ГИПЕРБАРИЧЕСКАЯ ОКСИГЕНАЦИЯ
Описание
Гипербарическая оксигенация (греч. hyper- + baros тяжесть; oxygenium кислород; син.: оксибаротерапия, оксигенобаротерапия, гипербароксия, гипербарооксигенотерапия, гипербарическая терапия, кислородная компрессия) — лечение кислородом под повышенным давлением.
История Гипербарическаой оксигенации практически начинается со второй половины 20 в., хотя экспериментальное и клиническое изучение терапевтического эффекта сжатого воздуха широко проводилось уже в 19 в. [А. П. Каталинский, 1862; П. И. Смирнов, 1869; А. И. Симонов, 1876; Жюно (V. Th. Junod, 1809—1881), Правац (Ch. G. Pravaz, 1791 — 1853); Бер (P. Bert, 1833— 1886) и др.], а первая лечебная барокамера была построена в Англии еще в 1662 г.
Содержание
Сущность и механизм действия
В основе Гипербарической оксигенации лежит повышение парциального давления кислорода (pO2) в жидких средах организма (плазме, лимфе, межтканевой жидкости и т. п.). Это приводит к соответствующему увеличению их кислородной емкости и сопровождается увеличением диффузии кислорода в гипоксические участки тканей. Регулируя давление кислорода во вдыхаемой газовой смеси, а следовательно, и в альвеолах, можно дозированно увеличить его концентрацию во внутренних средах организма.
Дыхание кислородом приводит к удалению азота из альвеол, и альвеолярное pO2 при этом зависит только от величины pO2 во вдыхаемой смеси, а также от уровня pCO2 и рH2O в альвеолах (это более или менее стабильные величины, они практически не изменяются при перемене окружающего давления). Увеличение давления вдыхаемого кислорода до 2, 3, 4 ата и более обусловливает подъем альвеолярного pO2 до 1433, 2193, 2953 мм рт. ст. и более (при дыхании чистым кислородом альвеолярное pO2 — 673 мм рт. ст., при дыхании воздухом под атмосферным давлением — 100 мм рт. ст.).
Повышение pO2 в легких в свою очередь ведет к нарастанию напряжения кислорода в артериальной крови: до 1100—1400 мм рт. ст. при 3 ата (исходное артериальное pO2 90—95 мм рт. ст.).
В норме кислородная емкость крови в среднем составляет 20,3 об. %, из которых 20 об. % кислорода связано с гемоглобином, а 0,3 об. % растворены в плазме. В естественных условиях кислород, растворенный в плазме, в количественном отношении не имеет большого энергетического значения, и жизнедеятельность организма обеспечивается кислородом, переносимым гемоглобином. Нарастание альвеолярного pO2 вызывает повышение артериального pO2 и приводит к резкому увеличению количества растворенного в плазме кислорода. Подъем его происходит пропорционально увеличению давления в барокамере и практически не ограничен.
Количество кислорода, растворенного в плазме крови, прямо пропорционально pO2 в альвеолах. Повышение давления вдыхаемого кислорода на 1 ата влечет за собой дополнительное растворение в 100 мл крови ок. 2,3 мл кислорода. Вследствие этого дыхание кислородом под давлением 3 ата приводит к дополнительному растворению в крови приблизительно 6 об. % кислорода, что соответствует нормальному потреблению кислорода организмом в покое — его артерио-венозной разнице по кислороду. Оксигемоглобин при этом практически не диссоциирует, т. к. даже без участия гемоглобина кислородная емкость крови здесь является вполне достаточной для поддержания жизни (феномен «жизнь без крови»). Поэтому при давлении кислорода 3 ата большинство тканей (исключение представляет только миокард) будет целиком удовлетворять свою потребность в кислороде только за счет его физически растворенной фракции. На этом и основана терапевтическая ценность Г. о.
Способность значительно увеличивать кислородную емкость крови позволяет использовать Г. о. при патологических состояниях, когда гемоглобин полностью или частично исключается из процесса дыхания, т. е. при анемической (массивная кровопотеря) и токсической (отравления с образованием карбокси-, мет- и сульфгемоглобина) формах острой гемической гипоксии (см.), а также для компенсации метаболических потребностей организма в кислороде при снижении объема циркулирующей крови и скорости кровотока.
