Ipercapnia - Hypercapnia

Ipercapnia
Sintomi di ipercapnia
Principali sintomi di tossicità da anidride carbonica, aumentando la percentuale di volume nell'aria.
Specialità Pneumologia , medicina intensiva

L'ipercapnia (dal greco hyper = "sopra" o "troppo" e kapnos = " fumo "), nota anche come ipercapnia e ritenzione di CO 2 , è una condizione di livelli anormalmente elevati di anidride carbonica (CO 2 ) nel sangue. L'anidride carbonica è un prodotto gassoso del metabolismo dell'organismo e viene normalmente espulso attraverso i polmoni . L'anidride carbonica può accumularsi in qualsiasi condizione che provochi ipoventilazione , riduzione della ventilazione alveolare (la rimozione dell'aria dalle piccole sacche polmonari dove avviene lo scambio di gas ) nonché per inalazione di CO 2 . Incapacità dei polmoni per cancellare l'anidride carbonica, o l'inalazione di elevati livelli di CO 2 , porta a acidosi respiratoria . Alla fine il corpo compensa l'aumento di acidità trattenendo alcali nei reni, un processo noto come "compensazione metabolica".

L'ipercapnia acuta è chiamata insufficienza respiratoria ipercapnica acuta ( AHRF ) ed è un'emergenza medica poiché generalmente si verifica nel contesto di una malattia acuta. L'ipercapnia cronica, dove di solito è presente un compenso metabolico, può causare sintomi ma generalmente non è un'emergenza. A seconda dello scenario entrambe le forme di ipercapnia possono essere trattate con farmaci, con ventilazione non invasiva con maschera o con ventilazione meccanica .

L'ipercapnia è un rischio delle immersioni subacquee associato a immersioni in apnea, immersioni subacquee, in particolare su rebreather, e immersioni profonde in cui è associata a una maggiore densità del gas respiratorio a causa dell'elevata pressione ambientale.

segni e sintomi

L'ipercapnia può verificarsi nel contesto di una condizione di salute sottostante e i sintomi possono riguardare questa condizione o direttamente l'ipercapnia. I sintomi specifici attribuibili all'ipercapnia precoce sono dispnea (mancanza di respiro), cefalea, confusione e letargia. I segni clinici includono pelle arrossata, polso pieno ( impulso limitato), respirazione rapida , battiti cardiaci prematuri , contrazioni muscolari e lembi delle mani ( asterissi ). Il rischio di pericolose irregolarità del battito cardiaco è aumentato. L'ipercapnia si verifica anche quando il gas respiratorio è contaminato da anidride carbonica, o lo scambio di gas respiratorio non può tenere il passo con la produzione metabolica di anidride carbonica, che può verificarsi quando la densità del gas limita la ventilazione a pressioni ambientali elevate.

Nell'ipercapnia grave (generalmente maggiore di 10 kPa o 75 mmHg ), la sintomatologia progredisce in disorientamento, panico , iperventilazione , convulsioni , incoscienza e infine morte .

cause

L'anidride carbonica è un normale prodotto metabolico ma si accumula nel corpo se viene prodotta più velocemente di quanto non venga eliminata. Il tasso di produzione può aumentare più di dieci volte dal riposo all'esercizio faticoso. L'anidride carbonica si dissolve nel sangue e l'eliminazione avviene per scambio di gas nei polmoni durante la respirazione. L'ipercapnia è generalmente causata da ipoventilazione , malattie polmonari o diminuzione dello stato di coscienza . Può anche essere causato dall'esposizione ad ambienti contenenti concentrazioni anormalmente elevate di anidride carbonica, ad esempio da attività vulcanica o geotermica, o dalla respirazione dell'anidride carbonica espirata . In questa situazione l'ipercapnia può essere accompagnata anche da acidosi respiratoria.

