lokális és szisztémás hipoxia - gyakorlati kórtani és...

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’