Co-ox vagy nem co-ox

Történet

A vér oxigéntelítettségének vizsgálata a korai hőlégballonos és hidrogénballonos repülésekben gyökerezik, amelyeket Franciaországban végeztek az 1800-as években . A ballonok legénysége rossz hatásokat észlelt, amikor a ballonjaik 7000 méter fölé emelkedtek.

1875. április 15-én a Zenith ballon háromfős legénységgel 8600 méteres magasságba emelkedett. Minden figyelmeztetés nélkül megbénult a karjuk és a lábuk, és ketten közülük elpusztultak. A tragédiát nemzeti katasztrófának tekintették, és úgy emlékeztek meg róluk, mint “a tudomány mártírjairól az igazság keresésében”.

A katasztrófa okára 1878-ban derült fény, miután Paul Bert francia tudós megjelentette a La Pression Barometrique című könyvét. Ez a könyv áttekintette az alacsony barometrikus nyomásnak kitett állatok és emberek élettani tüneteit.

Bert volt az, aki először publikálta a levegő oxigénparciális nyomása és a vér oxigéntartalma közötti kapcsolatot ábrázoló egyszerű görbéket. Ez volt az első in vivo disszociációs görbe. Bert volt az első, aki azt is kimutatta, hogy a vér több oxigént vesz fel, ha a hőmérséklet csökken.

1885-ben a koppenhágai Christian Bohr egy finomabb disszociációs görbét tett közzé hemoglobinoldatra (nem teljes vérre), amely hiperbolára hasonlított. Bohr 1903-ban felfedezte a teljes vérre vonatkozó s alakú disszociációs görbét (1. ábra).

A következő évben Bohr és munkatársai kimutatták, hogy a disszociációs görbe helyzetét befolyásolja a vérben lévő szén-dioxid mennyisége.

1910-re a cambridge-i Joseph Barcroft felfedezte, hogy az oxi-hemoglobin disszociációját befolyásolja a pH, az ionerősség és a hőmérséklet (Barcroft csoportja jóval később, az 1930-as években felfedezte a magzati hemoglobin fokozott oxigénaffinitását is). Ezek a felfedezések kulcsfontosságúvá váltak a légzésfiziológia tanulmányozásában.

Az oxihemoglobin disszociációs görbéjének matematikai leírását először Archibald Hill javasolta 1910-ben. Ekkor azonban még nem ismerték a hemoglobin molekulatömegét, és az egyenlet értelmezését illetően eltérő vélemények alakultak ki. Csak 1979-ben John Severinghaus javasolt egy módosított egyenletet, amely jobban illeszkedik a kísérleti adatokhoz:

sO2 = ( +1)-1

FIG 1. Oxigén-hemoglobin disszociációs görbe és a görbét jobbra vagy balra eltoló tényezők. A 2,3-DPG a 2,3-difoszfogloglicerát, az eritrocitákban általában jelen lévő szerves vegyület, amely kötődik a hemoglobinhoz, és hajlamos csökkenteni a hemoglobin oxigén iránti affinitását.

Hogyan mérjük az oxigéntelítettséget

A hemoglobin oxigéntelítettségét a vérben két alapvető módon lehet mérni: (1) gázometriásan és (2) spektrofotometriásan.

A gázometriai módszerek a gázok felszabadulására, reakciójára és kiválasztott reabszorpciójára támaszkodnak egy zárt rendszerben. A szabványos gáztörvényeket használják a gáznyomások és az oxigénfrakció közötti összefüggésre. A klasszikus gázometriai eljárást Van Slyke-módszernek nevezik . A spektrofotometriai módszerek kifejlesztése Isaac Newton 1600-as években végzett fényvizsgálataihoz nyúlik vissza.

Lambert (1760) és Beer (1852) munkája eredményezte a Beer-Lambert-törvényt, amely a fény áteresztését/elnyelését az oldatokban lévő elnyelő molekulák koncentrációjának logaritmikus függvényeként írja le .

A vér első spektrofotometriai méréseit az 1930-as években végezték. Az 1950-es években spektrofotométert használtak a hemoglobin és származékainak mérésére. Az oxigéntelítettség mérésére szolgáló speciális műszereket az 1960-as években fejlesztették ki. A füloximéterek használata az artériás telítettség folyamatos becslésére a II. világháború alatti németországi és amerikai repülési vizsgálatokból eredt. A pulzoximéterek széles körű használata az 1980-as években alakult ki.

Az oximéter (gyakran CO-oximéter, az Instrumentation Laboratories által gyártott első kereskedelmi forgalomban elterjedt készülék neve) egy hemolizátor egységből, egy fotólámpából, egy lencserendszerből és érzékelő fotodiódákból áll.

A vérminta 37 °C-ra történő felmelegítése és nagyfrekvenciás rezgésekkel történő hemolizálása áttetsző oldatot eredményez. A nem teljesen hemolizált vörösvértestek szórhatják a fényt és mérési hibákat okozhatnak (a piacon vannak olyan hemoximéterek, amelyek nem hemolizálják a mintát).