Повышение напряжения кислорода в артериальной крови не приводит к строго линейному подъему pO2 в тканях и клетках. Степень его нарастания в различных органах зависит от васкуляризации, условий местного кровотока, кислородной емкости тканей, интенсивности метаболизма и т. п.
Увеличивая кислородную емкость жидких сред организма, Гипербарическая оксигенация вместе с тем создает и определенные условия для депонирования кислорода в тканях. Под прикрытием Г. о. поэтому возможно более длительное выключение кровоснабжения головного и спинного *мозга, что служит основанием для применения этого метода в кардио- и нейрохирургии.
При оценке реакции организма на повышенное давление кислорода следует различать изменения, возникающие под влиянием дотоксических доз кислорода (компенсаторно-приспособительные реакции), и сдвиги, свидетельствующие о его токсическом действии, возникающем при передозировке кислорода (см. Гипероксия).
При воздействии терапевтических режимов Г. о. наблюдается закономерное изменение ряда жизненно важных функций организма, направленное на ограничение чрезмерного повышения pO2 в тканях: дыхание урежается и углубляется, отмечается брадикардия, сердечный выброс и органный кровоток уменьшаются, периферическое сосудистое сопротивление увеличивается и т. д. В основе большинства этих явлений лежит возникающее при адаптации к гипероксии раздражение парасимпатических центров.
Физиологическая реакция организма на повышение pO2 обычно протекает в определенной последовательности (схема). Увеличение артериального pO2 ведет к устранению нормальной гипоксической активности периферических хеморецепторов, снижению возбудимости дыхательного центра и угнетению легочной вентиляции. Последнее сопровождается увеличением артериального pCO2 вызывающего расширение кровеносных сосудов головного мозга. Одновременно нарастание напряжения кислорода в крови обусловливает нарушение диссоциации оксигемоглобина (уровень восстановленного гемоглобина в венозной крови снижается), повышает кислотность крови, затрудняет транспорт углекислого газа и водородных ионов в тканях головного мозга, включая дыхательный центр. Гиперкапния (см.) ведет, в свою очередь, к увеличению минутного объема дыхания и гипервентиляции. В результате pCO2 в артериальной крови падает, сосуды мозга суживаются и напряжение кислорода в тканях мозга уменьшается.
Разновидностью Г. о. является терапия сжатым воздухом. При ряде форм дыхательной недостаточности 'сжатый воздух может быть более эффективным, чем чистый кислород. Гиперкапния при этом обычно не нарастает, а присутствие азота в альвеолах в какой-то степени предупреждает (или приостанавливает) кислородное повреждение легких, в частности развитие ателектазов.
Показания
Использование Гипербарической оксигенации в клинике показано почти при всех выраженных случаях острой и хроической кислородной недостаточности. Причем Г. о. (иногда в сочетании с гипотермией и фармакологическими препаратами) применяют не только для борьбы с уже развивающейся гипоксией, но и для ее профилактики. Кроме того, кислород под повышенным давлением в ряде случаев обладает антимикробным действием (анаэробные и некоторые аэробные бактерии). Для его проявления тканевое pO2 должно значительно превышать нормальный уровень, т. е. для этого необходимо добиться значительной гипероксигенации тканей.
Лечебное действие гипероксии может быть обусловлено не только ликвидацией тканевой гипоксии, но и непосредственным влиянием повышенного напряжения кислорода на те или иные структуры организма. В частности, сосудосуживающее действие кислорода на церебральные сосуды используют для борьбы с отеком мозга, одним из элементов патогенеза к-рого является вазодилатация и нарушение проницаемости сосудистой стенки.
При некоторых видах патологии Г. о. играет вспомогательную роль, но несмотря на это она нередко определяет успех лечения. Примером может служить потенцирование гипероксией антибластического действия алкилирующих препаратов; использование Г. о. в комплексе с лучевой терапией для усиления радиочувствительности злокачественных опухолей; при экстракорпоральном кровообращении, где кислород одновременно повышает эффективность и безопасность метода.
