Hyperkapnie - Hypercapnia

Hyperkapnie
Příznaky hyperkapnie
Hlavní příznaky toxicity oxidu uhličitého zvýšením objemových procent ve vzduchu.
Specialita Pulmonologie , medicína kritické péče

Hyperkapnie (z řeckého hyper = „výše“ nebo „příliš mnoho“ a kapnos = „ kouř “), známá také jako hyperkarbie a zadržování CO 2 , je stav abnormálně zvýšených hladin oxidu uhličitého (CO 2 ) v krvi. Oxid uhličitý je plynný produkt metabolismu těla a je normálně vylučován plícemi . Oxid uhličitý se může hromadit za jakýchkoli podmínek, které způsobují hypoventilaci , snížení alveolární ventilace (odstranění vzduchu z malých vaků v plicích, kde probíhá výměna plynů ) a také v důsledku vdechování CO 2 . Neschopnost plic vyčistit oxid uhličitý nebo vdechnutí zvýšené hladiny CO 2 vede k respirační acidóze . Nakonec tělo kompenzuje zvýšenou kyselost zadržováním alkálie v ledvinách, což je proces známý jako „metabolická kompenzace“.

Akutní hyperkapnie se nazývá akutní hyperkapnické respirační selhání ( AHRF ) a jedná se o lékařskou pohotovost, protože se obvykle vyskytuje v souvislosti s akutním onemocněním. Chronická hyperkapnie, kde je obvykle přítomna metabolická kompenzace, může způsobovat příznaky, ale není obecně nouzová. V závislosti na scénáři mohou být obě formy hyperkapnie léčeny léky, neinvazivní ventilací založenou na masce nebo mechanickou ventilací .

Hyperkapnie představuje nebezpečí podvodního potápění spojeného s potápění se zadrženým dechem, potápění, zejména na rebreathers, a hluboké potápění, kde je spojeno se zvýšenou hustotou dýchacího plynu v důsledku vysokého okolního tlaku.

Příznaky a symptomy

Hyperkapnie se může objevit v kontextu základního zdravotního stavu a příznaky se mohou vztahovat k tomuto stavu nebo přímo k hyperkapnii. Specifickými příznaky, které lze připsat časné hyperkapnii, jsou dušnost (dušnost), bolest hlavy, zmatenost a letargie. Klinické příznaky zahrnují zarudlou kůži, plný puls (ohraničující puls), zrychlené dýchání , předčasné srdeční tepny , svalové záškuby a chlopně rukou ( asterixis ). Zvyšuje se riziko nebezpečných nepravidelností srdečního tepu . Hyperkapnie se také vyskytuje, když je dýchací plyn kontaminován oxidem uhličitým, nebo výměna dýchacího plynu nemůže držet krok s metabolickou produkcí oxidu uhličitého, ke které může dojít, když hustota plynu omezuje větrání při vysokých okolních tlacích.

Při těžké hyperkapnii (obvykle vyšší než 10 kPa nebo 75 mmHg ) symptomatologie postupuje k dezorientaci, panice , hyperventilaci , křečím , bezvědomí a nakonec ke smrti .

Příčiny

Oxid uhličitý je normální metabolický produkt, ale hromadí se v těle, pokud je produkován rychleji, než je odstraněn. Míra produkce se může více než desetinásobně zvýšit z klidu na namáhavé cvičení. Oxid uhličitý se rozpouští v krvi a eliminace probíhá výměnou plynů v plicích během dýchání. Hyperkapnie je obecně způsobena hypoventilací , plicním onemocněním nebo sníženým vědomím . Může to být také způsobeno expozicí prostředí s neobvykle vysokými koncentracemi oxidu uhličitého, například vulkanickou nebo geotermální aktivitou, nebo opětovným dýcháním vydechovaného oxidu uhličitého . V této situaci může být hyperkapnie také doprovázena respirační acidózou.

