Заболевания гортани и шейного отдела трахеи занимают важное место в структуре патологии дыхательных путей. Хронический рубцовый стеноз гортани и трахеи — процесс, для которого характерно замещение структур нормальной гортанно-трахеальной стенки грубой рубцовой тканью, что вызывает уменьшение просвета дыхательных путей с развитием дыхательной недостаточности [1, 2].
Как известно, происходит неуклонный рост числа больных с рубцовыми стенозами гортани и трахеи среди трудоспособного населения, это вызвано урбанизацией, а также прогрессом в современной анестезиологии и реаниматологии, влекущими за собой увеличение травматических и ятрогенных рубцовых стенозов [3, 4].
Согласно мнению отечественных и зарубежных авторов, почти в 90% случаев к развитию рубцового стеноза гортани и трахеи приводят интубация трахеи, продленная искусственная вентиляция легких, трахеостомия [5, 6]. Поскольку рубцовый стеноз гортани и трахеи является полиэтиологическим заболеванием, в качестве причин следует отметить ожоги, травмы, лучевую терапию, неспецифические и специфические воспалительные процессы [7—9].
Разработано несколько вариантов классификации рубцовых стенозов дыхательных путей с учетом этиологии, патолого-анатомических особенностей, выраженности клинических проявлений, локализации, а также степени сужения просвета гортани и трахеи [10, 11].
При изучении данного вида патологии следует учитывать, что рубцовый стеноз гортани и трахеи всегда сопровождается дыхательными нарушениями, а именно развитием хронической дыхательной недостаточности (ХДН), что является одним из основных факторов, определяющих исход заболевания и результативность его лечения.
Из всех классификаций, используемых на данный момент, только одна отражает степень выраженности дыхательной недостаточности, в ней выделяют четыре стадии рубцовых стенозов гортани и трахеи — от состояния полной компенсации дыхательных нарушений до асфиксии [12].
Согласно данным отечественных и зарубежных исследователей, стадия компенсации и субкомпенсации зачастую протекает без клинических проявлений и врачи в основном имеют дело уже с декомпенсированными дыхательными нарушениями. Вместе с развитием декомпенсированного стеноза пациенты приобретают тяжелую форму хронической дыхательной недостаточности, что приводит не только к выраженным нарушениям со стороны респираторной системы, но и к гипоксическим изменениям во всем организме [13].
Согласно определению, дыхательная недостаточность характеризуется постепенным истощением систем организма по поддержанию нормального газового состава крови вследствие аномальной работы внешнего дыхания, что, в свою очередь, ведет к нарушению функций организма [14].
Рубцовые стенозы гортани и трахеи характеризуются развитием обструктивного типа ХДН, обусловленной затруднением прохождения воздуха через суженный просвет гортани и трахеи, что неизбежно приводит к патологии внешнего дыхания [15]. Чем больше выражена степень обструкции гортанно-трахеального сегмента, тем больше возрастает нагрузка на дыхательные мышцы, что ведет к увеличению потребления кислорода на фоне его дефицита [16]. Вынужденная гипервентиляция, вызванная усиленной работой дыхательной мускулатуры, вскоре становится недостаточной для обеспечения крови адекватным количеством кислорода, это ведет к усилению образования недоокисленных продуктов обмена и к метаболическому ацидозу [17].
Наиболее ярким клиническим проявлением дыхательной недостаточности является одышка. Одышка — это субъективное чувство, характеризующееся ощущением нехватки воздуха, затруднением вдоха и увеличением потребления кислорода за счет интенсификации дыхания [18]. Особенностью дыхания, развивающегося при одышке, является его неглубокий и частый характер, основная черта которого — появление шумного и хриплого компонента из-за наличия препятствия на пути прохождения воздуха через измененные верхние дыхательные пути [19].
Не вызывает сомнения факт, что хронические рубцовые стенозы гортани и трахеи всегда осложняются развитием гипоксии.
