ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΑΝΤΑΛΛΑΓΗΣ ΑΕΡΙΩΝ ΣΤΟΝ ΠΝΕΥΜΟΝΑ- ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Ετήσιο Μετεκπαιδευτικό Σεμινάριο Υγρών, Ηλεκτρολυτών και Οξεοβασικής Ισορροπίας 7ο Σεμινάριο: Διαταραχές της οξεοβασικής ισορροπίας Κομοτηνή, 20 & 21 Σεπτεμβρίου 2013 ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΑΝΤΑΛΛΑΓΗΣ ΑΕΡΙΩΝ ΣΤΟΝ ΠΝΕΥΜΟΝΑ- ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Δ. ΛΑΓΟΝΙΔΗΣ MD, PhD, FCCP Πνευμονολόγος-Εντατικολόγος Δ/ντής ΜΕΘ Γ.Ν. Γιαννιτσών

Ο καταρράκτης του Ο2- από τον ατμ. αέρα στο κύτταρο Ατμ. Αέρας PO2=150 mmHg Κύτταρο PO2=1 mmHg

Η πεμπτουσία της ανταλλαγής αερίων ΟΞΥΓΟΝΩΣΗ ΤΟΥ ΚΥΤΤΑΡΟΥ Η πεμπτουσία της ανταλλαγής αερίων ΟΞΥΓΟΝΩΣΗ ΤΟΥ ΚΥΤΤΑΡΟΥ ΑΕΡΟΒΙΟΣ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ : 1 mol γλυκόζης  38 mol ATP ΑΝΑΕΡΟΒΙΟΣ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ: 1 mol γλυκόζης  2 mol ATP

Το αναπνευστικό βοτρύο: η ανατομική μονάδα του πνεύμονα Τεράστια επιφάνεια αν ταλλαγής των αερίων 33.000-50.000 βοτρύα σε κάθε πνεύμονα Κάθε τελικό βρογχιόλιο - 3 γενιές αναπνευστικών βρογχιολίων - 4 γενιές κυψ. πόρων - 1 γενιά κυψ. σακκων Κάθε βοτρύο έχει 250 κυψ. σάκκους Κάθε σάκκος 40 κυψελίδες

Η λειτουργική μονάδα του πνεύμονα 300 x 106 λειτουργικές μονάδες Εκφράζουν τη σχέση αερισμού (V) και αιμάτωσης (Q) Σε φυσ. συνθήκες σχεδόν απόλυτη σύζευξη δηλ. V/Q=1 Η ανταλλαγή Ο2 και CO2 εξαρτάται από: Την περιεκτικότητα ατμ. αέρα σε Ο2 Τον αερισμό (V) και αιμάτωση (Q) Την επάρκεια του πνεύμονα να πετυχαίνει τη σύζευξη V/Q Την περιεκτικότητα του φλεβικού αίματος σε Ο2 και CO2 V Q

Διάχυση των αερίων μέσω της κυψελιδοτριχοειδικής μεμβράνης Ροή αερίου = DL Χ (P1-P2) DL: διαχυτική ικανότητα του πνεύμονα P1 και P2 οι μερικές πιέσεις των αερίων μέσα στις κυψελίδες και στα πνευμονικά τριχοειδή αντιστοίχως Χρειάζονται μόλις 0,75 sec (1/3 του διαθέσιμου χρόνου) για να εξισορροπηθούν τα αέρια

Καμπύλη αποδέσμευσης Ο2 ή καμπύλη του Bohr Σύγκριση μεταξύ της καμπύλης αποδέσμευσης Ο2 και CO2 Η μετακίνηση της καμπύλης προς τα αριστερά ευνοεί τη δέσμευση του Ο2 από την αιμοσφαιρίνη στους πνεύμονες, ενώ η μετακίνησή της προς τα δεξιά την αποδέσμευσή του και τη διάθεσή του στους ιστούς

