Физиологические механизмы газообмена и транспорта газов. Парциальное давление и напряжение газов в крови.

Исследование газов крови и пульсоксиметрия

Пульсоксиметрия и процедура исследования газов крови

Среди наиболее точных методов, позволяющих определить, насколько хорошо организм обеспечен кислородом, особое место занимает исследование газов крови и пульсоксиметрия.

Базовая задача

Исследование газов крови используется при заболеваниях сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Это делается для определения насыщенности кислородом организма. Проведение исследования происходит достаточно просто. Для этого используется метод прокола, при котором прямо из артерии происходит забор крови. За счет этого способ принадлежит к категории инвазивных. После того, как будет произведена пункция артерии, на нее должна быть наложена повязка примерно на 10-15 минут. Это необходимо для предотвращения кровотечения. Образец, полученный в процессе забора, сразу отправляется в лабораторию на проведение исследования. На этом этапе и происходит определение количества газа в крови. Здесь обязательно происходит определение углекислого газа, парциального давления, показателей pH, количественный состав бикарбонатов и то, насколько насыщен гемоглобин в эритроцитах. К нормальным величинам стоит отнести следующие:

1. PaCO2 — 34-45 mm Hg;
2. PaO2 — 75-100 mm Hg;
3. SaO2 — 94-100%;
4. pH of 7.35-7.45;
5. HCO3 — 22-26 mEq/liter.

Метод пульсоксиметрии и его информативность

Распознать дыхательную недостаточность и оценить общее состояние дыхательной системы можно наиболее точным методом, которым является исследование газов крови. Как только у человека начинает проявляться дыхательная недостаточность, сразу происходит процесс развития гипоксии (снижение уровня кислорода) и гиперкапния — увеличение количества углекислого газа в составе.

Представленный способ исследования используют для возможности распознавания рестриктивных и обструктивных заболеваний легких в хронической форме. Сюда относят такие болезни, как саркоидоз, бронхиальная астма, туберкулез, профессиональные болезни легких. Процедура исследования происходит только на территории больницы.

Чтобы провести исследование, от пациента не требуется особая подготовка. Если человек употребляет антикоагулянты, противовоспалительные препараты и аспирин, нужно предупредить об этом доктора. Что же касается опасностей этой процедуры, то сюда можно отнести возможность кровотечения после проведенной пункции.

Особенности пульсоксиметрии

Пульсоксиметрия представляет собой метод, с помощью которого можно определить насыщенность кислородом гемоглобина крови. Для этого используется специальный прибор, который называется пульсоксиметр. В зависимости от количества кислорода по изменению цвета крови он позволяет определить необходимые параметры. Удобство этого способа заключается в том, что нет необходимости в заборе венозной крови.

Проведение исследования и его информативность

При проведении процедуры на палец пациента накладывают специальный датчик, в котором основным источником есть свет. Проходя через фалангу и капилляры, происходит процесс регистрации изменения цвета крови в зависимости от того, насколько она насыщена кислородом. На экране устройства фиксируются данные в виде кривых насыщенности. Чтобы получить максимально точный результат, необходимо обеспечить полную неподвижность пальца. Нормальный показатель должен составлять 95-98%. Для распознавания дыхательной недостаточности и прочих проблем с дыхательной системой метод сатурации крови является информативным. При недостаточном количестве показатель снижается ниже 95%. Часто этот способ применяется анестезиологами при проведении хирургических вмешательств. Особая подготовка к процедуре не нужна. Метод не приводит к осложнениям и безопасен для человеческого организма.

Пульсоксиметрия: принцип действия

Пульсоксиметрия – предельно доступный метод мониторинга пациента. Особо важно это при ограниченном финансировании медицинского учреждения. Позволяет отслеживать сразу несколько параметров состояния пациента. Изначально применение максимально точных пульсоксиметров требовалось в отделениях интенсивной терапии, далее повсеместно. Но правильное применение пульсоксиметрии требует специальных навыков. При неправильном применении в отделении общей терапии может возникнуть угроза для жизни и здоровья пациента. Рассмотрим принцип работы пульсоксиметра, особенности современного метода, возможные ограничения. А также, какие альтернативы такому методу существуют.

Принцип работы

Пульсоксиметр – высокоточный прибор, который измеряет степень насыщения артериального гемоглобина кислородом. В основе технологии 2 принципа: поглощение гемоглобином света и пульсация светового сигнала при прохождении через ткани, что происходит из-за изменения артериального русла. Этот компонент может отделяться от не пульсирующего при помощи специального микропроцессора. При правильном применении оксиметрия становится максимально полезным методом мониторинга состояния кардиореспираторной системы. В результате на мониторе отображаются 2 показателя:

1. сатурация гемоглобина кислородом артериальной крови;
2. частота пульса (измеряется за 5 — 20 секунд).