Особое место занимает Г. о. в комплексе интенсивной терапии. Кислород под повышенным давлением широко используется для нормализации остро нарушенных функций жизненно важных органов. Острая сердечная недостаточность, ишемические заболевания сердца, мозга, почек, печени, мягких тканей конечностей, некоторые формы шока служат прямым показанием для проведения Г. о.
В условиях респираторной недостаточности Г. о. применяется при стойкой артериальной гипоксемии, вызванной нарушением отношения вентиляции к кровотоку. Однако при выраженной вентиляционной недостаточности Г. о. может быть эффективной только тогда, когда обеспечивается полноценная вентиляция легких.
Гипербарическая оксигенация является единственным методом нормализации парциального давления и содержания кислорода в артериальной крови при значительной примеси в ней венозной крови (вено-артериальный шунт при врожденных пороках сердца и т. д.).
Методика и техника применения
Терапевтический режим Гипербарической оксигенации в большинстве случаев состоит из давления 2—3 ата при экспозиции 1—2 часа. Соблюдение указанных норм дает не только максимальный лечебный эффект, но и практически исключает развитие выраженных форм кислородной интоксикации.
Г. о. осуществляют в барокамере (см.), т. е. сосуде, герметично изолирующем заключенную в нем газовую среду от окружающей атмосферы и снабженном системой жизнеобеспечения, а также устройством по предотвращению и ликвидации аварий.
Конструкция леч. барокамеры в определенной степени обусловливается ее целевым назначением. Существует два основных типа камер для Г. о.— одноместные и многоместные леч. барокамеры у в последних, кроме одного или нескольких больных, находится обслуживающий персонал. Кроме того, существуют барокамеры для консервации органов и тканей, а также барокамеры различных конструкций для экспериментальных целей.
Одно- и многоместные камеры принципиально различаются: по составу газовой среды (в одноместных обычно — кислород, в многоместных — воздух или другие дыхательные смеси), конструктивным особенностям, оснащению, эксплуатации и т. д.
Рабочее давление в одноместных барокамерах до 3—4 ата. Пациент непосредственно дышит газовой средой (кислородом), создающей давление. Поэтому нет необходимости обязательно применять дыхательную аппаратуру, а леч. эффект в ряде случаев, напр, у больных, имеющих раны и язвы, вследствие прямого действия кислорода на раневую поверхность повышается.
По назначению одноместные барокамеры разделяются на камеры для взрослых (рис. 1), новорожденных и детей до одного года, а также для лучевой терапии онкологических больных.
Различают передвижные (устанавливаемые в машинах скорой помощи) , переносные (используемые в полевых условиях) и стационарные одноместные барокамеры. Последние размещают в типовых больничных зданиях, их установка и эксплуатация просты, число обслуживающего персонала невелико.
Многоместные барокамеры по объему не менее 3000 л с рабочим давлением до 10 кгс/см2. Они состоят из двух или более отсеков, один из которых играет роль шлюза и может быть использован для входа и выхода из камеры во время сеанса Г. о. и при проведении спасательных работ. Газовой средой многоместной барокамеры, как правило, является воздух (кислород для дыхания больных подводится автономно через маску или эндотрахеальную трубку).
Оснащение многоместных лечебных барокамер зависит от их назначения. В терапевтических камерах, где проводится интенсивная терапия и реанимация, устанавливается аппаратура для искусственной вентиляции легких, гипотермии и т. д.
Барокамера-операционная состоит из двух отсеков предоперационной и операционной. Первая служит шлюзом ,для входа в операционную при повышенном давлении, для размещения необходимого хирургического инструментария и контрольно-измерительной аппаратуры. В отличие от барокамер другого назначения, в барокамере-операционной большие требования предъявляются к стерильности воздуха, кратности вентиляции. Внутри барокамеры находится операционный стол (с гидравлическим подъемным устройством, заполненным р-ром глицерина), наркозный аппарат и аппарат искусственной вентиляции легких, аппарат искусственного кровообращения и т. д. Операционный светильник должен быть во взрывобезопасном исполнении.
