ΕιΣαγωγη ΣτιΣ ΒιοϊατρικεΣ ΕπιΣτημεΣ- ΑΣφαλεια Βιοϊατρικων ΕργαΣτηριων ΕιΣαγωγη ΣτιΣ ΒιοϊατρικεΣ ΕπιΣτημεΣ- ΑΣφαλεια Βιοϊατρικων ΕργαΣτηριων Ενότητα 4η : Αέρια αίματος (blood gases) και ηλεκτρολύτες (electrolytes)

Ανάλυση αερίων αρτηριακού αίματος (arterial blood gases analysis, ABG) Μέτρηση μερικής πίεσης Ο2 (oxygen partial pressure, PaO2). (δείκτης ποσότητας Ο2 που διοχετεύεται από τους πνεύμονες στο αίμα) Μέτρηση μερικής πίεσης CΟ2 (carbon dioxide partial pressure, PaCO2) (δείκτης αποτελεσματικής μείωσης του CΟ2 από τους πνεύμονες) Μέτρηση pH αρτηριακού αίματος (δείκτης οξεοβασικού επιπέδου του αίματος)  Ποσοστό Ο2 (oxygen content, O2CT) (ποσότητα Ο2 συνδεδεμένου με την αιμοσφαιρίνη)  Κορεσμός Ο2 (oxygen saturation, SaO2) (ποσότητα Ο2 συνδεδεμένου με την αιμοσφαιρίνη/ συνολική ποσότητα Ο2 που μπορεί να μεταφέρει η αιμοσφαιρίνη)

«Ανταλλαγή» αερίων στους πνεύμονες Πολύ μικρή ποσότητα Ο2 διαλύεται στο αρτηριακό αίμα. Η ποσότητα αυτή εξαρτάται από τη μερική πίεση του Ο2. Το υπόλοιπο Ο2 συνδέεται με την αιμοσφαιρίνη. Το CΟ2 είναι πιο διαλυτό από το Ο2. Διαλύεται στο αίμα στη μορφή, κυρίως, των HCO3- και λιγότερο H2CO3.

Ρυθμιστικά συστήματα στον ανθρώπινο οργανισμό Η διατήρηση φυσιολογικής ηλεκτροχημικής κατάστασης στον ενδοκυττάριο και εξωκυττάριο χώρο είναι απαραίτητη για τη δυναμική και σταθεροποιημένη  βιοχημική ισορροπία της ζωής. Ο κυτταρικός μεταβολισμός και η ομοιόσταση του οργανισμού απαιτούν οι αποκλίσεις από την οξεοβασική ισορροπία να μην είναι μεγάλες. Βιολογικά Υγρά Ελάχιστο Μέγιστο Αρτηριακό αίμα 7.38 7.42 Φλεβικό αίμα 7.31 7.41 Γαστρικό υγρό 1.20 3.00 Υγρό παχέος εντέρου 7.90 8.00 Ούρα 4.80

Ρυθμιστικά συστήματα στον ανθρώπινο οργανισμό Η μέση τιμή (±95% όρια αξιοπιστίας) του pH του αίματος (και του σώματος) είναι 7.45± 0.05. Η διακύμανση του pH, που είναι συμβατή με τη ζωή, δεν εκτείνεται πέραν των 6.85-7.80. (ανάλογα με την ηλικία και τη διάρκεια της οξεοβασικής διαταραχής). Ο όρος οξέωση (acidosis) περιγράφει την κατάσταση κατά την οποία το pH είναι χαμηλότερο από 7.40 και ότι υπάρχει διαταραχή που επιφέρει αύξηση της παραγωγής των Η+ (έλλειμμα βάσεως). Με τον όρο αλκάλωση (alkalosis) περιγράφονται καταστάσεις με αύξηση του pH (>7.40) που προκαλούν μείωση των Η+ (περίσσεια βάσεως).

Ρυθμιστικά συστήματα στον ανθρώπινο οργανισμό Με φυσιολογικό pH (=7,4), η συγκέντρωση των Η+ είναι 40 nmol/L-1. Τα ένζυμα, τα οποία καταλύουν πληθώρα βιοχημικών αντιδράσεων, δρουν αποτελεσματικότερα στην περιοχή 7,35<pH<7,45. Για το λόγο αυτό, ο οργανισμός ρυθμίζει προσεκτικά τη συγκέντρωση των Η+ στο εσωτερικό του περιβάλλον, με τη βοήθεια τριών μηχανισμών: των ρυθμιστικών συστημάτων, του πνευμονικού αερισμού και της νεφρικής απεκκρίσεως.

Εξωκυττάρια και ενδοκυττάρια ρυθμιστικά συστήματα Τα κυριότερα ρυθμιστικά συστήματα, που ελέγχονται στο πλάσμα είναι τα ζεύγη: [1] ανθρακικό οξύ/διττανθρακικό νάτριο (Η2CO3/NaHCO3). (53 % της ολικής ρυθμιστικής ικανότητας του αίματος). [2] δισόξινο / όξινο φωσφορικό οξύ (NaH2PO4/NaHPO4). (3% της ολικής ρυθμιστικής ικανότητας του αίματος). [3] όξινες πρωτεϊνικές ρίζες/νατριούχες πρωτεΐνες (Hprot/NaProt). (7% της ολικής ρυθμιστικής ικανότητας).