A lámpa fényét megszűrik és fókuszálják, hogy áthaladjon a vérmintán. Az áteresztett fényt ezután egy diffrakciós rácson keresztül fókuszálják, amely a fényt folyamatos spektrumra választja szét.

Ezután egy maszk választja ki a méréshez használt specifikus hullámhosszakat. Ezeket az egyes hullámhosszakat fotodiódákra irányítják, amelyek a fényintenzitással arányos elektromos áramot termelnek.

A fényintenzitások a különböző koncentrációjú és típusú hemoglobin által elnyelt fény mennyiségétől függnek. Ha a különböző típusú hemoglobinok koncentrációi ismertek, a telítettség kiszámítható az alábbi egyenletek segítségével.

A teljes hemoglobin koncentrációja

ctHb a teljes hemoglobin (tHb) koncentrációja (c) a vérben. Az összes hemoglobin elvileg a hemoglobin minden típusát magában foglalja:

• Hemoglobin (HbA) – a normál felnőttkori hemoglobin egy összetett, vasat tartalmazó fehérje, amely képes az oxigén szállítására a vérben.
• Deoxi-hemoglobin (HHb) – oxigénmentes (korábban “redukált”) hemoglobin.
• Oxi-hemoglobin (O2Hb) – oxigénmentes hemoglobin, amely hemoglobinmolekulánként négy molekula oxigént tartalmaz.
• Karboxi-hemoglobin (COHb) – szén-monoxidhoz kötött hemoglobin, az oxigén-hemoglobin affinitásnál mintegy 210-szer erősebb kötéssel; megakadályozza az oxigén és a szén-dioxid normális átvitelét a vérben.
• Methemoglobin (MetHb) – olyan hemoglobinmolekula, amelynek vasa oxidált, vasas állapotban van; a légzéshez használhatatlan; acetaniliddel, kálium-kloráttal és más anyagokkal történő mérgezés után a vérben található.
• Sulfhemoglobin – kénnel kombinált hemoglobin. A nagyon ritka és nem oxigénszállító szulfhemoglobin nem szerepel a közölt ctHb-ben.
• Fetális hemoglobin (HbF) – a fejlődő magzat fő hemoglobintípusa. A magzati hemoglobin oxigén disszociációs görbéje a felnőtt hemoglobinhoz képest balra tolódik.

A teljes hemoglobin koncentrációja a következőképpen fejezhető ki:

ctHb = cO2Hb + cHHHb + cCOHb + cMetHb

Az artériás vér szisztematikus jelzése: ctHb(a). Az analizáló szimbólum lehet tHb vagy ctHb.

Referencia tartományok

ctHb(a) referencia tartomány (felnőtt):

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

Az oxigénszaturáció

Meghatározás
sO2 az oxigénszaturáció (néha funkcionális szaturációnak is nevezik) és az O2Hb és a HHb + O2Hb koncentrációinak arányaként határozzák meg:

A fenti definíció szerinti sO2 azonnal megmondja, hogy több oxigént tud-e szállítani a hemoglobin – vagy a pO2 növekedése csak a fizikailag oldott oxigént növeli.

Az artériás vér szisztematikus jelzése sO2(a). Az analizátor szimbóluma lehet sO2.

Referenciatartományok
sO2(a) normál tartomány (felnőtt): 95-99 %

A teljes hemoglobin hemoglobin frakciója (frakcionált oxi-hemoglobin)

Meghatározás
Az O2Hb és a tHb koncentrációjának hányadosa (cO2Hb/ctHb). A következőképpen számítjuk ki:

Az artériás vér szisztematikus jelzése FO2Hb(a).
Az analitikus szimbólum lehet O2Hb vagy FO2Hb.

Referenciatartományok
FO2Hb(a) referenciatartomány (felnőtt): 94-98 %

A vér 50 %-os telítettségénél mért oxigénfeszültség

Meghatározás
p50 a vér féltelítettségénél (50 %) mért oxigénfeszültség, amelyet a mért oxigénfeszültségből és oxigéntelítettségből az oxigén disszociációs görbe mentén az 50 %-os telítettségig történő extrapolációval számítanak ki. Az artériás vérből meghatározott p50 szisztematikus jele a p50(a). Az analizátor szimbóluma lehet p50(act) vagy p50.
Referenciatartományok
p50(a) referenciatartomány (felnőtt): 24-28 mmHg (3,2-3,8 kPa)

Mért szaturáció

Az oximéter a vér oxigéntelítettségének mérésére szolgáló spektrofotométer. Minden egyes hemoglobinmolekulatípusnak (azaz HHb, O2Hb, COHb és MetHb) saját fényelnyelési spektruma van.

A mérőműszerek olyan kiválasztott hullámhosszúságú fényforrásokat tartalmaznak, amelyek megfelelnek a mérendő hemoglobinmolekulák abszorpciós spektrumának. Így az sO2 mérésére alkalmas alap oximeternek csak két hullámhosszon kell meghatározni az abszorpciót, egy a HHb és egy az O2Hb esetében.

