Hipoksemia (niedobór tlenu we krwi) – przyczyny, leczenie, powikłania

Hipoksemia (niedobór tlenu we krwi) to stan, w którym ciśnienie parcjalne tlenu we krwi spada poniżej 60 mmHg. W jakich schorzeniach dochodzi do hipoksemii? Jakie zmiany zachodzą w niedotlenionym organizmie? Czy powikłania mogą być groźne dla życia?

Hipoksemia (niedobór tlenu we krwi) pojawia się, gdy we krwi jest zbyt mało tlenu. Jednym z najważniejszych warunków zachowania homeostazy, czyli równowagi wewnętrznej organizmu, jest utrzymanie prawidłowego utlenowania krwi tętniczej. Aby je zapewnić, konieczna jest odpowiednia zawartość tlenu w powietrzu atmosferycznym, poprawne funkcjonowanie układu oddechowego oraz sprawny transport tlenu z pęcherzyków płucnych do krwi. Zaburzenie przebiegu dowolnego z tych etapów może stać się przyczyną hipoksemii.

Spis treści

1. Hipoksemia a hipoksja
2. Fizjologia krążenia płucnego
3. Hipoksemia: przyczyny
4. Hipoksemia a metabolizm
5. Hipoksemia: objawy
6. Hipoksemia: leczenie
7. Trening fizyczny w warunkach niedotlenienia

Hipoksemia a hipoksja

Hipoksja i hipoksemia to stany do siebie zbliżone, aczkolwiek nie tożsame. Hipoksemia jest pojęciem węższym, oznacza obniżone utlenowanie krwi tętniczej.

Hipoksja oznacza natomiast niedotlenienie tkanek bądź całego organizmu. Przyczyną hipoksji może być hipoksemia - wtedy mówimy o hipoksji hipoksemicznej. Niewystarczająco utlenowana krew nie jest wówczas w stanie dostarczyć tkankom niezbędnego dla nich tlenu. Warto jednak uświadomić sobie, że hipoksja i hipoksemia nie zawsze współistnieją ze sobą.

Hipoksja może jednak rozwinąć się również wtedy, gdy zawartość tlenu we krwi jest prawidłowa. Przyczyną takiej sytuacji może być zmniejszenie objętości krążącej krwi bądź nieprawidłowo funkcjonujący układ krążenia.

Jednym z przykładów takich zaburzeń jest udar niedokrwienny mózgu. Zakrzep blokuje światło naczynia, krew (mimo jej wystarczającego utlenowania) nie dopływa do mózgu, przez co rozwija jego niedotlenienie.

Hipoksja nie zawsze musi być konsekwencją hipoksemii. Spadek utlenowania krwi powoduje uruchomienie mechanizmów mających zapobiec hipoksji tkankowej. Dobrym przykładem jest kompensacyjne przyspieszenie akcji serca (tachykardia). Pomimo zbyt małej ilości tlenu we krwi, szybsze bicie serca sumarycznie zapewnia tkankom wystarczającą jego ilość.

Definicja hipoksemii w świecie publikacji medycznych bywa niejednoznaczna. Większość autorów za najważniejsze kryterium uznaje spadek ciśnienia parcjalnego tlenu we krwi poniżej wartości 60 mmHg.

Niektórzy uwzględniają w tej definicji także spadek procentowego wysycenia hemoglobiny tlenem, czyli spadek saturacji, poniżej 90%. Inni zaś uważają ten parametr za wskaźnik hipoksji tkankowej.

Fizjologia krążenia płucnego

Zanim zajmiemy się wyjaśnianiem mechanizmów hipoksemii, warto zrozumieć, skąd tlen bierze się we krwi i jak jest transportowany.

Krążenie płucne (tzw. mały krwiobieg) rozpoczyna się w prawej komorze serca. Jej zadaniem jest tłoczenie krwi nieutlenowanej do pnia płucnego, który dzieli się na dwie tętnice płucne. Te tętnice rozgałęziają się stopniowo na naczynia coraz mniejszego kalibru. Najdrobniejsze z nich noszą nazwę naczyń włosowatych (kapilar) i tworzą gęstą sieć, oplatającą pęcherzyki płucne.

Ściana naczynia włosowatego wraz z przylegającą do niej ścianą pęcherzyka płucnego tworzą tzw. barierę pęcherzykowo-włośniczkową. To właśnie przez tę barierę zachodzi wymiana gazowa - tlen przenika ze światła pęcherzyka do krwi znajdującej się w naczyniu włosowatym, natomiast dwutlenek węgla przedostaje się w przeciwnym kierunku.