Εξωκυττάρια και ενδοκυττάρια ρυθμιστικά συστήματα Ενδοκυττάρια Τα κυριότερα ρυθμιστικά ζεύγη που δρουν στα ερυθροκύτταρα είναι: [1] ανθρακικό οξύ/διττανθρακικό νάτριο (Η2CO3/NaHCO3). (18% της ολικής ρυθμιστικής ικανότητας). [2] αναχθείσα αιμοσφαιρίνη/καλιούχος αιμοσφαιρίνη (ΗΗb/KHb) (35% της ολικής ρυθμιστικής ικανότητας). [3] όξινο φωσφορικό κάλιο/δισόξινο φωσφορικό κάλιο (ΚΗ2PO4/K2HPO4).

Ρυθμιστικό διάλυμα 1: Ανθρακικό οξύ/διττανθρακικό νάτριο Ο ρόλος του είναι η διατήρηση σταθερού pH πλάσματος. Στο σύστημα αυτό, το διοξείδιο του άνθρακα (CO2 ) αντιδρά με το νερό (H2O) προς σχηματισμό ανθρακικού οξέος (H2CO3), το οποίο αμέσως διασπάται σε κατιόντα υδρογόνου (H+) και όξινα ανθρακικά ανιόντα (HCO3-) .  Καταλύεται από το ένζυμο carbonic anhydrase

Ρυθμιστικό διάλυμα 1: Ανθρακικό οξύ/διττανθρακικό νάτριο

Ρυθμιστικό διάλυμα 1: Ανθρακικό οξύ/διττανθρακικό νάτριο Μεγάλη χωρητικότητα για εξουδετέρωση οξέος αλλά μικρή χωρητικότητα για εξουδετέρωση βάσης. Αύξηση; Μείωση;

Ρυθμιστικό διάλυμα 1: Ανθρακικό οξύ/διττανθρακικό νάτριο Αναπνευστική οξέωση (respiratory acidosis) Αναπνευστική αλκάλωση (respiratory alkalosis) Μεταβολική οξέωση (metabolic acidosis) Μεταβολική αλκάλωση (metabolic alkalosis)

Ρυθμιστικό διάλυμα 1: Ανθρακικό οξύ/διττανθρακικό νάτριο Ο έλεγχος της οξύτητας γίνεται ακόμα αποτελεσματικότερος εάν συνδυαστεί με την ικανότητα του οργανισμού για αναπνευστική αντιστάθμιση. Ο ρυθμός αναπνοής μεταβάλλεται ώστε να μεταβληθεί η συγκέντρωση του CO2 στην κυκλοφορία. Αυξημένος αερισμός αυξάνει την απώλεια CO2 στην ατμόσφαιρα, μετατοπίζοντας την ισορροπία προς αριστερά. Η διαδικασία μπορεί να συνεχιστεί έως όλη η περίσσεια Η+ να καταναλωθεί.

Ο ρόλος της αιμοσφαιρίνης Η ρύθμιση του pH σχετίζεται άμεσα με την αποτελεσματική μεταφορά O2 στο σώμα. Το Ο2 μπαίνει στο αίμα από τους πνεύμονες, περνά στα ερυθρά αιμοσφαίρια και δεσμεύεται από την αιμοσφαιρίνη.

Ο ρόλος της αιμοσφαιρίνης

Ο ρόλος της αιμοσφαιρίνης Σε περιόδους έντονης άσκησης: μεγάλη κατανάλωση Ο2 υψηλή παραγωγή CO2  θερμοκρασίας σώματος

Ηλεκτρολύτες ορού αίματος Ασβέστιο (Calcium, Ca+2) Χλωριόντα (Chloride, Cl-) Μαγνήσιο (Magnesium, Mg+2) Φωσφορικά (phosphates, PO4-3) Κάλιο (Potassium, K+) Νάτριο (Sodium, Na+)

Ηλεκτρολύτες ορού αίματος Ασβέστιο (Calcium, Ca+2) Φυσιολογικές τιμές Ca+2 8,9- 10,1 mg/dL σε ενήλικες έως 10,6 mg/dL σε παιδιά Το επίπεδο ασβεστίου στο αίμα ρυθμίζεται από: Την παραθυροειδή ορμόνη τη βιταμίνη D την καλσιτονίνη στεροειδή επινεφριδίων Ανιχνεύονται: Νευρομυικές, σκελετικές και ενδοκρινολογικές διαταραχές αρρυθμίες διαταραχές πήξης του αίματος διαταραχές οξεοβασικής ισορροπίας

