lokális és szisztémás hipoxia - gyakorlati kórtani és...
TRANSCRIPT
Boros Mihály
Lokális és szisztémás hipoxia
- gyakorlati kórtani és monitorozási alapismeretek
SZTE ÁOK Sebészeti Műtéttani Intézet
Boros Mihály
„A szabadság teszi lehetővé, hogy kényelmes körülmények között azzal foglalkozzam, amit szeretek: magyarázatot találni arra, ami megfigyelhető; választ adni különféle problémákra; vagy éppen bölcsen elfogadni, hogy néhány kérdésre nem lehet elfogadható magyarázatot adni. Ha ezt a tevékenységet másokkal is megosztjuk, akkor azt oktatásnak hívják.”
Antal Deutsch, közgazdász professzor, Kanada, McGill Egyetem
Felfedezése• 1774-ben (egymástól függetlenül) Joseph Priestley (1733 -
1803) és Carl Wilhelm Scheele (1742-1786)
• Gázállapot (és elnevezés): Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794)
Oxigén
Minden élő anyag alapvető alkotója - szabad vagy kötött Minden élő anyag alapvető alkotója - szabad vagy kötött formában - 21 térfogat % (23.15 súly %) a légkörben, 60 % az emberi testben
Előállítás: frakcionált desztillálás• Kritikus nyomás alatt: gázállapot, felette folyadék
(halványkék, fokhagymaszagú).Tárolása “termosz” tartályokban, vagy magasnyomású 20-30 kg
gáztartályban (4 m3 cilinder) a kritikus nyomás alatt.
• Keverékben a gáznyomás = a keveréket alkotó gázok egymástól független parciális nyomásának összege
(Dalton törvény).
Gázok - alapok
• Tengerszinten a légkör: PATM = 760 Hgmm
= PN2 + PO2 + PCO2 + PH2O
Az O2 gáznyomás mértékegysége: Hgmm / Torr
A tengerszint feletti (760 Hgmm-es) légköri nyomáson és 0% relatív páratartalom mellett az O2 parciális nyomása 159 Torr [(760) x (20.95/100)].
Medicina: a keverékben lévő O2 és levegő aránya: FiO2 = Fraction of Inspired Oxygen
Gázok - alapok
Tengerszint
Légköri nyomás
Fraction of Inspired Oxygen
Száraz belégzett levegő
Párásítottbronchialis levegő
Levegő = O2 + CO2 + N2 +vízpára (keverék)
Belélegezve felmelegedik, relatív páratartalma 100%-os lesz, az oxigén nyomása 149 Torr-ra csökken.
1.
2.
Gázok - alapok
Alveolaris levegő
Szisztémás artériás vérKevert vénás vér
Tüdő kapillárisok
csökken.
A kb. 40 Hgmm PCO2 tovább csökkenti nyomását 105 Torr-ra.
Az alveolo-kapilláris membránon keresztül 100-104 Torr O2 nyomása „nehezedik” a kapilláris vérre.
3.
4.
Abszolút– A vízmennyiség tömege / liter gáz (mg/L)
Relatív– RH: az abszolút humiditás aránya a maximális kapacitáshoz képest(%)– Normális testhőn (37 oC), a maximális vízszállító kapacitás 44 mg/L.
Példa: 33 mg/L abszolút páratartalom testhőmérsékleten 75% RH-t jelent.
Páratartalom
jelent.
Részecskék szerepe– Vízcseppek levegőben szuszpendálva– Nebuliser– Nagy részecskeméret = bakteriális transzportMolekuláris– Vízgőz lebegése a gázban– 0.01 µméret: nincs bakteriális fertőzés
Oxigén = gyógyszer = orvosi utasításra adható !
Egyszerű arcmaszk: oxigén keveredik levegővel; a bejutó % függ a maszk nyílásán kijutó kilélegzett levegőtől. Fedett a száj és az orr (40-60% O2)
Orrszonda: műanyag, az orrnyílásokba illeszkedik. Kényelmesebb, de 2-3x kevesebb oxigént szállít (22-44% O )
Oxigénterápia
kevesebb oxigént szállít (22-44% O2)
Visszalégzés nélküli (részleges vagy teljes) reservoir arcmaszkok:Részleges: 70-90% O2 (1/3 CO2 konzerválás – légzési stimuláció)Teljes: 90% feletti O2 bevitel
Aneszteziológia maszkok
Gázcsere történelem: http://www.chemonet.hu/
Robert Boyle (1627–1691) A lélegzésről 1660 (In: New Experiments Physico-Mechanicall, Touching the Spring of the Air, and its Effects (Made, for the Most Part, in a New Pneumatical Engine)
”Hogy valamelyest kielégítsük kíváncsiságunkat a légzést illetően, amelyhez az állatokat a természet tüdővel látta el, vettünk egy”Hogy valamelyest kielégítsük kíváncsiságunkat a légzést illetően, amelyhez az állatokat a természet tüdővel látta el, vettünk egy
pacsirtát (nem tudván akkor más élő madarat szerezni, amely kicsiségénél fogva elfért volna a tartályban). Bár az ember, akit
elküldtünk, hogy szerezzen madarakat a kísérleteinkhez, meglőtte a pacsirta szárnyát, az állat igen élénk volt, és a tartályba téve
többször is magasra ugrott. Az edényt gyorsan, de óvatosan lezártuk, a szivattyút szorgosan forgattuk, s noha a madár elég
élénknek tűnt, nagyobb mennyiségû levegõ kiszívása után jól láthatóan lankadni kezdett és betegség jelei mutatkoztak rajta….”