Согласно определению, гипоксические состояния характеризуются несоответствием между обеспечением кислородом тканей и метаболическим запросом организма, что приводит к нарушению функционирования органов и систем [20—22]. В случае длительно существующей гипоксии происходит включение различных адаптационных механизмов для адекватной доставки кислорода организму не только со стороны дыхательной системы, но и со стороны центральной гемодинамики и микроциркуляции [23].
Развитие адаптации к гипоксическим состояниям с дальнейшей перестройкой структур организма, ответственных за систему транспорта газов крови, является важной проблемой клинической медицины [24]. Система крови — одна из наиболее задействованных структур организма, обеспечивающая включение компенсаторно-приспособительных реакций и развитие нового паттерна работы в условиях недостатка кислорода [25, 26]. В отечественных и зарубежных источниках описан каскад компенсаторных реакций, запускаемых системой крови при недостатке кислорода в организме, например агрегация эритроцитов. Увеличивается кислородная емкость эритроцитов, соответственно, увеличивается количество эритроцитов и гемоглобина [27]. Таким образом, возникает естественная эритремия и полицитемия с увеличением гематокрита до 80% и повышением вязкости крови.
Агрегация при локальном возникновении вызывает стаз, что приводит к тромбозу мелких сосудов, ишемии тканей, развитию гипоксемии, ацидозу, накоплению токсичных метаболитов, невозможности поставки иммунных клеток, за счет чего формируется порочный круг, приводящий защитные системы организма от кислородного голодания в состояние декомпенсации, нарушающий процесс восстановления тканей в послеоперационном периоде и стимулирующий дальнейшее образование рубцовой ткани [28].
В литературе неоднократно описаны механизмы иммуносупрессии, связанные с гипоксическим состоянием. Для всех видов гипоксии характерно подавление гуморального и клеточного иммунитета, при этом дыхательная гипоксия, развивающаяся при рубцовых стенозах гортани и трахеи, чаще сопровождается нарушением клеточного ответа, что, несомненно, сказывается на течении послеоперационного периода [29]. Этот факт в литературе объясняется снижением метаболической активности нейтрофилов, что не только ослабляет общий иммунный ответ организма, но и увеличивает риск контаминации послеоперационной раны [30, 31].
При описании влияния ХДН на течение послеоперационного периода у больных хроническим стенозом гортани и трахеи, а именно на процесс регенерации, следует отметить, что репарация ткани — это ступенчатый процесс, который зависит от временнóго фактора и пространственно-структурного взаимодействия не только компонентов клетки, но и внеклеточных структур [32, 33]. В настоящее время ведется активный поиск решения проблемы лечения пациентов с рубцовым стенозом гортани и трахеи, в частности поиск новых методов, способствующих оптимальному процессу регенерации [34]. В литературе накапливается информация о способах регулирования кислородного обмена в процессе репарации тканей [35, 36]. Одним из определяющих факторов, влияющих на течение данного процесса, является гипоксия тканей, которая характерна для рубцовых стенозов гортани и трахеи [37].
В своих исследованиях Ю.А. Амирасланов и соавт. наглядно продемонстрировали, как хирургическая травма тканей приводит к локальной гипоксии и дальнейшему нарушению кровоснабжения, вызванному травмой кровеносных сосудов и повышенным потреблением кислорода клетками поврежденных тканей, а также на границе раны, что объясняется увеличением клеточного состава за счет притока к участку повреждения клеток крови (нейтрофилов, моноцитов) [38]. После первичного гемостаза, произведенного тромбоцитами, в рану поступают моноциты для трансформации в макрофаги и последующего очищения раны [39]. Кроме того, для предотвращения бактериального инфицирования макрофаги производят активные формы кислорода. На фоне гипоксии в хирургических ранах выявлен более высокий уровень контаминации раневых поверхностей как результат пониженного содержания кислорода в крови [40, 41].
