а) Регуляция дыхания. Дыхание регулируется комплексом взаимодействий между центральными хеморецепторами, реагирующими в основном на содержание углекислого газа в артериальной крови, и периферическими хеморецепторами, которые реагируют на содержание как углекислого газа, так и кислорода в артериальной крови.
Указанные рефлексы обеспечивают нормальный дыхательный паттерн. Нарушение регуляции дыхания вызывает изменения в работе респираторной системы.
б) Синдромы гиповентиляции. Синдромы гиповентиляции — нарушения альвеолярной вентиляции, которая обеспечивает поддержание нормального парциального давления углекислого газа в артериальной крови на уровне не выше 40 мм рт.ст. Выделяют два наиболее часто встречающихся заболевания, приводящих к хронической гиповентиляции: тяжелая форма ХОБЛ и морбидное ожирение.
Реже синдром гиповентиляции встречается при длительном лечении опиатами, нервно-мышечных заболеваниях и тяжелом кифосколиозе. Эпидемиология синдрома гиповентиляции изучена плохо. У 15% пациентов с тяжелой формой ХОБЛ или с морбидным ожирением наблюдается повышение РаСО2. Независимо от причины во сне у таких пациентов усиливается гиповентиляция. Это обусловлено снижением стимуляции дыхательного центра и в некоторой степени коллапсом ВДП.
Пациенты с центральным апноэ сна, представляющим собой группу заболеваний, при которых происходит снижение потока воздуха из-за отсутствия необходимых дыхательных усилий, делятся на пациентов с гиповентиляцией и пациентов с гипервентиляцией легких (табл. 1). Очевидный парадокс, что гипервентиляция приводит к центральному апноэ сна, объясняется концепцией обратной рефлекторной связи.
Такая система с отрицательной обратной связью и высоким коэффициентом усиления этой связи подвержена нестабильности. Это приводит к периодам интенсивного дыхания, за которыми следуют периоды апноэ. Прототип такого состояния — периодическое дыхание Чейна-Стокса (рис. 1). Заболевания, сопровождающиеся гиперкапнией, могут возникать из-за синдрома центральной врожденной гипервентиляции и при приобретенных заболеваниях (табл. 2).
Рисунок 1. Дыхание Чейна-Стокса с паттерном дыхания по типу crescendo-decrescendo. Термистор измеряет температуру в ротовой полости и в носу. Обратите внимание на отсутствие воздушного потока при отсутствии работы брюшного пресса. Этот паттерн дыхания приводит к скачкообразному падению сатурации, пробуждению от сна и пароксизмам тахикардии. Концепцию обратной рефлекторной связи можно понять, рассмотрев аналогию с термостатом, в котором система управления обеспечивает поддержание стабильной комнатной температуры (например, 20 °C). По аналогии дыхательная система работает в первую очередь для поддержания парциального давления углекислого газа в артериальной крови на уровне 40 мм рт.ст. и стабильного pH. Ситуации, в которых могут возникать заметные колебания комнатной температуры, включают ситуацию, в которой термостат чрезмерно чувствителен (например, печь включается, если температура в помещении падает до 19,999 °C), и ситуацию, когда печь слишком мощная, и за заметным превышением комнатной температуры последует длительный период, в котором печь не будет работать. При дыхании Чейна-Стокса концентрация углекислого газа сравнивается с температурой в комнате. Ожидается, что она будет изменяться, если хемочувствительность (термостат) будет избыточной (интенсивность дыхания будет резко возрастать при незначительном увеличении содержания углекислого газа в крови) или при высокой скорости выведения углекислого газа из организма (то есть при заметном падении парциального давления углекислого газа в артериальной крови на фоне гипервентиляции). Ситуации, которые увеличивают колебание парциального давления углекислого газа в артериальной крови, ведут к усилению обратной рефлекторной связи и, таким образом, к повышенному риску развития дыхания Чейна-Стокса
в) Дыхание Чейна-Стокса. Дыхание Чейна-Стокса — то усиливающееся, то урежающееся дыхание, классически описываемое как crescendo-decrescendo (нарастание-спадание), которое часто включает периоды центрального апноэ. Дыхание Чейна-Стокса чаще всего наблюдается у пациентов с СН.