Μεταφορά Ο2 και CO2 Από τους πνεύμονες στα ερυθρά αιμοσφαίρια Από τους πνεύμονες στα ερυθρά αιμοσφαίρια Από τα ερυθρά αιμοσφαίρια στους ιστούς CO2 - 95% μέσω των ερυθρών αιμοσφαιρίων, κυρίως με τη μορφή διττανθρακικών ριζών (HCO3-), και ελάχιστο σε σύνδεση με την αιμοσφαιρίνη - 5% είναι διαλυμένο στο πλάσμα O2 - 98% συνδεμένο με την αιμοσφαιρίνη

Η έννοια του νεκρού χώρου Είναι το μέρος του αερισμού που δεν παίρνει μέρος στην ανταλλαγή των αερίων VD/VT =0,2-0,3 σε φυσ. συνθ. VD όγκος νεκρού χώρου VT αναπνεόμενος όγκος Ανατομικός νεκρός χώρος Φυσιολογικός “ Αύξηση νεκρού χώρου: - πνευμονική εμβολή - ελάττωση καρδ. παροχής - μηχανικός αερισμός με θετικές πιέσεις Marini, The ICU Book, LWW, 2007

Η έννοια του ενδοπνευμονικού shunt όταν V=0 ή V/Q=0 Φλεβική πρόσμειξη (QS/QT) όταν 0 <V/Q <1 Σε φυσ. συνθήκες QS/QT < 10%

Ποσοτικές μετρήσεις 1. Αερισμός νεκρού χώρου εξίσωση του Bohr VD/VT= (PaCO2 - PECO2) / PaCO2 2. Κλάσμα ενδοπνευμονικού shunt (QS/QT) QS/QT = (CcO2 - CaO2) / (CcO2 - CvO2) όπου CaO2 περιεκτικότητα αρτηριακού αίματος σε Ο2 CvO2 “ μικτού φλεβικού αίματος σε Ο2 CcO2 “ τριχοειδικού αίματος σε Ο2 (δεν μπορεί να μετρηθεί) Το QS/QT μπορεί να υπολογιστεί μόνο με τη χορήγηση FIO2=100% CaO2 (ml/dl)= 1,39 x Hb x SaO2 + 0,0031 x PaO2 και CvO2 (ml/dl)= 1,39 x Hb x SvO2 + 0,0031 x PvO2

3. H κυψελιδοτριχοειδική διαφορά Ο2 (A-aPO2) A-aPO2 = ΡΑΟ2 - PaO2=[ FIO2x(BP - PH20) - PaCO2/RQ] - PaO2 Όπου ΡΑΟ2= FIO2.(BP - PH20) - PaCO2/RQ, ΡΑΟ2 μερική πίεση Ο2 στην κυψελίδα BP βαρομετρική πίεση, RQ αναπνευστικό πηλίκο=0,8 Φυσ. τιμή στο επίπεδο της θάλασσας και σε ατμ. αέρα είναι 10 mmHg Εξαρτάται από την ηλικία και το FIO2

H κυψελιδοτριχοειδική διαφορά Ο2 (PA-aO2 ) αυξάνεται με την ηλικία Marini, The ICU Book, LWW, 2007

Ποσοτικές μετρήσεις Το κλάσμα a/APO2 Δείκτης οξυγόνωσης (PaO2/FIO2) a/APO2=1 – (A-aPO2)/PaO2 Δεν εξαρτάται από τη FIO2 Δείκτης οξυγόνωσης (PaO2/FIO2) έμμεσος δείκτης του κλάσματος του ενδοπνευμονικού shunt (QS/QT ) όταν (PaO2/FIO2) < 200 τότε QS/QT >20%, (PaO2/FIO2) > 200 τότε QS/QT <20%

Παθοφυσιολογικά αίτια υποξυγοναιμίας Eλάττωση του εισπνεόμενου Ο2 Yποαερισμός Διαταραχές αερισμού/αιμάτωσης (V/Q) Ενδοπνευμονικό shunt Διαταραχή στη σχέση προσφοράς (DO2) και κατανάλωσης Ο2 (VO2) από τους ιστούς (ελάττωση της PvO2 και του SvO2) Διαταραχή στη διάχυση