Влияние недостатка кислорода на процесс раневой регенерации также продемонстрировано Z. Lokmic и соавт. в эксперименте на крысах [42]. Исследователи наблюдали в условиях недостатка кислорода активный рост и развитие грануляционной ткани в ране на первой неделе репаративных процессов. При отсутствии гипоксии происходило ремоделирование грануляционной ткани, выражавшееся в снижении количества и объема сосудов, повышении апоптоза. В недавних зарубежных исследованиях продемонстрировано, что нарушение клеточного ответа также является негативным последствием ХДН [43]. Гипоксия приводит к замедлению процесса ангиогенеза, а также пролиферации и миграции фибробластов и кератиноцитов [44].
Учитывая данные, полученные в многочисленных исследованиях, все более пристальное внимание привлекают различные методы, стимулирующие процессы регенерации, например обогащение ткани кислородом или использование обогащенной тромбоцитами плазмы [45].
Лечение хронических гипоксических состояний является непростой задачей. Существует множество способов их коррекции: использование антигипоксантов для влияния на энергетический обмен клеток, вазоактивных миорелаксантов для улучшения регионарного кровообращения, активаторов системы глутатиона для усиления отдачи кислорода кровью, психомоторных стимуляторов для увеличения легочной вентиляции, витаминов для стимуляции эритропоэза, а также различных поведенческих практик, направленных на снижение потребления кислорода и расхода энергии организмом. Однако наиболее оптимальным способом коррекции гипоксических состояний признана кислородная терапия с высоким процентным содержанием кислорода [46, 47]. Несмотря на очевидное ее преимущество, пока не разработаны четкие рекомендации по использованию кислородной терапии у пациентов с дыхательными нарушениями. В более ранних исследованиях показано, как наступление смерти вследствие гипоксического состояния напрямую зависит от уровня насыщения (сатурации) крови кислородом (SpO2) [48].
Невозможно определить абсолютный минимум SpO2, выше которого гипоксическое повреждение ткани не произойдет, а ниже которого оно неизбежно, так как данный показатель индивидуален у каждого пациента и зависит не только от чувствительности к недостатку кислорода, но и от множества других факторов: скорости развития гипоксии, ее выраженности и продолжительности, возраста пациента, сопутствующей хронической патологии и прочих причин, повышающих потребность тканей в кислороде [49, 50].
Для купирования последствий гипоксемии и профилактики их возникновения в респираторной медицине часто используют либеральную стратегию применения высокой концентрации кислорода. Однако кислородотерапия не является панацеей, так как сопряжена с потенциальным риском, который связан как с ингаляцией кислорода в его высоких концентрациях, так и с повреждающим действием гипероксии. Токсичность кислорода может проявляться как в легочной ткани, так и на клеточном уровне за счет воздействия высокого напряжения кислорода [51].
В ранее проведенных исследованиях на приматах продемонстрировано, что дыхание кислородной смесью с концентрацией кислорода более 60% за несколько суток во всех случаях вызывало альвеолит, образование гиалиновых мембран, клеточную инфильтрацию, отек и фиброз легких [52]. В других исследованиях показано, как ингаляция 40—50% кислородом в течение 45 ч у здоровых людей также приводила к повреждению легочной ткани и утечке белкового компонента крови в альвеолярное пространство [53]. Более того, у пациентов с ХДН при использовании кислорода в высоких концентрациях для защиты от потенциального увеличения тяжести гипоксемии отмечено ухудшение общей клинической картины [54].
Известно, что в коррекции респираторного статуса и кислородотерапии нуждаются не только пациенты с резким падением уровня сатурации крови, но и те, у которых при внешней компенсации уже идет структурная перестройка, вызванная гипоксическим состоянием [55]. Однако у таких пациентов риск гипероксии превышает потенциальную пользу от ингаляций высокими концентрациями кислорода. Данная проблема решается применением менее агрессивной тактики коррекции гипоксии — использованием более низкой концентрации кислорода [56].
Эта концепция изучена в рандомизированных плацебо-контролируемых исследованиях. Проведено сравнительное титрование кислорода на основе целевой сатурации по общепринятой стратегии кислородотерапии при различных состояниях [56]. В результате титрование потока кислорода (до 30%) снизило смертность на 58% у всех пациентов, в то время как использование высокого потока кислорода (60%) связано с развитием более выраженного респираторного ацидоза и гиперкапнии.
