To co-ox or not to co-ox

Historie

Undersøgelsen af iltmætningen i blodet har sine rødder i de tidlige varmluft- og brintballonflyvninger, der blev foretaget i Frankrig i 1800-tallet. Ballonbesætningerne bemærkede dårlige virkninger, når deres balloner steg over 7.000 meter.

Den 15. april 1875 steg ballonen Zenith op til en højde på 8.600 meter med en besætning på tre personer. Uden varsel blev deres arme og ben lammet, og to af dem omkom. Tragedien blev betragtet som en national katastrofe, og de blev mindet som “martyrer for videnskaben i dens søgen efter sandheden”.

Årsagen til katastrofen blev afsløret i 1878 efter offentliggørelsen af La Pression Barometrique af den franske videnskabsmand Paul Bert. Denne bog gennemgik de fysiologiske symptomer hos dyr og mennesker, der blev udsat for et lavt barometertryk.

Det var Bert, der for første gang offentliggjorde enkle kurver, der viser forholdet mellem iltpartialtrykket i luften og iltindholdet i blodet. Dette var den første in vivo-dissociationskurve. Bert var også den første, der påviste, at blodet absorberede mere ilt, når temperaturen faldt.

I 1885 offentliggjorde Christian Bohr fra København en mere raffineret dissociationskurve for en hæmoglobinopløsning (ikke helblod), der lignede en hyperbel. I 1903 opdagede Bohr den s-formede dissociationskurve for fuldblod (fig. 1).

Året efter påviste Bohr og kolleger, at dissociationskurvens position var påvirket af mængden af kuldioxid i blodet.

I 1910 gjorde Joseph Barcroft fra Cambridge den opdagelse, at dissociationen af oxyhæmoglobin blev påvirket af pH, ionstyrke og temperatur (Barcrofts gruppe opdagede også langt senere, i 1930’erne, den øgede iltaffinitet hos føtal hæmoglobin). Disse opdagelser blev centrale i studiet af respirationsfysiologi.

En matematisk beskrivelse af oxyhæmoglobindissociationskurven blev først foreslået af Archibald Hill i 1910. På det tidspunkt kendte man imidlertid ikke hæmoglobins molekylvægt, og der var forskellige meninger om, hvordan ligningen skulle fortolkes. Det var først i 1979, at John Severinghaus foreslog en modificeret ligning, der passer bedre til de eksperimentelle data:

sO2 = ( +1)-1

FIG. 1. Oxygen-hemoglobin-dissociationskurve og faktorer, der forskyder kurven til højre eller venstre. 2,3-DPG er 2,3-diphosphoglycerat, en organisk forbindelse, der normalt findes i erytrocytter, som binder sig til hæmoglobin og har tendens til at reducere hæmoglobins affinitet for ilt.

Sådan måler man iltmætning

Der er to grundlæggende måder at måle hæmoglobins iltmætning i blodet på: (1) gasometrisk og (2) spektrofotometrisk.

Gasometriske metoder er baseret på frigivelse, reaktion og udvalgt reabsorption af gasser i et lukket system. Der anvendes standardgaslove til at relatere gastryk til iltfraktionen. Den klassiske gasometriske metode kaldes Van Slyke-metoden . Udviklingen af spektrofotometriske metoder går tilbage til Isaac Newtons studier af lys i 1600-tallet.

Arbejde af Lambert (1760) og Beer (1852) resulterede i Beer-Lambert-loven, der beskriver transmission/absorption af lys som en logaritmisk funktion af koncentrationen af de absorberende molekyler i opløsninger .

De første spektrofotometriske målinger af blod blev foretaget i 1930’erne. I 1950’erne blev der anvendt et spektrofotometer til måling af hæmoglobin og dets derivater. I 1960’erne blev der udviklet specifikke instrumenter til måling af iltmætningen. Brugen af øreoximetre til kontinuerlig vurdering af arteriel saturation opstod i forbindelse med flyundersøgelser i både Tyskland og USA under Anden Verdenskrig. I 1980’erne udviklede der sig en udbredt brug af pulsoximetre.

Et oximeter (ofte kaldet et CO-Oximeter, navnet på det første kommercielt populære apparat fremstillet af Instrumentation Laboratories) består af en hæmolyzer-enhed, en fotolampe, et linsesystem og fotodioder til måling.

Blodprøven opvarmes til 37 °C og hæmolyseres med højfrekvente vibrationer, hvorved der dannes en gennemsigtig opløsning. Ufuldstændigt hæmolyserede røde blodlegemer kan sprede lyset og medføre målefejl (der findes nogle hæmoximetre på markedet, som ikke hæmolyserer prøven).