1. Эпидемиология. Дыхание Чейна-Стокса — патологический тип дыхания, проявляющаяся у 20-40% пациентов с систолической дисфункцией ЛЖ. Факторы риска развития дыхания Чейна-Стокса у пациентов с СН — мужской пол, пожилой возраст, низкое базальное РаСО2, ФП. Остается спорным вопрос о том, будет ли такой ритм дыхания опасным сам по себе или же он считается только признаком тяжести заболевания сердца. Дыхание Чейна-Стокса встречается в 5-10% случаев апноэ и редко наблюдается при отсутствии СН.
2. Патобиология. Пациенты с дыханием Чейна-Стокса имеют высокую чувствительность хеморецепторов, что вызывает выраженное повышение активности дыхания даже при незначительном увеличении РаСО2. Дыхательная активность может дополнительно усиливаться посредством активации рефлексов в ответ на наличие внесосудистой легочной жидкости и повышенное давление в левом предсердии. Интермиттирующая (скачкообразная) гипоксемия и катехоламиновые кризы, которые часто бывают у таких пациентов, способствуют окислительному стрессу и активации нейроэндокринной системы. Оба механизма способствуют ухудшению СН, лежащей в основе данного нарушения дыхания.
3. Клинические проявления и диагноз. Симптом «дыхание Чейна-Стокса» иногда может быть установлен у кровати пациента на основании внимательного наблюдения за паттерном дыхания. Во время сна или физических упражнений дыхание становится зависимым в первую очередь от метаболических стимуляторов. Пациенты могут жаловаться на усталость или бессонницу: во время глубокого апноэ организм старается пробудиться. Пароксизмальная (приступообразная) ночная одышка — классический симптом СН.
Она чаще всего отражает наличие дыхания Чейна-Стокса. Диагноз пациентам часто ставят в лаборатории сна при проведении обследования на предмет возможного наличия СОАС. В отличие от СОАС, дыхание Чейна-Стокса разрешается в фазе быстрого движения глаз во время сна, а возбуждение на ЭЭГ происходит во время гиперпноэ. Дыхание Чейна-Стокса быстро не разрешается при лечении СРАР.
4. Лечение. Лечение дыхания Чейна-Стокса чаще всего заключается в лечении СН, которая считается его причиной. После подбора терапии проблема с нарушением дыхания часто уходит. СРАР-терапия может улучшить показатели дыхания, но она ничем не лучше стандартных методов лечения с точки зрения предупреждения смертности. Результаты схожи с другими методами ИВЛ. Имплантируемый стимулятор диафрагмального нерва пока находится в стадии эксперимента.
г) Синдром врожденной центральной гиповентиляции:
1. Определение и эпидемиология. Синдром врожденной центральной гиповентиляции — редкое наследственное заболевание, раньше называемое «проклятием Ундины», характеризующееся сниженным дыхательным ответом на углекислый газ. Синдром врожденной центральной гиповентиляции традиционно диагностировали у новорожденных, но скрытая форма этого заболевания все чаще обнаруживается у детей старшего возраста и взрослых.
2. Патобиология. Синдром обусловлен мутацией гена РНОХ2В, находящегося в хромосоме 4р12. Ген РНОХ2В — высоко консервативный ген гомеобокса. Он влияет на сердечно-легочные рефлекторные пути, включая центральные хеморецепторы, реагирующие на углекислый газ, расположенные в ретротрапезоидном ядре и посылающие возбуждающие сигналы для обеспечения паттерна дыхания. Аномалии в гене РНОХ2В связывались с болезнью Хиршспрунга, опухолью нервного гребня, сердечной асистолией и другими аномалиями автономной НС.
Поскольку у большинства родителей детей с синдромом врожденной центральной гиповентиляции не присутствует мутировавший ген РНОХ2В, мутации в нем образуются de novo. 90% пациентов гетерозиготны по отношению к экспансии полиаланиновых повторов при мутации РНОХ2В. При этом затронутая аллель имеет от 24 до 33 аланинов вместо 20 при нормальном состоянии. Остальные 10% пациентов с синдромом врожденной центральной гиповентиляции имеют миссенс-мутации, нонсенс-мутации или мутации сдвига рамки считывания в гене РНОХ2В.
