Насыщение кислородом (медицина)

Насыщение кислородом (сатура́ция) — доля насыщенного кислородом гемоглобина относительно общего гемоглобина в крови.

Организм человека требует и регулирует очень точный и специфический баланс кислорода в крови. Нормальные уровни насыщения артериальной крови кислородом у человека составляют 95—100 %. Если уровень ниже 90 %, это считается низким и называется гипоксемией^[1]. Уровень кислорода в артериальной крови ниже 80 % может нарушить работу органов, таких как мозг и сердце, и требует незамедлительного вмешательства. Продолжительный низкий уровень кислорода может привести к остановке дыхания или сердца. Кислородная терапия может использоваться для повышения уровня кислорода в крови. Оксигенация происходит, когда молекулы кислорода попадают в ткани организма. Например, кровь насыщается кислородом в легких, где молекулы кислорода перемещаются из воздуха в кровь. Оксигенация обычно используется для обозначения насыщения кислородом в медицине.

Определение

В медицине насыщение кислородом, обычно называемое «сатурация», измеряет долю участков связывания гемоглобина в кровотоке, занятых кислородом^[2]. При низком парциальном давлении кислорода большая часть гемоглобина дезоксигенируется. Примерно на 90 % (значение варьируется в зависимости от клинического контекста) насыщение кислородом увеличивается в соответствии с кривой диссоциации кислород-гемоглобин и приближается к 100 % при парциальном давлении кислорода > 11 кПа. Пульсоксиметр использует характеристики поглощения света насыщенным гемоглобином, чтобы определить насыщение кислородом.

Физиология

Организм поддерживает стабильный уровень насыщения кислородом по большей части за счёт химических процессов аэробного метаболизма, связанных с дыханием. Используя дыхательную систему, красные кровяные тельца, в частности гемоглобин, собирают кислород в лёгких и распределяют его по всему телу. Потребности организма в кислороде крови могут колебаться, например, во время упражнений, когда требуется больше кислорода^[3], или при жизни на больших высотах. Говорят, что кровяная клетка «насыщена», когда несёт нормальное количество кислорода^[4]. Как слишком высокий, так и слишком низкий уровень могут иметь неблагоприятные последствия для организма^[5].

Измерение

Значение SaO₂ (сатурация артериальной крови кислородом, определяемая анализом газов артериальной крови^[6]) ниже 90 % указывает на гипоксемию (которая также может быть вызвана анемией). На гипоксемию из-за низкого SaO₂ указывает цианоз. Насыщение кислородом можно измерить в разных тканях:^[6]

• насыщение венозной крови кислородом (SvO₂) — уровень насыщенного кислородом гемоглобина, возвращающегося в правую часть сердца. Его можно измерить, чтобы увидеть, удовлетворяет ли доставка кислорода потребностям тканей. SvO₂ обычно колеблется от 60 % до 80 %^[7]. Меньшее значение говорит о том, что организму не хватает кислорода и возникают ишемические заболевания. Это измерение часто используется при лечении с помощью аппарата искусственного кровообращения (экстракорпоральное кровообращение) и может дать перфузиологу представление о том, какой объём кровотока необходим пациенту, чтобы оставаться здоровым;
• насыщение тканей кислородом (StO₂) можно измерить с помощью спектроскопии в ближней инфракрасной области. Хотя измерения всё ещё широко обсуждаются на предмет точности получаемых данных, они дают представление об оксигенации тканей в различных условиях;
• периферическое насыщение кислородом (SpO₂) — уровень насыщения кислородом, измеряемый с помощью пульсоксиметра. Его можно рассчитать с помощью пульсоксиметрии по формуле:

${\displaystyle {\ce {SpO_2}}={\frac {{\ce {HbO2}}}{{\ce {{HbO2}+Hb}}}}}$

где HbO₂ — оксигенированный гемоглобин (оксигемоглобин); Hb — деоксигенированный гемоглобин.

Пульсоксиметрия

Пульсоксиметрия — метод, используемый для оценки процентного содержания кислорода, связанного с гемоглобином в крови^[8]. Это приближение к SaO₂ обозначается SpO₂ (периферическое насыщение кислородом). Пульсоксиметр состоит из небольшого устройства, которое прикрепляется к телу (обычно к пальцу, мочке уха или ступне / головке младенца) и передаёт его показания на счётчик по проводам или по беспроводной сети. В приборе используются светодиоды разных длин волн излучения в сочетании со светочувствительным датчиком для измерения поглощения красного и инфракрасного света в конечностях. Разница в абсорбции оксигенированного и деоксигенированного гемоглобина делает возможным расчёт.

Медицинское значение

Здоровые люди на уровне моря обычно показывают значения насыщения кислородом выше 94 %, обычно — от 96 до 99 %. На высоте 1600 метров насыщение кислородом должно быть выше 92 %.^[9]

Значение SaO₂ (сатурация артериальной крови кислородом) ниже 90 % вызывает гипоксию (которая также может быть вызвана анемией). На гипоксию из-за низкого содержания SaO₂ указывает цианоз, но насыщение кислородом напрямую не отражает оксигенацию тканей. Сродство гемоглобина к кислороду может ухудшить или усилить высвобождение кислорода на тканевом уровне. Кислород легче выделяется в ткани (то есть гемоглобин имеет более низкое сродство к кислороду), когда снижается pH, повышается температура тела, повышается артериальное парциальное давление углекислого газа (PaCO₂) и уровень 2,3-бисфосфоглицериновой кислоты (побочный продукт метаболизма глюкозы, также обнаруженный в запасенных продуктах крови). Когда гемоглобин имеет большее сродство к кислороду, ткани его меньше. Такие условия, как повышенный pH, пониженная температура, пониженное PaCO₂ и пониженное содержание 2,3-бисфосфоглицериновой кислоты, увеличивают связывание кислорода с гемоглобином и ограничивают его высвобождение в ткани.^[10]

Примечания