Natlenowana krew jest następnie transportowana do żył płucnych, skąd trafia do lewego przedsionka serca. Warto zwrócić uwagę na fakt, że w krążeniu płucnym krew odtlenowana płynie w tętnicach, a krew natlenowana - w żyłach (odwrotnie niż w krwiobiegu dużym).

Hipoksemia: przyczyny

Zapewnienie odpowiedniej ilości tlenu we krwi tętniczej wymaga spełnienia 3 podstawowych warunków:

• wystarczająca ilość tlenu w powietrzu, które wdychamy
• prawidłowy przepływ powietrza z tlenem przez drogi oddechowe, aż do pęcherzyków płucnych
• stały napływ krwi do naczyń płucnych oraz możliwość przenikania do niej tlenu z wdychanego powietrza

Rozwój hipoksemii może być więc konsekwencją różnorodnych sytuacji, takich jak między innymi:

• spadek ilości tlenu w powietrzu atmosferycznym

Najczęściej spadku zawartości we wdychanym powietrzu doświadczamy na wysokościach. Wraz ze wzrostem wysokości nad poziomem morza, maleje gęstość powietrza i spada ciśnienie parcjalne tlenu. Z tego powodu przebywanie na wysokościach może stać się przyczyną wystąpienia hipoksemii i rozwoju choroby wysokościowej.

• hipowentylacja, czyli zmniejszenie dopływu powietrza do płuc

Nieefektywny oddech bądź zbyt niska jego częstość powodują niewystarczający napływ utlenowanego powietrza do pęcherzyków płucnych. Spowolnienie oddychania bywa skutkiem zaburzeń metabolicznych, zażywania środków odurzających, a także przedawkowania niektórych leków (na przykład znieczulających lub przeciwpadaczkowych).

Zaburzenia toru oddychania występują także w chorobach zaburzających pracę mięśni oddechowych - na przykład w grupie chorób neuronu ruchowego (m.in. stwardnienie zanikowe boczne).

Ośrodek oddechowy napędzający czynność wdechowo-wydechową jest zlokalizowany w rdzeniu przedłużonym w pniu mózgu. Uszkodzenie tych struktur (na przykład wskutek niedokrwienia lub urazu) może zniszczyć "centrum sterowania" oddechem, powodując następczą hipowentylację i hipoksemię.

Zbyt mała częstość oddechów występuje również w obturacyjnym bezdechu sennym. Jest to schorzenie charakteryzujące się występowaniem przerw w oddychaniu podczas snu.

• zaburzenia stosunku wentylacja/przepływ płucny

Efektywne natlenowanie krwi jest możliwe tylko w przypadku jej ciągłego napływu do naczyń włosowatych, oplatających prawidłowo wentylowane pęcherzyki płucne.

Jeżeli jakaś część płuca jest słabo wentylowana (na przykład wskutek aspiracji ciała obcego do dróg oddechowych lub zapalenia, tak jak przy COVID-19), to pomimo prawidłowego przepływu krwi, nie zostanie ona nasycona tlenem.

Możliwe jest także wystąpienie odwrotnego zaburzenia: pęcherzyki są dobrze wentylowane i zawierają odpowiednią ilość tlenu, ale krew z jakiegoś powodu nie dopływa do naczyń włosowatych.

Typowym przykładem zaburzenia krążenia płucnego jest zatorowość płucna, w której napływ odtlenowanej krwi do naczyń płucnych jest zablokowany przez znajdującą się w nich skrzeplinę.

• dysfunkcja bariery pęcherzykowo-włośniczkowej

Bariera pęcherzykowo-włośniczkowa umożliwia wymianę gazów pomiędzy światłem pęcherzyków płucnych a naczyniami kapilarnymi. Jej pogrubienie może skutkować trudnością w przedostawaniu się tlenu do krwi. Przykładem schorzenia, w którym funkcja bariery jest zaburzona, jest samoistne włóknienie płuc.

• przeciek prawo-lewy

Fizjologicznie, prawa połowa serca zawiera krew odtlenowaną, która po przejściu przez krążenie płucne trafia do lewej połowy jako krew natlenowana. Istnieją choroby, w których krew odtlenowana dostaje się do lewej komory z pominięciem etapu natlenowania w płucach. Taką sytuację nazywamy przeciekiem.