Ηλεκτρολύτες ορού αίματος Χλωριόντα (Chloride, Cl-) Φυσιολογικές τιμές Cl- 100- 108 mEq/L Τα χλωριόντα : είναι το κυριότερο εξωκυτταρικό ανιόν βοηθούν στη διατήρηση της ωσμωτικής πίεσης του αίματος (αντιδρώντας με Na+). επηρεάζουν την οξεοβασική ισορροπία η συγκέντρωσή τους ρυθμίζεται από την αλδοστερόνη απορροφάται από το έντερο και αποβάλλεται από τα νεφρά Ανιχνεύονται: η εξωκυττάρια ισορροπία κατιόντων- ανιόντων διαταραχές οξεοβασικής ισορροπίας (οξέωση ή αλκάλωση)

Ηλεκτρολύτες ορού αίματος Μαγνήσιο (Magnesium, Mg+2) Φυσιολογικές τιμές Mg+2 1,7- 2,1 mg/dL Το μαγνήσιο: είναι το κυριότερο ενδοκυτταρικό κατιόν μετά το κάλιο ρυθμίζει τον ενδοκυτταρικό μεταβολισμό ενεργοποιεί αρκετά ζωτικά ένζυμα επηρεάζει το μεταβολισμό νουκλεϊκών οξέων και πρωτεϊνών βοηθά στη μεταφορά νατρίου και καλίου κατά μήκος των κυτταρικών μεμβρανών επηρεάζει τα ενδοκυτταρικά επίπεδα ασβεστίου, λόγω της επίδρασής του στην έκκριση της παραθυροειδούς ορμόνης Ο προσδιορισμός τους βοηθά στην: εκτίμηση επιπέδων ηλεκτρολυτών εκτίμηση νευρομυικών ή νεφρικών λειτουργιών

Ηλεκτρολύτες ορού αίματος Φωσφορικά (phosphates, PO4-3) Φυσιολογικές τιμές PO4-3 2,5- 4,5 mg/dL σε ενήλικες έως 7,0 mg/dL σε παιδιά Τα φωσφορικά: είναι το κυριότερο ενδοκυτταρικό ανιόν βοηθούν στην αποθήκευση ενέργειας ρυθμίζουν τα επίπαδα ασβεστίου, το μεταβολισμό υδατανθράκων και λιπιδίων και την οξεοβασική ισορροπία το 85% της ποσότητας τους βρίσκεται στα κόκκαλα Ο προσδιορισμός τους βοηθά στην: εκτίμηση νεφρικών διαταραχών εκτίμηση οξεοβασικής διαταραχής ανίχνευση ενδοκρινικών και σκελετικών διαταραχών

Ηλεκτρολύτες ορού αίματος Κάλιο (Potassium K+) Φυσιολογικές τιμές K+ 3,8- 5,5 mEq/L Το κάλιο: είναι το κυριότερο ενδοκυτταρικό κατιόν είναι ζωτικής σημασίας για την αιμόσταση διατηρεί την κυτταρική ωσμωτική ισορροπία ρυθμίζει τη μυϊκή δραστηριότητα (διατηρεί την ηλεκτρική επαφή μεταξύ καρδιακών και σκελετικών μυών) ρυθμίζει την ενζυμική δραστηριότητα και την οξεοβασική ισορροπία επηρεάζει τη λειτουργία των νεφρών επηρεάζεται από διακυμάνσεις στο pH και στα επίπεδα γλυκόζης και νατρίου Ο προσδιορισμός του βοηθά στην: επιβεβαίωση κλινικών ευρημάτων υπερκαλεμίας ή υποκαλεμίας ρύθμιση της λειτουργίας των νεφρών, της οξεοβασικής ισορροπίας και του μεταβολισμού της γλυκόζης εκτίμηση νευρομυϊκών και ενδοκρινικών δυσλειουργιών ανίχνευση αιτιών αρρυθμιών

Ηλεκτρολύτες ορού αίματος Νάτριο (Sodium, Na+) Φυσιολογικές τιμές Na+ 135- 145 mEq/L Το νάτριο: είναι το κυριότερο εξωκυτταρικό κατιόν επηρεάζει τη διασπορά του νερού στον οργανισμό διατηρεί την εξωκυτταρική ωσμωτική ισορροπία ενισχύει τη νευρομυϊκή δραστηριότητα ρυθμίζει την οξεοβασική ισορροπία επηρεάζει τα επίπεδα χλωρίου και καλίου Ο προσδιορισμός του βοηθά στην: ρύθμιση της οξεοβασικής ισορροπίας και της ισορροπίας ηλεκτρολυτών εκτίμηση νευρομυϊκών, νεφρικών και ενδοκρινικών δυσλειτουργιών

Αναλυτές αερίων αίματος και ηλεκτρολυτών Detail of measurement chamber of a modern blood gas analyzer showing the measurement electrodes. (Cobas b 121 - Roche Diagnostics) Modern blood gas analyzer. This device is capable of reporting pH, pCO2, pO2, SatO2, Na+, K+, Cl−, Ca2+, Hemoglobin (total and derivatives: O2Hb, MetHb, COHb, HHb, CNHb, SHb ), Hematocrit, Total bilirubin, Glucose, Lactate and Urea. (Cobas b 221 - Roche Diagnostics).