Молекулярная биология и биохимия клеточного ответа
Прогресс молекулярной биологии позволяет понять связь между патофизиологией заболеваний и клеточным ответом на гипоксию. Разные ткани имеют различную потребность в кислороде, наиболее чувствительна нервная ткань. Механизмы, ведущие к гипоксии, различны: ишемия (снижение доставки крови к ткани), отравление углекислым газом, асфиксия, апноэ сна, тяжелая анемия, высотная болезнь, нарушения соотношения вентиляции и перфузии. В то же время последствия гипоксии для тканей одинаковы.
На уровне клетки 80% кислорода используется митохондриями, 20% — другими органеллами. При этом его парциальное давление в митохондриях чрезвычайно мало — 1–3 мм рт. ст. Кислород используется как донатор электронов в конце электронной транспортной цепочки, в комплексе IV, цитохром-C-оксидазы, с целью синтеза аденозинтрифосфата.
В случае дефицита кислорода и его электронов электронная цепь претерпевает компенсаторные модификации. В то же время показано, что в условиях гипоксии клетки происходит прямой перенос электронов в электронную цепь из-за уменьшения потока переносчиков, и таким образом увеличивается количество активных форм кислорода и азота, чьи свободные радикалы чрезвычайно токсичны и приводят к гибели клетки.
Клеточный ответ на гипоксию реализуется через фермент, воспринимающий снижение напряжения кислорода в клетке — пролилгидроксилазу, который запускает реакцию другого фермента — индуцируемого гипоксией фактора (hypoxia-inducible factor — HIF). HIF регулирует транскрипцию генов, ответственных за изменение метаболизма с аэробного на анаэробный.
Ферменты, участвующие в окислительном фосфорилировании, блокируются HIF, таким образом, пируват вместо гликолиза используется для образования лактата, способствуя ацидозу. Также HIF способствует увеличению выработки эритропоэтина и фактора роста эндотелия, активирует местный ангиогенез, ускоряя пролиферацию клеток, увеличивая выработку эндотелиального сосудистого фактора роста, дифференциацию и инвазию.
Кроме того, было показано, что гипоксия индуцирует воспалительный ответ, в частности, отмечено увеличение содержания в крови провоспалительных цитокинов, интерлейкина 6 (ИЛ-6) и рецепторов к ним, фактора некроза опухоли альфа, С-реактивного белка. В свою очередь, воспаление ведет к уменьшению доставки кислорода к тканям. Таким образом, гипоксия и воспаление оказываются взаимно индуцирующими процессами.
HIF влияет и на имунный ответ: увеличивает содержание аденозинтрифосфата в миелоидных клетках, усиливает фагоцитарную активность нейтрофилов, предотвращает апоптоз нейтрофилов, увеличивая продолжительность жизни нейтрофилов в тканях, испытывающих гипоксию [3].
Реабилитация после тяжелой вирусной пневмонии
Теперь расскажу о реабилитации после тяжелой вирусной пневмонии/ОРДС.
Поскольку легкие – основной “орган-мишень” вируса SARS-CoV-2, для более эффективного восстановления организма необходимо, в первую очередь, восстановление дыхательной функции. Физическая реабилитация здесь приобретает огромное значение.
Многие рекомендации по реабилитационному периоду основаны на международных рекомендациях по ХОБЛ (с некоторыми модификациями). Пациентам с сохраняющимися астеническими ощущениями особенно нужна реабилитация по восстановлению и мышечной силы, и дыхательной функции.
Много информации содержится в “Методических рекомендациях проведения легочной реабилитации у пациентов с новой коронавирусной инфекцией (COVID-19), внебольничной двухсторонней пневмонии. Версия 1 (11.07.2020)”. Там говорится о реабилитации респираторной функции, мышечной дисфункции и так далее.
Цели реабилитации, в первую очередь, облегчить одышку и снять тревогу и депрессию, а в долгосрочной перспективе – максимально сохранить функциональность, улучшить качество жизни и способствовать возвращению пациента в общество.