Gázcsere - alapok
PaCO2 – a széndioxid parciális nyomása az artériás vérbenPaO2 – az O2 parciális nyomása az artériás vérben.
Oxigénszállítás formáiOldott O2 (a teljes O2 tartalom ~ 2-3%-a)Hemoglobin - O2 (a teljes O2 tartalom ~ 97-98%-a)
Teljes O2 tartalom (CaO2) = oldott O2 + kötött O2
PO2 = Clark elektróda = O2-vel kémiai kapcsolatba lépő anyagok oxido-redukciója alatt képződő töltések mérése
pH = ÜvegelektródaPCO2 = Severinghaus elektróda
Vérgáz elektródák
HipoxaemiaDefiníció: az artériás vér csökkent (abnormálisan alacsony) O2
tartalma (SpO2 < 90% vagy PaO2 < 60 mmHg – ld. később)
– Következményesen csökkenő sejt O2 tartalom
– Anaerob anyagcsere – a sejtek energiatermelő lehetősége csökken
Leggyakoribb ellátási helyszínekLeggyakoribb ellátási helyszínekKórház� Sürgősségi osztály, belgyógyászati ambulanciák� Gyermekgyógyászat� Sebészeti / kardiológiai ICU� Tüdőgyógyászat / rehabilitáció� Bronchoscopiás osztályokEgyéb
Geriátria, sürgősségi betegszállítás, hospice, házi ápolás
Hipoxaemia etiológia
• Elégtelen külső légzés
– Csökkenő O2 kínálat a tüdő kapillárisokban
• Elégtelen O2 szállítás (transzport)
- Csökkenő O2 szállítási képesség- Csökkenő O2 szállítási képesség
• Elégtelen belső légzés
– Az O2 átadása csökken a kapilláris-sejt kapcsolatnál
Külső légzés
Jellegzetességek
• Az alveolus és kapilláris között gázcsere: az O2 a nagyobb koncentráció felől az alacsonyabb felé diffundál
• Állandóan rendelkezésre kell állni - és folyamatosan át kell • Állandóan rendelkezésre kell állni - és folyamatosan át kell jutni a membránokon
• Az O2 molekulának kötődnie kell (szaturálni = telíteni kell) a szállítómolekulához (hemoglobin)
Elégtelen külső légzés
A felhasználható O2 mennyisége csökken– Füst belégzés– Toxikus gázmérgezés– Magaslati levegő– Szellőzés hiánya– Szellőzés hiánya
Elégtelen légzési mechanika– Fájdalom
• Bordatörés• Mellhártya izgalom
Elégtelen külső légzés
Traumás sérülések• Nyitott PTX
– Az intrathoracalis nyomásváltozás szabályozása megszűnik• Mellkasi, nyaki zúzott sebek
– Traumás asphyxia• Feszülő PTX
– A megnövekedett intrathoracalis nyomás csökkenti a légzést– A megnövekedett intrathoracalis nyomás csökkenti a légzést• Haemothorax
– A mellkasi folyadékgyülem csökkenti a tüdő tágulási lehetőségét
• Instabil mellkas– Az intrathoracalis nyomásváltozás szabályozása megszűnik
Elégtelen külső légzésEgyéb
• Felső légúti obstrukció
– Epiglottitis
– Croup
– Légúti oedema-anaphylaxis
• Alsó légúti obstrukció
– Asztma
– Légúti oedema toxikus anyagok belélegzését követően– Légúti oedema toxikus anyagok belélegzését követően
Hypoventilláció• Izombénulás (paralysis)
– Gerincvelői sérülések
– Paralytikus gyógyszerek légutak intubációjakor
• Gyógyszer túladagolás
– Légzésbénító depresszánsok
• Agytörzsi sérülések
– Légzőközpont bénítók
Elégtelen külső légzés
Inadekvát O2 diffúzió
– Tüdőoedema• Az alveolo-kapilláris junctio közti folyadék akadályozza a
diffúziót
– Pneumonia• A gyulladásos consolidatio csökkenti a légzőmembrán felületet
• Csökken a ventilatio-perfusio (V/Q) arány• Csökken a ventilatio-perfusio (V/Q) arány
– COPD• Alveolusokban rekedő levegő
• Légzésre alkalmas membrán felület csökkenTüdő embolus
• Légzésre alkalmas membránfelület változatlan, de alul (elégtelenül) perfundált
• Légzésre funkcionálisan alkalmas membránfelület csökken
Oxigénszállítás / transzport
Jellegzetességek
Az artériás O2-tartalom döntő hányada a hemoglobin molekulákat telíti.
