Углекислый газ в организме
Источник:
Клиническая фармакология по Гудману и Гилману том 1.
Редактор: профессор А.Г. Гилман Изд.: Практика, 2006 год.
Содержание
Углекислый газ
Транспорт углекислого газа
Углекислый газ образуется в процессе обмена веществ примерно в таком же количестве, в каком потребляется кислород. В покое это количество равно примерно 3 мл/мин/кг, а при тяжелой физической нагрузке может резко увеличиваться. Углекислый газ легко диффундирует из клеток в кровь. Здесь он частично растворяется в Плазме, частично превращается в бикарбонат и, наконец, частично связывается с гемоглобином и белками плазмы. РСО2 в смешанной венозной крови равно примерно 6 кПа (46 мм рт. ст). Далее углекислый газ переносится в легкие и удаляется с выдыхаемым воздухом. Скорость удаления углекислого газа равна скорости его образования. В альвеолах и артериальной крови РСО2 равно 5,2 кПа (40 мм рт. ст.). Повышение РαСО2 вызывает дыхательный ацидоз. Это состояние может возникать при гиповентиляции или вдыхании углекислого газа. Напротив, при гипервентиляции возникает снижение РαСО2 и дыхательный алкалоз. Поскольку углекислый газ легко диффундирует, то изменение РαСО2 и pH крови вскоре приводит к изменению РСО2 и pH в клетках.
Физиологические эффекты углекислого газа
Изменение РСО2 и pH крови влияет на функцию многих систем — особенно дыхательной, сердечно-сосудистой и ЦНС (подробнее см. руководства по физиологии, например Nunn, 1993а).
Дыхательная система. Углекислый газ оказывает быстрое и выраженное действие на легочную вентиляцию. Это действие находится в прямой зависимости от его концентрации во вдыхаемой смеси. Ингаляция 10% углекислого газа вызывает увеличение МОД до 75 л/мин. Углекислый газ оказывает стимулирующее действие на дыхание через центральные (в продолговатом мозге) и периферические (в аортальных и каротидных тельцах) хеморецепторы. Импульсы от них идут к дыхательным нейронам в стволе мозга. Действие углекислого газа на хеморецепторы, по-видимому, опосредовано изменением pH (Nattie, 1999; Drysdale et al., 1981). Повышение PCО2 вызывает бронходилатацию, а снижение — наоборот. Возможно, этот эффект играет роль в поддержании вентиляционно-перфузионного отношения (Duane et al., 1979).
Сердечно-сосудистая система. Углекислый газ оказывает на кровообращение как прямое (местное), так и центральное (обусловленное изменением активности вегетативных нервов) действие. Прямое действие углекислого газа на сердце приводит к снижению сократимости в результате изменения pH (van den Bos et al., 1979); прямое действие на сосуды сопровождается их расширением. Центральное же действие углекислого газа проявляется повышением симпатического тонуса и концентрации в крови адреналина, норадреналина, ангиотензина и других вазоактивных пептидов (Staszewska-Barczak and Dusting, 1981). Повышение симпатического тонуса вызывает увеличение частоты и силы сокращений сердца и сужение сосудов, то есть эффекты, противоположные местным.
Реакция сердечно-сосудистой системы на действие углекислого газа определяется соотношением между его прямым и центральным действием. Сердечный выброс, ЧСС и АД растут. В сосудах преобладает прямое действие углекислого газа, проявляющееся в их расширении и уменьшении ОПСС. Углекислый газ вызывает выраженное расширение коронарных сосудов (Ely etal., 1982). Аритмогенное действие гиперкапнии обусловлено высвобождением катехоламинов.
Гипокапния оказывает противоположное действие: АД снижается, а сосуды кожи, кишечника, головного мозга, почек и сердца сужаются. Это действие гипокапнии используют в клинике, например проводят ИВЛ с гипервентиляцией при внутричерепной гипертензии.
ЦНС. При гиперкапнии снижается возбудимость коры головного мозга и (также за счет центрального действия углекислого газа) порог болевой чувствительности кожи. Тормозящее действие углекислого газа на ЦНС имеет важное клиническое значение. Так, при гиповентиляции, вызванной средствами для общей анестезии или наркотическими анальгетиками, накапливающийся углекислый газ через тормозящее влияние на ЦНС может вызвать еще большее угнетение дыхательного центра.
В результате образуется порочный круг, способный стать причиной смерти. Ингаляция газовой смеси с высокой концентрацией углекислого газа (до 50%) вызывает выраженное угнетение коры головного мозга и подкорковых структур, напоминающее действие средств для общей анестезии. С другой стороны, при определенных условиях вдыхание углекислого газа в концентрации 25—30% может вызвать возбуждение подкорковых структур и эпилептические припадки.
Методы ингаляции углекислого газа
В США углекислый газ в чистом виде или в смеси с кислородом (карбоген) продают в металлических баллонах серого цвета. Ингаляцию 5—10% углекислого газа в смеси с кислородом проводят с помощью маски. Другой метод — повторное вдыхание углекислого газа, например через дыхательный контур при отключенном адсорбере или просто дыхание в бумажный мешок. Следует помнить, что баллоны с чистым углекислым газом и с карбогеном имеют одинаковый цвет, а неосторожное обращение с кислородсодержащей смесью (например, вблизи электрокоагулятора при лапароскопической операции) может привести к пожару или взрыву.
Лечебное применение углекислого газа
Ингаляцию углекислого газа в настоящее время назначают все реже из-за появления более эффективных методов лечения. Ее применяли для ускорения вводной анестезии и пробуждения после ингаляционной анестезии, так как под действием углекислого газа возрастают МОД и мозговой кровоток. Однако при ингаляции углекислого газа возникает более или менее выраженный дыхательный ацидоз. При проведении анестезии иногда вызывают, напротив, гипокапнию. Она приводит к дыхательному алкалозу, спазму мозговых сосудов и некоторому уменьшению объема мозга; это облегчает проведение нейрохирургических операций. Хотя углекислый газ стимулирует дыхание, его не следует применять в случаях, когда угнетение дыхания сопровождается гиперкапнией или ацидозом, — из-за опасности еще большего торможения дыхательного центра.
Углекислый газ обычно используют для вдувания в брюшную полость во время лапароскопических операций, так как он хорошо растворим в воде и не огнеопасен. При случайной эмболии пузырьки углекислого газа легко растворяются, и он выводится через легкие.
Недавно углекислый газ стали применять при операциях на открытом сердце для заполнения операционного поля. Благодаря большей плотности углекислый газ вытесняет воздух, окружающий сердце, так что любые пузырьки газа в полостях сердца вместо нерастворимого азота содержат углекислый газ (Na-dolny and Svensson, 2000). По тем же соображениям углекислый газ используют для удаления пузырьков воздуха из аппарата искусственного кровообращения и экстракорпорального мембранного оксигенатора. Его применяют также для коррекции pH во время коронарного шунтирования на фоне гипотермии.
