Lokális és szisztémás hipoxia - gyakorlati kórtani és monitorozási alapismeretek Boros Mihály SZTE ÁOK Sebészeti Műtéttani Intézet
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
Oxigén Felfedezése 1774-ben (egymástól függetlenül) Joseph Priestley (1733-1803) és Carl Wilhelm Scheele (1742-1786) Gázállapot (és elnevezés): Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) 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 m 3 cilinder) a kritikus nyomás alatt.
Gázok - alapok Keverékben a gáznyomás = a keveréket alkotó gázok egymástól független parciális nyomásának összege (Dalton törvény). Tengerszinten a légkör: PATM = 760 Hgmm = PN 2 + PO 2 + PCO 2 + PH 2 O
Gázok - alapok Az O 2 gáznyomás mértékegysége: Hgmm / Torr A tengerszint feletti (760 Hgmm-es) légköri nyomáson és 0% relatív páratartalom mellett az O 2 parciális nyomása 159 Torr [(760) x (20.95/100)]. Medicina: a keverékben lévő O 2 és levegő aránya: FiO 2 = Fraction of Inspired Oxygen Légköri nyomás Tengerszint
Levegő = O 2 + CO 2 + N 2 + vízpára (keverék) Gázok - alapok Belélegezve felmelegedik, relatív páratartalma 100%-os lesz, az oxigén nyomása 149 Torr-ra csökken. A kb. 40 Hgmm PCO 2 tovább csökkenti nyomását 105 Torr-ra. Az alveolo-kapilláris membránon keresztül 100-104 Torr O 2 nyomása nehezedik a kapilláris vérre. 1. 2. 3. Kevert vénás vér Tüdő kapillárisok Száraz belégzett levegő 4. Szisztémás artériás vér Párásított bronchialis levegő Alveolaris levegő
Páratartalom Abszolút A vízmennyiség tömege / liter gáz (mg/l) Relatív RH: az abszolút humiditás aránya a maximális kapacitáshoz képest (%) Normális testhőn (37 o C), a maximális vízszállító kapacitás 44 mg/l. Példa: 33 mg/l abszolút páratartalom testhőmérsékleten 75% RH-t jelent. Részecskék szerepe Vízcseppek levegőben szuszpendálva Nebuliser Nagy részecskeméret = bakteriális transzport Molekuláris Vízgőz lebegése a gázban 0.01 µ méret: nincs bakteriális fertőzés
Oxigénterápia 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% O 2 ) Orrszonda: műanyag, az orrnyílásokba illeszkedik. Kényelmesebb, de 2-3x kevesebb oxigént szállít (22-44% O 2 ) Visszalégzés nélküli (részleges vagy teljes) reservoir arcmaszkok: Részleges: 70-90% O 2 (1/3 CO 2 konzerválás légzési stimuláció) Teljes: 90% feletti O 2 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, en, 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 P a CO 2 a széndioxid parciális nyomása az artériás vérben P a O 2 az O 2 parciális nyomása az artériás vérben. Oxigénszállítás formái Oldott O 2 (a teljes O 2 tartalom ~ 2-3%-a) Hemoglobin - O 2 (a teljes O 2 tartalom ~ 97-98%-a) Teljes O 2 tartalom (CaO 2 ) = oldott O 2 + kötött O 2 Vérgáz elektródák PO 2 = Clark elektróda = O 2 -vel kémiai kapcsolatba lépő anyagok oxido-redukciója alatt képződő töltések mérése ph = Üvegelektróda PCO 2 = Severinghaus elektróda