A szállítás feltétele:
- a szállító kapacitás: sejtszám + hemoglobin molekula
- kielégítő keringés (makrokeringés) egészen a sejtekig (mikrokeringés)
Elégtelen oxigén transzport
• Anaemia
– Csökkent sejtszám csökkenő kapacitás
– Elégtelen mennyiségű hemoglobin, elégtelen oxigén szaturáció
• Mérgezések• Mérgezések
– CO kötés hatékonyabb, csökkenő szaturáció, csökkenő szállítás
• Shock
– Alacsony perfúziós nyomás, csökkenő kínálat
Belső légzés
Jellegzetességek
• Gázcsere a vér és a sejtek között
• Az oxigénnek le kell szakadni a hemoglobin molekuláról
• A kínálat a magas koncentráció felől az alacsonyabb felé irányulirányul
Elégtelen belső légzés
• Shock– Nem áll rendelkezésre elegendő O2 molekula: masszív
perifériás vazokonstrikció, mikroembolizáció, DIC, etc.
• A sejt belső környezete hátráltatja az O2 molekula • A sejt belső környezete hátráltatja az O2 molekula hatékony átadását és befogadását– Sav-bázis zavar– Normálisnál alacsonyabb hőmérséklet
• Mérgezések– CO csökkenti a sejtszintű O2 hozzáférést
Hypoxaemia
Jelek és tünetek
• Nyugtalanság, mentális status változások
agitatio ���� somnolentia
• Tachycardia, pulzus változások
• Tachypnoe• Tachypnoe
• Csökkenő oximetriás értékek
• Cianózis (késői jel)
Oxigén szaturáció
Oxigénnel telített hemoglobin hányad (%)1.34 ml O2 / 1 g haemoglobin (Hbg)A vér O2 szállító kapacitása egyenesen arányos a Hbg koncentrációval.koncentrációval.Élettani SpO2 : 95-98%A sejtekhez eljutó perfúzió zavara feltételezhető ha < 95% SpO2
Súlyos sejtműködési zavar: SpO2 < 90%Fejsérülés esetén 90% alá sohasem süllyedhet a SpO2 !
SpO2 és PaO2
• SpO2 = hemoglobinhoz kötött O2 indikátora– Klinikai mérési eredménye szorosan összefügg a
laboratóriumi körülmények között mért SaO2 értékekkel– SpO2 = a szaturációt nem-invazív oximetria alapján
határozták meg határozták meg
• PaO2 = a plazmában oldott állapotban található O2
indikátora– Monitorozása artériás vérgáz mintában lehetséges– (Ld. ABG = sav-bázis egyensúly, „acid-base balance”)
PaO2
• Élettani PaO2 érték 80 - 100 Hgmm
Általánosságban:
• 80-100 Hgmm megfelel 95-100% SpO2-nak
• 60 Hgmm = 90% SpO2
• 40 Hgmm = 75% SpO• 40 Hgmm = 75% SpO2
Szöveti oxigenizáció jelentősége - sebek
500 beteg colorectalis resectioval:
- 30% vs 80% FiO2 (intraoperatív és 2 hr post-op)
- 11.2% vs 5.2% SSI arány; p = 0.01- 11.2% vs 5.2% SSI arány; p = 0.01
Grief, et al. NEMJ 2000;342:161-7
Beteg kockázati tényezőkDiabetesDohányzásAlultápláltságAlkoholizmusKrónikus veseelégtelenségIcterusObesitasIdős kor
Sebészi tényezőkSutura / idegentest jelenléteA műtét komplexitásaMegelőző helyi v. szisztémás gyulladásProfilaktikus antibiotikumHaematomaA seb mechanikai károsítása
Anaesthesiológiai tényezőkHypovolaemiaSúlyos anaemiaPerioperatív hypothermiaAlacsony FiO2 (0.8)Rossz analgesiaRegionális anesthesia ésanalgesia hiánya
Szöveti oxigenizáció és sebgyógyulás
Vazokonstrikció
Szöveti perfúzió ↓
ptiO2 ↓ PMN bactericid aktivitás ↓Kollagén depozíció ↓
Seb összetartási erő ↓ Sebszétválás Sebfertőzés
Sebgyógyulási zavar
Szöveti oxigenizáció - sebek
• A szöveti oxigén tenzió a posztoperatív sebgyógyulás különösen fontos meghatározója, a PMN baktericid aktivitás közvetlenül összefügg a PTiO2-val;
• A PMN baktérium ölő kapacitás (a fehérvérsejtek O2 • A PMN baktérium ölő kapacitás (a fehérvérsejtek O2
felhasználása (consumptio) és O2 szabadgyök képződése) az oxigén nyomással párhuzamosan csökken.
• Sebészi sebekben az oxigén tenzió általában alacsony.
Allen et al. Arch Surg. 1997; 132:991-996
Szöveti oxigenizáció - sebek
• A PsqO2 az SSI hatékony előrejelzője (SENIC score-al összehasonlítva)
• A P O a jelenleg alkalmazható klinikai eljárásokkal • A PsqO2 a jelenleg alkalmazható klinikai eljárásokkal befolyásolható, így a sebfertőzés megelőzését, kezelését szolgáló eljárások indikátora.