Akutní hyperkapnické respirační selhání se může objevit u akutního onemocnění způsobeného chronickou obstrukční plicní nemocí (COPD), deformací hrudní stěny, některými formami neuromuskulárních onemocnění (jako je myasthenia gravis a syndrom hypoventilace obezity . AHRF se může vyvinout také u jakékoli formy respiračního selhání, kde vyčerpávají se dýchací svaly, jako je těžký zápal plic a akutní těžké astma . Může to být také důsledek hlubokého potlačení vědomí, jako je předávkování opioidy .

Během potápění

Normální dýchání u potápěčů má za následek alveolární hypoventilaci, která má za následek neadekvátní eliminaci CO 2 nebo hyperkapnii. Lanphierova práce v experimentální potápěčské jednotce amerického námořnictva odpověděla na otázku „Proč potápěči dostatečně nedýchají?“:

  • Vyšší inspirovaný kyslík ( ) při 4 atm (400 kPa) představoval ne více než 25% nadmořské výšky v koncovém přílivovém CO 2 (ET CO 2 ) nad hodnotami zjištěnými při stejné pracovní rychlosti při dýchání vzduchu těsně pod povrchem.
  • Zvýšená práce s dýcháním představovala většinu zvýšení ( rovnice alveolárního plynu ) při expozicích nad 1 atm (100 kPa), jak ukazují výsledky, když bylo helium nahrazeno dusíkem při 4 atm (400 kPa).
  • Nedostatečná ventilační reakce na námahu byla indikována skutečností, že navzdory klidovým hodnotám v normálním rozmezí se námaha výrazně zvedla, i když potápěči dýchali vzduch v hloubce pouhých několika stop.

Existuje řada důvodů, proč není při výdechu potápěče oxid uhličitý zcela vyloučen:

  • Potápěč vydechuje do nádoby, která nedovolí veškerému CO 2 uniknout do prostředí, jako je dlouhý šnorchl , celoobličejová potápěčská maska nebo potápěčská helma , a potápěč poté z této nádoby znovu vydechne, což způsobí zvětšení mrtvého prostoru .
  • Pračka oxidu uhličitého v potápěče rebreatheru se nedaří dostatečně odstranit oxid uhličitý ze smyčky (vyšší inspirovaný CO 2 ), nebo dýchací plyn je kontaminován CO 2 .
  • Potápěč se nadměrně cvičí a produkuje přebytečný oxid uhličitý v důsledku zvýšené metabolické aktivity a výměna dýchacích plynů nemůže držet krok s metabolickou produkcí oxidu uhličitého.
  • Hustota plynu omezuje větrání při vysokých okolních tlacích. Hustota z dýchacího plynu je vyšší v hloubce, tak úsilí nutné k plně inhalovat a výdech se zvyšuje, což dýchání obtížnější a méně efektivní (vysoká dechovou práci ). Vyšší hustota plynu také způsobuje, že míchání plynu v plicích je méně účinné, čímž se zvyšuje efektivní mrtvý prostor.
  • Potápěč je záměrně hypoventilační , známý jako „přeskočení dýchání“.

Přeskočení dýchání je kontroverzní technikou, která šetří dýchací plyn při použití potápění s otevřeným okruhem , které spočívá v krátkém zadržení dechu mezi nádechem a výdechem (tj. „Vynechání“ nádechu). Vede k tomu, že CO 2 není efektivně vydechován. Riziko prasknutí plic ( plicní barotrauma výstupu) se zvyšuje, pokud je dech zadržen při výstupu. Obzvlášť kontraproduktivní je to s rebreatherem , kde dýchání pumpuje plyn kolem „smyčky“, tlačí oxid uhličitý skrz pračku a míchá čerstvě vstříknutý kyslík.

