To co-ox or not to co-ox

Historie

Studium saturace krve kyslíkem má své kořeny v prvních letech horkovzdušných a vodíkových balonů uskutečněných ve Francii v 19. století. Posádky balónů zaznamenaly špatné účinky, když jejich balóny vystoupaly nad 7 000 metrů.

15. dubna 1875 vystoupal balón Zenith s tříčlennou posádkou do výšky 8 600 metrů. Bez varování jim ochrnuly ruce a nohy a dva z nich zahynuli. Tragédie byla považována za národní katastrofu a byli připomenuti jako „mučedníci vědy při hledání pravdy“.

Příčina katastrofy byla odhalena v roce 1878 po vydání knihy La Pression Barometrique francouzského vědce Paula Berta. Tato kniha podávala přehled fyziologických příznaků zvířat a lidí vystavených nízkému barometrickému tlaku.

Byl to právě Bert, kdo poprvé publikoval jednoduché křivky znázorňující vztah mezi parciálním tlakem kyslíku ve vzduchu a obsahem kyslíku v krvi. Jednalo se o první disociační křivku in vivo. Bert také jako první prokázal, že krev absorbuje více kyslíku při poklesu teploty.

V roce 1885 publikoval Christian Bohr z Kodaně dokonalejší disociační křivku pro roztok hemoglobinu (ne pro celou krev), která vypadala jako hyperbola. V roce 1903 Bohr objevil disociační křivku ve tvaru písmene s pro celou krev (obr. 1).

V následujícím roce Bohr s kolegy prokázal, že polohu disociační křivky ovlivňuje množství oxidu uhličitého v krvi.

V roce 1910 Joseph Barcroft z Cambridge učinil objev, že disociace oxyhemoglobinu je ovlivněna pH, iontovou silou a teplotou (Barcroftova skupina také mnohem později, ve 30. letech 20. století, objevila zvýšenou afinitu fetálního hemoglobinu ke kyslíku). Tyto objevy se staly klíčové pro studium fyziologie dýchání.

Matematický popis disociační křivky oxyhemoglobinu poprvé navrhl Archibald Hill v roce 1910. V té době však nebyla známa molekulová hmotnost hemoglobinu a existovaly různé názory na to, jak rovnici interpretovat. Teprve v roce 1979 navrhl John Severinghaus upravenou rovnici, která lépe odpovídá experimentálním údajům:

sO2 = ( +1)-1

FIG. 1. (Obr. 1). Křivka disociace kyslíku a hemoglobinu a faktory, které křivku posouvají doprava nebo doleva. 2,3-DPG je 2,3-difosfoglycerát, organická sloučenina běžně přítomná v erytrocytech, která se váže na hemoglobin a má tendenci snižovat afinitu hemoglobinu ke kyslíku.

Jak měřit saturaci kyslíkem

Existují dva základní způsoby měření saturace hemoglobinu kyslíkem v krvi: (1) gasometricky a (2) spektrofotometricky.

Gazometrické metody jsou založeny na uvolňování, reakci a vybrané reabsorpci plynů v uzavřeném systému. K přiřazení tlaku plynů k podílu kyslíku se používají standardní plynové zákony. Klasický gasometrický postup se nazývá Van Slykeho metoda . Vývoj spektrofotometrických metod sahá až ke studiu světla Isaacem Newtonem v roce 1600.

Práce Lamberta (1760) a Beera (1852) vyústily v Beerův-Lambertův zákon, který popisuje transmisi/absorpci světla jako logaritmickou funkci koncentrace absorbujících molekul v roztocích .

První spektrofotometrická měření krve byla provedena ve 30. letech 20. století. V 50. letech 20. století byl pro měření hemoglobinu a jeho derivátů použit spektrofotometr. Specifické přístroje pro měření saturace kyslíkem byly vyvinuty v 60. letech 20. století. Používání ušních oxymetrů pro kontinuální odhady arteriální saturace vzniklo na základě leteckých studií v Německu i Americe během druhé světové války. Široké používání pulzních oxymetrů se rozvinulo v 80. letech 20. století.

Oximetr (často nazývaný CO-Oximeter, což je název prvního komerčně populárního přístroje vyrobeného firmou Instrumentation Laboratories) se skládá z hemolyzátorové jednotky, fotolampy, systému čoček a snímacích fotodiod.

Při zahřátí vzorku krve na 37 °C a jeho hemolýze pomocí vysokofrekvenčních vibrací vzniká průsvitný roztok. Nedokonale hemolyzované červené krvinky mohou rozptylovat světlo a vnášet chyby do měření (na trhu jsou některé hemoximetry, které vzorek nehemolyzují).