Hopf, et al. Arch Surg. Sept 1997;132:997-1004
PsqO2 = parciális szubkután oxigén nyomás
Szubcelluláris hipoxia
Az oxido-reduktív stressz és a szabadgyökök Az oxido-reduktív stressz és a szabadgyökök képzése
A sejtszintű oxigénforgalom „célja”
ADP - ATP konverzió…
Elektronok a tápanyagokból
Magas energiaszint
…a mitokondriumokban
Alacsony energiaszint
Vízképződés
Elektron transzport
lánc
e-e-
e-e-
HH++HH++HH++HH++HH++HH++HH++HH++
Cyt Ce-e-
HH++HH++HH++HH++O2 HH++HH++HH++HH++H2O
Cyt C
e-
O2
Q
HH+`+`HH++HH+`+`HH++NADNAD++NADNAD++
HH++HH++HH+ + HH++
HH++HH++
HH++
HH+ + HH++
HH++HH++
HH++
Cyt C
HH+`+`HH+`+`
e-
e-e-
Belső
Külső
A belső mitokondrium membrán elektrontovábbító rendszere
2OH2OH--2OH2OH-- OHOH--OHOH--
H2O2
Krebs Ciklus
ADP ATP
HH+`+`HH++HH+`+`HH++
NADHNADHNADHNADH
NADNAD++NADNAD++HH+`+`HH+`+`
O2
O-.O-.
MnSOD
H2O2 H2OGPx
CatFe2+
.OH
Háttér: Mandavilli et al, Mutation Research 509 (2002) 127–151
O2+
Az átmeneti ”biológiai gázhiány” általános következménye
Oxido - reduktív stressz
”Reduktív” stressz
acetyl-CoA
Krebs ciklus NADH↑
OXPHOS ATP
Oxigén
Ferritin
Szabad Fe2+
Oxigén
Krebs ciklus NADH
OXPHOS ATP
Szabad Fe2+
ROS”Oxidatív stressz”
Oxigén
Br J Nutr 85, 2001FASEB J 17(9), 2003
Az átmeneti oxigénhiány következményei
Keringési (makrohaemodinamikai) zavar
Szöveti véráramlás Perifériás érellenállás
Kaszaki J et al. Transplant Proc. 38, 2006Eszlári E et al. Acta Physiol Hung 95, 2008
Czóbel M et al. Nitric Oxide 31, 2009
Hipoperfúzió Vazokonstrikció
Az átmeneti oxigénhiány következményei
Mikrokeringési zavar – no reflow
Wolfárd A et al. Transplantation 68, 1999Wolfárd A et al. Transplantation 73, 2002
Wolfárd A et al. Eur Surg Res 39, 2007
Vékonybél villusok transzplantáció előtt és 60 perccel reperfúzió után (IVM)
Az átmeneti oxigénhiány következményei
Mikrokeringési áramlási heterogenitás, variabilitás, oszcilláció
Szabó A et al. Shock 21, 2004Vajda K et al. Eur Surg Res 36, 2004
Vajda K et al. Microcirculation 11, 2004
Az átmeneti oxigénhiány következményei
Funkcionális zavarok - permeabilitás (epithel, endothel) változások
Vékonybél villusok, kontroll(CLSEM, FITC-dextran, 150 kDa, iv.)
A reperfúzió 20. percében
Szabó A et al. Shock 7, 1997 Szabó A et al. Microsurgery 26, 2006
Szabó A et al. Life Sci 78, 2006
Az átmeneti oxigénhiány következményei
Immunválasz, sejt-aktivációk
Inflamm Res 48, 1999Shock 3, 1995
Clin Sci (Lond) 103, 2002
Hízósejt (MMC) degranuláció, villus csúcsok (ABS festés)
arteriola
submucosa gyűjtő-venula
Az átmeneti oxigénhiány következményei
Sejt - sejt interakciók
gördülő leukocyták
Boros M et al. Gastroenterology 114, 1998Massberg S et al. Shock 9, 1998
Varga R et al. Crit Care Med 36, 2008
PMN - endothel adhézió (IVM)
Az átmeneti oxigénhiány következményei
Mediátorok képződése, felszabadulása
Kaszkád mechanizmusok (C5a)
Vazokonstriktív faktorok - pl. endothelin-1
Endotheliálismediátorok
Citokinek, hisztamin, ROS, RNS
Anti-adhezív faktorok - pl.