Lyset fra lampen filtreres og fokuseres for at passere gennem blodprøven. Det transmitterede lys fokuseres derefter gennem et diffraktionsgitter, der adskiller lyset i et kontinuerligt spektrum.

En maske vælger derefter de specifikke bølgelængder, der anvendes til måling. Disse individuelle bølgelængder rettes mod fotodioder, der producerer elektriske strømme, som er proportionale med lysintensiteterne.

Lysintensiteterne afhænger af den lysmængde, der absorberes af de forskellige koncentrationer og typer af hæmoglobin. Når koncentrationerne af de forskellige typer hæmoglobin er kendt, kan mætningen beregnes ved hjælp af nedenstående ligninger.

Koncentration af total hæmoglobin

ctHb er koncentrationen (c) af total hæmoglobin (tHb) i blodet. Det samlede hæmoglobin omfatter i princippet alle typer hæmoglobin:

• Hæmoglobin (HbA) – normalt voksent hæmoglobin er et komplekst protein, der indeholder jern og er i stand til at transportere ilt i blodet.
• Deoxyhæmoglobin (HHb) – usyret (tidligere kaldet “reduceret”) hæmoglobin.
• Oxyhæmoglobin (O2Hb) – iltet hæmoglobin, der indeholder fire iltmolekyler pr. hæmoglobinmolekyle.
• Carboxyhæmoglobin (COHb) – hæmoglobin bundet til carbonmonoxid, en binding ca. 210 gange stærkere end affiniteten mellem ilt og hæmoglobin; forhindrer normal overførsel af ilt og kuldioxid i blodet.
• Methæmoglobin (MetHb) – hæmoglobinmolekyle, hvis jern er i den oxiderede, jernholdige tilstand; ubrugelig for respiration; findes i blodet efter forgiftning med acetanilid, kaliumchlorat og andre stoffer.
• Sulfhæmoglobin – hæmoglobin i forbindelse med svovl. Det meget sjældne og ikke-syretransporterende sulfhemoglobin er ikke medtaget i det indberettede ctHb.
• Fetalt hæmoglobin (HbF) – den vigtigste type hæmoglobin i foster under udvikling. Iltdissociationskurven for føtal hæmoglobin er forskudt til venstre i forhold til voksenhæmoglobin.

Koncentrationen af total hæmoglobin kan udtrykkes som:

ctHb = cO2Hb + cHHb + cCOHb + cMetHb

Det systematiske symbol for arterielt blod er ctHb(a). Analysesymbolet kan være tHb eller ctHb.

Referenceintervaller

ctHb(a) referenceinterval (voksen):

• Mand: 8,4-10,9 mmol/L (13,5-17,5 g/dL)
• Kvinde: 7,4-9,9 mmol/L (12,0-16.0 g/dL)

Syremætning

Definition
sO2 er iltmætning (undertiden kaldet funktionel mætning) og er defineret som forholdet mellem koncentrationerne af O2Hb og HHb + O2Hb:

sO2, som defineret ovenfor, vil umiddelbart fortælle, om mere ilt kan transporteres af hæmoglobin – eller om en stigning i pO2 kun vil øge den fysisk opløste ilt.

Det systematiske symbol for arterielt blod er sO2(a). Analysesymbolet kan være sO2.

Referenceområder
sO2(a) normalområde (voksne): 95-99 %

Hæmoglobinfraktion af total hæmoglobin (fraktioneret oxyhæmoglobin)

Definition
FO2Hb er defineret som forholdet mellem koncentrationerne af O2Hb og tHb (cO2Hb/ctHb). Det beregnes på følgende måde:

Det systematiske symbol for arterielt blod er FO2Hb(a).
Symbolet for analysator kan være O2Hb eller FO2Hb.

Referenceområder
FO2Hb(a) referenceområde (voksen): 94-98 %

Syrespænding ved 50 % mætning af blodet

Definition
p50 er iltspændingen ved halv mætning (50 %) af blodet og beregnes ud fra den målte iltspænding og iltmætning ved ekstrapolation langs iltdissociationskurven til 50 % mætning. Det systematiske symbol for p50 bestemt ud fra arterielt blod er p50(a). Analysesymbolet kan være p50(act) eller p50.
Referenceintervaller
p50(a) referenceinterval (voksen): 24-28 mmHg (3,2-3,8 kPa)

Målt saturation

Et oximeter er et spektrofotometer, der er beregnet til at måle blodets iltmætning. Hver type hæmoglobinmolekyle (dvs. HHb, O2Hb, COHb og MetHb) har sit eget lysabsorptionsspektrum.