На правильность работы прибора влияют несколько факторов. К ним относятся внешний свет, частота и ритмичность пульса, дрожание рук, патологический гемоглобин. На достоверность могут повлиять также вазоконстрикция, патологический гемоглобин, особенности работы сердца.

Пульсоксиметр показывает только уровень вентиляции крови, но не уровень вентиляции. При низкой квалификации медицинского работника это часто создает ложную картину при ингаляции кислородом. В такой ситуации есть риск пропустить начальные симптомы гипоксии, которая возникает при обструкции дыхательных путей.

Что измеряет пульсоксиметр?

Пульсоксиметр состоит из нескольких элементов:

1. датчик для сбора показателей (прикрепляется на палец, мочку уха или крыло носа);
2. микропроцессор для обработки результатов;
3. дисплей для обработки результатов.

Прибор показывает среднее количество кислорода, который связан с каждой из молекул гемоглобина. Данные выводятся на монитор одновременно со звуковым сигналом. Его высота изменяется в зависимости от уровня сатурации. Частота пульса измеряется по принципу количество ударов в минуту. Пульсоксиметр не предоставляет информацию по таким показателям:

1. уровень содержания кислорода в крови;
2. количество растворенного кислорода;
3. дыхательный объем;
4. частота дыхания;
5. величина сердечного выброса;
6. артериальное давление.

Систолическое давление определяется по появлению волны на плетизмографии, в процессе сдувания манжеты.

Принципы современной пульсоксиметрии

В основе принципа современной пульсоксиметрии лежит отношение между парциальным давлением кислорода и сатурацией. Этот показатель отражается в кривой диссоциации гемоглобина. При различных состояниях она может перемещаться вправо либо влево. Например, это может происходить при гемотрансфузии.

Принцип работы пульсоксиметра:

Кислород транспортируется кровотоком главным образом в связанном с гемоглобином виде. Одна молекула гемоглобина может перенести 4 молекулы кислорода и в этом случае она будет насыщена на 100%. Средний процент насыщения популяции молекул гемоглобина в определенном объеме крови и является кислородной сатурацией крови.

В датчике находятся два светодиода, один из которых излучает видимый свет красного спектра (660 нм), другой – в инфракрасном спектре (940 нм). Свет проходит через ткани к фотодетектору, при этом часть излучения поглощается кровью и мягкими тканями в зависимости от концентрации в них гемоглобина. Количество поглощенного света каждой из длин волн зависит от степени оксигенации гемоглобина в тканях.

1. Микропроцессор способен выделить из спектра поглощения пульсовой компонент крови, т.е. отделить компонент артериальной крови от постоянного компонента венозной или капиллярной крови. Микропроцессоры последнего поколения способны уменьшить влияние рассеивания света на работу пульсоксиметра.

Многократное разделение сигнала во времени выполняется с помощью циклической работы светодиодов: включается красный, затем инфракрасный, затем оба отключаются, и так много раз в секунду. Таким образом устраняются случайные фоновые помехи.

Новой возможностью микропроцессоров стало квадратичное многократное разделение. Красный и инфракрасный сигналы разделяются по фазам, а затем вновь комбинируются. При таком варианте могут быть устранены помехи от движения или электромагнитного излучения, поскольку они не могут возникать в одну и ту же фазу двух сигналов светодиодов.

Как и частота пульса, сатурация вычисляется в среднем за 5-20 секунд. Первый показатель рассчитывается по числу циклов светодиодов и уверенным пульсирующим сигналам за определенный промежуток времени.По пропорции поглощенного света каждой из частот микропроцессор вычисляет их коэффициент. В памяти пульсоксиметра имеется серия значений насыщения кислородом, полученные в экспериментах на добровольцах с гипоксической газовой смесью. Микропроцессор сравнивает полученный коэффициент поглощения двух длин волн света с хранящимися в памяти значениями. Неэтично снижать насыщение кислородом у добровольцев ниже 70% при клинических исследованиях. Из-за этого значение сатурации ниже 70%, полученное по пульсоксиметру, не является надежным.Отраженная пульсоксиметрия использует именно такой тип света. Может применяться проксимально, например, на предплечье или передней брюшной стенке. Принцип работы такой же, как у трансмиссионного пульсоксиметра. Существенный недостаток – это сложность закрепления на теле.

Причины снижения индекса сатурации

Недостаточное насыщение крови кислородом может возникать по разным причинам. Наиболее распространенные из них:

• недостаточное количество гемоглобина в крови либо понижение его чувствительности к кислороду;
• нарушение вентиляционной способности легких, например отеки;
• нарушена механика дыхания: апноэ или диспноэ;
• недостаток поступающей в малый круг кровообращения крови;
• пороки сердца;
• пребывание в высокогорной местности;
• нарушение циркуляции в большом круге.