Учитывая высокое парциальное давление кислорода, затрудненность быстрой эвакуации людей из барокамеры в случае пожара, особое внимание следует обращать на технику безопасности. Вся аппаратура для функциональных исследований (электрокардиограф, электроэнцефалограф) и другие необходимые аппараты (напр., дефибриллятор, электронож) размещаются вне барокамеры. В барокамере остаются только электроды и датчики, которые присоединяются к специальному щитку, соединенному кабелем через герморазъем с указанной аппаратурой. Учитывая, что все элементы барокамеры выполнены из металла, особые требования предъявляются к изоляции электрических вводов в барокамеру.
Запрещается употребление в барокамере горючих веществ, материалов, накапливающих статическое электричество. В барокамере нельзя применять взрывоопасные анестетики — эфир, циклопропан и т. п. В ней должны быть предусмотрены противопожарные устройства — «дождевая» установка и водяные брандспойты.
При соблюдении всех правил техники безопасности барокамера-операционная может быть использована практически при всех видах хирургических вмешательств.
Кроме отдельных многоместных барокамеру в ряде случаев Создаются так наз. барокомплексы, состоящие из нескольких связанных между собой больших камер различного назначения.
Крупнейшим в мире барокомплексом является Центр гипербарической оксигенации Всесоюзного научно-исследовательского ин-та клинической и экспериментальной хирургии, общий объем камер к-рого составляет 270 м3. Комплекс включает 6 соединенных между собой камер, которые делятся на три блока: операционный терапевтический и исследовательский (рис. 2). Хирургический блок состоит из лабораторной и операционной камер (рис. 3). Терапевтический — из терапевтической камеры (рис. 4) и углового шлюза. Исследовательский блок — из исследовательской камеры со шлюзом. Размеры терапевтической камеры (70 м3) позволяют разместить в ней 4 лежачих или 8 сидячих больных и 2—3 чел. обслуживающего персонала. В хирургической камере (70 м3) может находиться бригада из 8—10 чел.
Успешное применение Г. о. зависит от выбора оптимальных леч. режимов, обучения обслуживающего персонала работе в камере, организации системы технического обслуживания и создания соответствующей бароаппаратуры, а также от обеспечения безопасности больного и персонала, работающего под давлением.
Возможные осложнения
При продолжительном действии кислорода развиваются декомпенсаторные реакции, проявляющиеся функциональным и структурным нарушением в различных системах и органах.
Частота кислородного отравления при Гипербарической оксигенации относительно невелика: по данным всесоюзной анкеты (1975), охватывающей более 6800 сеансов, оно встретилось всего в 0,07% случаев. Принято выделять две основные формы кислородной интоксикации — острую и хроническую (подострую). Острое отравление возникает при кратковременной экспозиции относительно высоких давлений кислорода (3 ата и выше). Поражению наиболее подвержена ц. н. с., поэтому эту форму обозначают как нейротоксическую или судорожную.
Признаки кислородной интоксикации появляются через определенный период. Длительность этого латентного периода крайне вариабельна и подвержена влиянию многих факторов. К ним в первую очередь относятся: индивидуальная чувствительность к кислороду, температура и влажность окружающей среды, концентрация углекислого газа во вдыхаемом газе, эмоциональные и физ. нагрузки, состояние ц. н. с., исходный кислородный режим организма и пр.
Начальное токсическое действие кислорода на клетку, по-видимому, связано с ингибицией дыхательных ферментов и с накоплением перекисей липидов, вызывающих повреждение клеточных структур. Наиболее чувствительными к кислороду оказались ферментные системы SH-группы. Чрезмерное повышение pO2 в клетке приводит к изменению метаболизма в цикле Трикарбоновых кислот, к нарушению синтеза высокоэнергетических фосфатных соединений и к образованию свободных радикалов.