L'insufficienza respiratoria acuta ipercapnica può verificarsi in una malattia acuta causata da broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO), deformità della parete toracica, alcune forme di malattia neuromuscolare (come miastenia grave e sindrome da ipoventilazione dell'obesità . L'AHRF può anche svilupparsi in qualsiasi forma di insufficienza respiratoria in cui i muscoli respiratori si esauriscono, come una grave polmonite e un'asma acuta grave.Può anche essere una conseguenza di una profonda soppressione della coscienza come un'overdose di oppiacei .

Durante le immersioni

La respirazione normale nei subacquei provoca ipoventilazione alveolare con conseguente inadeguata eliminazione della CO 2 o ipercapnia. Il lavoro di Lanphier presso la US Navy Experimental Diving Unit ha risposto alla domanda: "Perché i subacquei non respirano abbastanza?":

  • L'ossigeno inspirato più alto ( ) a 4 atm (400 kPa) rappresentava non più del 25% dell'elevazione della CO 2 di fine marea (ET CO 2 ) al di sopra dei valori trovati alla stessa velocità di lavoro quando si respirava aria appena sotto la superficie.
  • L'aumento del lavoro respiratorio ha rappresentato la maggior parte dell'elevazione di ( equazione del gas alveolare ) in esposizioni superiori a 1 atm (100 kPa), come indicato dai risultati quando l' elio è stato sostituito dall'azoto a 4 atm (400 kPa).
  • Una risposta ventilatoria inadeguata allo sforzo è stata indicata dal fatto che, nonostante i valori a riposo nell'intervallo normale, aumentavano notevolmente con lo sforzo anche quando i subacquei respiravano aria a una profondità di pochi piedi.

Esiste una serie di motivi per cui l'anidride carbonica non viene espulsa completamente quando il subacqueo espira:

  • Il subacqueo sta espirando in un'imbarcazione che non consente a tutta la CO 2 di fuoriuscire nell'ambiente, ad esempio un boccaglio lungo , una maschera da immersione integrale o un casco da immersione , quindi il subacqueo respira da tale imbarcazione, causando un aumento dello spazio morto .
  • Lo scrubber di anidride carbonica nel rebreather del subacqueo non riesce a rimuovere una quantità sufficiente di anidride carbonica dal circuito (CO 2 inspirata più alta ), oppure il gas respiratorio è contaminato con CO 2 .
  • Il subacqueo si esercita eccessivamente, produce anidride carbonica in eccesso a causa dell'elevata attività metabolica e lo scambio di gas respiratorio non può tenere il passo con la produzione metabolica di anidride carbonica.
  • La densità del gas limita la ventilazione a pressioni ambientali elevate. La densità del gas respiratorio è maggiore in profondità, quindi lo sforzo richiesto per inspirare ed espirare completamente aumenta, rendendo la respirazione più difficile e meno efficiente ( lavoro respiratorio elevato ). Una maggiore densità di gas fa sì che la miscelazione del gas all'interno del polmone sia meno efficiente, aumentando così lo spazio morto effettivo.
  • Il subacqueo è deliberatamente ipoventilato , noto come "salto respiro".

Il salto di respirazione è una tecnica controversa per conservare il gas respiratorio quando si utilizza l' immersione a circuito aperto , che consiste nel trattenere brevemente il respiro tra l'inspirazione e l'espirazione (cioè, "saltare" un respiro). Fa sì che la CO 2 non venga espirata in modo efficiente. Il rischio di scoppio polmonare ( barotrauma polmonare di risalita) aumenta se il respiro viene trattenuto durante la risalita. È particolarmente controproducente con un rebreather , dove l'atto di respirare pompa il gas attorno al "loop", spingendo l'anidride carbonica attraverso lo scrubber e mescolando l'ossigeno appena iniettato.

Nelle immersioni con rebreather a circuito chiuso , l'anidride carbonica espirata deve essere rimossa dal sistema respiratorio, solitamente mediante uno scrubber contenente un composto chimico solido con un'elevata affinità per la CO 2 , come la calce sodata. Se non viene rimosso dal sistema, può essere reinalato, provocando un aumento della concentrazione inalata.