Таким образом, в результате проведенных исследований продемонстрировано, что кислородная терапия по принципу «больше кислорода — лучше» не является эффективной, а, наоборот, даже может быть опасной. В случае рубцовых стенозов гортани и трахеи, осложнившихся затянувшейся гипоксией, использование высокой концентрации кислорода (60%) является губительным для пациента, что обусловлено токсическим влиянием кислорода на ткани, без достижения при этом каких-либо преимуществ в устранении гипоксических состояний перед использованием кислорода в более низкой концентрации (30%) [57].
Как альтернатива использованию обычной кислородотерапии предложена ингаляция смесей с инертными газами, в частности с гелием. Учитывая биологическую нейтральность данного газа, гелий используют в медицине с 30-х годов ХХ века. Позднее исследовано применение гелий-кислородной смеси (гелиокс) у больных бронхиальной астмой с обструкцией верхних дыхательных путей, в результате чего зарегистрировано выраженное уменьшение одышки [58]. За последние десятилетия удалось накопить обширный материал по доказательству пользы от применения гелийсодержащих дыхательных смесей при различных заболеваниях легких [59].
Преимущества использования гелий-кислородной смеси обусловлены физическими свойствами гелия, а именно его очень низкой плотностью. Если азот, содержание которого во вдыхаемом воздухе составляет около 78%, заменить гелием, который в 7 раз легче, то общая плотность вдыхаемой смеси уменьшится в 3 раза. Это физическое свойство определяет потенциал гелиокса [60].
Механизм действия гелия при его использовании в смеси с кислородом у пациентов с дыхательной патологией полностью обусловлен основными законами биофизики газов. Работа дыхания, согласно многим авторам, зависит от двух показателей: податливости и сопротивления дыхательной системы. Податливость зависит от эластической отдачи легких и грудной клетки, в то время как сопротивление — от диаметра и конфигурации дыхательных путей, а также свойств вдыхаемого газа, а именно его плотности и вязкости [61]. В случае хронического рубцового стеноза гортани и трахеи за счет нарушения конфигурации гортанно-трахеального сегмента движение газов будет осуществляться по турбулентному типу, который является более энергозатратным и вызывает дополнительную нагрузку на дыхательные мышцы [62]. При использовании гелий-кислородной смеси происходит уменьшение плотности вдыхаемого газа, это ведет к снижению сопротивляемости и уменьшению работы дыхательной системы, а также к улучшению вентиляции легких, что в дальнейшем приводит к улучшению процесса оксигенации крови.
Таким образом, гелий оказывает следующее действие на организм: во-первых, снижает нагрузку на дыхательную мускулатуру; во-вторых, увеличивает дыхательный объем и обеспечивает равномерность вентиляции легких; в-третьих, облегчает элиминацию углекислого газа; в-четвертых, улучшает доставку аэрозолей в дыхательные пути [63—65].
Кроме того, в исследовании Д.А. Швец продемонстрировано улучшение текучих свойств крови и газообмена, а также доказан выраженный вазодилатирующий эффект, приводящий к снижению тромбирования мелких сосудов и стаза крови в случае подключения к терапии бронхообструктивных заболеваний ингаляций гелий-кислородной смеси. Теоретически это также может положительно сказываться на процессе регенерации в послеоперационном периоде [66].
Эффективность использования гелиокса в медицинской практике наглядно продемонстрирована в многочисленных исследованиях по оценке эффективности дыхания гелий-кислородной смесью при различных клинических состояниях. S.M. Hashemian и F. Fallahian (2014) доказали эффективность применения ингаляций гелий-кислородной смеси у детей при обструкции верхних дыхательных путей — как при острых ситуациях, так и при прогрессирующем сужении гортани, например вследствие роста опухоли [67]. A.D. Reuben и A.R. Harris продемонстрировали положительный эффект от ингаляций гелиокса при хронической обструкции дыхательных путей при полипозе гортани, что позволило скорректировать респираторные нарушения и избежать искусственной вентиляции легких [68]. H. Khanlou и G. Eiger в 2001 г. описали случай отказа от трахеостомии при двустороннем параличе гортани за счет применения ингаляций гелий-кислородной смеси [69].