Παθοφυσιολογικά αίτια υποξυγοναιμίας Ελάττωση του εισπνεόμενου Ο2 (υψόμετρο) 3000m 115=550 X 0,21 PIO2 = PB X 0,21 Αεροπλάνα: 10.000ft 33.000 m PIO2=100 mmHg Έβερεστ: pO2=35 mmHg, SaO2= 71% pCO2=7,5 mmHg pH=7,7 160=760 X 0,21

Παθοφυσιολογικά αίτια υποξυγοναιμίας Yποαερισμός PAO2 = FΙO2 (PB – 47) – (1,25 PaCO2) , PAO2 : κυψελιδικό οξυγόνο FIO2 : συγκέντρωση του εισπνεομένου οξυγόνου ως κλάσμα PB : ατμοσφαιρική πίεση PaCO2 : συγκέντρωση του διοξειδίου

V ((( V V Q Q Q V/Q < 1 V/Q = 1 V/Q > 1

Παθοφυσιολογικά αίτια υποξυγοναιμίας V/Q (αερισμού/αιμάτωσης) Η συχνότερη αιτία υποξυγοναιμίας Παρόξυνση βρ. άσθματος και ΧΑΠ Aυξημένη κυψελιδο-τριχοειδική διαφορά Ο2 Υποξυγοναιμία που διορθώνεται εύκολα με τη χορήγηση Ο2 Χορήγηση υψηλού FiO2 μπορεί να επιφέρει υπερκαπνία

Παθοφυσιολογία υποξαιμίας Ανάπτυξη ενδοπνευμονικού shunt

((( V/Q = 0 V/Q = 1 V/Q > 1

Παθοφυσιολογία υποξαιμίας Ανάπτυξη ενδοπνευμονικού shunt Η σοβαρότερη αιτία υποξυγοναιμίας Αυξημένη κυψελιδοτριχοειδική διαφορά Ο2 Ανθεκτική στη χορήγηση Ο2 Χρήζει εφαρμογής θετικών πιέσεων και PEEP ARDS, εκτεταμένη πνευμονία

Η επίδραση του shunt στη PaO2 σε σχέση με τη FiO2 D Alonzo et al, Med Clin North Am 1983;67;557-571

Παθοφυσιολογικά αίτια υποξαιμίας Ανάπτυξη ενδοπνευμονικού shunt- επίδραση της ελαττωμένης PvO2 Προσοχή στους παράγοντες που προκαλούν διαταραχή στην ισορροπία μεταξύ προσφοράς και ζήτησης (κατανάλωσης) Ο2 - Ελάττωση καρδιακής παροχής - Ελάττωση αιμοσφαιρίνης - Υπερπυρεξία, σπασμοί Marini, The ICU Book, LWW, 2007

Παθοφυσιολογία υποξαιμίας Ανάπτυξη ενδοκαρδιακού shunt

Παθοφυσιολογικά αίτια υποξυγοναιμίας Διαταραχές στη διάχυση Παθοφυσιολογικά αίτια υποξυγοναιμίας Διαταραχές στη διάχυση Αποτελεί σπάνια αιτία υποξυγοναιμίας Ανθεκτική στη χορήγηση Ο2 Όταν υπάρχει: Αύξηση του διαστήματος που θα πρέπει να διανύσουν τα αέρια κατά τη διάχυσή τους (πνευμονική ίνωση) Ελάττωση του χρόνου που το αίμα δαπανά μέσα στο τριχοειδές (πνευμονική ίνωση και άσκηση, μεγάλο υψόμετρο)

Παθοφυσιολογικά αίτια υπερκαπνίας PaCO2 = κ x VCO2 / VE (1 – VD/VT) Υποαερισμός (η συχνότερη αιτία) (ελάττωση VE ) Αυξημένος αερισμός νεκρού χώρου (VD/VT) Αυξημένη παραγωγή CO2 (VCO2 )