В связи с причинами снижения насыщенности крови появляются симптомы этого состояния:

• головокружение;
• слабость, вялость;
• одышка;
• снижение АД.

Наличие таких признаков может свидетельствовать о существенном недостатке кислорода в крови и о возможных патологических процессах, начинающихся в организме. При запущенных формах сатурации может наступить геморрагический шок. Последствия такого состояния могут быть весьма серьезными для организма.

Газовый состав крови

Организм человека устраняет двуокись углерода — газ и бикарбонат. Малая часть газа в растворенном виде переносится плазмой в органы дыхания. Значительная часть газа вместе с водой вырабатывает угольную кислоту. В кровяных тельцах содержится фермент под названием угольная ангидраза. За счет нее ускоряется формирование угольной кислоты. Некоторая часть двуокиси углерода взаимодействует с гемоглобином.

В организме человека двуокись углерода имеется в свободном состоянии, химическом соединении с водой, а также гемоглобином и белками плазмы. Норма давления равна 40 мм ртутного столба в и 46 мм ртутного столба — в венозной. Уровень содержания углекислого газа в крови равняется 50 мл/дл. Повышение концентрации газа возникает при передвижении крови сквозь ткани. Ее падение наблюдается при передвижении крови через органы дыхания.

Соединившись с белком, кислород вытесняет углекислый газ из крови. Данное явление носит название эффект Холдлейна.

Трактовка закона

Учёный Дальтон в 1801 году сформировал закон парциальных давлений: Па смеси из идеальных газов равняется сумме рi её компонентов. Уравнение имеет следующий вид: Рсм=n (сумма pi), где n — число долей смеси.

Для определения парциального давления в химии используется отдельный компонент из атмосферного воздуха. При расчете учитывается значение каждого отдельного вещества, их число, температуры с объёмами. При необходимости можно найти общий показатель, сложив давление каждого компонента в отдельности.

Каждый газ в сосуде должен обозначаться как «идеальный». При нормальных условиях они взаимодействуют с углекислым газом, водородом, водой, азотом, водяным паром, кислородом, компонентами крови и прочими компонентами из таблицы Менделеева. При этом не образуются соединения. Отдельные молекулы способны сталкиваться между собой, отталкиваясь, но не деформируясь.

Физические и химические задачи решаются с помощью формулы парциального давления (закон открыли учёные Бойль и Мариотт): (k = P x V). Кроме полного варианта, уравнение записывается сокращённо k = PV, где:

• k равно постоянной величине;
• Р — давление;
• V — объем.

Увеличение — парциальное давление

Увеличение парциального давления СО2 с повышением температуры вызвано понижением рН раствора. Ниже приведены значения рН для 28 % — ной аммиачной воды.  

Увеличение парциального давления D или Е — одного из продуктов реакции — вызывает протекание реакции в противоположном направлении, что приводит к понижению парциального давления этого продукта реакции, которое стремится достигнуть своего первоначального значения.  

Увеличение парциального давления оксида углерода оказывает благоприятное влияние на выход линейных продуктов. Парциальное давление водорода незначительно влияет на выход линейного продукта.  

Вследствие увеличения парциального давления аммиака возрастает его выделение в газовую фазу в процессе выпаривания растворов, содержащих диаммонийфосфат.  

С увеличением парциального давления СО2 скорость коррозии увеличивается. С ростом температуры среды интенсивность коррозии также существенно увеличивается.  

С увеличением парциального давления SO3 в газах сульфаты образуются, а с уменьшением — разлагаются.  

С увеличением парциального давления N0, начиная с некоторой его величины, относительное возрастание скорости абсорбции замедляется.  

С увеличением парциального давления СО2 скорость коррозии увеличивается. С увеличением температуры скорость коррозии также существенно увеличивается. В процессе разработки парциальное давление СО2 снижается, а объем водного конденсата увеличивается и поэтому интенсивность коррозии снижается.  

С увеличением парциального давления СО2 скорость коррозии увеличивается. С ростом температуры среды интенсивность коррозии также существенно увеличивается.  

С увеличением парциального давления пропилена и кислорода выход АХ возрастал, а с увеличением парциального давления HCI до определенных значений наблюдалось явление насыщения, что говорит об относительно прочной связи между катализатором и хлором.  

Как влияет увеличение парциального давления иодоводорода на скорость некаталитической и каталитической реакции.  

Поэтому при увеличении парциального давления удаляемых кислых газов выше 0 2 кгс / см2 требуется соответствующее увеличение количества циркулирующего раствора. Растворы МЭА склонны к вспениванию, которое интенсифицируется конденсацией углеводородов в абсорбционной колонне. Тщательное удаление капельных углеводородов перед очисткой газа и подача регенерированного раствора с температурой на 5 — 15 С выше температуры поступающего газа позволяют значительно уменьшить опасность вспенивания и потери МЭА.