nitrogén monoxid
endothelin-1
Kaszaki J et al. Circ Shock 1989Boros M et al. Eur Surg Res 21, 1989
Kaszaki J et al. Shock 2, 1994Érces D et al. Crit Care Med 41, 2013
Vass A et al. Eur Surg Res 51, 2013
ÖsszefoglalásAz átmeneti oxigénhiány lehetséges következményei
Gázok, gáz-mediátorok-NO, CO, H2S
-CO2
-CH4
Sejthalál fenotípusok- Apoptosis, necrosis
- Autofágia-Mitokondrium diszfunkció
Oxido-reduktív stressz-ROS-RNS
Redox egyensúlyzavar által
Perfúzió, érátmérő- Mikrokeringési zavar-Áramlási heterogenitás
- No reflow
Sejt-sejt kapcsolatok-Adhézió (PMN – endothel)
- Disszociáció (epithel, endothel, permeabilitás, oedema)
Vazoaktív mediátorok- Endothel sejt (ET-1)- Hízósejt (hisztamin)
- Lipid mediátorok
Kaszkád mechanizmusok- Komplement, véralvadás
-- Citokinek, stressz-hormonok- Gyulladásos enzimek
Sejtmembrán változások- Mintázatfelismerő receptorok
- Transzkripciós aktivitás- Ioncsatornák
egyensúlyzavar által okozott, aspecifikus,
antigén-független gyulladásos reakció
A hipoxia - helyi keringési zavar -monitorozása
Indirekt - főképp a teljes testre vonatkozó oxigén transzport/felvétel megítélése:
- A betegek klinikai vizsgálata- Az alveolusokig jutó belégzett gáz O koncentráció - Az alveolusokig jutó belégzett gáz O2 koncentráció meghatározása- Az artériás vér O2 koncentrációjának meghatározása- A szövetekig eljutó oxigén (DO2) meghatározása- Oxigén felvétel meghatározása- Laktát meghatározása, regionális PCO2 és pH mérése
Az oxigén szállítása és felhasználása
…számos formula alkalmazható
• Artériás oxigén tartalom = CaO2 Vol%
• Vénás oxigén tartalom = CvO2 Vol%
• A-V oxigén különbség• A-V oxigén különbség
• Oxigén szállítás ml/min
• Oxigén extrakció (az oxigénkínálat metabolikus komponense) %
• Oxigén felhasználás
– ml/perc
– ml/kg
Oxigénszállítás
• Milyen összetevők határozzák meg az O2 szállítást (D)?– Hgb– Perctérfogat (CO)– SaO2
DO (ml/min/m2) = CI (L/min/m2) x CaO (ml/L)• DO2 (ml/min/m2) = CI (L/min/m2) x CaO2 (ml/L)= CI (L/min/m2) x (1.34 x Hb (g/L) x SaO2 + 0.0031 x PaO2 (kPa)
CaO2= Artériás oxigéntartalom (Vol%) = Hb x 1.34 x (SaO2/100) + (PaO2 x 0.0031)
Oxigénszállítás
CaO2 = Artériás oxigéntartalom (Vol%) =
Hb x 1.34 x (SaO2 / 100) + (PaO2 x 0.0031)
CvO = Vénás oxigéntartalom Vol% =CvO2 = Vénás oxigéntartalom Vol% =
Hb x 1.34 x (SvO2 / 100) + (PvO2 x 0.0031)
CaO2 - CvO2 = arterio-venózus oxigén gradiens (Vol%)= 5 Vol%
Oxigénszállítási zavar
Csökkenő szöveti ATP• Megváltozó Na+-K+ ATPase aktivitás
– Sejtduzzadás / diszfunkció• Ca++ influx• Ca++ influx
– Foszfolipázok, proteázok, ATPase aktiválás• Csökkenő antioxidáns védelelm
– Csökkenő glutation
Oxigénszállítási zavara
• Gyulladásos sejtes “priming”• ATP metabolizmus
– ADP >> AMP >> hipoxanthin• Reperfúzió:
– Reaktív oxigén és nitrogéngyökök– Reaktív oxigén és nitrogéngyökök– Hipoxanthin + O2 >> xanthin + H2O2
• Oxigénszállítás = DO2
• Oxigén fogyasztás (felhasználás; consumptio) = VO2
• Oxigén adósság = időegység alatti, kumulatív oxigén felvételi
Oxigén és hipoxia, mérés és monitorozás
Oxigén dinamika
• Oxigén adósság = időegység alatti, kumulatív oxigén felvételi hiány (consumptio deficit)
• Oxigén felvételi hányad (extrakciós arány)
Oxigén dinamika kórtana
• Normális DO2: 520-570 ml/min/m2
• Kritikus DO2: az aerob >> anaerob anyagcsere• fordulópont = tejsav (laktát)
2• fordulópont = tejsav (laktát)• emelkedett P(szöveti)CO2
• Oxigén adósság alakul ki - ATP csökken, kiürül -
mitochondrium működészavar
A Fick egyenletből származtatható(emlékeztető: az artériás és vénás vér oxigéntartalmának
különbsége és a véráramlás közötti összefüggés: VO2 (ml/min) = (CaO2-CvO2) x CO
Ha a Hgb, CO és az A/V szaturáció ismert, a VO2 kiszámítható anélkül, hogy a PO értéket ismernénk (oldott O = általában a
Oxigénfogyasztás
2anélkül, hogy a PO2 értéket ismernénk (oldott O2 = általában a teljes O2 tartalom < 0.3 Vol%-a):
VO2 (ml/min) = Hb x 1.34 x [(SaO2-SvO2)/100] x CO
Az alap-oxigénfogyasztást számos tényező befolyásolja és megváltoztathatja.
Az oxigénfogyasztás megítélése
Kizárólag a Fick egyenletet használva pontos.