Υποαερισμός Κεντρικές διαταραχές Βλάβες σε κεντρικές δομές του εγκεφάλου (τραυματικές, αγγειακές, φλεγμονώδεις) Λειτουργικές διαταραχές (φάρμακα, μεταβολική αλκάλωση, υποαερισμός κατά τον ύπνο) Πρωτοπαθής κυψελιδικός υποαερισμός Νευρο-μηχανικές διαταραχές Νευρομυικές διαταραχές (πλάγια αμυατροφική σκλήρυνση, σκλήρυνση κατά πλάκας, βαρεία μυασθένεια, μυοπάθειες) Μηχανικές διαταραχές - Θώρακα (κυφοσκολίωση, θωρακοπλαστική, ινοθώρακας) - Πνευμόνων αποφρακτικές (βρογχικό άσθμα, ΧΑΠ), περιοριστικές (ίνωση)

Κύρια σημεία Ι Το βοτρύο αποτελεί την ανατομική μονάδα ανταλλαγής του Ο2 και του CO2 Η σχέση μεταξύ του SO2 και pO2 καθορίζεται από τη σιγμοειδή καμπύλη αποδέσμευσης. Η μετακίνηση της προς τα αριστερά ευνοεί τη δέσμευση του Ο2 από την αιμοσφαιρίνη στους πνεύμονες, ενώ η μετακίνησή της προς τα δεξιά την αποδέσμευσή του και τη διάθεσή του στους ιστούς Είναι απαραίτητη η κατανόηση της σχέσης V/Q, καθώς και των διαταραχών της

Κύρια σημεία ΙΙ Σχέση V/Q>1 σημαίνει αερισμός νεκρού χώρου με αποτέλεσμα την ελάττωση PaO2 και την αύξηση της PaCO2 Σχέση V/Q<1 σημαίνει φλεβική πρόσμιξη, ενώ V/Q=0 ενδοπνευμονικό shunt, με αποτέλεσμα την ελαττωμένη PaO2 και τη φυσιολογική ή ελαττωμένη PaCO2 Η συχνότερη παθοφυσιολογική αιτία υποξυγοναιμίας είναι η διαταραχή στη σχέση V/Q, (παθήσεις του πνευμονικού παρεγχύματος (βρογχικό άσθμα, ΧΑΠ) Η δεύτερη συχνότερη αιτία είναι ο υποαερισμός ( κεντρικές (εγκεφαλικές βλάβες) και σε νευρομηχανικές διαταραχές (νοσήματα νεύρων και μυών, θωρακικού κλωβού και πνευμόνων) Λιγότερο συχνά αίτια υποξυγοναιμίας είναι το ενδοπνευμονικό και το ενδοκαρδιακό shunt, καθώς και οι διαταραχές στη διάχυση

Κύρια σημεία ΙΙΙ Η υποξυγοναιμία που οφείλεται σε υποαερισμό χαρακτηρίζεται από φυσιολογική κυψελιδο-τριχοειδική διαφορά Ο2 (A-aPO2) και διορθώνεται εύκολα με τη χορήγηση Ο2 Η υποξυγοναιμία που οφείλεται σε διαταραχές V/Q και σε ενδοπνευμονικό shunt χαρακτηρίζονται από αυξημένη A-aPO2. Η πρώτη διορθώνεται εύκολα, ενώ η δεύτερη είναι ανθεκτική στη χορήγηση Ο2 Η συχνότερη παθοφυσιολογική αιτία υπερκαπνίας είναι ο υποαερισμός Η επάρκεια της ανταλλαγής αερίων στους πνεύμονες εκτιμάται σε ποσοτική βάση α) με το ποσοστό του φυσιολογικού νεκρού χώρου σε σχέση με τον αναπνεόμενο όγκο (VD/VT) αντανακλώντας μονάδες με υψηλό λόγο V/Q και β) με το ενδοπνευμονικό shunt (QS/QΤ) και τη κυψελιδο-τριχοειδική διαφορά Ο2 αντανακλώντας μονάδες με χαμηλό λόγο V/Q