Najczęstszą przyczyną przecieku prawo-lewego są wrodzone wady serca i/lub dużych naczyń. Obecność otworów w przegrodach rozdzielających połowy serca lub połączeń między pniem płucnym a aortą umożliwia przepływ nieutlenowanej krwi prosto do tętnic dużego krwiobiegu.

Przykładami wad wrodzonych serca, którym towarzyszy przeciek prawo-lewy, są otwory w przegrodzie międzykomorowej lub międzyprzedsionkowej, a także przetrwały przewód tętniczy (prowadzący w życiu płodowym krew bezpośrednio z pnia płucnego do aorty).

Hipoksemia a metabolizm

Zaburzenie dopływu tlenu do komórek powoduje natychmiastową zmianę ich funkcjonowania. Ograniczają one swoją aktywność i przechodzą na tzw. metabolizm beztlenowy.

Dłuższe niedotlenienie powoduje rozwój postępującej kwasicy metabolicznej, prowadzi do nieodwracalnych uszkodzeń komórek i ich obumierania. Konsekwencje hipoksemii mogą być dramatyczne - należą do nich niewydolność wielonarządowa i zgon pacjenta.

Najbardziej wrażliwe na niedotlenienie są komórki nerwowe - do utraty ich funkcji dochodzi już po 1 minucie hipoksji. Komórki mięśnia sercowego są zdolne do przeżycia w takich warunkach przez około 4 minuty, a mięśni szkieletowych - nawet do 2 godzin.

Nagła hipoksemia uruchamia cały szereg reakcji naprawczych, mających zminimalizować jej skutki. Dochodzi do przyspieszenia akcji serca i wzrostu ciśnienia tętniczego krwi, a także zwiększenia częstotliwości oddechów.

Do pracy włączone zostają dodatkowe mięśnie oddechowe, umożliwiające pobieranie głębszych wdechów. W najważniejszych dla przeżycia narządach (mózg, serce) dochodzi do rozszerzenia naczyń krwionośnych, w celu dostarczenia do nich jak największej objętości krwi.

W płucach natomiast odpowiedzią na niedotlenienie jest odruchowe obkurczenie naczyń. Jeżeli pewna część płuca nie jest prawidłowo wentylowana, skurcz naczyń w jej obrębie umożliwia przesunięcie krwi do lepiej wentylowanych fragmentów.

Przewlekła hipoksemia może prowadzić do uogólnionego skurczu naczyń płucnych. W ten sposób rozwija się nadciśnienie płucne, stanowiące nadmierne obciążenie dla prawej komory serca. Przeciążenie i niewydolność prawej połowy serca wskutek zmian w płucach nosi nazwę serca płucnego (cor pulmonale).

Kolejnym mechanizmem obronnym w przewlekłej hipoksemii jest stymulacja produkcji erytropoetyny w nerkach. Erytropoetyna (EPO) jest hormonem pobudzającym produkcję czerwonych krwinek w szpiku kostnym. Zwiększenie ich liczby pozwala na transport większej ilości tlenu.

Hipoksemia: objawy

Rozpoznanie hipoksemii na podstawie objawów klinicznych zależy od stopnia jej nasilenia oraz ewentualnej kompensacji.

Ostra hipoksemia objawia się zwykle uczuciem duszności, przyspieszeniem oddechu, a także zwiększonym wysiłkiem przy wykonywaniu wdechów. Często dochodzi do przyspieszenia akcji serca do >100 uderzeń na minutę.

Ponieważ najbardziej wrażliwe na niedotlenienie są komórki nerwowe, pierwsze objawy niedotlenienia mogą być związane z zaburzeniami neurologicznymi.

Nagłe splątanie, zaburzenia orientacji lub zaburzenia mowy zawsze wymagają wykluczenia hipoksemii.

Objawami przewlekłego niedotlenienia organizmu mogą być: wtórna nadkrwistość (zwiększona liczba czerwonych krwinek), sinica oraz tzw. palce pałeczkowate (pogrubiałe na końcach). Przedłużająca się hipoksemia u dzieci bywa przyczyną spowolnionego rozwoju psychoruchowego.

Badaniem laboratoryjnym, umożliwiającym rozpoznanie hipoksemii, jest gazometria krwi tętniczej. Umożliwia ona pomiar ciśnienia parcjalnego tlenu we krwi. Prawidłowy zakres wartości tego parametru wynosi 75-100mmHg.

Wynik mniejszy niż 60 mmHg świadczy o hipoksemii. Tak niskie ciśnienie parcjalne tlenu zwykle odpowiada również spadkowi saturacji krwi tętniczej poniżej 90%.

