плућне артеријске хипертензије. Међутим, према савременим схватањима, дугорочни процес формирања хроничне плућне болести срца обухвата појаву низа структурних и функционалних промена у десним срчаним коморама, од којих су најзначајније миокардна хипертрофија десне коморе и преткоморе, проширење њихових шупљина, срчана фиброза, дијастолна и систолна дисфункција десне коморе, формирање релативне инсуфицијенције трикуспидалног залистка, повећан централни венски притисак и застој у венском кориту системске циркулације. Ове промене су последица формирања плућне плућне хипертензије код хроничне респираторне инсуфицијенције, перзистентног или пролазног повећања посттерећења на десну комору, повећаног интрамиокардијалног притиска, као и активације ткивних неурохормоналних система, ослобађања цитокина и развоја ендотелне дисфункције.

У зависности од одсуства или присуства знакова срчане инсуфицијенције десне коморе, разликују се компензована и декомпензована хронична плућна болест срца.

Акутна респираторна инсуфицијенција се највише карактерише појавом системских компликација (кардијалних, васкуларних, бубрежних, неуролошких, гастроинтестиналних итд.), које значајно повећавају ризик од неповољног исхода болести. Хронична респираторна инсуфицијенција се више карактерише постепеним развојем плућне хипертензије и хроничне плућне болести срца.

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