Oximetre indeholder lyskilder ved udvalgte bølgelængder, der svarer til absorptionsspektret for de hæmoglobinmolekyler, der skal måles. Et grundlæggende oximeter, der kan måle sO2, behøver således kun at bestemme absorptionen ved to bølgelængder, en for HHb og en for O2Hb.

Pulsoximetre anvender to bølgelængder, der kan transmitteres gennem huden (f.eks, en finger eller en tå), hvilket muliggør ikke-invasiv overvågning af saturation.

Oximetre med to bølgelængder kan imidlertid give misvisende skøn over blodets iltindhold ved tilstedeværelse af forhøjede niveauer af COHb og MetHb.

For at opnå FO2Hb skal et oximeter anvende mindst fire bølgelængder (en for HHb, O2Hb, COHb og MetHb). På nuværende tidspunkt kræver sådanne oximetre (undertiden kaldet hæmoximetre for at skelne dem fra pulsoximetre) blodprøver fra patienten.

Sammenhængen mellem FO2Hb og sO2 er:

FO2Hb = sO2 × (1 – FCOHb – FMetHb)

Det er vigtigt at vide, at “iltmætningen””, som den måles af pulsoximetre, ikke er FO2Hb, men sO2. Ovenstående ligning udtrykker forholdet mellem FO2Hb og sO2.

Såfremt der ikke er unormale hæmoglobiner (dyshæmoglobiner) til stede, er brøkdelen af iltet hæmoglobin lig med iltmætningen, udtrykt som en brøkdel. Forskellen mellem de to kan ses af nedenstående eksempel. Bemærk, at dette primært er nyttigt, når det bruges i forhold til ctHb.

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

Kalkuleret saturation

De fleste blodgasanalysatorer uden CO-oximeter giver en aflæsning for saturation.

Hvorimod værdien så beregnes i stedet for at blive målt. Beregningen er kompleks og tager hensyn til de forskellige faktorer, der kan påvirke formen af oxyhæmoglobindissociationskurven. Den matematiske beskrivelse og variablerne i denne varierer for de forskellige mærker af analysatorer.

Klinisk vigtige fejl kan opstå ved at anvende estimeret sO2 i andre beregninger, f.eks. beregninger af shuntfraktion og iltindhold .

Det frarådes at foretage en estimering af sO2 ud fra en måling af pO2 og omvendt ved hjælp af en standard ODC. Konsekvenserne heraf fremgår af fig. 2, som er baseret på måling af 10 179 blodprøver .

Dette viser, at med en sO2 på 90 % er den tilsvarende pO2 fra 29-137 mmHg (4-18 kPa) og en pO2 på 60 mmHg (8 kPa) svarer til en sO2 på 70 til 99 %.

Alt i alt er den mest pålidelige sO2 ved måling med et CO-oximeter. Dette giver også den fordel, at FO2Hb, FCOHb og FMetHb også kan rapporteres.

FIG. 2. Graf over målinger af blodmætningen, der viser dårlig korrelation med iltpartialtrykket i blodet.

Klinisk anvendelse

Syreindholdet er en vigtig indikator for ilttransporten i kroppen. Ilttransporten i arterielt blod anvendes til at vurdere evnen til at transportere ilt fra lungerne til vævet. Ilttransport, defineret som den mængde ilt, der transporteres pr. liter arterielt blod, afhænger primært af:

• Det samlede indhold af ilt i det arterielle blod, ctO2 – nøgleparameteren til vurdering af ilttransporten
• Koncentrationen af hæmoglobin i blodet (ctHb)
• Koncentrationen af dyshæmoglobiner (cCOHb og cMetHb)
• Den arterielle iltspænding (pO2)
• Den arterielle iltmætningsgrad (sO2), som igen bestemmes af pO2 og p50

Dermed er iltmætningen ikke den eneste indikator for ilttransport. Tilstedeværelsen af dyshæmoglobiner og/eller en lav koncentration af hæmoglobin kan forårsage alvorlige reduktioner i det arterielle blods ilttransportkapacitet.

Konklusion

Til mange formål er sO2 (enten målt med pulsoximeter eller beregnet af en blodgasanalysator) tilstrækkelig til at træffe kliniske beslutninger. Når den anvendes korrekt, kan pulsoximetri medføre fordele som kontinuerlig overvågning, reducerede omkostninger og reduceret blodtab (vigtigt ved pleje af nyfødte).

Hvor der imidlertid er mistanke om forgiftning med kulilte eller andre stoffer, der kan påvirke hæmoglobin, er FO2Hb, målt med et bænkhæmoximeter, påkrævet.

Kliniske retningslinjer for brug af pulsoximetre og hæmoximetre er tilgængelige hos American Association for Respiratory Care . Tilsvarende anbefalinger er blevet offentliggjort af National Committee for Laboratory Standards .