Att cooxa eller inte cooxa

Historia

Studien av syremättnad i blodet har sina rötter i de tidiga flygningar med varmlufts- och väteballonger som gjordes i Frankrike på 1800-talet. Ballongbesättningarna märkte dåliga effekter när deras ballonger steg över 7 000 meter.

Den 15 april 1875 steg ballongen Zenith till en höjd av 8 600 meter med en besättning på tre personer. Utan förvarning förlamades deras armar och ben och två av dem omkom. Tragedin betraktades som en nationell katastrof och de hedrades som ”martyrer för vetenskapen i sökandet efter sanningen”.

Orsaken till katastrofen avslöjades 1878 efter offentliggörandet av La Pression Barometrique av den franske vetenskapsmannen Paul Bert. I denna bok granskades de fysiologiska symtomen hos djur och människor som utsattes för låga barometertryck.

Det var Bert som först publicerade enkla kurvor som visar förhållandet mellan partialtrycket av syre i luften och syrehalten i blodet. Detta var den första dissociationskurvan in vivo. Bert var också den förste som visade att blodet absorberade mer syre när temperaturen sjönk.

År 1885 publicerade Christian Bohr i Köpenhamn en mer raffinerad dissociationskurva för en hemoglobinlösning (inte helblod) som såg ut som en hyperbel. År 1903 upptäckte Bohr den s-formade dissociationskurvan för helblod (fig. 1).

Året därpå visade Bohr och kollegor att dissociationskurvans läge påverkades av mängden koldioxid i blodet.

Häromkring 1910 gjorde Joseph Barcroft i Cambridge upptäckten att dissociationen av oxyhemoglobin påverkades av pH, jonstyrka och temperatur (Barcrofts grupp upptäckte också den ökade syreaffiniteten hos fosterhemoglobin mycket senare, på 1930-talet). Dessa upptäckter blev avgörande för studiet av andningsfysiologi.

En matematisk beskrivning av oxyhemoglobindissociationskurvan föreslogs först av Archibald Hill 1910. På den tiden kände man dock inte till hemoglobins molekylvikt och det fanns olika åsikter om hur ekvationen skulle tolkas. Det var inte förrän 1979 som John Severinghaus föreslog en modifierad ekvation som bättre passar de experimentella data:

sO2 = ( +1)-1

FIG. 1. Dissociationskurva för syre-hämoglobin och faktorer som förskjuter kurvan till höger eller vänster. 2,3-DPG är 2,3-difosfoglycerat, en organisk förening som normalt finns i erytrocyter och som binder till hemoglobin och tenderar att minska hemoglobins affinitet för syre.

Hur man mäter syrgasmättnad

Det finns två grundläggande sätt att mäta hemoglobins syrgasmättnad i blod: (1) gasometriskt och (2) spektrofotometriskt.

Gasometriska metoder bygger på frisättning, reaktion och vald reabsorption av gaser i ett slutet system. Standardgaslagar används för att relatera gastryck till syrefraktionen. Det klassiska gasometriska förfarandet kallas Van Slyke-metoden . Utvecklingen av spektrofotometriska metoder går tillbaka till Isaac Newtons studier av ljuset på 1600-talet.

Arbeten av Lambert (1760) och Beer (1852) resulterade i Beer-Lambert-lagen som beskriver transmission/absorption av ljus som en logaritmisk funktion av koncentrationen av de absorberande molekylerna i lösningar .

De första spektrofotometriska mätningarna av blod gjordes på 1930-talet. På 1950-talet användes en spektrofotometer för att mäta hemoglobin och dess derivat. Specifika instrument för mätning av syremättnad utvecklades på 1960-talet. Användningen av öronoximetrar för kontinuerliga uppskattningar av arteriell mättnad uppstod genom flygstudier i både Tyskland och Amerika under andra världskriget. En utbredd användning av pulsoximetrar utvecklades på 1980-talet.

En oximeter (ofta kallad CO-Oximeter, namnet på den första kommersiellt populära apparaten som tillverkades av Instrumentation Laboratories) består av en hemolysatorenhet, en fotolampa, ett linsesystem och fotodioder för avkänning.

Blodprovet värms upp till 37 °C och hemolyseras med högfrekventa vibrationer, vilket ger en genomskinlig lösning. Ofullständigt hemolyserade röda blodkroppar kan sprida ljuset och ge upphov till mätfel (det finns vissa hemoximetrar på marknaden som inte hemolyserar provet).