A pulzoximéterek két olyan hullámhosszt használnak, amelyek a bőrön keresztül átvihetőek (pl, ujj vagy lábujj), lehetővé téve a telítettség nem invazív monitorozását.

A két hullámhosszúságú oximéterek azonban félrevezető becsléseket adhatnak a vér oxigéntartalmáról a COHb és MetHb emelkedett szintje esetén.

A FO2Hb meghatározásához az oximeternek legalább négy hullámhosszt kell használnia (egyet-egyet a HHb, O2Hb, COHb és MetHb számára). Jelenleg az ilyen oximéterekhez (amelyeket néha hemoximétereknek neveznek, hogy megkülönböztessék a pulzoximéterektől) vérmintát kell venni a betegtől.

A FO2Hb és az sO2 közötti kapcsolat a következő:

FO2Hb = sO2 × (1 – FCOHb – FMetHb)

Fontos tudni, hogy a pulzoximéterek által mért “oxigéntelítettség” nem FO2Hb, hanem sO2. A fenti egyenlet a FO2Hb és az sO2 közötti kapcsolatot fejezi ki.

Így, ha nincsenek kóros hemoglobinok (diszhemoglobinok), akkor az oxigénnel telített hemoglobin aránya megegyezik a törtként kifejezett oxigéntelítettséggel. A kettő közötti különbség az alábbi példából látható. Megjegyezzük, hogy ez elsősorban akkor hasznos, ha a ctHb-hez viszonyítva használjuk.

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

Kiszámított szaturáció

A legtöbb CO-oximéterrel nem rendelkező vérgázelemző készülék a szaturáció leolvasását biztosítja.

Az értéket azonban ilyenkor nem mérik, hanem számítják. A számítás összetett, és figyelembe veszi a különböző tényezőket, amelyek befolyásolhatják az oxi-hemoglobin disszociációs görbe alakját. A matematikai leírás és az ebben szereplő változók a különböző márkájú analizátoroknál eltérőek.

Klinikailag jelentős hibákat eredményezhet, ha a becsült sO2-t más számításokban, például a söntfrakcióra és az oxigéntartalomra vonatkozó számításokban használják.

A sO2 becslését a pO2 mérésből és fordítva nem ajánlatos elvégezni egy standard ODC segítségével. Ennek következményei a 2. ábrán láthatók, amely 10 179 vérminta mérésén alapul .

Ez azt mutatja, hogy 90 %-os sO2 mellett a megfelelő pO2 29-137 mmHg (4-18 kPa) között van, és 60 mmHg (8 kPa) pO2 70-99 %-os sO2-nek felel meg.

Összességében a legmegbízhatóbb sO2 a CO-oximéterrel történő mérés. Ez azzal az előnnyel is jár, hogy a FO2Hb, FCOHb és FMetHb is jelenthető.

2. ábra. A vér telítettségi mérések grafikonja, amely gyenge korrelációt mutat a vérben lévő oxigén parciális nyomásával.

Klinikai alkalmazás

Az oxigéntartalom a szervezeten belüli oxigénszállítás kulcsfontosságú mutatója. Az artériás vér oxigénszállítását az oxigén tüdőből a szövetekbe történő szállításának képességének értékelésére használják. Az oxigénszállítás, amelyet az arteriális vér literenként szállított oxigénmennyiségeként határoznak meg, elsősorban a következőktől függ:

• Az artériás vér teljes oxigéntartalmától, ctO2 – az oxigénszállítás értékelésének legfontosabb paramétere
• A hemoglobin koncentrációja a vérben (ctHb)
• A diszhemoglobinok (cCOHb és cMetHb)
• Az artériás oxigénfeszültség (pO2)
• A artériás oxigénszaturáció (sO2), amelyet ismét a pO2 és a p50 határoz meg

Az oxigénszaturáció tehát nem az oxigénszállítás egyedüli mutatója. A diszhemoglobinok jelenléte és/vagy a hemoglobin alacsony koncentrációja az artériás vér oxigénszállító képességének súlyos csökkenését okozhatja.

Következtetés

A klinikai döntések meghozatalához sok esetben elegendő az sO2 (akár pulzoximéterrel mérve, akár vérgázelemző készülékkel számítva). Megfelelő alkalmazás esetén a pulzoximetria olyan előnyökkel járhat, mint a folyamatos monitorozás, a csökkentett költségek és a csökkentett vérveszteség (fontos az újszülöttek ellátása során).

Ha azonban szén-monoxid vagy más, a hemoglobint befolyásoló anyagok okozta mérgezés gyanúja merül fel, akkor a FO2Hb-t kell mérni egy asztali hemoximéterrel.

A pulzoximéterek és hemoximéterek használatára vonatkozó klinikai irányelvek az American Association for Respiratory Care (Amerikai Légzésgondozási Szövetség) honlapján találhatók. Kapcsolódó ajánlásokat tett közzé a Nemzeti Laboratóriumi Szabványügyi Bizottság.