Анализ газов крови в интенсивной терапии
Нарушения кислотно-щелочного состояния (КЩС) являются в большинстве случаев следствием серьезного патологического нарушения и редко имеют самостоятельное значение. Исследование газового состава артериальной крови (ГАК) — незаменимый метод диагностики у пациентов с подозрением на респираторную патологию или метаболические нарушения. Повторный анализ газового состава артериальной крови (ГАК) позволяет отслеживать течение основного заболевания и контролировать эффект проводимой терапии. Результаты исследования газового состава артериальной крови (ГАК) должны рассматриваться параллельно с оценкой клинического состояния пациента. Метод имеет ограничения, поскольку позволяет исследовать только жидкость внеклеточного компартмента и не дает информации о pH и газовом составе внутриклеточной жидкости.
Многие клиницисты сталкиваются с трудностями при интерпретации газового состава крови. В этом обзоре даются базовые сведения о газовом и кислотно-основном гомеостазе и принципы пошагового подхода к интерпретации их нарушений. Раздел, посвященный физическим аспектам, направлен на углубленное изучение рассматриваемого вопроса; при желании его можно пропустить и перейти непосредственно к клиническому приложению.
Основы физики
Показатель pH представляет собой отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода (H+). При показателе pH = 7,0 концентрация H+ составляет 10-7 или 1/107. При этом значении pH среда является нейтральной, поскольку концентрации OH- и H+ равны.
H2O → H+ + OH-
При pH = 1, концентрация H+ составляет 10-1 или 1/10, среда при этом является очень концентрированной кислотой.
pH 7,0 = нейтральная среда
pH > 7 = щелочная среда
pH < 7 = кислая среда
pH 7,4 = физиологическое значение pH внеклеточной жидкости (нормальные значения колеблются от 7,35 до 7,45)
В связи с особенностями логарифмического исчисления незначительные изменения pH соответствуют выраженным изменениям концентрации H+. При падении показателя с 7,4 до 7,0, кислотность среды (концентрация ионов водорода) повышается в 2,5 раза.
| pH | Концентрация H+ |
| 7,4 | 1/25.118.864 |
| 7,3 | 1/19.952.623 |
| 7,2 | 1/15.848.931 |
| 7,1 | 1/12.589.254 |
| 7,0 | 1/10.000.000 |
♦ Обычно pH измеряют прямым методом при помощи специального стеклянного электрода, который имеет мембрану, проницаемую для H+.
♦ Концентрация ионов бикарбоната — HCO3- измеряется бикарбонатным электродом или может быть получена расчетным путем.
♦ CO2 обычно измеряется прямым методом при помощи СО2-электрода.
Существуют разнообразные физиологические буферные системы, которые помогают предотвратить внезапные скачки внутриклеточного значения pH (такие, как бикарбонатная, лактатная, фосфатная, аммонийная, гемоглобиновая, белковая и прочие). Бикарбонатная система участвует в регуляции pH всех компартментов внутренней среды, обладая возможностью вмешиваться в кислотно-щелочное состояние на двух уровнях: концентрация HCO3- регулируется почками, a CO2 — легкими.
H+ + HCO3- → H2CO3 → H2O + CO2
Точное значение pH среды может быть рассчитано при помощи уравнения Гендерсона-Хассельбаха:
pH = pK + log
[основание] / [кислота] = pK + log [HCO3-] / [H2CO3]
pK представляет собой специфичную для данного буфера константу (например, для бикарбонатной системы при 37°С pK составляет 6,1).
Поскольку концентрация HCO3- регулируется почками, а выведение CO2 — легкими, уравнение принимает следующий вид:
pH = константа ПОЧКИ / ЛЕГКИЕ
Терминологические замечания: ацидоз / ацидемия и алкалоз / алкалемия
| p | Отрицательный log («p» малое) |
| P | Парциальное давление («P» большое) |
| PA | Альвеолярное парциальное давление («А» большое) |
| Pa | Артериальное парциальное давление («а» малое) |
| Pv | Венозное парциальное давление |
Суффикс «емия» («aemia») означает «определяемый в крови».