Hipoxaemia Definíció: az artériás vér csökkent (abnormálisan alacsony) O 2 tartalma (SpO 2 < 90% vagy PaO 2 < 60 mmhg ld. később) Következményesen csökkenő sejt O 2 tartalom Anaerob anyagcsere a sejtek energiatermelő lehetősége csökken Leggyakoribb ellátási helyszínek Kórház Sürgősségi osztály, belgyógyászati ambulanciák Gyermekgyógyászat Sebészeti / kardiológiai ICU Tüdőgyógyászat / rehabilitáció Bronchoscopiás osztályok Egyéb Geriátria, sürgősségi betegszállítás, hospice, házi ápolás
Hipoxaemia etiológia Elégtelen külső légzés Csökkenő O 2 kínálat a tüdő kapillárisokban Elégtelen O 2 szállítás (transzport) - Csökkenő O 2 szállítási képesség Elégtelen belső légzés Az O 2 átadása csökken a kapilláris-sejt kapcsolatnál
Külső légzés Jellegzetességek Az alveolus és kapilláris között gázcsere: az O 2 a nagyobb koncentráció felől az alacsonyabb felé diffundál Állandóan rendelkezésre kell állni - és folyamatosan át kell jutni a membránokon Az O 2 molekulának kötődnie kell (szaturálni = telíteni kell) a szállítómolekulához (hemoglobin)
Elégtelen külső légzés A felhasználható O 2 mennyisége csökken Füst belégzés Toxikus gázmérgezés Magaslati levegő 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 Haemothorax A mellkasi folyadékgyülem csökkenti a tüdő tágulási lehetőségét Instabil mellkas Az intrathoracalis nyomásváltozás szabályozása megszűnik
Egyéb Elégtelen külső légzés Felső légúti obstrukció Epiglottitis Croup Légúti oedema-anaphylaxis Alsó légúti obstrukció Asztma Légúti oedema toxikus anyagok belélegzését követőenen Hypoventilláció Izombénulás (paralysis) Gerincvelői sérülések Paralytikus gyógyszerek légutak intubációjakor Gyógyszer túladagolás Légzésbénító depresszánsok Agytörzsi sérülések Légzőközpont bénítók
Inadekvát O 2 diffúzió Tüdőoedema Elégtelen külső légzés Az alveolo-kapilláris junctio közti folyadék akadályozza a diffúziót Pneumonia A gyulladásos consolidatio csökkenti a légzőmembrán felületet Csökken a ventilatio-perfusio (V/Q) arány COPD Alveolusokban rekedő levegő Légzésre alkalmas membrán felület csökken Tüdő embolus Légzésre alkalmas membránfelület változatlan, de alul (elégtelenül) perfundált Légzésre funkcionálisan alkalmas membránfelület csökken
Oxigénszállítás / transzport Jellegzetességek Az artériás O 2 -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 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 irányul
Elégtelen belső légzés Shock Nem áll rendelkezésre elegendő O 2 molekula: masszív perifériás vazokonstrikció, mikroembolizáció, DIC, etc. A sejt belső környezete hátráltatja az O 2 molekula hatékony átadását és befogadását Sav-bázis zavar Normálisnál alacsonyabb hőmérséklet Mérgezések CO csökkenti a sejtszintű O 2 hozzáférést
Hypoxaemia Jelek és tünetek Nyugtalanság, mentális status változások agitatio somnolentia Tachycardia, pulzus változások Tachypnoe Csökkenő oximetriás értékek Cianózis (késői jel)
Oxigén szaturáció Oxigénnel telített hemoglobin hányad (%) 1.34 ml O 2 / 1 g haemoglobin (Hbg) A vér O 2 szállító kapacitása egyenesen arányos a Hbg koncentrációval. Élettani SpO 2 : 95-98% A sejtekhez eljutó perfúzió zavara feltételezhető ha < 95% SpO 2 Súlyos sejtműködési zavar: SpO 2 < 90% Fejsérülés esetén 90% alá sohasem süllyedhet a SpO 2!