Ha a betegek pl:
- a műtőben fekszenek
- intubálva, - intubálva,
- izomrelaxánsok használatakor
- mesterséges légzéssel
- hipotermia (7% csökkenés / 1oC) esetén
az élettani (250 ml/min Vol%) helyzethez képest mintegy 30%-kal kevesebb a metabolikus igény; így kb. 170 ml/minelfogadható.
Az oxigén extrakciója
Vénás
Sejt
O2
VO2 = Q x Hb x 13.4 x (SaO2 - SvO2)
Artériásbeáramlás
(Q) kapilláris
O2
O2
O2
O2 O2
O2
O2
Vénáskiáramlás
(Q)
EX O2 = SaO2-SvO2 / SaO2
(Forrás: ICU, P. Marino)
Az oxigén extrakció
Max O2
extrakció
Kritikus DO2
DO
VO2
Oxigén extrakciós arány = (SaO2-SvO2 / SaO2) x 100Az extrakció mértéke szövetről-szövetre változikNormális O2 ER = 20-30%Ha az O2 ER akut körülmények között, hosszabb időn 0.65-0.75, akkor a szervkárosodás és a szöveti oxigenizációs zavar valószínűsége is igen magas.
DO2
Élettani körülmények között: VO2 = DO2 x Ex O2
A hipoperfúziós hipoxia monitorozása
„Low-tech” monitorozás: laboratóriumi- biokémiai vizsgálatok
� Laktát szintek (artériás vagy centrális vénás)Prognosztikai értékűSzenzitív de nem specifikus (a plazma laktátszintSzenzitív de nem specifikus (a plazma laktátszintemelkedhet pl. szepszisben a szervperfúzió nyilvánvaló zavara nélkül)
� Bázis deficit (ld. később)Normálérték = a tejsav megfelelő eltávolításaNem érzékeny / specifikus
� Egyéb monitorokSvO2, VO2 és DO2
Nem specifikus / nem érzékeny
A hipoperfúziós hipoxia monitorozása
„High-tech” monitorok
1.a. Szöveti oxigénnyomás
1.b. Száloptikás arteria pulmonalis katéter a SvO2 változások on-line mérésére
A szöveti oxigéntenzió monitorozása:
a Clark elektróda - a bioszenzorok elődje
Miniatűr, beültethető Clark elektródák az oxigén szöveti parciális nyomásának mérésére (ptiO2), szervekben és testnedvekben - közvetlenül és folyamatosan.
A ptiO2 értékek megfelelnek a sejtszintű oxigénkínálatnak és információt szolgáltatnak a szöveti oxigén szállításról és
Szöveti oxigéntenzió
2
információt szolgáltatnak a szöveti oxigén szállításról és felhasználásról.
A jelen: ptiO2 –t és akciós potenciált szimultán mérő mikroszenzor. Thompson et al. Single-neuron activity and tissue oxygenation in the cerebral cortex. Science 299 (5609): 1070-1072, 2003
Indikáció• Intenzív betegellátás• Idegsebészet (az oxigenizáció abszolút szintje jelzi a
neurológiai kimenetet)• Vázizomzat ptiO2 monitorozása (korai és megfelelő
előrejelzés: stagnáló keringés, szöveti oxigenizáció zavara vérzés, újraélesztés és shock esetén)
Szöveti oxigénnyomás mérése
vérzés, újraélesztés és shock esetén)• ptiO2 mérése rosszindulatú daganatokban a hipoxiás
radio-rezisztencia megállapítására.
Limitáló tényezők• A szöveti hőmérséklet befolyása az elektróda áramra• Hibás ptiO2 értékelés szöveti trauma, oedema esetén• Intravaszkuláris elektróda
A megszerzett információ alapján:(1) Nagyobb erek anatómiai megítélése (angiográfia,duplex UH, MRA , CT angiográfia)(2) Véráramlási jellegzetességek (duplex UH)(3) Véráramlás volumene (MRA)
Oxigén + perfúzió = a szervperfúzió nem-invazív diagnosztikája
(3) Véráramlás volumene (MRA)(4) Nyálkahártya perfúziója- Endoluminalis laser Doppler flowmérés- Endoluminális pulzus oximetria- Endoszkópia + intravitalis mikroszkóp- Near Infrared Spektroszkópia (NIRS)(5) Az oxigenizáció - ischaemia megítélése a véráramlástól
függetlenül (tonometria - pHi)
A regionális perfúzió monitorozása lézer-Doppler áramlásméréssel
LDF-mérőfej (lézer fény kibocsátása és a kapillárisokban áramló vérsejtekről való visszaverődés detektálása)
Alkalmazás: intracranialis monitorozás, stroke, agykárosodás, tumor angiogenesis, lebenyek, perifériás érbetegségek, diabetes, sebgyógyulás, angiogenesis, lebenyek, perifériás érbetegségek, diabetes, sebgyógyulás, dermatológia
� Fluorokrómok: egy adott hullámhosszú fénnyel megvilágítva fluoreszkálnak => nagyobb hullámhosszú, alacsonyabb energiájú fényt emittálnak�A nem fluoreszkáló minták festésére fluoreszcens festék használható.� Fényforrás: higanygőz vagy nemesgáz lámpa; legfontosabb gerjesztő tartomány: kék és UV
Endoszkópia és az intravitális fluoreszcens mikroszkóp
FLUORESZCENCIA
Abszorpció / Gerjesztés – Emisszió / Kisugárzás
2E
1E
2emissionE hν=
xE
2E
3E
4E
Abs
zorp
ció
Nem-sugárzóátmenet
Sugárzóátmenet
A fotonokkal ütköző molekula abszorpciója és emissziója jellegzetes(emissziós spektrum - jellemző a molekulára), független a gerjesztési hullámhossztól = a molekula ujjlenyomata.