Světlo z lampy je filtrováno a zaostřeno tak, aby procházelo vzorkem krve. Procházející světlo je pak zaostřeno přes difrakční mřížku, která světlo rozdělí na spojité spektrum.

Maska pak vybírá konkrétní vlnové délky použité pro měření. Tyto jednotlivé vlnové délky jsou nasměrovány na fotodiody, které produkují elektrické proudy úměrné intenzitě světla.

Intenzity světla závisí na množství světla absorbovaného různými koncentracemi a typy hemoglobinu. Jakmile jsou známy koncentrace různých typů hemoglobinu, lze vypočítat saturaci pomocí níže uvedených rovnic.

Koncentrace celkového hemoglobinu

ctHb je koncentrace (c) celkového hemoglobinu (tHb) v krvi. Celkový hemoglobin v zásadě zahrnuje všechny typy hemoglobinu:

• Hemoglobin (HbA) – normální hemoglobin dospělého člověka je komplexní bílkovina obsahující železo a schopná přenášet kyslík v krvi.
• Deoxyhemoglobin (HHb) – neokysličený (dříve nazývaný „redukovaný“) hemoglobin.
• Oxyhemoglobin (O2Hb) – okysličený hemoglobin, který obsahuje čtyři molekuly kyslíku na molekulu hemoglobinu.
• Karboxyhemoglobin (COHb) – hemoglobin vázaný na oxid uhelnatý, vazba asi 210krát silnější než afinita kyslíku a hemoglobinu; brání normálnímu přenosu kyslíku a oxidu uhličitého v krvi.
• Methemoglobin (MetHb) – molekula hemoglobinu, jehož železo je v oxidovaném, železitém stavu; pro dýchání nepoužitelný; nachází se v krvi po otravě acetanilidem, chlorečnanem draselným a jinými látkami.
• Sulfhemoglobin – hemoglobin v kombinaci se sírou. Velmi vzácný a kyslík nepřenášející sulfhemoglobin není zahrnut do uváděného ctHb.
• Fetální hemoglobin (HbF) – hlavní typ hemoglobinu u vyvíjejícího se plodu. Disociační křivka kyslíku pro fetální hemoglobin je ve srovnání s hemoglobinem dospělých posunuta doleva.

Koncentraci celkového hemoglobinu lze vyjádřit jako:

ctHb = cO2Hb + cHHb + cCOHb + cMetHb

Systematický symbol pro arteriální krev je ctHb(a). Symbol analyzátoru může být tHb nebo ctHb.

Referenční rozmezí

referenční rozmezíctHb(a) (dospělí):

• Muži: 8,4-10,9 mmol/l (13,5-17,5 g/dl)
• Ženy: 7,4-9,9 mmol/l (12,0-16.0 g/dl)

Saturace kyslíkem

Definice
sO2 je saturace kyslíkem (někdy se nazývá funkční saturace) a je definována jako poměr mezi koncentrací O2Hb a HHb + O2Hb:

sO2, jak je definován výše, okamžitě ukáže, zda může být hemoglobinem přenášeno více kyslíku – nebo zda zvýšení pO2 zvýší pouze fyzikálně rozpuštěný kyslík.

Systematický symbol pro arteriální krev je sO2(a). Symbol analyzátoru může být sO2.

Referenční rozmezí
sO2(a) normální rozmezí (dospělí): 95-99 %

Frakce hemoglobinu z celkového hemoglobinu (frakční oxyhemoglobin)

Definice
FO2Hb je definována jako poměr mezi koncentracemi O2Hb a tHb (cO2Hb/ctHb). Vypočítá se takto:

Systematický symbol pro arteriální krev je FO2Hb(a).
Analytický symbol může být O2Hb nebo FO2Hb.

Referenční rozmezí
Referenční rozmezíFO2Hb(a) (dospělí): 94-98 %

Tenzor kyslíku při 50% nasycení krve

Definice
p50 je tenze kyslíku při polovičním nasycení (50%) krve a vypočítá se z naměřené tenze kyslíku a nasycení kyslíkem extrapolací podél disociační křivky kyslíku na 50% nasycení. Systematický symbol pro p50 stanovený z arteriální krve je p50(a). Symbol analyzátoru může být p50(act) nebo p50.
Referenční rozsahy
referenční rozsah p50(a) (dospělí): 24-28 mmHg (3,2-3,8 kPa)

Měřená saturace

Oximetr je spektrofotometr určený k měření saturace krve kyslíkem. Každý typ molekuly hemoglobinu (tj. HHb, O2Hb, COHb a MetHb) má své vlastní absorpční spektrum světla.

Oximetry obsahují zdroje světla o vybraných vlnových délkách, které odpovídají absorpčním spektrům měřených molekul hemoglobinu. Základní oxymetr, který dokáže měřit sO2, tedy potřebuje určit absorpci pouze na dvou vlnových délkách, jedné pro HHb a jedné pro O2Hb.