Při potápění s rebreatherem s uzavřeným okruhem musí být vydechovaný oxid uhličitý odstraněn z dýchacího systému, obvykle pomocí pračky obsahující pevnou chemickou sloučeninu s vysokou afinitou k CO 2 , jako je například sodné vápno. Pokud není odstraněn ze systému, může být znovu vdechnut, což způsobí zvýšení vdechované koncentrace.

Za hyperbarických podmínek přispívá hyperkapnie k narkóze dusíku a toxicitě kyslíku tím, že způsobuje mozkovou vazodilataci, která zvyšuje dávkování kyslíku do mozku.

Mechanismus

Hyperkapnie normálně spouští reflex, který zvyšuje dýchání a přístup ke kyslíku (O 2 ), jako je vzrušení a otáčení hlavy během spánku. Selhání tohoto reflexu může být smrtelné, například jako faktor přispívající k syndromu náhlého úmrtí kojenců .

Hyperkapnie může vyvolat zvýšený srdeční výdej, zvýšení arteriálního krevního tlaku (vyšší hladiny oxidu uhličitého stimulují aortální a karotické chemoreceptory aferenty -CN IX a X- až medulla oblongata s následujícími chrono- a inotropními efekty) a sklon k srdeční arytmie . Hyperkapnie může zvýšit plicní kapilární rezistenci.

Psychologické účinky

Vysoký arteriální parciální tlak oxidu uhličitého ( ) způsobuje změny v mozkové aktivitě, které nepříznivě ovlivňují jemnou svalovou kontrolu a uvažování. Změny EEG označující menší narkotické účinky lze detekovat u zvýšeného parciálního tlaku plynu na konci přílivu a odlivu oxidu uhličitého ( ) ze 40 torr (0,053 atm) na přibližně 50 torrs (0,066 atm). Potápěč si těchto účinků nemusí všimnout.

Vyšší úrovně mají silnější narkotický účinek: Ke zmatenosti a iracionálnímu chování může dojít kolem 72 torr (0,095 atm) a ke ztrátě vědomí kolem 90 torr (0,12 atm). Vysoká spouští reakci boje nebo letu, ovlivňuje hladiny hormonů a může způsobit úzkost, podrážděnost a nevhodné nebo panické reakce, které mohou být mimo kontrolu subjektu, někdy s malým nebo žádným varováním. Vazodilatace je dalším účinkem, zejména na kůži, kde jsou hlášeny pocity nepříjemného horka, a v mozku, kde se průtok krve může zvýšit o 50% při 50 torrech (0,066 atm), může dojít ke zvýšení nitrolebního tlaku s pulzující bolestí hlavy . Pokud je vysoká dodávka kyslíku do mozku spojena s vysokou, může zvýšit riziko toxicity kyslíku CNS při parciálních tlacích, které se obvykle považují za přijatelné.

U mnoha lidí vysoká způsobuje pocit dušnosti, ale nedostatek tohoto příznaku není zárukou, že se ostatní účinky nevyskytují. Významné procento úmrtí na rebreather bylo spojeno s retencí CO 2 . Účinky vysokého účinku mohou trvat několik minut až hodin, než se příčina odstraní.

Diagnóza

Testy krevních plynů mohou být prováděny, typicky punkcí radiální tepny , při akutních problémech s dýcháním nebo jiným akutním zdravotním onemocněním. Hyperkapnie je obecně definována jako hladina oxidu uhličitého v arteriální krvi nad 45 mmHg (6 kPa). Vzhledem k tomu, že oxid uhličitý je v rovnováze s kyselinou uhličitou v krvi, hyperkapnie snižuje pH v séru, což vede k respirační acidóze. Klinicky se účinek hyperkapnie na pH odhaduje pomocí poměru arteriálního tlaku oxidu uhličitého k koncentraci hydrogenuhličitanového iontu .

