Физиологические основы пульсоксиметрии

Транспорт кислорода в организме — сложнейший процесс. Он включает множество последовательных этапов, в силу чего прочность всей цепочки определяется прочностью слабейшего ее звена. Одно из таких звеньев — насыщение венозной крови кислородом в легких. Сам этот процесс до сих пор остается скрытым от нашего взгляда. Не случайно Дж. Ф. Нанн, автор современного руководства по клинической физиологии дыхания, сравнил легкие с "черным ящиком", внутрь которого нельзя заглянуть; о том же, что в нем происходит, можно лишь догадываться, анализируя кровь и газ, поступающие в легкие и покидающие их. Знание механизмов легочного газообмена во многих случаях позволяет восстановить картину их нарушения по характерным изменениям состава крови и газа. Полученный таким образом патофизиологический диагноз помогает понять, что происходит с больным, выбирать и контролировать терапию.

Пульсоксиметрия предоставляет возможность непрерывно наблюдать лишь за одним из звеньев цепи процессов газообмена — качеством оксигенации артериальной крови в легких. На протяжении от левого желудочка до артериол газовый состав крови в артериях остается практически неизменным, поэтому, хотя территориально датчик пульсоксиметра расположен довольно далеко от легких, величина SpO₂ является одной из ключевых характеристик легочного газообмена.

Параметры оксигенации крови

Качество оксигенации артериальной крови оценивают по трем показателям: напряжению кислорода (РаО₂), содержанию кислорода (С_аО₂) и насыщению гемоглобина (S_aO₂). Все три параметра взаимосвязаны, но при этом по каждому из них судят о разных аспектах оксигенации.

РаО₂ — напряжение кислорода в артериальной крови; измеряется в единицах давления (традиционно — в мм рт. cm. [torr]), а в последнее время — в килопаскалях [кПа]). Р_аО₂ численно равно давлению, под которым произошло насыщение крови кислородом. Его можно определить и как давление кислорода, требующееся для того, чтобы удержать в артериальной крови растворенный кислород. Чем выше Р_аО₂, тем больше кислорода содержится в крови и тем выше скорость движения кислорода из капиллярной крови в ткани. В норме (то есть когда здоровый человек дышит атмосферным воздухом) этот показатель составляет 92-98 мм рт. ст.¹ Р_аО₂ обычно измеряют в лабораторных условиях в пробе артериальной крови или в мониторном режиме микроэлектродом, введенным в артерию.

¹Для каждого возрастного диапазона существуют собственные нормативы этого показателя.

С_аО₂ — количество кислорода в артериальной крови; обычно измеряется в мл О₂/100мл крови. Чаще всего данный показатель получают расчетным путем, реже — лабораторно. Кислород содержится в крови в двух формах:

• Кислород, физически растворенный в крови. Растворимость кислорода в биологических жидкостях очень низка, а его количество в них прямо пропорционально напряжению.

В 100 мл крови на каждый 1 мм рт. ст напряжения О₂ приходится 0,0031 мл растворенного О₂. Нетрудно подсчитать, что в 100 мл артериальной крови в норме содержится всего около 0,3 мл растворенного кислорода. Поэтому существенное количество физически растворенного кислорода появляется в крови лишь в гипербарических условиях или после инфузии перфторкарбоновых соединений. Видимо, излишне упоминать о том, что пульсоксиметр не реагирует на кислород, растворенный в крови.

• Основной запас кислорода находится в обратимой связи с гемоглобином. Один грамм полностью насыщенного кислородом гемоглобина (SрO₂ = 100 %) содержит 1,39 мл кислорода¹. Поэтому количество мл кислорода, присоединенного к гемоглобину, в 100 мл крови равняется:

Нb(г/100 мл) х SaO₂ X 1,39/100.

Так, при Hb =15 г/100 мл и SaO₂ = 98 % гемоглобин артериальной крови содержит:

(15 X 0,98 х 1,39) = 20,4 мл О₂/100 мл крови.

Таким образом, в норме в 100 мл артериальной крови при данном количестве гемоглобина содержится (20,4 + 0,3) = 20,7 мл кислорода.

¹Кислородная емкость одного грамма чистого гемоглобина (константа, впервые измеренная фон Гюфнер в лабораторных условиях и 1894 году) составляет 1,39 мл/г. Однако реальное значение этой константы равняется 1,34—1,37 мл/г, что зависит от количества карбокси- и метгемоглобина, всегда присутствующих в крови и небольших количествах. Отсюда — разночтения в литературе относительно ее величины.

Кислородная емкость гемоглобина ограничена, поскольку молекула Нb способна присоединить к себе только 4 молекулы кислорода. После того как весь гемоглобин превращается в оксигемоглобин, дальнейшее насыщение его кислородом становится невозможным.

Следует отметить, что даже при нормальном РaО₂ содержание кислорода в крови может быть низким (например, при анемии или отравлении окисью углерода). И, наоборот, при сниженном напряжении кислорода в артериальной крови C_aO₂ может быть нормальным (например, при гемоконцентрации или полицитемии).

S_aО₂ — степень насыщения гемоглобина артериальной крови кислородом. Пульсоксиметр измеряет именно этот показатель (напомним, что в данном случае он обозначается SpO₂), поэтому мы рассмотрим его подробнее.

Степень насыщения гемоглобина кислородом зависит от напряжения кислорода в крови. Отношения между Р_аО₂ и S_aO₂ достаточно сложны, регулируются несколькими физиологическими факторами (речь о них пойдет ниже) и графически выражаются S-образной кривой диссоциации оксигемоглобина.

Диссоциация оксигемоглобина — отделение кислорода от оксигемоглобина. Обратный процесс — образование оксигемоглобина из гемоглобина и кислорода — называется сатурацией, или оксигенацией гемоглобина. Эти два процесса лежат в основе транспорта кислорода кровью.

Диссоциация гемоглобина. Этим термином, схожим с предыдущим по звучанию, но не по сути, в действительности обозначается разрушение гемоглобина с образованием тема и глобина; однако в клинике им нередко ошибочно пользуются, говоря о S_aO₂.