Наиболее ранними объективными признаками развивающейся острой кислородной интоксикации считают изменения ЭЭГ (появление стойких и множественных очагов судорожной активности) и ЭКГ (изменение вольтажа зубцов и сердечной проводимости), а также учащение пульса и дыхания. Предсудорожная стадия острого кислородного отравления проявляется вегетативными нарушениями (тахикардия, тошнота, головокружение, нарушение зрения, парестезии, затрудненное и учащенное дыхание и т. д.) и локальными мышечными подергиваниями (особенно в области век, губ, лба). Затем возникают генерализованные тонические и клонические судороги, протекающие по типу классической эпилепсии.
При первых признаках кислородного отравления необходимо произвести декомпрессию и переключить пострадавшего на дыхание воздухом. Каких-либо других специфичных средств для борьбы с острой кислородной интоксикацией не существует. В тех случаях, когда это возможно, перевод пострадавшего на дыхание воздухом должен быть произведен еще до снижения давления.
Хроническая кислородная интоксикация возможна при длительном, иногда повторном, воздействии небольших давлений кислорода. Ведущим при этом являются изменения легких — легочная форма интоксикации.
Первые признаки хрон, кислородной интоксикации, как правило, связаны с раздражающим действием кислорода на верхние дыхательные пути: гиперемия, набухание слизистой оболочки, жжение, сухость во рту и другие неприятные ощущения. В дальнейшем к ним присоединяются трахеобронхит (боль за грудиной, сухой кашель, учащенное дыхание, подъем температуры) и пневмония. Рентгенологически отмечается усиление легочного рисунка, ателектазы (последнее считают патогномоничным признаком этой формы интоксикации). При своевременном прекращении действия кислорода каких-либо последствий ни та, ни другая форма интоксикации не оставляет.
Противопоказания
Абсолютных противопоказаний к Гипербарической оксигенации нет. Относительные противопоказания: нарушение проходимости слуховых (евстахиевых) труб и каналов, соединяющих околоносовых пазухи с окружающей средой (полипы, воспалительные процессы в среднем ухе, придаточных полостях носа, носоглотки, различного рода аномалии развития и т. д.); наличие замкнутых газосодержащих полостей в легком (каверны, абсцессы, кисты) и других тканях и органах; все заболевания, протекающие с пароксизмами кашля; эпилепсия или какие-либо иные судорожные припадки в анамнезе; тяжелые формы гипертензии; некоторые заболевания легких, сопровождающиеся обтурацией бронхов и нарушением вентиляции; повышенная чувствительность к кислороду; клаустрофобия. С осторожностью следует относиться к проведению Г. о. у больных старческого возраста, у больных с высокой лихорадкой и при тяжелых поражениях сетчатки глаза, у больных с фиброзом легких, при эндокринных заболеваниях, сопровождающихся усиленным выделением кортикостероидов, катехоламинов, тиреоидных гормонов.
См. также Кислородная терапия.
Библиография: Бураковский В. И. и Бокерия Л. А. Гипербарическая оксигенация в сердечно-сосудистой хирургии, М., 1974, библиогр.; Гипербарооксигенотерапия, под ред. Г. А. Ратнера, Куйбышев, 1970, библиогр.; Ефуни С. Н., Родионов В. В. и Букаев Ю. Н. Применение гипербарической оксигенации при острых расстройствах кровообращения и дыхания у хирургических больных, в кн.: Интенсивная терапия в послеоперационном периоде, под ред. Т. М. Дарбиняна, с. 32, Фрунзе, 1975; Лечение повышенным давлением кислорода, пер. с англ., под ред. Л. Л. Шика и Т. А. Султанова, М., 1968; Петровский Б. В. и Ефуни С. Н. Применение кислорода под повышенным давлением в мед., Материалы 1-й Всесоюз, конф., с. 6, М., 1971; Основы гипербарической оксигенации, М., 1976, библиогр.; Boerema I. а. о. High atmospheric pressure as an aid to cardiac surgery, Arch. Chir. Neurol., v. 8, p. 193, 1956; Fifth International hyperbaric conference, Vancuver, 1973; Fundamentals of hyperbaric medicine, Washington, 1966; Meijne N. G. Hyperbaric oxygen and its clinical value, Springfield, 1970.
Б. В. Петровский, С. H. Ефуни.