In condizioni iperbariche, l'ipercapnia contribuisce alla narcosi da azoto e alla tossicità dell'ossigeno provocando vasodilatazione cerebrale che aumenta il dosaggio di ossigeno al cervello.

Meccanismo

Ipercapnia normalmente inneschi un riflesso che aumenta la respirazione e l'accesso a ossigeno (O 2 ), come eccitazione e ruotando la testa durante il sonno. Un fallimento di questo riflesso può essere fatale, ad esempio come un fattore che contribuisce alla sindrome della morte improvvisa del lattante .

Ipercapnia può indurre aumento della gittata cardiaca, un aumento della pressione arteriosa (livelli elevati di anidride carbonica stimolare aortica e carotidea chemoreceptors con afferenti -CN IX e X al midollo allungato con seguente crono e ino-tropico effetti), ed una propensione verso aritmie cardiache . L'ipercapnia può aumentare la resistenza capillare polmonare.

Effetti fisiologici

Un'elevata pressione arteriosa parziale di anidride carbonica ( ) provoca cambiamenti nell'attività cerebrale che influiscono negativamente sia sul controllo muscolare fine che sul ragionamento. È possibile rilevare modifiche dell'EEG che denotano effetti narcotici minori per il gas espirato e la pressione parziale di marea dell'anidride carbonica ( ) aumentano da 40 torr (0,053 atm) a circa 50 torr (0,066 atm). Il subacqueo non si accorge necessariamente di questi effetti.

Livelli più elevati di hanno un effetto narcotico più forte: confusione e comportamento irrazionale possono verificarsi intorno a 72 torr (0,095 atm) e perdita di coscienza intorno a 90 torr (0,12 atm). L'alto innesca la risposta di lotta o fuga, influenza i livelli ormonali e può causare ansia, irritabilità e risposte inadeguate o di panico, che possono essere al di fuori del controllo del soggetto, a volte con poco o nessun preavviso. La vasodilatazione è un altro effetto, in particolare nella pelle, dove vengono riportate sensazioni di calore sgradevole, e nel cervello, dove il flusso sanguigno può aumentare del 50% a una pressione di 50 torr (0,066 atm), la pressione intracranica può aumentare, con un mal di testa pulsante . Se associato ad un elevato apporto di ossigeno al cervello può aumentare il rischio di tossicità dell'ossigeno sul SNC a pressioni parziali generalmente considerate accettabili.

In molte persone uno sballo provoca una sensazione di mancanza di respiro, ma la mancanza di questo sintomo non garantisce che gli altri effetti non si verifichino. Una percentuale significativa delle morti rebreather sono stati associati con CO 2 ritenzione. Gli effetti dello sballo possono richiedere diversi minuti o ore per risolversi una volta rimossa la causa.

Diagnosi

L'emogasanalisi può essere eseguita, in genere mediante puntura dell'arteria radiale , nel contesto di problemi respiratori acuti o altre malattie mediche acute. L'ipercapnia è generalmente definita come un livello di anidride carbonica nel sangue arterioso superiore a 45 mmHg (6 kPa). Poiché l'anidride carbonica è in equilibrio con l'acido carbonico nel sangue, l'ipercapnia abbassa il pH sierico, con conseguente acidosi respiratoria. Clinicamente, l'effetto dell'ipercapnia sul pH è stimato utilizzando il rapporto tra la pressione arteriosa dell'anidride carbonica e la concentrazione dello ione bicarbonato, .