При описании суммарного кислотно-щелочного состояния крови корректным является использование терминов ацидемия или алкалемия. Определяющую роль в этом случае играет исключительно значение pH. При этом не учитываются прочие моменты: носит ли первичное нарушение метаболический либо респираторный характер и каковы механизмы его компенсации.
При описании влияния метаболических или респираторных нарушений на состояние крови и прочих физиологических жидкостей используется суффикс «оз» («osis»). Например, при метаболическом ацидозе с неполной респираторной компенсацией отмечается снижение pH — данное состояние будет носить название ацидемия.
Клиническое значение
| Показатель | Границы нормы | Единицы | Примечания |
| pH | 7,35 — 7,4 — 7,45 | (относительная величина) | |
| PaCO2 | 4,8 — 5,3 — 5,9 36 — 40 — 44 | кПа мм рт. ст. | |
| PaO2 | 11,9 — 13,2 90 — 100 | кПа мм рт. ст. | На уровне моря FiO2 = 21%, становится ниже с повышением высоты, повышается при кислородотерапии |
HCO3- (актуальный бикарбонат — AB) | 22 — 24 — 26 | ммоль/л | Нормальные значения могут варьировать при изменении PCO2 |
| Стандартный бикарбонат (SB) | 22 — 24 — 26 | ммоль/л | [HCO3-] после его стандартизации (эквилибровка) по значению CO2 40 мм рт. ст. (5,3 кПа) |
| Избыток оснований (BE) | -2,0 — +2,0 | ммоль/л | При отрицательном значении BE говорят о дефиците оснований |
Бикарбонатная буферная система играет наиболее важную роль в поддержание постоянства кислотно-щелочного состояния и может быть оценена при анализе газового состава крови. Легкие способны регулировать выведение CO2, а почки экскрецию или задержку HCO3-. Это взаимодействие позволяет с высокой точностью поддерживать и регулировать соотношение кислот и оснований в организме.
| pH | Общие кислотно-щелочные свойства среды. Указывает, имеется ли у пациента ацидемия или алкалемия. |
| PCO2 | Респираторный компонент |
| PO2 | Характеризует оксигенацию и не имеет отношения к кислотно-щелочному состоянию (КЩС). В общих чертах является маркером тяжести заболеваний легких, но не поддается интерпретации при неизвестном значении FiO2. PO2 может быть выше 650 мм рт. ст. (85 кПа) при нормальной функции легких на фоне FiO2 = 100%. Прогнозируемый уровень PaO2 при нормальной функции легких может быть рассчитан при помощи уравнения альвеолярного газа. В грубом приближении значение прогнозируемого PaO2 может быть рассчитано как FiO2 (%) х 6 мм рт. ст. (например, при вентиляции пациента с FiO2 = 40% PaO2 должно составить 6 х 40 = 240 мм рт. ст.). Если реальное значение ниже расчетного, имеет место внутрилегочное шунтирование крови (кровь не проходит через вентилируемые альвеолы и поступает в аорту неоксигенированной.). Чем тяжелее поражение легких, тем ниже будет значение PaO2 при данном уровне FiO2. |
| HCO3- (актуальный бикарбонат) | Ренальный компонент компенсации. |
| Стандартный бикарбонат | Дополнительный показатель, характеризующий ренальный (метаболический) компонент в нарушениях кислотно-щелочного состояния (КЩС). Имеет большую ценность, чем актуальный бикарбонат, поскольку корректирован по отношению к измененному значению PCO2. |
| Избыток оснований | Соответствует количеству сильной кислоты (или основания в случае дефицита оснований), необходимому для титрования 1 литра крови и возвращении значения pH к значению 7,4 при PCO2 = 5,3 кПа и температуре 37°С. Дополнительный показатель, характеризующий ренальный (метаболический) компонент нарушения. Информационная ценность близка к таковой стандартного бикарбоната (нормальное значение около 0 ммоль/л, для стандартного бикарбоната — 24 ммоль/л). |
Дыхательная система способна осуществлять быструю компенсацию нарушений кислотно-щелочного состояния (КЩС) (в течение нескольких минут). Метаболическая компенсация (почки, система бикарбоната) запускается в течение часов или нескольких дней. Взаимодействие этих компенсаторных систем позволяет точно регулировать кислотно-щелочного состояние (КЩС). Их цель состоит в поддержании внеклеточного значения pH на уровне 7,4, который является оптимальным для протекания большинства метаболических процессов, например, химических реакций, катализируемых ферментами, и переноса веществ через клеточные мембраны.
