Транспорт кислорода и оксиметрия

Транспорт кислорода и
оксиметрия
Мельников А.Л. MD, PhD, DESA
Rikshospitalet National University Hospital
Осло, Норвегия
Парциальное давление O2 (мм рт. ст.)
Кислородный каскад
Описывает падение парциального давления
кислорода, начиная от атмосферного воздуха и
заканчивая мембраной митохондрий:
159 мм рт. ст.
Альвеолы
Капилляры
Артерии
Митохондрии
0
Атмосферное (PAMBO2 = 760 мм рт. ст. × 0,21 = 159 мм рт. ст.)
Кислородный каскад
Уравнение альвеолярного газа:
•
•
•
•
PAO2 = (PATM – Pнас. пара) × 0,21 – PACO2/RQ
P насыщенного пара при 37ºC = 47 мм рт. ст.
RQ = VCO2/VO2 (0,8)
PAO2 = (760 - 47) × 0,21 - (38/0,8) = 102 мм рт. ст.
Альвеоло-артериальная
разность PO2
При нормальной функции легких градиент PO2
невелик:
(PAO2 – PaO2) = 2-5 мм рт. ст.
Любое увеличение толщины диффузионного
барьера (отек легких, фиброз) или шунт будет
увеличивать это значение
Диффузия O2 из альвеол в кровь
Скорость переноса газа через
альвеолокапиллярную мембрану
зависит от:
• Свойств газа (растворимость и мол. вес)
• Свойств мембраны (площадь поверхности
[A] и толщина [D])
• Градиента парциальных давлений (ΔP) на
мембране
Закон Фика (Fick)
Скорость
переноса газа
~
k × A × ΔP
D
Где:
Константа
диффузии, k
~
растворимость
√ молекулярная масса
Физиологический шунт
O2
Легкое
Легочные
капилляры
перенос O2
Q × CvO2
(Q – Qs) × CcO2
Qs × CvO2
CaO2 = содержание O2 в артериальной крови
CvO2 = содержание O2 в смешанной венозной крови
CcO2 = содержание O2 в крови легочных капилляров
Q = сердечный выброс
Qs = фракция (кровоток) шунта
(Q – Qs) = кровоток через легочные капилляры
Q × CaO2
Уравнение шунта
Физиологический шунт может быть
рассчитан как фракция от общего легочного
кровотока (Q)
(кровоток шунта)
(общ. кровоток) =
(Qs)
(Q)
(снижение содержания O2 из-за шунта)
(общее содержание кислорода)
=
(CcO2 – CaO2)
(CcO2 – CvO2)
Оксигенация гемоглобина
• Каждая молекула Hb связывает 4 молекулы O2
• Определяется локальным давлением (напряжением)
O2 (PAO2)
• Зависит от состояния местных тканей (pH,
температура, 2,3-DPG, CO2)
• Связывание O2 с каждым новым узлом связи
молекулы Hb усиливает процесс связи в оставшихся
узлах за счет аллостерических изменений
(“релаксированная” и “напряженная” формы)
Кривая диссоциации
оксигемоглобина
СДВИГ
Влево
Вправо
Насыщение (сатурация) Hb, %
100
Сдвиг КДО влево:
алкалоз
pCO2
2,3-DPG
гипотермия
HbF
P50
0
Сдвиг КДО влево:
ацидоз
pCO2
2,3-DPG
гипертермия
Напряжение O2 (kPa)
3.5
13.3
Четыре нужных значения…
• 97% и 80 мм рт. ст. (10 кПа) – SO2 и PO2
артериальной крови в норме
• 75% и 40 мм рт. ст. (5,3 кПа) – SO2 и PO2
венозной крови в норме
• 50% и 25 мм рт. ст. (3,5 кПа) – значение P50
• 10% - 10 мм рт. ст. (1,3 кПа)
ЕСЛИ ВЫ НЕ МОЖЕТЕ НАРИСОВАТЬ КРИВУЮ
ДИССОЦИАЦИИ ОКСИГЕМОГЛОБИНА –
ВСЕ ПРОПАЛО!!!
Перенос O2 кровью
• 97% O2 переносится с кровью в связанном с Hb
виде
• Количество растворенного O2 находится в
линейной зависимости от PAO2 и составляет 0,003
мл/мм рт. ст./100 мл плазмы
• При PAO2 100 мм рт. ст. количество растворенного
O2 составляет всего лишь 0,3 мл (1,5 %)
Содержание O2 в крови
Транспортная способность Hb ~ 1,34 мл O2 / грамм Hb
Таким образом, содержание O2 в крови:
(O2, связанный с Hb) + (растворенный O2)
= (Hb × 1.34 × SO2 × 0,001) + (0,003 × PO2)
При SaO2 = 100%, Hb =150 г/л и PaO2=100 мм рт. ст.:
• CaO2 = 20,1 + 0,3 = 20,4 мл/100 мл крови
При SvO2 = 75% и PvO2 = 45 мм рт. ст.:
• CvO2 = 15,1 + 0,1 = 15,2 мл/100 мл крови
Доставка и потребление кислорода
Доставка O2 это объем O2, доставленный
периферическим тканям = Q × CaO2
для CaO2 = 20,1 мл/100 мл и Q = 5,0 л/мин
Доставка O2 (DO2) = 1005 мл/мин
для CvO2 = 15,2 мл/100 мл и Q = 5,0 л/мин
Возврат O2 = 760 мл/мин
Потребление O2 = доставка O2 – возврат O2 =
1005 мл – 760 мл = 245 мл/мин
Таким образом, коэффициент экстракции O2 ~ 25%
Пульсоксиметрия
Использует свет, с двумя длинами волны:
красный (660 нм) и инфракрасный (940 нм) для
измерения абсорбции пульсирующим
кровотоком.
Принимая концентрацию Hb и интенсивность
света за константы, SaO2 может быть рассчитана
как логарифмическая функция абсорбции света
кровью.
Пульсоксиметрия
Закон Ламберта-Бира (Beer-Lambert):
Itrans = Iine-DCa
Itrans
Iin
D
C
a
интенсивность проходящего света
интенсивность свечения источника
расстояние, пройденное светом через среду
концентрация растворенного вещества
(гемоглобин)
константа специфичная для вещества при данной
длине волны
Пульсоксиметрия
Itrans = Iine-DCa
Палец
Источник света
Расстояние, ”D”
Hb Hb
Hb Hb
Hb
Hb в концентрации «C» и
Датчик проходящего
Коэффициентом экстинкции «a»
света
Сложные расчеты…
САТУРАЦИЯ
Вариабельность абсорбции света
красный
Инфракрасный
Длина волны B
940 нм
Степень абсорбции
Длина волны A
660 нм
Оксигемоглобин
Изобеста
600
Дезоксигемоглобин
Точка изобесты
700
800
Длина волны (нм)
900
1000
Электрод Кларка (Clark)
Катод [Pt]
Электроны
Анод [Ag/AgCl]
-
Электролит
KCl
O2 + 4e + 2 H2O Æ 4 (OH)-
Проба крови
Пластиковая мембрана
Проба
(O2)
Трансдюсер
дифференциала давлений
Переменное
магнитное поле
Выход газа
Калибровочный газ
(воздух)
Парамагнитный анализатор