Tolerance

Tolerance ke zvýšené atmosférické koncentraci CO 2
%CO 2 ve
vdechovaném vzduchu
Očekávaná tolerance užitečné aktivity při pokračující expozici zvýšenému CO 2
Doba trvání Zásadní omezení
0,028 život atmosféra, rok 1780
0,04 život současná atmosféra
0,5 život žádná zjistitelná omezení (Poznámka: viz moderní výzkum oxidu uhličitého#pod 1%, který ukazuje měřitelné efekty pod 1%.)
1,0 život
1.5 > 1 měsíc mírná respirační stimulace
2.0 > 1 měsíc
2.5 > 1 měsíc
3,0 > 1 měsíc mírná respirační stimulace
3.5 > 1 týden
4,0 > 1 týden mírná respirační stimulace, přehnaná respirační reakce na cvičení
4.5 > 8 hodin
5,0 > 4 hodiny výrazný dýchací podnět, přehnaná respirační reakce na cvičení
5.5 > 1 hodiny
6.0 > 0,5 hodiny výrazný dýchací podnět, přehnaná dechová reakce na cvičení, počátky mentálního zmatku
6.5 > 0,25 hodiny
7.0 > 0,1 hodiny omezení dušností a mentálním zmatením

Toxicita CO 2 na zvířecích modelech

Testy provedené na nečistokrevných psech ukázaly, fyziologický účinek oxidu uhličitého na těle zvířete: po inhalaci 50% CO a 2 a 50% směs vzduchu, respirační pohyb zvýšenou dobu asi 2 minut, a pak, se snížila na 30 až 90 ° C minut. Hill a Flack ukázali, že koncentrace CO 2 až 35% má vzrušující účinek na oběh i dýchání, ale ty, které přesahují 35%, na ně působí depresivně. Krevní tlak (TK) se během zvýšeného respiračního pohybu přechodně snížil a poté opět stoupl a na chvíli si udržel původní úroveň. Těsně po vdechnutí plynné směsi se srdeční frekvence mírně zpomalila. Předpokládá se, že počáteční deprese TK se sníženou srdeční frekvencí je způsobena přímým depresivním účinkem CO 2 na srdce a že návrat krevního tlaku na původní úroveň byl způsoben rychlým vzestupem . Po 30–90 minutách bylo respirační centrum depresivní a hypotenze se objevovala postupně nebo náhle ze sníženého srdečního výdeje, což vedlo k apnoe a nakonec k zástavě oběhu.

Při vyšších koncentracích CO 2 docházelo k bezvědomí téměř okamžitě a pohyb dýchání se zastavil za 1 minutu. Po několika minutách apnoe došlo k zástavě oběhu. Tato zjištění naznačují, že příčinou smrti při dýchání vysokých koncentrací CO 2 není hypoxie, ale intoxikace oxidem uhličitým.

Léčba

Léčba akutního hyperkapnického respiračního selhání závisí na základní příčině, ale může zahrnovat léky a mechanickou respirační podporu. U osob bez kontraindikací se často používá neinvazivní ventilace (NIV) před invazivní mechanickou ventilací . V minulosti byl lék doxapram (respirační stimulant) používán k hyperkapnii při akutní exacerbaci chronické obstrukční plicní nemoci, ale ve srovnání s NIV existuje jen málo důkazů, které by podporovaly jeho použití, a v současných odborných doporučeních se nevyskytuje.

Velmi závažné respirační selhání, při kterém může být přítomna i hyperkapnie, je často léčeno mimotělní membránovou oxygenací (ECMO), při které se přidává kyslík a odebírá se oxid uhličitý přímo z krve.

Poměrně novou modalitou je extrakorporální odstraňování oxidu uhličitého (ECCO 2 R). Tato technika odstraňuje CO 2 z krevního oběhu a může zkrátit dobu, po kterou je u pacientů s AHRF nutná mechanická ventilace; ve srovnání s ECMO vyžaduje menší objemy krve.

Terminologie

Hyperkapnie je opakem hypokapnie , což je stav s abnormálně sníženými hladinami oxidu uhličitého v krvi.

Viz také

Reference

externí odkazy

Klasifikace