Ljuset från lampan filtreras och fokuseras för att passera genom blodprovet. Det överförda ljuset fokuseras sedan genom ett diffraktionsgaller som separerar ljuset i ett kontinuerligt spektrum.

En mask väljer sedan de specifika våglängder som används för mätning. Dessa enskilda våglängder riktas mot fotodioder som producerar elektriska strömmar som är proportionella mot ljusintensiteterna.

Ljusintensiteterna är beroende av hur mycket ljus som absorberas av de olika koncentrationerna och typerna av hemoglobin. När koncentrationerna av de olika typerna av hemoglobin är kända kan mättnaden beräknas med hjälp av ekvationerna nedan.

Koncentration av totalt hemoglobin

ctHb är koncentrationen (c) av totalt hemoglobin (tHb) i blodet. Totalt hemoglobin omfattar i princip alla typer av hemoglobin:

• Hemoglobin (HbA) – normalt vuxet hemoglobin är ett komplext protein som innehåller järn och kan transportera syre i blodet.
• Deoxyhemoglobin (HHb) – syrefritt (tidigare kallat ”reducerat”) hemoglobin.
• Oxyhemoglobin (O2Hb) – syresatt hemoglobin som innehåller fyra syremolekyler per hemoglobinmolekyl.
• Carboxyhemoglobin (COHb) – hemoglobin som är bundet till kolmonoxid, en bindning som är cirka 210 gånger starkare än affiniteten mellan syre och hemoglobin; förhindrar normal överföring av syre och koldioxid i blodet.
• Methemoglobin (MetHb) – hemoglobinmolekyl vars järn befinner sig i det oxiderade, järnhaltiga tillståndet; värdelös för andning; återfinns i blodet efter förgiftning med acetanilid, kaliumklorat och andra ämnen.
• Sulfhemoglobin – hemoglobin i kombination med svavel. Det mycket sällsynta och syrefria sulfhemoglobinet ingår inte i det rapporterade ctHb.
• Fetalt hemoglobin (HbF) – den viktigaste typen av hemoglobin i foster under utveckling. Syrefördelningskurvan för fosterhemoglobin är förskjuten till vänster jämfört med vuxenhemoglobin.

Koncentrationen av totalt hemoglobin kan uttryckas som:

ctHb = cO2Hb + cHHHb + cCOHb + cMetHb

Den systematiska symbolen för artärblod är ctHb(a). Analyssymbolen kan vara tHb eller ctHb.

Referensområden

ctHb(a) referensområde (vuxen):

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

Syremättnad

Definition
sO2 är syremättnad (ibland kallad funktionell mättnad) och definieras som förhållandet mellan koncentrationerna av O2Hb och HHb + O2Hb:

sO2, enligt definitionen ovan, kommer omedelbart att visa om mer syre kan transporteras av hemoglobin – eller om en ökning av pO2 endast kommer att öka det fysiskt lösta syret.

Den systematiska symbolen för arteriellt blod är sO2(a). Analyssymbolen kan vara sO2.

Referensområden
sO2(a) normalområde (vuxen): 95-99 %

Hemoglobinfraktion av totalt hemoglobin (fraktionerat oxyhemoglobin)

Definition
FO2Hb definieras som förhållandet mellan koncentrationerna av O2Hb och tHb (cO2Hb/ctHb). Det beräknas på följande sätt:

Den systematiska symbolen för arteriellt blod är FO2Hb(a).
Symbolen för analysatorn kan vara O2Hb eller FO2Hb.

Referensområden
FO2Hb(a) referensområde (vuxen): 94-98 %

Syrespänning vid 50 % mättnad i blodet

Definition
p50 är syrgasspänningen vid halva mättnaden (50 %) i blodet och beräknas från den uppmätta syrgasspänningen och syrgasmättnaden genom extrapolering längs syrgasdispenseringskurvan till 50 % mättnad. Den systematiska symbolen för p50 bestämd från arteriellt blod är p50(a). Analysatorsymbolen kan vara p50(act) eller p50.
Referensområden
p50(a) referensområde (vuxen): 24-28 mmHg (3,2-3,8 kPa)

Mättad mättnad

En oximeter är en spektrofotometer som är utformad för att mäta blodets syremättnad. Varje typ av hemoglobinmolekyl (dvs. HHb, O2Hb, COHb och MetHb) har sitt eget ljusabsorptionsspektrum.