1E
2E
0E
Abs
Auto-fluoreszcencia
• A legtöbb biológiai minta csak fluorokrómokkal történő jelölés után fluoreszkál: másodlagos fluoreszcencia
• A természetben számos molekula pl. kollagén, cellulóz, etc. „magától” kollagén, cellulóz, etc. „magától” fluoreszcens: primer, vagy autofluoreszcencia.
• Néha diagnosztikai előnyt jelent: nincs szükség fluorokróm adására. NADH és NADPH erősen fluoreszkál 460 nm-en, NAD ésNADP fluoreszcencia 3 nagyságrenddel gyengébb. Spiral waves of NADH during the glycolysis in
cytoplasm extracted of yeast cells. In: Picture
Gallery of the University of Magdeburg
Mikroszkóp KameraIdő-jelgenerátor
Framegrabber
Képanalizálócomputer
Felvevőeszköz
Endoszkópos intravitális mikroszkóp
Jel-erősített (fluoreszcens) videó-mikroszkópos rendszer; a (fluoreszcens) jelet CCD kamera rögzíti
Monitor
Polarizált fény
POLARIZÁLTSUGÁR
A természetes fénysugár sok atom spontán, rendezetlen hullámkibocsátásának eredménye, benne egyenlőmértékben találhatók minden irányban rezgő vektorok.A polarizáció csak a függőleges rezgéseket engedi tovább.
POLARIZÁCIÓSFILTER
CCD
Sugárosztó
Orthogonális polarizációs spektrális képalkotás (OPS technika)
CCD
Orthogonális polarizátor (analizátor)
Polarizátor
Fényforrás
Szóródott depolarizált fény
Szövet
Az intramurális mikrokeringés
Hosszanti izomzatHosszanti izomzat
KörkörösKörkörösizomzatizomzat
IAIA
4V4VLCLC
5A5A
4A4A3A3A
CCCC
4V4V3V3V2V2V
5A5A
A vékonybél “soros” és „párhuzamos” mikrokeringése
SUBMUCOSASUBMUCOSA
2VM2VMMCMCPCPC
DADA
CVCV
2A2A
IVIV
SVSVSASA
IAIA 2V2V
VILLUSVILLUS
Képalkotás - IVM
Vékonybél villusok – intravitális OPS technika (x400)
1. A gasztrointesztinális mucosa a véráramlás redisztribúciójának célpontja shock, trauma, szepszis és nagyobb sebészeti beavatkozások alatt.
Miért előnyös a PCO2 monitorozása ?
Klinikai tonometria - gyomor / sigma mucosa pH a PiCO2 mérése révén
2. A perfúzió csökkenését követően a vékonybél mucosa elsőként károsodik, reszuszcitáció után az élettani körülmények itt állnak helyre utoljára.
3. A splanchnikus keringésromlás által okozott gasztrointesztinális mucosa károsodás döntő szerepet játszik a szepszis és a többszörös szervkárosodás etiológiájában (MOF).
Indirekt tonometria: az alapok
1. A villusok ellenáramoló (counter- current exchanger) rendszere a csúcs felé haladva csökkenti a pO2-t. Csökkenő perfúzió esetén nem biztosítható a megfelelő szöveti oxigenizáció. 2. A mucosa perfúzió és a regionális anyagcsere közti eltérés a CO2 helyi eltávolítása és képződése közötti zavarral jár.3. CO2 akkumulálódik a mucosában. Lumenes szerv esetén – pl. gyomor - ez kimutatható a gyomor CO2 ( PgCO2) mérésével
Indirekt tonometria: az alapok
Lumen
Tonometer
Mucosa
Kapillárisok
1. Speciális tonometriás katéter és monitor analizálja a PCO2–t infravörös szenzor technológiával.
2. Só tonometria: több csatornával ellátott katéter, szemipermeábilis szilikon ballonnal a gyomorba vezetett katéter
A PgCO2 minimálisan invazív meghatározásaA tonométerek
szemipermeábilis szilikon ballonnal a gyomorba vezetett katéter disztális végén. A CO2 szabadon equilibrál a gyomor nyálkahártya, a szerv lumene és a ballon között.
2A. A ballonból vett gázminta analízise minden 30 percben (hagyományos só tonometria);
2B. Levegő-automata tonometria: 10 perc equilibrációs idő, a PgCO2 mérés pontossága jelentősen javul .
Gyomor tonometriaIndikációs területek a gasztrointesztinális mucosa PCO2
monitorozására:• trauma• nagyobb sebészeti beavatkozások, pl. szívsebészet • vérzés, vérzéses shock • kardiogén shock • súlyos heveny légzészavar • súlyos akut pancreatitis • súlyos akut pancreatitis • súlyos égés • hosszantartó mesterséges lélegeztetés
Alacsony perctérfogat állapotokban (hipovolaemiás, cardiogenic shock) vazokonstrikció alakul ki a mucosában.