SpO 2 és PaO 2 SpO 2 = hemoglobinhoz kötött O 2 indikátora Klinikai mérési eredménye szorosan összefügg a laboratóriumi körülmények között mért SaO 2 értékekkel SpO 2 = a szaturációt nem-invazív oximetria alapján határozták meg PaO 2 = a plazmában oldott állapotban található O 2 indikátora Monitorozása artériás vérgáz mintában lehetséges (Ld. ABG = sav-bázis egyensúly, acid-base balance )
PaO 2 Élettani PaO 2 érték 80-100 Hgmm Általánosságban: 80-100 Hgmm megfelel 95-100% SpO 2 -nak 60 Hgmm = 90% SpO 2 40 Hgmm = 75% SpO 2
Szöveti oxigenizáció jelentősége - sebek 500 beteg colorectalis resectioval: - 30% vs 80% F i O 2 (intraoperatív és 2 hr post-op) - 11.2% vs 5.2% SSI arány; p = 0.01 Grief, et al. NEMJ 2000;342:161-7
Szöveti oxigenizáció és sebgyógyulás Beteg kockázati tényezők Diabetes Dohányzás Alultápláltság Alkoholizmus Krónikus veseelégtelenség Icterus Obesitas Idős kor Sebészi tényezők Sutura / idegentest jelenléte A műtét komplexitása Megelőző helyi v. szisztémás gyulladás Profilaktikus antibiotikum Haematoma A seb mechanikai károsítása Anaesthesiológiai tényezők Hypovolaemia Súlyos anaemia Perioperatív hypothermia Alacsony FiO 2 (0.8) Rossz analgesia Regionális anesthesia és analgesia hiánya Vazokonstrikció Szöveti perfúzió Kollagén depozíció ptio 2 PMN bactericid aktivitás 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 P Ti O 2 -val; A PMN baktérium ölő kapacitás (a fehérvérsejtek O 2 felhasználása (consumptio) és O 2 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 P sq O 2 az SSI hatékony előrejelzője (SENIC score-al összehasonlítva) A P sq O 2 a jelenleg alkalmazható klinikai eljárásokkal befolyásolható, így a sebfertőzés megelőzését, kezelését szolgáló eljárások indikátora. Hopf, et al. Arch Surg. Sept 1997;132:997-1004 P sq O 2 = 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 Elektron transzport lánc Alacsony energiaszint Vízképződés a mitokondriumokban
A belső mitokondrium membrán elektrontovábbító rendszere Külső e - Q Cyt C Cyt C e - e - e - e - e - e - + + H + H + H H + + Belső e - e - H +` +`H NAD + + O2 + H 2OH + + H + - O2 OH H + H - + O2 H + H + H 2O ADP ATP NADH Krebs Ciklus Fe 2+. OH O - Ȯ -. MnSOD H 2 O 2 GPx Cat H2O + O2 Háttér: Mandavilli et al, Mutation Research 509 (2002) 127 151
Az átmeneti biológiai gázhiány általános következménye Oxido - reduktív stressz acetyl- CoA Krebs ciklus NADH OXPHOS AT P Reduktív stressz Oxigén Ferriti n Szabad Fe 2+ Oxigén Krebs ciklus NAD H OXPHOS ATP Szabad Fe 2+ ROS Oxidatív stressz Br J Nutr 85, 2001 FASEB J 17(9), 2003
Az átmeneti oxigénhiány következményei Keringési (makrohaemodinamikai) zavar Szöveti véráramlás Perifériás érellenállás Hipoperfúzió Vazokonstrikció Kaszaki J et al. Transplant Proc. 38, 2006 Eszlári E et al. Acta Physiol Hung 95, 2008 Czóbel M et al. Nitric Oxide 31, 2009
Az átmeneti oxigénhiány következményei Mikrokeringési zavar no reflow Vékonybél villusok transzplantáció előtt és 60 perccel reperfúzió után (IVM) Wolfárd A et al. Transplantation 68, 1999 Wolfárd A et al. Transplantation 73, 2002 Wolfárd A et al. Eur Surg Res 39, 2007
Az átmeneti oxigénhiány következményei Mikrokeringési áramlási heterogenitás, variabilitás, oszcilláció Szabó A et al. Shock 21, 2004 Vajda 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 Hízósejt (MMC) degranuláció, villus csúcsok (ABS festés) Inflamm Res 48, 1999 Shock 3, 1995 Clin Sci (Lond) 103, 2002
Az átmeneti oxigénhiány következményei Sejt - sejt interakciók arteriola submucosa gyűjtő-venula gördülő leukocyták PMN - endothel adhézió (IVM) Boros M et al. Gastroenterology 114, 1998 Massberg S et al. Shock 9, 1998 Varga R et al. Crit Care Med 36, 2008