Oximetrar innehåller ljuskällor med utvalda våglängder som motsvarar absorptionsspektren för de hemoglobinmolekyler som ska mätas. En grundläggande oximeter som kan mäta sO2 behöver således bestämma absorptionen vid endast två våglängder, en för HHb och en för O2Hb.

Pulsoximetrar använder två våglängder som kan överföras genom huden (t.ex, ett finger eller en tå), vilket möjliggör icke-invasiv övervakning av saturation.

Oximetrar med två våglängder kan dock ge missvisande uppskattningar av syrehalten i blodet i närvaro av förhöjda nivåer av COHb och MetHb.

För att erhålla FO2Hb måste en oximeter använda minst fyra våglängder (en vardera för HHb, O2Hb, COHb och MetHb). För närvarande kräver sådana oximetrar (som ibland kallas hemoximetrar för att skilja dem från pulsoximetrar) blodprov från patienten.

Sambandet mellan FO2Hb och sO2 är:

FO2Hb = sO2 × (1 – FCOHb – FMetHb)

Det är viktigt att veta att ”syrgasmättnad”” som mäts med pulsoximetrar inte är FO2Hb, utan sO2. Ekvationen ovan uttrycker förhållandet mellan FO2Hb och sO2.

Om inga onormala hemoglobiner (dyshemoglobiner) förekommer är alltså fraktionen syresatt hemoglobin lika med syremättnaden, uttryckt som en fraktion. Skillnaden mellan de två framgår av exemplet nedan. Observera att detta främst är användbart när det används i förhållande till ctHb.

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

Beräknad mättnad

De flesta blodgasanalysatorer utan CO-oximeter ger en avläsning för mättnad.

Hur som helst beräknas värdet då snarare än mäts. Beräkningen är komplex och tar hänsyn till de olika faktorer som kan påverka formen på oxyhemoglobindissociationskurvan. Den matematiska beskrivningen och variablerna i denna varierar för olika fabrikat av analysatorer.

Kliniskt viktiga fel kan uppstå om man använder uppskattad sO2 i andra beräkningar, t.ex. för shuntfraktion och syrehalt .

Det avråds från att göra en uppskattning av sO2 från en mätning av pO2 och vice versa med hjälp av en standard ODC. Konsekvenserna av detta framgår av figur 2, som bygger på mätning av 10 179 blodprover .

Detta visar att med en sO2 på 90 % är motsvarande pO2 från 29-137 mmHg (4-18 kPa) och en pO2 på 60 mmHg (8 kPa) motsvarar en sO2 på 70-99 %.

Samt sett är den mest tillförlitliga sO2-mätningen med en CO-oximeter. Detta ger också fördelen att FO2Hb, FCOHb och FMetHb också kan rapporteras.

FIG. 2. Diagram över mätningar av blodmättnad som visar dålig korrelation med syrepartialtrycket i blodet.

Klinisk tillämpning

Syrehalten är en viktig indikator för syretransporten i kroppen. Syretransporten i arteriellt blod används för att utvärdera förmågan att transportera syre från lungorna till vävnaden. Syretransporten, definierad som den mängd syre som transporteras per liter arteriellt blod, beror främst på:

• Det totala syreinnehållet i det arteriella blodet, ctO2 – nyckelparametern för utvärdering av syretransport
• Koncentrationen av hemoglobin i blodet (ctHb)
• Koncentrationen av dyshemoglobiner (cCOHb och cMetHb)
• Den arteriella syrgasspänningen (pO2)
• Den arteriella syremättnaden (sO2), som återigen bestäms av pO2 och p50

Därmed är syremättnaden inte den enda indikatorn på syretransport. Förekomsten av dyshemoglobiner och/eller en låg koncentration av hemoglobin kan orsaka allvarliga minskningar av det arteriella blodets syretransportkapacitet.

Slutsats

För många ändamål är sO2 (antingen mätt med pulsoximeter eller beräknad med en blodgasanalysator) tillräcklig för att fatta kliniska beslut. Vid lämplig tillämpning kan pulsoximetri leda till fördelar som kontinuerlig övervakning, minskad kostnad och minskad blodförlust (viktigt vid vård av nyfödda).

Hursomhelst, när man misstänker förgiftning med kolmonoxid eller andra ämnen som kan påverka hemoglobinet, krävs FO2Hb, mätt med en bänkhemoximeter.

Kliniska riktlinjer för användning av pulsoximetrar och hemoximetrar finns tillgängliga från American Association for Respiratory Care . Relaterade rekommendationer har publicerats av National Committee for Laboratory Standards.