Pulsní oxymetry používají dvě vlnové délky, které mohou procházet kůží (např, prstem nebo palcem u nohy), což umožňuje neinvazivní monitorování saturace.

Dvouvlnné oxymetry však mohou poskytovat zavádějící odhady obsahu kyslíku v krvi v přítomnosti zvýšených hladin COHb a MetHb.

Pro získání FO2Hb musí oxymetr používat nejméně čtyři vlnové délky (po jedné pro HHb, O2Hb, COHb a MetHb). V současné době tyto oxymetry (někdy nazývané hemoximetry, aby se odlišily od pulzních oxymetrů) vyžadují vzorky krve pacienta.

Vztah mezi FO2Hb a sO2 je:

FO2Hb = sO2 × (1 – FCOHb – FMetHb)

Je důležité vědět, že „saturace kyslíkem“‚ měřená pulzními oxymetry není FO2Hb, ale sO2. Výše uvedená rovnice vyjadřuje vztah mezi FO2Hb a sO2.

Pokud tedy nejsou přítomny žádné abnormální hemoglobiny (dyshemoglobiny), podíl okysličeného hemoglobinu se rovná saturaci kyslíkem vyjádřené jako podíl. Rozdíl mezi nimi je patrný z níže uvedeného příkladu. Všimněte si, že tento údaj je užitečný především při použití ve vztahu k ctHb.

• ctHb = 10 mmol/L
• cHHb = 0,2 mmol/L
• cCOHb = 3 mmol/L ~ 30 %
• cO2Hb = 6,8 mmol/L

Vypočtená saturace

Většina analyzátorů krevních plynů bez CO-oxymetru poskytuje údaj o saturaci.

V takovém případě je však hodnota spíše vypočtena než změřena. Výpočet je složitý a zohledňuje různé faktory, které mohou ovlivnit tvar disociační křivky oxyhemoglobinu. Matematický popis a proměnné se přitom u různých značek analyzátorů liší.

Klinicky významné chyby mohou vzniknout při použití odhadované sO2 v jiných výpočtech, jako jsou výpočty šuntové frakce a obsahu kyslíku .

Nedoporučuje se provádět odhad sO2 z měření pO2 a naopak pomocí standardní ODC. Důsledky tohoto postupu jsou patrné z obr. 2, který vychází z měření 10 179 vzorků krve .

Z něj vyplývá, že při sO2 90 % je odpovídající pO2 v rozmezí 29-137 mmHg (4-18 kPa) a pO2 60 mmHg (8 kPa) odpovídá sO2 70 až 99 %.

Celkově nejspolehlivější sO2 je měření pomocí CO-oxymetru. To má také tu výhodu, že lze uvádět i hodnoty FO2Hb, FCOHb a FMetHb.

FIG. 2. (Obr. 2). Graf měření saturace krve ukazující špatnou korelaci s parciálním tlakem kyslíku v krvi.

Klinické použití

Obsah kyslíku je klíčovým ukazatelem transportu kyslíku v těle. Transport kyslíku v arteriální krvi se používá k hodnocení schopnosti transportu kyslíku z plic do tkání. Transport kyslíku, definovaný jako množství přenášeného kyslíku na litr arteriální krve, závisí především na:

• Na celkovém obsahu kyslíku v arteriální krvi, ctO2 – klíčový parametr pro hodnocení transportu kyslíku
• Koncentrace hemoglobinu v krvi (ctHb)
• Koncentrace dyshemoglobinů (cCOHb a cMetHb)
• Arteriální tenze kyslíku (pO2)
• Arteriální saturace kyslíkem (sO2), která je opět určena pO2 a p50

Saturace kyslíkem tedy není jediným ukazatelem transportu kyslíku. Přítomnost dyshemoglobinů a/nebo nízká koncentrace hemoglobinu může způsobit závažné snížení transportní kapacity kyslíku v arteriální krvi.

Závěr

Pro mnoho účelů je sO2 (měřená pulzním oxymetrem nebo vypočítaná analyzátorem krevních plynů) pro klinické rozhodování dostačující. Při vhodném použití může pulzní oxymetrie přinést výhody, jako je nepřetržité monitorování, snížení nákladů a snížení krevních ztrát (důležité při péči o novorozence).

Při podezření na otravu oxidem uhelnatým nebo jinými látkami, které mohou ovlivnit hemoglobin, je však nutné použít FO2Hb měřený stolním hemoximetrem.

Klinické pokyny pro používání pulzních oxymetrů a hemoximetrů jsou k dispozici u American Association for Respiratory Care . Související doporučení vydal Národní výbor pro laboratorní standardy .

.