Az átmeneti oxigénhiány következményei Mediátorok képződése, felszabadulása Kaszkád mechanizmusok (C5a) Endotheliális mediátorok Citokinek, hisztamin, ROS, RNS Vazokonstriktív faktorok - pl. endothelin-1 Anti-adhezív faktorok - pl. nitrogén monoxid Kaszaki J et al. Circ Shock 1989 Boros M et al. Eur Surg Res 21, 1989 Kaszaki J et al. Shock 2, 1994 Érces D et al. Crit Care Med 41, 2013 Vass A et al. Eur Surg Res 51, 2013
Összefoglalás Az átmeneti oxigénhiány lehetséges következményei Gázok, gáz-mediátorok -NO, CO, H 2 S -CO 2 -CH 4 Perfúzió, érátmérő - Mikrokeringési zavar -Áramlási heterogenitás - No reflow Oxido-reduktív stressz -ROS -RNS Redox egyensúlyzavar által okozott, aspecifikus, antigén-független gyulladásos reakció Sejthalál fenotípusok - Apoptosis, necrosis - Autofágia -Mitokondrium diszfunkció Sejtmembrán változások - Mintázatfelismerő receptorok - Transzkripciós aktivitás - Ioncsatornák 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
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 2 koncentráció meghatározása - Az artériás vér O 2 koncentrációjának meghatározása - A szövetekig eljutó oxigén (DO 2 ) meghatározása - Oxigén felvétel meghatározása - Laktát meghatározása, regionális PCO 2 és ph mérése
Az oxigén szállítása és felhasználása számos formula alkalmazható Artériás oxigén tartalom = CaO 2 Vol% Vénás oxigén tartalom = CvO 2 Vol% 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 O 2 szállítást (D)? Hgb Perctérfogat (CO) SaO 2 DO 2 (ml/min/m 2 ) = CI (L/min/m 2 ) x CaO 2 (ml/l) = CI (L/min/m 2 ) x (1.34 x Hb (g/l) x SaO 2 + 0.0031 x PaO 2 (kpa) CaO 2 = Artériás oxigéntartalom (Vol%) = Hb x 1.34 x (SaO 2 /100) + (PaO 2 x 0.0031)
Oxigénszállítás CaO 2 = Artériás oxigéntartalom (Vol%) = Hb x 1.34 x (SaO 2 / 100) + (PaO 2 x 0.0031) CvO 2 = Vénás oxigéntartalom Vol% = Hb x 1.34 x (SvO 2 / 100) + (PvO 2 x 0.0031) CaO 2 - CvO 2 = arterio-venózus oxigén gradiens (Vol%) = 5 Vol%
Oxigénszállítási zavar Csökkenő szöveti ATP Megváltozó Na + -K + ATPase aktivitás Sejtduzzadás / diszfunkció 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 Hipoxanthin + O 2 >> xanthin + H 2 O 2
Oxigén és hipoxia, mérés és monitorozás Oxigén dinamika Oxigénszállítás = DO 2 Oxigén fogyasztás (felhasználás; consumptio) = VO 2 Oxigén adósság = időegység alatti, kumulatív oxigén felvételi hiány (consumptio deficit) Oxigén felvételi hányad (extrakciós arány)
Oxigén dinamika kórtana Normális DO 2 : 520-570 ml/min/m 2 Kritikus DO 2: az aerob >> anaerob anyagcsere fordulópont = tejsav (laktát) emelkedett P (szöveti) CO 2 Oxigén adósság alakul ki - ATP csökken, kiürül - mitochondrium működészavar
Oxigénfogyasztás A Fick egyenletből származtatható (emlékeztető: az artériás és vénás vér oxigéntartalmának különbsége és a véráramlás közötti összefüggés: VO 2 (ml/min) = (CaO 2 -CvO 2 ) x CO Ha a Hgb, CO és az A/V szaturáció ismert, a VO 2 kiszámítható anélkül, hogy a PO 2 értéket ismernénk (oldott O 2 = általában a teljes O 2 tartalom < 0.3 Vol%-a): VO 2 (ml/min) = Hb x 1.34 x [(SaO 2 -SvO 2 )/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, - izomrelaxánsok használatakor - mesterséges légzéssel - hipotermia (7% csökkenés / 1 o C) esetén az élettani (250 ml/min Vol%) helyzethez képest mintegy 30%- kal kevesebb a metabolikus igény; így kb. 170 ml/min elfogadható.
Az oxigén extrakciója Sejt O 2 Artériás beáramlás (Q) kapilláris O 2 O 2 O 2 O2 O 2 O 2 O2 Vénás kiáramlás (Q) VO 2 = Q x Hb x 13.4 x (SaO 2 - SvO 2 ) EX O 2 = SaO 2 -SvO 2 / SaO 2 (Forrás: ICU, P. Marino)
Az oxigén extrakció Max O 2 extrakció VO 2 Kritikus DO 2 DO 2 Élettani körülmények között: VO 2 = DO 2 x Ex O 2 Oxigén extrakciós arány = (SaO 2 -SvO 2 / SaO 2 ) x 100 Az extrakció mértéke szövetről-szövetre változik Normális O 2 ER = 20-30% Ha az O 2 ER akut körülmények között, hosszabb időn 0.65-0.75, akkor a szervkárosodás és a szöveti oxigenizációs zavar valószínűsége is igen magas.