Методы легочной реабилитации улучшают жизнедеятельность, уменьшают одышку, улучшают качество жизни, сокращают продолжительность и количество госпитализаций, увеличивают толерантность к нагрузке, увеличивают выживаемость, увеличивают бронходилатационный эффект.
Направления респираторной реабилитации:
- Тренировка самой дыхательной мускулатуры (инспираторный тренинг посредством использования тренажеров);
- Респираторная терапия с положительным давлением (рер-терапия);
- Длительная оксигенотерапия (ДОТ);
- Стимуляция мукоцилиарного и кашлевого клиренса;
- Брохолитическая терапия;
- Муколитическая терапия;
- Неинвазивная вентиляция легких.
К.м.н. Зульфия Сукмарова.
Материал подготовлен с использованием гранта Президента Российской Федерации, предоставленного Фондом президентских грантов.
Использовано стоковое изображение от Depositphotos.
Таблица нормы кислорода в крови, сатурация при пневмонии у взрослых при коронавирусе
Сатурация — это показатель насыщения крови кислородом. Если уровень снижен, можно заподозрить проблемы с сердечно-сосудистой и дыхательной системой. Процедура измерения сатурации стала особенно популярна два года назад, когда появилась новая коронавирусная инфекция. Ее самым распространенным осложнением является пневмония. Если своевременно выявить, что у человека нехватка кислорода, лечение удастся значительно облегчить.
Что такое пульсоксиметрия
Пульсоксиметрия — это распространенная диагностическая процедура, с помощью которой удается определить насыщение крови кислородом (при этом сохраняется целостность кожных покровов, пациент не испытывает болезненных ощущений). Для измерения значения используют специальный прибор — пульсоксиметр. Технология простая: достаточно поместить палец внутрь прибора (важно, чтобы он был согретым). За считанные секунды пульсоксиметр замерит частоту пульса и процент насыщения крови кислородом.
Методика основана на том, что гемоглобин, молекула которого напрямую связана с молекулами кислорода, по-другому поглощает световые волны конкретной частоты, чем гемоглобин, который никак не связан с молекулами кислорода. Прибор использует исключительно световое излучение, за счет чего характеризуется полной безопасностью для здоровья. Противопоказаний к проведению исследования нет.
Показания к проведению пульсоксиметрии
Благодаря пульсоксиметрии удается обнаружить недостаточное насыщение крови кислородом, установить, что причина гипоксии связана с тем, что в кровь поступает недостаточное количество. При этом пульсоксиметрия не предоставляет расширенную информацию о содержании кислорода в крови (не получится определить, достаточно ли гемоглобина в крови). Пульсоксиметрию часто проводят в следующих клинических ситуациях:
Норма кислорода в крови
Ниже приведена таблица с нормой кислорода в крови (с учетом возрастной категории и образом жизни):
| Категория населения | Условная норма (%) |
| Здоровый взрослый человек | не менее 95% |
| Курильщик | Не менее 92% |
| Человек с заболеваниями дыхательной системы | Не менее 92% |
| Новорожденный | Не менее 93% |
Норма не требует профилактики. При 90-92% у человека отмечается гипоксия, при которой необходима профилактика. Если значение менее 90%, то состояние критическое, необходима экстренная госпитализация. Существует несколько симптомов снижения сатурации. Важно обратиться к специалисту за консультацией и помощью, если:
Как самостоятельно поднять сатурацию
При низкой сатурации важна помощь специалиста. При этом до приезда скорой помощи можно предпринять самостоятельно некоторые меры. Во-первых, выполнить дыхательные упражнения. Исходное положение — сидя, с опущенными плечами и прямой спиной. Из этого положения выполняют последовательно три упражнения:
- Одну руку поднимают вверх, хватаясь за перекладину или ручку двери, чтобы зафиксировать ее положение. Другую руку кладут на диафрагму и начинают глубоко дышать, чтобы она приподнималась на каждом вдохе. Продолжительность упражнения около 1-2 минут.
- После этого, одну руку продолжают держать наверху, а вторую вытягивают вперед. Делая вдох, корпус поворачивают в сторону вытянутой руки (соответственно, если поднята правая рука, то поворачивают корпус в правую сторону и наоборот).