Тем не менее применение гелийсодержащих дыхательных кислородных смесей не является панацеей и сопряжено с несколькими проблемами. Трудности использования гелий-кислородной смеси связаны с физическими особенностями данного инертного газа. Как уже отмечалось, повышенная проникающая способность гелия, которая делает возможным легкое прохождение газа через узкие отверстия, является основанием для абсолютно герметичного прикладывания маски к лицу, в противном случае происходят потеря инертного газа и поступление в маску воздуха, разбавляющего гелий-кислородную смесь [70]. Следующая проблема обусловлена трудностью выбора наиболее эффективного соотношения гелия и кислорода. Показано, что данное соотношение находится в диапазоне 60:40—80:20. В случае дыхания гелий-кислородной смесью необходим строгий мониторинг сатурации крови кислородом и газового состава крови, а если идти по пути увеличения процентного содержания кислорода за счет уменьшения процента гелия, то неизбежно будет увеличиваться и плотность используемой смеси, что приведет к потере ее необходимых физических свойств [70].
Немалый клинический опыт специалистов со всего мира, приобретенный за последние годы, позволил судить о безопасности использования подогретых гелий-кислородных смесей при респираторной патологии [69]. Как ближайшие, так и отдаленные результаты многочисленных исследований свидетельствуют о высокой эффективности терапии ингаляциями термического гелия в смеси с кислородом у больных с острой гипоксемической формой дыхательной недостаточности, а в последующем и при острой гиперкапнической форме дыхательной недостаточности [66]. В последние годы этот опыт перенесен в неврологическую практику — для лечения больных ишемическим инсультом с признаками дыхательной недостаточности [71, 72] и в акушерство — для коррекции кислородного статуса беременных в третьем триместре [73].
На сегодняшний день терапия ингаляциями подогретой гелий-кислородной смеси наиболее активно используется в лечении больных с COVID-19 на этапе развития синдрома дыхательной недостаточности. Определены четкие алгоритмы использования гелиокса у данной категории пациентов на всех этапах стационарного лечения при развитии острой дыхательной недостаточности. По данным исследований, пациенты с COVID-19 характеризовались тканевой резистентностью к терапии кислородом, однако включение в стандартную терапию гелиокса позволяло улучшить оксигенацию крови пациентов и сократить потребность в проведении искусственной вентиляции легких и высокопоточной оксигенотерапии. Таким образом, активное использование ингаляций термической гелий-кислородной смеси у пациентов с острой дыхательной недостаточностью, переносящих инфекционное заболевание, вызванное SARS-CoV-2, улучшает газообмен, способствует ускорению элиминации вируса и опосредованно повышает противовоспалительный эффект [74].
В 2019 г. опубликован систематический обзор, включающий в себя анализ 54 статей об использовании гелий-кислородной дыхательной смеси у пациентов с двусторонним параличом гортани для коррекции дыхательных нарушений, а также 5 ретроспективных исследований клинических случаев, связанных с вдыханием гелиокса пациентами с острым двусторонним парезом гортани. Согласно полученным данным, несмотря на то что гелиокс использован только в качестве дополнения к основному лечению, продемонстрированы положительные результаты. Ингаляции гелий-кислородной смеси в случае хронического и острого паралича гортани привели к уменьшению выраженности признаков дыхательной недостаточности и улучшению самочувствия пациентов [75].
Таким образом, основываясь на физиологических эффектах гелий-кислородной смеси, можно ожидать, что при включении ингаляций подогреваемого гелиокса в комплексное лечение рубцового стеноза гортани и трахеи будет происходить быстрая коррекция дыхательных нарушений, устранение явлений гипоксии, адекватная предоперационная подготовка организма и дальнейшее улучшение процесса заживления раны.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.