Фракция кислорода FiO2 в медицине¶

FiO2 (fraction of inspired oxygen, фракция вдыхаемого кислорода) — доля молекул кислорода в газовой смеси, которую вдыхает пациент. Выражается в виде десятичной дроби или процента: например, FiO2 0,21 соответствует обычному воздуху (21 % кислорода), FiO2 1,0 — чистому кислороду. Параметр широко применяется в анестезиологии, реаниматологии, пульмонологии и неонатологии для дозированной оксигенотерапии и вентиляции лёгких.

¶Физические основы

Концентрация кислорода во вдыхаемой смеси напрямую определяет парциальное давление кислорода в альвеолах (PAO2), а через него — насыщение гемоглобина кислородом (SpO2) и парциальное давление кислорода в артериальной крови (PaO2). Связь между FiO2 и PaO2 описывается уравнением альвеолярного газа:

PAO2 = FiO2 × (Patm − PH2O) − PaCO2 / R,

где Patm — атмосферное давление, PH2O — давление водяного пара (≈ 47 мм рт. ст. при 37 °C), PaCO2 — парциальное давление углекислого газа, R — дыхательный эквивалент (≈ 0,8). Уравнение показывает, что при гиповентиляции или высоком PaCO2 даже высокая FiO2 может не обеспечить достаточного PaO2.

¶Способы доставки кислорода

FiO2, которую получает пациент, зависит от применяемого устройства доставки:

У неконтролируемых устройств (канюля, маска) реальная FiO2 варьирует в зависимости от паттерна дыхания пациента, поэтому её считают приблизительной. На ИВЛ и при высокопоточной назальной канюле FiO2 устанавливается точно и является одним из основных управляемых параметров.

¶Клиническое применение

¶Целевые значения FiO2

В реаниматологии приняты целевые уровни насыщения и FiO2 в зависимости от ситуации:

• При неосложнённой гипоксемии рекомендуется поддерживать SpO2 94–98 %, подбирая FiO2 соответствующим образом.
• При риске гиперкапнии (хроническая обструктивная болезнь лёгких, бронхиальная астма) допустимый диапазон SpO2 снижается до 88–92 %, чтобы избежать «отключения» дыхательного драйва.
• При остром респираторном дистресс-синдроме (ОРДС) применяется стратегия ограничения FiO2: поддерживают SpO2 88–95 % при FiO2 не выше 0,6, что снижает риск ателектазов и оксидативного повреждения лёгких.
• В неонатологии избыточная FiO2 у новорождённых (особенно недоношенных) ассоциирована с ретинопатией и бронхолёгочной дисплазией, поэтому кислород подбирают осторожно, ориентируясь на SpO2 90–95 %.

¶Индекс оксигенации

Для оценки тяжести нарушений газообмена и эффективности терапии используют индекс оксигенации (P/F-коэффициент) — отношение PaO2 к FiO2 (в долях):

• P/F > 300 мм рт. ст. — лёгкая гипоксемия;
• P/F 200–300 — средняя;
• P/F < 200 — ОРДС по критериям Берлина.

При FiO2 > 0,6 и PaO2 < 60 мм рт. ст. говорят о «тяжёлой» форме ОРДС. Индекс оксигенации включён в шкалы SOFA и LIS.

¶Гипероксия

Длительное вдыхание высоких концентраций кислорода (FiO2 > 0,6–0,8) сопряжено с рисками: ателектазы (вытеснение азота из альвеол), абсорбционный ателектаз, образование активных форм кислорода, подавление гипоксической вазоконстрикции лёгочных артерий (что ухудшает вентиляционно-перфузионное соответствие), а также потенциальное повреждение лёгких и ЦНС. По данным ряда исследований, избыточный кислород при инфаркте миокарда, инсульте и после остановки кровообращения может ухудшать исход, поэтому в этих ситуациях рекомендуются умеренные значения FiO2 (0,6–0,8) с быстрым снижением по мере улучшения оксигенации.

¶FiO2 и PEEP

FiO2 — не единственный параметр, определяющий оксигенацию. Положительное давление конца выдоха (PEEP) расправляет альвеолы и улучшает газообмен, позволяя снизить FiO2. В клинической практике при повышении FiO2 выше 0,6 обычно наращивают PEEP, а не продолжают наращивать концентрацию кислорода. Комбинация FiO2 и PEEP подбирается по таблицам «открытых лёгких» (open lung approach) и алгоритмам вроде ProtVent и PEEP-FiO2-таблиц для ОРДС.

¶Измерение и мониторинг

FiO2 измеряется кислородным анализатором (оксиметром) на вдохе пациента при ИВЛ. Клинический эффект оценивают по SpO2 (пульсоксиметрия) и по газам артериальной крови (PaO2, PaCO2, pH). Разница между заданной и фактической FiO2 возможна при утечках в контуре, неадекватном пациенте или неисправности клапанов.

¶История

Практическое применение кислородной терапии началось в конце XIX века после работ Джозефа Пристли, Карла Вильгельма Шееле и Антуана Лавуазье. Систематическое измерение FiO2 и контроль оксигенации стали возможны с внедрением пульсоксиметрии (1980-е годы) и развитием респираторов с электронным контролем газовой смеси. Текущие рекомендации по ограничению FiO2 основаны на результатах крупных рандомизированных исследований 2000-х–2010-х годов (ICU-ROX, HOT-ICU, LOVS, EXPRESS).

¶Источники

• Рекомендации ESICM/SCCM по ведению ОРДС (2017)
• Глобальная стратегия GOLD по ХОБЛ (актуальная редакция)
• Практические рекомендации по оксигенотерапии, Российское общество анестезиологов-реаниматологов
• Tobin M. J. Principles and Practice of Mechanical Ventilation
• Hall J. E., Guyton A. C. Textbook of Medical Physiology