- Выполняя последнее упражнение, начинают глубоко дышать с одной поднятой вверх рукой (ее можно зафиксировать на любом удобном предмете).
Во время выполнения всех упражнений рекомендуется открыть окно, чтобы обеспечить доступ свежего воздуха. После этого рекомендуется пролежать на животе не менее 20 минут, стараясь спокойно дышать. При этом важно отметить, что людям пожилого возраста не следует долго лежать на животе из-за индивидуальных анатомических особенностей организма (есть риск сдавить дыхательный орган, навредить здоровью).
На данный момент не выявлен перечень лекарственных препаратов, которые могут повысить у больного коронавирусом сатурацию. При этом специалисты допускают применение аспирина (если пациент знает наверянка, что у него нет индивидуальной непереносимости). Прием антикоагулянта аспирина способствует снижению потребности в механической вентиляции легких.
Важно отметить, что дыхательные упражнения хорошо себя зарекомендовали, не стоит ими пренебрегать. Специалисты, которые лечили тяжелобольных пациентов разных возрастных категорий, не раз отмечали, что оксигенотерапия (пребывание «на кислороде») не так эффективна, как дыхательные упражнения.
Если диагностировано поражение легких КТ-2, КТ-3 или КТ-4, то не разрешается осуществлять распространенное упражнения с «надуванием» воздушных шариков. Особенно это касается людей пенсионного возраста, у которых поврежденный легочный матрикс (способен не суметь противостоять нагрузке).
Способы поднятия сатурации после вирусной пневмонии
Многие пациенты жалуются, что после выздоровления коронавирусной инфекции и пневмонии, уровень сатурации слегка снижен (до 91-93%). Это нормальное явление, поскольку легочная ткань еще не успела полностью восстановиться, должны пройти дни, а иногда и недели, чтобы добиться прежней жизненной емкости дыхательного органа. Ускорить процесс помогают пешие прогулки на свежем воздухе, умеренная физическая активность и дыхательная гимнастика (в качестве профилактики).
Чтобы не допустить агрессивного спаечного процесса в легких, пациентам, у которых по результатам компьютерной томографии выражены фиброзные изменения, прописывают антиоксидантную терапию, состоящую из определенного рациона питания (диеты). Она обязательно должна быть обогащена антиоксидантами, витаминами группы Е и С. Фиброзные изменения, как правило, диагностируют при КТ-4 или КТ-3. Чтобы уточнить (подтвердить диагноз), выявить причины снижения сатурации, необходим КТ-контроль после выздоровления.
Технические аспекты оксигенотерапии
Основным методом получения медицинского кислорода является низкотемпературная (криогенная) ректификация: производят сжатие воздуха и разделение на составные газы из-за разности температур кипения кислорода (-183 °C), азота (-195,8 °C) и аргона (-185,8 °C).
С учетом токсичности кислорода в концентрации более 60% для длительной оксигенотерапии используют воздушную смесь с 40–60% кислорода. Чистый кислород при ингаляции более 30 мин оказывает повреждающее действие на слизистую оболочку дыхательных путей (трахеит), кроме того, из-за нарушения образования и стойкости сурфактанта в альвеолах возникают адсорбционные ателектазы с последующим шунтированием крови, что не позволяет адекватно устранить гипокcемию.
Основным методом оксигенотерапии является ингаляционный, который включает в себя различные способы введения кислорода и кислородных смесей в легкие через дыхательные пути, проводится с использованием различной кислородно-дыхательной аппаратуры.
Оксигенотерапия хорошо переносится, изредка отмечается сухость и раздражение слизистой носа и глотки, дискомфорт может доставлять ограничение двигательной активности, трудности при принятии пищи. Чтобы уменьшить высушивающее действие кислородно-воздушной смеси на слизистую оболочку дыхательных путей, кислородную смесь увлажняют, пропуская через воду, затем подают под давлением 2–3 атмосферы.
В клинических условиях в зависимости от показаний используются:
Носовые катетеры. Необходимая концентрация кислорода достигается путем регуляции потока кислородно-воздушной смеси: скорость потока от 1 до 6 л/мин создает во вдыхаемом воздухе его концентрацию, равную 24–44%. При выраженной одышке (что приводит к высокой минутной вентиляции легких, превышающей поток кислорода) концентрация вдыхаемого кислорода снижается из-за избыточной потери при выдохе.