3. Клинические проявления и диагностика. Новорожденные могут иметь цианоз и/или периодическое центральное апноэ. У взрослого болезнь может проявляться идиопатическим центральным ночным апноэ, необъяснимой гиперкапнией или аномалиями автономной НС. Для подтверждения диагноза требуется выявление мутации гена РНОХ2В.
4. Лечение. В настоящее время не существует специального лечения синдрома врожденной центральной гиповентиляции, кроме поддерживающей терапии. Для таких пациентов и членов их семьи требуется консультация генетика в связи с АуД-типом наследования заболевания. Пациенты должны быть предупреждены о том, что седативные препараты нужно использовать с осторожностью, так как они могут вызвать нарушение дыхания. Для большинства пациентов требуется механическая вентиляция легких во время сна, которую можно осуществлять инвазивно (через трахеостому) или неинвазивно (с помощью поддержания BiPAP). Некоторые пациенты остаются полностью зависимыми от искусственной вентиляции.
Иногда может быть эффективна стимуляция диафрагмального нерва, но стимуляторы дыхания в основном неэффективны.
д) Приобретенные синдромы гиповентиляции:
1. Определение и эпидемиология. Пациенты с синдромом гиповентиляции не могут поддерживать РаСО2 на уровне 40 мм рт.ст. Выделяют две группы пациентов: у одних нарушена работа ЦНС, отвечающей за управление дыханием, у других имеются механические легочные или нервно-мышечные заболевания, не позволяющие осуществить нормальный газообмен (табл. 2). Эпидемиологических данных по встречаемости данного синдрома нет, но известно, что гиперкапническая дыхательная недостаточность — один из самых распространенных диагнозов в ОРИТ.
2. Патобиология. Пациенты с нарушением работы ЦНС, характеризующимся отсутствием центрального побуждения к дыханию, имеют вполне здоровые легкие и дыхательную мускулатуру, но у них отсутствует адекватная реакция в ответ на изменение содержания углекислого газа и гипоксию. В противоположность им большинство пациентов с легочными причинами развития гиповентиляции или нейромышечными заболеваниями дышат более интенсивно, чем обычно.
Наиболее часто это бывает у пациентов с тяжелой формой ХОБЛ и патологическим ожирением с развитием синдрома ожирения-гиповентиляции.
У таких людей реакция хеморецепторов снижена, что может быть приобретенным состоянием или иметь отношение к неизвестной пока генетической предрасположенности. Еще одна причина неадекватного газообмена — нервно-мышечные заболевания. Неадекватный газообмен наблюдается при нарушениях нервно-мышечной передачи, сильной мышечной слабости, полиовирусной инфекции, синдроме Гийена-Барре, остром отравлении.
3. Клинические проявления и диагностика. Пациенты с гиповентиляцией могут иметь многочисленные симптомы: начиная с бессимптомных отклонений в лабораторных анализах (например, повышенного РаСО2, необъяснимо низкой SaO2 или повышенного уровня бикарбонатов сыворотки крови) и заканчивая остановкой дыхания в ОРИТ (например, вследствие респираторной инфекции с развитием острого респираторного ацидоза).
У пациентов с передозировкой седативно-гипнотическими или наркотическими средствами может возникнуть острый респираторный ацидоз и потеря сознания. У пациентов, постоянно принимающих наркотики, может появиться центральное ночное апноэ-гипопноэ или необъяснимая кислородная недостаточность во время сна.
При подозрении на гиповентиляцию диагноз подтверждается анализом артериальной крови на содержание углекислого газа. Диагноз считается подтвержденным при РаСО2 >42 мм рт.ст.
Если РаСО2 повышено в течение небольшого периода времени, до развития метаболической (почечной) компенсации, уровень бикарбоната в сыворотке крови повышается всего на 1 мэкв/л на каждые 10 мм рт.ст. РаСО2. Для сравнения: при длительном респираторном ацидозе бикарбонат сыворотки крови повышается на 4 мэкв/л на каждые последующие 10 мм рт.ст. РаСО2 (рис. 2).