A hipoperfúziós hipoxia monitorozása Low-tech monitorozás: laboratóriumi- biokémiai vizsgálatok Laktát szintek (artériás vagy centrális vénás) Prognosztikai értékű Szenzitív de nem specifikus (a plazma laktátszint emelkedhet pl. szepszisben a szervperfúzió nyilvánvaló zavara nélkül) Bázis deficit (ld. később) Normálérték = a tejsav megfelelő eltávolítása Nem érzékeny / specifikus Egyéb monitorok SvO 2, VO 2 és DO 2 Nem specifikus / nem érzékeny
A hipoperfúziós hipoxia monitorozása High-tech monitorok 1.a. Szöveti oxigénnyomás 1.b. Száloptikás arteria pulmonalis katéter a SvO 2 változások on-line mérésére
A szöveti oxigéntenzió monitorozása: a Clark elektróda - a bioszenzorok elődje
Szöveti oxigéntenzió Miniatűr, beültethető Clark elektródák az oxigén szöveti parciális nyomásának mérésére (ptio 2 ), szervekben és testnedvekben - közvetlenül és folyamatosan. A ptio 2 értékek megfelelnek a sejtszintű oxigénkínálatnak és információt szolgáltatnak a szöveti oxigén szállításról és felhasználásról. A jelen: ptio 2 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
Szöveti oxigénnyomás mérése Indikáció Intenzív betegellátás Idegsebészet (az oxigenizáció abszolút szintje jelzi a neurológiai kimenetet) Vázizomzat ptio 2 monitorozása (korai és megfelelő előrejelzés: stagnáló keringés, szöveti oxigenizáció zavara vérzés, újraélesztés és shock esetén) ptio 2 mérése rosszindulatú daganatokban a hipoxiás radio-rezisztencia megállapítására. Limitáló tényezők A szöveti hőmérséklet befolyása az elektróda áramra Hibás ptio 2 értékelés szöveti trauma, oedema esetén Intravaszkuláris elektróda
Oxigén + perfúzió = a szervperfúzió nem-invazív diagnosztikája A megszerzett információ alapján: (1) Nagyobb erek anatómiai megítélése (angiográfia, duplex UH, MRA, CT angiográfia) (2) Véráramlási jellegzetességek (duplex UH) (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, dermatológia
Endoszkópia és az intravitális fluoreszcens mikroszkóp 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 FLUORESZCENCIA
Abszorpció / Gerjesztés Emisszió / Kisugárzás E 2 Nem-sugárzó átmenet E x Eemission = hν 2 E 4 E 3 E 2 Abs szorpció Sugárzó átmenet E 1 E 1 E 0 A fotonokkal ütköző molekula abszorpciója és emissziója jellegzetes (emissziós spektrum - jellemző a molekulára), független a gerjesztési hullámhossztól = a molekula ujjlenyomata.
Auto-fluoreszcencia A legtöbb biológiai minta csak fluorokrómokkal történő jelölés után fluoreszkál: másodlagos fluoreszcencia A természetben számos molekula pl. 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 és NADP 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
Endoszkópos intravitális mikroszkóp Felvevő eszköz Mikroszkóp Kamera Idő-jel generátor Frame grabber Kép analizáló computer Monitor Jel-erősített (fluoreszcens) videó-mikroszkópos rendszer; a (fluoreszcens) jelet CCD kamera rögzíti
Polarizált fény POLARIZÁLT SUGÁR POLARIZÁCIÓS FILTER A természetes fénysugár sok atom spontán, rendezetlen hullámkibocsátásának eredménye, benne egyenlő mértékben találhatók minden irányban rezgő vektorok. A polarizáció csak a függőleges rezgéseket engedi tovább.