Лицевые маски. Достоинством масок является их способность лучше справляться с утечкой потока кислорода через рот. С помощью клапанов выдыхаемый воздух выводится наружу, позволяя поддерживать необходимую концентрацию кислорода. При применении стандартной лицевой маски поток кислорода может составлять до 15 л/мин, что обеспечивает более высокую его концентрацию (50–60%) по сравнению с канюлями.
простая (маска Хадсона);
маска с клапаном Вентури — обеспечивает стабильную концентрацию кислорода независимо от типа дыхания пациента путем использования различных клапанов. Достигаемая концентрация кислорода составляет 24–60% в зависимости от типа (цвета) используемого клапана-насадки, для чего скорость потока устанавливается также в зависимости от типа клапана-насадки. Часто используется при ХОБЛ, т. к. позволяет давать кислород строго в необходимой концентрации, избегая гиперкапнии;
нереверсивная маска (маска с ребризером). Позволяет достичь максимальной концентрации кислорода во вдыхаемой смеси, при этом используется резервуар-мешок, который постоянно наполняется дыхательной смесью с кислородом и благодаря наличию клапана работает только на вдох.
При проведении оксигенотерапии необходим периодический контроль SaО2. Частота контроля зависит от заболевания, тяжести состояния пациента, выраженности гипоксемии. Контролируя насыщение крови кислородом, подбирают, поддерживают и при необходимости корректируют способ подачи кислорода.
Если перечисленные методы оказываются неэффективны и гипоксемия нарастает, может быть показан перевод пациента на инвазивную вентиляцию легких с интубацией трахеи. Однако до этого рассматривают возможность неинвазивной вентиляции легких с созданием положительного давления в дыхательных путях пациента во время выдоха или постоянно. Возможно проведение вентиляции легких через лицевую, носовую маску, шлем или носовые канюли.
Неинвазивная вентиляция легких снижает потребность в инвазивной вентиляции. Позволяет избежать интубации трахеи, тем самым минимизируя риск повреждений верхних дыхательных путей, избежать введения седативных препаратов, обеспечивает: большие безопасность и комфорт для больного; сохранение спонтанного дыхания; снижение риска развития ИВЛ-ассоциированной пневмонии; оставляет возможность контакта с больным; экономически выгодна.
Однако методика более сложна и трудоемка для врача, т. к. необходимо непрерывно адаптировать различные параметры под постоянные изменения функции дыхания больного. Имеются и ограничения: невозможность применения при низком уровне сознания, анатомических особенностях больного; возможно повреждение кожи лица при длительном использовании масочной вентиляции; при неадекватном увлажнении и согревании газовой смеси могут наблюдаться повреждение слизистой верхних дыхательных путей, аэрофагия, тошнота, изжога, индивидуальная непереносимость (клаустрофобия) [2].
Высокопоточная оксигенотерапия является разновидностью неинвазивной вентиляции легких, имеет несомненные преимущества перед традиционной оксигенотерапией, более комфортна, лишена многих недостатков масочной вентиляции легких и может быть эффективной альтернативой при острой дыхательной недостаточности различного генеза.
При неэффективности неинвазивной вентиляции легких необходима своевременная интубация трахеи и проведение инвазивной (искусственной) вентиляции легких. Рассмотрение данного метода выходит за рамки настоящего обзора.
В домашних условиях при стабильном течении хронических заболеваний бронхолегочной системы или в стационаре при отсутствии возможности доступа к центральному источнику медицинского кислорода (качество которого выше) для продолжительной оксигенотерапии может использоваться медицинский концентратор кислорода.
Можно встретить также кислородные баллончики, например баллончик «Основной элемент» (состав смеси: 90% кислорода, 10% азота, объем кислорода до 17 л, рассчитанных на 110–150 вдохов, без регулятора потока кислорода), однако для продолжительной коррекции гипоксемии объем кислорода в нем недостаточен.