A gyomor tonometria a gyomor hipoperfúzió korai diagnosztikájára alkalmas (megelőzve a szisztémás változások felléptét).
Gyomor tonometria
• A gyomor PCO2 jelentősége: a mucosa PCO2 (PgCO2) a CO2képződés (metabolizmus) és eltávolítás (perfúzió) közötti egyensúlyra utal. Az emelkedett PCO2 (regionális hipercapnia) a rossz, elégtelen szöveti véráramlás és/vagy a károsodott metabolizmus jele lehet.lehet.
• PgCO2 normál értékek: a PgCO2 megközelíti az artériás PCO2-t, (PgCO2 = 45 Hgmm (6 kPa).
A PgCO2 és az artériás PCO2 vagy az end-tidal CO2.összehasonlítása mindig indokolt.
• PgCO2 a pHi-val összehasonlítva pontosabb és jobb diagnózist ad (jobb terápiás index).
• A DO crit. esetén anaerob CO képződés hozzájárul a
pHi és PgCO2
• A DO2crit. esetén anaerob CO2 képződés hozzájárul a fokozott PgCO2-hoz, eközben az artériás pH is csökken és ez tovább csökkenti az intramucosalis pH-t (pHi). Ha csak a pHi-t tekintjük diagnosztikus segítségnek, a terápia már hatástalan lehet, mivel a pHi már nagyon alacsony lesz.
• PgCO2 a pHi-val összehasonlítva pontosabb és jobb diagnózist ad (jobb terápiásindex).
• A DO2crit. esetén anaerob CO2 képződés hozzájárul a fokozott PgCO2-hoz, eközben az artériás pH is csökken és ez tovább csökkenti az intramucosalis pH-t (pHi). Ha csak a pHi-t tekintjük diagnosztikus segítségnek, a terápia már hatástalan lehet, mivel a pHi már nagyon alacsony lesz.
pHi - PgCO2 - PCO2 gap
pHi már nagyon alacsony lesz.
• A PgCO2 és az artériás PCO2 különbsége: PCO2 gap – ma ez a „korszerű” (elfogadott).
� Monitorozás a Beer-Lambert törvény alapján
� Nem-invazív, folyamatos módszer, a fényelnyelés alapján
A regionális szöveti oxigenációés hemodinamika monitorozása,közel - infravörös spektroszkópia
� Nem-invazív, folyamatos módszer, a fényelnyelés alapján határozza meg a szöveti oxigén szaturációt
� Az oxi és dezoxi-Hbg és a citokróm C3 redox status átlagértének meghatározása az artériás, vénás és kapilláris vérre vonatkoztatva.
Háttér1. A citokróm C oxidáz (aa3) a légzési lánc utolsó citokrómjához
kapcsolt a sejt oxigén fogyasztásának kb. 90%-a (az oxidatív foszforilálás).
2. A citokróm aa3 redox állapotát döntően a rendelkezésre álló oxigén határozza meg, a sejt DO csökkenése az oxidatív
Közel - infravörös spektroszkópia
oxigén határozza meg, a sejt DO2 csökkenése az oxidatív foszforilálás és a citokróm aa3 oxidáció csökkenésével jár.
3. A citokróm aa3 redox állapotának monitorozása a károsodott sejtes oxidatív anyagcsere és szöveti oxigénhiány monitorozását jelenti.
Közel - infravörös spektroszkópia
Indikációk� Alkalmazható csaknem minden szerv esetén.� Fő terület a cerebrális perfúzió és az izom oxigenizáció meghatározása különféle hipoxiás károsodások esetébenmeghatározása különféle hipoxiás károsodások esetében
LimitációkKvantitatív mérés nem lehetséges (a szórt és elnyelt fény „szennyeződése”).
ECC = Extracorporális Membrán Oxigenizáció / mesterséges oxigén transzport (DO2) és gázcsere
Oxigén +
Buborék oxigenátor (R. DeWal és C. W. Lillehei): közvetlen gáz-vér kapcsolat; c3 és c5a complement aktiváció, tüdő és miocardiális oedema.Membrán oxigenátor: nincs direkt gáz-vér interface, az O2 és CO2 transzfer arányt mikropórusok szabályozzák
A membrán oxigenátor (mesterséges tüdő)
• Polikarbonát/szilikon spirálkötegek beágyazva
– A vér és a gázfázist membrán választja el
– Permeabilitás: CO2 > O2 (6:1)
– Változtatható felület (újszülött < gyermek < felnőtt)
• O2 és CO2 szállítás függ:
– A membrán felülettől– A membrán felülettől
– A membrán diffúziós jellemzőitől
– A gázok diffúziós gradiensétől
• O2 szállítás emellett:
• A membránon át történő véráramlás
• CO2 szállítás emellett :
• A membránon át történő gázáramlás
TÁMOP-4.2.4.A/2-11/1-2012-0001 ‘Nemzeti Kiválósági Program’