Hipoksemia: leczenie

Leczenie hipoksemii zależy przede wszystkim od tego, z jaką jej formą mamy do czynienia: ostrą czy przewlekłą. Rozpoznanie hipoksemii zawsze wymaga określenia stabilności stanu pacjenta.

W przypadku nasilonej duszności, przyspieszenie akcji serca, zmian ciśnienia tętniczego krwi bądź objawów neurologicznych (splątanie, otępienie) konieczna jest natychmiastowa interwencja.

Ostra hipoksemia może bowiem prowadzić do hipoksji tkankowej, a w konsekwencji niewydolności wielonarządowej i zgonu.

Zwiększenie zawartości tlenu we krwi uzyskuje się poprzez tlenoterapię. Na podstawie wyników badań lekarz dobiera odpowiedni dla chorego przepływ tlenu, który podaje się przez specjalną maseczkę lub tzw. wąsy tlenowe.

Istnieją różne rodzaje masek, umożliwiające podanie tlenu w rozmaitych stężeniach; największe stężenie pozwala uzyskać maska z workiem rezerwuarowym (nawet 90% tlenu w mieszaninie oddechowej).

W najcięższych przypadkach może być konieczne zastosowanie urządzeń wspomagających oddychanie poprzez wytwarzanie dodatniego ciśnienia w drogach oddechowych podczas wdechu. Jest to tzw. wentylacja mechaniczna.

U niektórych pacjentów możliwe jest zastosowanie wentylacji nieinwazyjnej, w której wspomaganie oddechu odbywa się za pomocą maski połączonej z respiratorem. Dla najciężej chorych zarezerwowana jest wentylacja inwazyjna.

Pacjent w znieczuleniu ogólnym zostaje zaintubowany, jego własny oddech zostaje "wyłączony", a wentylację przejmuje respirator.

Wszystkie powyżej opisane metody stanowią formy leczenia objawowego. Podanie tlenu może pomóc w ustabilizowaniu stanu pacjenta, ale kluczową rolę zawsze odgrywa znalezienie przyczyn niedotlenienia. Tlenoterapia wymaga również stałego monitorowania stanu chorego (regularne pomiary saturacji np. przy pomocy pulsoksymetru, gazometria).

W przypadku chorób prowadzących do przewlekłej hipoksemii (najczęściej są to choroby płuc, m.in POChP, zwłóknienie płuc, ciężka astma) konieczne może być przewlekłe leczenie tlenem.

Obecnie popularne w Polsce są koncentratory tlenu, pozwalające na prowadzenie tlenoterapii w warunkach domowych. Chory powinien oddychać przez wąsy tlenowe/maseczkę podłączoną do koncentratora przez minimum 15-17 godzin na dobę.

Długoterminowa tlenoterapia wydłuża przeżycie i poprawia jakość życia pacjentów.

Trening fizyczny w warunkach niedotlenienia

Naturalna odpowiedź organizmu na zmniejszoną zawartość tlenu w powietrzu jest od wielu lat badana pod kątem możliwości jej wykorzystania w treningu sportowców. Wśród zalet treningu prowadzonego w warunkach hipoksji wymienia się wzrost liczby krwinek czerwonych oraz ilości hemoglobiny i - co za tym idzie - zwiększenie możliwości transportu tlenu przez krew.

Korzystne zmiany zachodzą także na poziomie metabolizmu komórek mięśniowych oraz ich reaktywności na bodźce nerwowe.

Powstało wiele różnorodnych koncepcji dotyczących sposobu prowadzenia takiego treningu, jak również odpowiedniego poziomu niedotlenienia.

Obecnie trening w warunkach wysokogórskich może być zastąpiony treningiem w komorach hipoksyjnych, symulujących panujące na wysokościach obniżenie zawartości tlenu w powietrzu.

Planowanie treningu hipoksyjnego wymaga świadomości ryzyka wystąpienia efektów ubocznych (np. spadek wydolności fizycznej), ciągłego monitorowania stanu zdrowia sportowca, a także uwzględnienia jego indywidualnej wrażliwości na ten rodzaj treningu.

O autorze

Krzysztofa Białożyt

Studentka medycyny na Collegium Medicum w Krakowie, powoli wkraczająca w świat ciągłych wyzwań pracy lekarza. Szczególnie zainteresowana ginekologią i położnictwem, pediatrią oraz medycyną stylu życia. Miłośniczka języków obcych, podróży i górskich wędrówek.

Czytaj więcej artykułów tej autorki

Krzysztofa Białożyt