Патологические процессы, такие, как тканевая гипоксия, почечная недостаточность, гиповентиляция ведут к нарушению кислотно-щелочного баланса. При нарушении со стороны одной из регуляторных систем другая будет пытаться компенсировать изменения кислотно-щелочного состояния (КЩС) и привести pH к оптимальному значению. Нарушения кислотно-щелочного состояния (КЩС) и некоторые их причины представлены в таблице «Нарушения кислотно-щелочного состояния«.
| Респираторный ацидоз | PaCO2 повышено | Развивается при неадекватной вентиляции, когда продукция CO2 превышает его элиминацию. Возможные причины: обструкция дыхательных путей, депрессия дыхания (вследствие действия препаратов, ЧМТ, заболеваний дыхательной системы и т.д.) |
| Респираторный алкалоз | PaCO2 снижено | Возникает при гипервентиляции. Гипервентиляция может быть следствием ответа на гипоксемию и включения гипоксического респираторного драйва. Способность легких к выведению CO2 значительно выше, чем к абсорбции O2, в связи с чем при заболеваниях легких часто наблюдается гипоксемия на фоне нормального или пониженного уровня CO2. Причиной респираторного алкалоза может быть ИВЛ с высоким минутным объемом вентиляции. |
| Метаболический ацидоз | HCO3- снижен (дефицит оснований) | Множество этиологических факторов: ♦ Потери бикарбоната через ЖКТ или хроническое поражение почек (нормальный анионный интервал) ♦ Поступление дополнительных количеств неорганических кислот, например, при диабетическом кетоацидозе, лактат-ацидозе, связанном с тканевой гипоксией, передозировка салицилатов, отравление этиленгликолем и прочими ядами, снижение экскреции кислот при почечной недостаточности (повышение анионного интервала). |
| Метаболический алкалоз | HCO3- повышен (избыток оснований) | Возникает при потерях желудочного содержимого (например, пилоро-стеноз) и терапии диуретиками. Метаболический алкалоз часто сопровождается снижением хлоридов (Cl-) сыворотки. |
| Смешанный ацидоз | PaCO2 повышено, HCO3- снижено | Крайне опасное нарушение. Может развиваться при таких тяжелых расстройствах, как септический шок, полиорганная недостаточность, остановка кровообращения. |
Компенсаторные механизмы пытаются вернуть pH к нормальному значению, несмотря на сохранение отклонений [HCO3-] и PCO2 до коррекции первичного нарушения. Компенсация нарушений кислотно-щелочного состояния (КЩС) не должна носить характер избыточной. Например, при метаболическом ацидозе наблюдается падение значения pH < 7,4. При адекватной респираторной компенсации pH будет стремиться к нормальному значению, но не превысит 7,4.
Вот несколько подсказок, которые помогут Вам дифференцировать первичное нарушение и компенсаторный эффект.
Первичное нарушение (метаболического или респираторного характера) по типу параллельно отклонению pH: при снижении pH имеет место ацидотическое нарушение, при повышении pH развивается алкалоз. Компенсаторный эффект (респираторный или метаболический) имеет противоположное направление. Механизмы компенсации будут отклонять pH в сторону нормального значения, при этом полная компенсация достигается редко (восстановление нормального исходного значения), а избыточная компенсация — никогда.