Tolleranza

Tolleranza all'aumento della concentrazione di CO 2 atmosferica
% Di CO 2 in
aria ispirata
Tolleranza prevista per attività utile in caso di esposizione continua a CO 2 . elevata
Durata Limitazione maggiore
0,028 tutta la vita atmosfera, anno 1780
0.04 tutta la vita atmosfera attuale
0,5 tutta la vita nessuna limitazione rilevabile (Nota: fare riferimento alla ricerca moderna sull'anidride carbonica # Sotto l'1% che mostra effetti misurabili al di sotto dell'1%.)
1.0 tutta la vita
1.5 > 1 mese stimolazione respiratoria lieve
2.0 > 1 mese
2,5 > 1 mese
3.0 > 1 mese stimolazione respiratoria moderata
3.5 > 1 settimana
4.0 > 1 settimana stimolazione respiratoria moderata, risposta respiratoria esagerata all'esercizio
4.5 > 8 ore
5,0 > 4 ore stimolo respiratorio prominente, risposta respiratoria esagerata all'esercizio
5,5 > 1 ora
6.0 > 0,5 ore stimolo respiratorio prominente, risposta respiratoria esagerata all'esercizio, inizi di confusione mentale
6.5 > 0,25 ore
7.0 > 0,1 ore limitazione da dispnea e confusione mentale

Tossicità da CO 2 in modelli animali

Test eseguiti su cani meticci hanno mostrato l'effetto fisiologico dell'anidride carbonica sul corpo dell'animale: dopo l'inalazione di una miscela 50% CO 2 e 50% aria, il movimento respiratorio è aumentato per circa 2 minuti, quindi è diminuito per 30-90 minuti. Hill e Flack hanno mostrato che concentrazioni di CO 2 fino al 35% hanno un effetto eccitante sia sulla circolazione che sulla respirazione, ma quelle oltre il 35% sono depressive su di esse. La pressione sanguigna (BP) è diminuita transitoriamente durante l'aumento del movimento respiratorio e poi è aumentata di nuovo e ha mantenuto il livello originale per un po'. La frequenza cardiaca è leggermente rallentata subito dopo l'inalazione della miscela di gas. Si ritiene che la depressione BP iniziale con la riduzione della frequenza cardiaca è dovuta all'effetto depressivo diretta di CO 2 sul cuore e che il ritorno della pressione arteriosa al suo livello originale era dovuto al rapido aumento di . Dopo 30-90 minuti, il centro respiratorio era depresso e l'ipotensione si verificava gradualmente o improvvisamente a causa della ridotta gittata cardiaca, portando ad un'apnea e infine all'arresto circolatorio.

A concentrazioni più elevate di CO 2 , l'incoscienza si è verificata quasi istantaneamente e il movimento respiratorio è cessato in 1 minuto. Dopo alcuni minuti di apnea si osservava l'arresto circolatorio. Questi risultati implicano che la causa della morte nel respirare alte concentrazioni di CO 2 non è l'ipossia ma l'intossicazione da anidride carbonica.

Trattamento

Il trattamento per l'insufficienza respiratoria ipercapnica acuta dipende dalla causa sottostante, ma può includere farmaci e supporto respiratorio meccanico. In quelli senza controindicazioni, la ventilazione non invasiva (NIV) è spesso preferita alla ventilazione meccanica invasiva . In passato, il farmaco doxapram (stimolante respiratorio), è stato utilizzato per l'ipercapnia nell'esacerbazione acuta della malattia polmonare ostruttiva cronica, ma ci sono poche prove a sostegno del suo uso rispetto alla NIV e non è presente nelle recenti linee guida professionali.

L'insufficienza respiratoria molto grave, in cui può essere presente anche ipercapnia, viene spesso trattata con l' ossigenazione extracorporea a membrana (ECMO), in cui si aggiunge ossigeno e si rimuove l'anidride carbonica direttamente dal sangue.

Una modalità relativamente nuova è la rimozione extracorporea dell'anidride carbonica (ECCO 2 R). Questa tecnica rimuove la CO 2 dal flusso sanguigno e può ridurre il tempo necessario per la ventilazione meccanica per i pazienti con AHRF; richiede volumi di flusso sanguigno inferiori rispetto all'ECMO.

Terminologia

L'ipercapnia è l'opposto dell'ipocapnia , lo stato di avere livelli anormalmente ridotti di anidride carbonica nel sangue.

Guarda anche

Riferimenti

link esterno

Classificazione