Orthogonális polarizációs spektrális képalkotás (OPS technika) Sugárosztó CCD Szóródott depolarizált fény Szövet Orthogonális polarizátor (analizátor) Polarizátor Fényforrás
Az intramurális mikrokeringés
A vékonybél soros és párhuzamos mikrokeringése Hosszanti izomzat 4V LC 5A Körkörös izomzat IA IV 3V 2V CC 4V 5A 4A 3A SA SV 2A SUBMUCOSA 2VM MC PC CV DA VILLUS
Képalkotás - IVM
Vékonybél villusok intravitális OPS technika (x400)
Klinikai tonometria - gyomor / sigma mucosa ph a PiCO 2 mérése révén Miért előnyös a PCO 2 monitorozása? 1. A gasztrointesztinális mucosa a véráramlás redisztribúciójának célpontja shock, trauma, szepszis és nagyobb sebészeti beavatkozások alatt. 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 po 2 -t. Csökkenő perfúzió esetén nem biztosítható a megfelelő szöveti oxigenizáció. 2. A mucosa perfúzió és a regionális anyagcsere közti eltérés a CO 2 helyi eltávolítása és képződése közötti zavarral jár. 3. CO 2 akkumulálódik a mucosában. Lumenes szerv esetén pl. gyomor - ez kimutatható a gyomor CO 2 ( PgCO 2 ) mérésével
Indirekt tonometria: az alapok Tonometer Lumen Mucosa Kapillárisok
A PgCO 2 minimálisan invazív meghatározása A tonométerek 1. Speciális tonometriás katéter és monitor analizálja a PCO 2 t infravörös szenzor technológiával. 2. Só tonometria: több csatornával ellátott katéter, szemipermeábilis szilikon ballonnal a gyomorba vezetett katéter disztális végén. A CO 2 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 PgCO 2 mérés pontossága jelentősen javul.
Gyomor tonometria Indikációs területek a gasztrointesztinális mucosa PCO 2 monitorozására: trauma nagyobb sebészeti beavatkozások, pl. szívsebészet vérzés, vérzéses shock kardiogén shock súlyos heveny légzészavar 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 PCO 2 jelentősége: a mucosa PCO 2 (PgCO 2 ) a CO 2 képződés (metabolizmus) és eltávolítás (perfúzió) közötti egyensúlyra utal. Az emelkedett PCO 2 (regionális hipercapnia) a rossz, elégtelen szöveti véráramlás és/vagy a károsodott metabolizmus jele lehet. PgCO 2 normál értékek: a PgCO 2 megközelíti az artériás PCO 2 -t, (PgCO 2 = 45 Hgmm (6 kpa). A PgCO 2 és az artériás PCO 2 vagy az end-tidal CO 2. összehasonlítása mindig indokolt.
ph i és PgCO 2 PgCO 2 a phi-val összehasonlítva pontosabb és jobb diagnózist ad (jobb terápiás index). A DO 2 crit. esetén anaerob CO 2 képződés hozzájárul a fokozott PgCO 2 -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.
ph i - PgCO 2 - PCO 2 gap PgCO 2 a phi-val összehasonlítva pontosabb és jobb diagnózist ad (jobb terápiás index). A DO 2 crit. esetén anaerob CO 2 képződés hozzájárul a fokozott PgCO 2 -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. A PgCO 2 és az artériás PCO 2 különbsége: PCO 2 gap ma ez a korszerű (elfogadott).
A regionális szöveti oxigenáció és hemodinamika monitorozása, közel - infravörös spektroszkópia Monitorozás a Beer-Lambert törvény alapján 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.
Közel - infravörös spektroszkópia Háttér 1. 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 2 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 esetében Limitációk Kvantitatív mérés nem lehetséges (a szórt és elnyelt fény szennyeződése ).
Oxigén + ECC = Extracorporális Membrán Oxigenizáció / mesterséges oxigén transzport (DO 2 ) és gázcsere 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 O 2 és CO 2 transzfer arányt mikropórusok szabályozzák
A membrán oxigenátor (mesterséges tüdő) Polikarbonát/szilikon spirálkötegek beágyazva A vér és a gázfázist membrán választja el Permeabilitás: CO 2 > O 2 (6:1) Változtatható felület (újszülött < gyermek < felnőtt) O 2 és CO 2 szállítás függ: A membrán felülettőll A membrán diffúziós jellemzőitől A gázok diffúziós gradiensétől O 2 szállítás emellett: A membránon át történő véráramlás CO 2 szállítás emellett : A membránon át történő gázáramlás
TÁMOP-4.2.4.A/2-11/1-2012-0001 Nemzeti Kiválósági Program