К примеру, если Вы обнаружили сочетание метаболического ацидоза и респираторного алкалоза, значение pH подскажет, какое из нарушений носит первичный, а какое — компенсаторный характер. Если значение pH снижено, первичным дефектом является метаболический ацидоз с респираторной компенсацией. При повышении pH в роли первичного нарушения выступает респираторный алкалоз с метаболической компенсацией.
| Шаг 1 | Общая картина без отклонений, имеется ацидемия или алкалемия? | pH < 7,35 = ацидемия [… перейдите к шагу 2] pH > 7,45 = алкалемия [… перейдите к шагу 5] |
| Шаг 2 | Если наблюдается ацидемия: Характер первичного нарушения: метаболический, респираторный или смешанный? | CO2 повышен = респираторный ацидоз [… шаг 3] Бикарбонат снижен, значение BE отклонено в отрицательном направлении = метаболический ацидоз [… шаг 4] |
| Шаг 3 | Если имеет место респираторный ацидоз: Имеется метаболическая компенсация? | CO2 повышено (респираторный ацидоз), но метаболический компонент изменяется в противоположном направлении (BE или стандартный бикарбонат (SB) повышены, как при метаболическом алкалозе), что говорит о метаболической компенсации первичных нарушений кислотно-щелочного состояния (КЩС). |
| Шаг 4 | Если имеет место метаболический ацидоз: Имеется ли респираторная компенсация? | Значение BE принимает отрицательное значение (метаболический ацидоз); респираторный компонент изменяется в противоположном направлении (CO2 снижен — респираторный алкалоз), что говорит о респираторной компенсации. |
| Шаг 5 | Если наблюдается алкалемия: Характер первичного нарушения: метаболический или респираторный? | Первичное нарушение имеет то же направление, что и изменения pH (в сторону алкалоза). Респираторный алкалоз сопровождается снижением CO2. При метаболическом алкалозе CO2 повышается и значение BE становится положительным. |
| Шаг 6 | При наличии респираторного или метаболического алкалоза: Есть ли элементы компенсации? | Изменения равнозначны вышеуказанным. |
| Шаг 7 | Обратите внимание на оксигенацию | Соответствует ли значение PaO2 установленному FiO2? Уровень оксиге-нации ниже прогнозированного может указывать на заболевание легких, шунтирование крови или ошибочный забор образца венозной крови (в последнем случае PaO2 обычно < 40 мм рт. ст., сатурация < 75%). Способность легких к элиминации CO2 превышает их резерв в отношении оксигенации. В связи с этим заболевания легких часто сопровождаются гипоксемией на фоне нормального или сниженного значения PCO2. Значительное повышение CO2 сопровождается параллельным снижением O2. |
| Шаг 8 | Суммируйте Ваши наблюдения | Например: наблюдается метаболический ацидоз (поскольку pH снижен, BE имеет отрицательное значение) с респираторной компенсацией (поскольку параллельно снижено значение PCO2). |
| Шаг 9 | Попытайтесь установить причину нарушений |
Автор(ы): Др. Д. Г. Барретт (Эмпангени, Южная Африка)
Источник
Медицина / Диагностика / Диагностика (статья)
Анализ газов артериальной крови
|
9-07-2018, 14:57
|
Газы кровиТермин «газы крови» не совсем точно описывает этот анализ, так как исследование подразумевает измерение концентрации только двух физиологически важных газов крови (кислорода и углекислого газа), а также определение водородного показателя (pH) крови и некоторых других параметров кислотно-щелочного баланса, получаемых на основании расчетов полученных данных. Анализ на газы крови дает возможность оценить состояние двух взаимосвязанных физиологических процессов – способности организма поддерживать кислотно-щелочной баланс крови в пределах нормы и способности дыхательной системы поддерживать легочный газообмен (выполнять обмен углекислого газа и кислорода между кровь и воздухом).