Рисунок 2. Блок-схема системного подхода к гиперкапнии и различным причинам гиповентиляции. Изменение pH помогает определить причину заболевания и его течение. Тщательное изучение анамнеза и врачебный осмотр в сочетании с исследованием функции легких помогает разделить пациентов на тех, кто «не может дышать» из-за нейромышечных заболеваний или механических причин, и тех, кто «не пытается дышать» вследствие заболеваний центральной нервной системы. Р0.1 — негативное давление во рту, генерируемое в первые 100 мс во время «окклюзированного» вдоха
Как только выявлено увеличение РаСО2, следует установить, пациент «не может дышать» или «не пытается дышать». «Не может дышать» означает, что у пациента имеются механические причины нарушения дыхания или нервно-мышечные заболевания, что и приводит к повышению РаСО2. Патологические изменения в функции внешнего дыхания (например, уменьшение ЖЕЛ) указывают на паренхиматозные нарушения в легких или заболевания ГК. УЗИ помогает выявить диафрагмальную нейропатию, приводящую к дисфункции диафрагмы.
У пациентов, которые «не пытаются дышать», присутствуют аномалии ЦНС, влияющие на центральную активацию дыхания, или чувствительность хеморецепторов, или на то и другое.
4. Лечение и прогноз. При лечении гиповентиляции нужно сконцентрироваться на причинах, которые ее вызывают. При острых отравлениях используется поддерживающая терапия или, в некоторых случаях, специфические антидоты. Лечение хронических заболеваний осуществляется путем устранения этиологических факторов, например борьбы с избыточным весом при синдроме ожирения-гиповентиляции или лечения ингибиторами холинэстеразы при миастении гравис. При паренхиматозных заболеваниях легких лечение также направлено, при возможности, на вызывающую их причину.
Седативные препараты должны приниматься с осторожностью: иногда они могут вызывать ОДН. Хотя очевидно, что глубокая гипоксемия не идет на пользу, применение кислорода иногда может вызывать тяжелый острый респираторный ацидоз, особенно у пациентов с обострением ХОБЛ. Пациенты с гиповентиляцией, страдающие ХОБЛ, требуют осторожного подхода к кислородотерапии. Кислород следует титровать до достижения сатурации 90% или раO2 60 мм рт.ст.
Тяжелая гиповентиляция требует механической вентиляции, такой как неинвазивная вентиляция легких при обострении ХОБЛ. Когда предполагается резкое повышение РаСО2, часто используется эндотрахеальная интубация и механическая вентиляция легких, особенно у пациентов, находящихся без сознания. При хронической гиповентиляции на фоне гиперкапнической ХОБЛ применение неинвазивного BiPAP через лицевую маску во время сна может обеспечить альвеолярную вентиляцию. Однако в настоящее время не существует свидетельств того, что BiPAP может продлить жизнь или сократить длительность госпитализации пациентов с ХОБЛ или хроническим апноэ.
Дополнительное затруднение при применении BiPAP в ночное время у пациентов с ХОБЛ представляет необходимость обсуждения с пациентом и членами семьи всех рисков и преимуществ этого метода. При синдроме ожирения-гиповентиляции без тяжелого обструктивного ночного апноэ неинвазивная вентиляция улучшает РаСО2 и уменьшает дневную сонливость, а также улучшает составляющую качества жизни, зависящую от состояния здоровья. При проведенных в последнее время выборочных исследованиях на пациентах с центральным ночным апноэ и СН было выявлено, что адаптивная сервовентиляция, обеспечивающая поддержку дыхательного давления в дополнение к положительному давлению выдоха в ДП, не помогает.
При других хронических синдромам гиповентиляции также используется BiPAP, хотя данные по результатам лечения неубедительны. При некоторых хронических заболеваниях, таких как болезнь двигательных нейронов, нужно обсудить выполнение трахеостомии, хотя следует серьезно подумать о ее влиянии на качество жизни. Независимо от основной причины повышение уровня РаСО2 считается прогностически неблагоприятным фактором. В подобных случаях также важны беседы о возможном летальном исходе: прогноз для пациентов с хроническим апноэ в основном неблагоприятный.
Видео физиология регуляции дыхания - профессор, д.м.н. П.Е. Умрюхин