Данное исследование принципиальное, как и некоторые другие анализы, при мониторинге пациентов, находящихся в критическом состоянии. В тяжелом состоянии у больного могут происходит значительные изменения показателей за короткое время, поэтому анализы могут делать с интервалом в несколько часов (в условиях ургентной диагностики сроки проведения тестов составляют 5-15 минут). Многие отделения интенсивной терапии имеют газовые анализаторы, которые находятся возле койки пациента. В таких условиях за проведение анализа газов крови часто отвечает средний медицинский персонал.
Для анализа газов крови необходима артериальная кровь (на сегодняшний день это единственный анализ, для проведения которого нужна артериальная кровь; для других анализов берут венозную кровь). Поэтому это исследование принято называть «газы артериальной крови».
Газы артериальной крови
Клеточный обмен (метаболизм) сопровождается потреблением кислорода, выделением углекислого газа и ионов водорода. Интенсивность их потребления и выделения зависит от метаболической активности. В здоровом состоянии концентрация всех трех компонентов в крови поддерживаются в строгих границах, несмотря на вариации скоростей их потребления и продукции. За их регуляцию отвечают химические буферные системы крови, дыхательная и выделительная системы (легкие и почки).
Исследование уровня газов крови позволяет контролировать способность организма поддерживать регуляторные механизмы. Интерпретация результатов анализа зависит от понимания физиологии дыхания, газообмена и кислотно-щелочного баланса (см статьи «Физиология дыхания (газообмен в легких)» и «Кислотно-щелочной баланс (Водородный показатель»).
АНАЛИЗ ГАЗОВ КРОВИ
Подготовка пациента
В исследовании газового состава артериальной крови нуждаются многие пациенты, находящиеся в условиях искусственной вентиляции легких или получающим оксигенотерапию. Так как эти процедуры сильно влияют на показатели анализа, перед проведением забора крови следует подождать минимум 30 минут, чтобы эффекты лечебных мероприятий стабилизировались.
Перед взятием крови пациент должен быть отдохнувшим. Также его нужно предупредить, что процедура забора артериальной крови более болезненная, чем забор венозной крови.
Время взятия крови
Забор артериальной крови на исследование газов крови можно проводить в любое время (за исключением моментов, оговоренных в разделе «Подготовка пациента»). Чтобы провести исследование биологического материала в максимально короткие сроки, некоторые лаборатории просят заранее их информировать о проведении анализа.
Так как анализ на газы крови у одного и того же пациента может проводится несколько раз, в направлении на исследование необходимо указывать точное время забора биологического материала.
Требования к пробе на анализ
Для проведения анализа нужно не менее 2 мл гепаринизированной артериальной крови. В отличие от венозной пункции, артериальная пункция более болезненная и опасная. Чтобы предотвратить свертывание крови, забор нужно проводить шприцом, в котором уже содержится гепарин. Если кровь плохо перемешана с гепарином, в полученном образце могут образовываться тромбы, что мешает проведению исследования.
Отметим, что после забора крови метаболическая активность в клетках продолжается, при этом клетки продолжают потреблять кислород и выделять углекислый газ. Чтобы ингибировать клеточный метаболизм, шприц с кровью охлаждают (упаковывают в лед), особенно если происходит задержка с отправкой образка (более 10 минут).
Важно отметить, что даже незначительное наличие в шприце воздуха после окончания процедуры приведет к установлению его баланса (равновесия) с кровью, что приведет к ложному (повышенному) значению результата парциального давления кислорода (PO2). Поэтому после забора крови необходимо удалить из шприца весь воздух.
Также отметим, что не всегда есть возможность сделать забор чистой артериальной крови. В практике экспресс-диагностики этот анализ не единственный. Чтобы исследовать содержание газов и кислотно-щелочной баланс, часто используют артериализированную (капиллярную) кровь. Забор капиллярной крови у взрослых проводят из ладонной поверхности рук или мочки уха, у маленьких детей – из мочки уха, боковой поверхности пятки или подошвенной поверхности большого пальца ноги (глубина прокола – 2-3 мм). В месте прокола кожа должны быть сухой, теплой и розовой. Если кожа холодная, ее нужно осторожно согреть путем проведения легкого массажа или теплой водой. Нельзя для забора капиллярной крови использовать отечные области. Пункция должна пройти так, чтобы на месте прокола сформировалась свободно натекающая капля крови (кровь не должна выдавливаться). При взятии образца крови необходимо соблюдать правила асептики. Полученный образец крови должен быть гепаризирован и находится в аэробном состоянии – в сосуде, где он содержится, не должно быть воздуха.
Проведение анализа
Полученный образец крови помещают в газовый анализатор. С помощью специальных электродов анализатор измеряет парциальное давление углекислого газа (PCO2), кислорода (PO2) и кислотно щелочной баланс (pH) крови. Многие анализаторы, используя полученные данные измерения парциального давления углекислого газа и кислотно-щелочного баланса, автоматически проводят расчет других параметров (как правило это избыток оснований и уровень бикарбоната). Результаты измерений и рассчитанные параметры анализатор выдает примерно через минуту после размещения в нем образца крови.
Многие современные газовые анализаторы могут измерять SO2 (степень насыщения крови кислородом; другие анализаторы SO2 не измеряют, а рассчитывают).
ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ АНАЛИЗА
ВАЖНО!!! Показатель значения парциального давления газов крови (P) часто обозначают символами (a) или (v). Таким образом проводится уточнение, артериальная это кровь или венозная. Современные стандарты подразумевают для исследования газов использовать артериальную кровь, поэтому парциальное давление углекислого газа и кислорода принято обозначать так: PaCO2 и PaO2. Те же правила распространяются и на показатель уровня насыщения крови кислородом (SO2) – SaO2 (насыщение артериальной крови кислородом).
Референсные значения
pH: 7,35-7,45
PaCO2: 4,7-6,0 кПа (35-45 мм рт ст)
PaO2: 10,6-13,3 кПа (80-100 мм рт ст)
Бикарбонат (избыток / дефицит оснований): от -2,0 до +2,0 ммоль/л;
SaO2: 95-99%
Референсные значения у новорожденных (первые 36-60 часов жизни)
pH: 7,31-7,47
PaCO2: 3,8-6,5 кПа (28-49 мм рт ст)
PaO2: 4,3-8,1 кПа (32-61 мм рт ст)
Бикарбонат: 15-25 ммоль/л
Критические значения показателей
pH: < 7,20 или > 7,60
PaCO2: < 2,7 кПа или 9,3 кПа
PaO2: < 5,3 кПа
Бикарбонат: < 10 ммоль/л или > 40 ммоль/л
SaO2: < 60%
Термины для интерпретации результатов анализа
Ацидемия / Ацидоз: pH < 7,35 или концентрация H+ > 45 ммоль/л
Алкалемия / Алкалоз: pH > 7,45 или концентрация H+ < 35 ммоль/л
Гиперкапния (высокая концентрация диоксида углерода, растворенного в артериальной крови): PaCO2 > 6,0 кПа
Гипокапния (низкая концентрация диоксида углерода, растворенного в артериальной крови): PaCO2 < 4,7 кПа
Гипоксемия (низкая концентрация кислорода, растворенного в артериальной крови): PaO2 < 10,6 кПа
Анемическая гипоксия – низкое содержание кислорода в крови в результате дефицита гемоглобина
Гипоксия – слабая оксигенация тканей (низкое содержание кислорода в тканях). Такое состояние может развиваться в результате гипоксемии или недостаточным кровообращением. Отметим, что развитие гипоксии возможно даже при условии нормальной оксигенации крови (при нормальных показателях PaO2, SaO2 и Hb (гемоглобина)).
Источник