Metabolismus kyslíku v organismu Měření energetického výdeje Dusíková bilance A-3Ic195ZyY9KiOh1snm_Mna-Wrg6P28KNqoKP6NfDSuqQ9rp_7osRyQcGZ2Ol9Y9MzY535l9g1gKD9DGy5NnY00Jl5VGu-xCGl PvExgmhjm9yzaPO0 Aminokyseliny Mastné kyseliny snizena dodavka kysliku Účinná respirace/oxygenace tkání záleží na Ø pO2 a obsahu O2 ve vdechovaném vzduchu Ø ventilaci / perfuzi Ø Ø výměně plynů v plicích Ø Ø koncentraci hemoglobinu Ø Ø vazbě kyslíku na hemoglobin Ø Ø srdečním výdeji a perfuzi tkání Složení suchého atmosferického vzduchu 78% dusík 20.9% kyslík 0,03% oxid uhličitý cca 1,0% inertní plyny pO2 (kPa) Vdechovaný vzduch 19,9 Vydechovaný vzduch 15,4 Parciální tlak kyslíku Atmosferický tlak 101,5 kPa pO2 = (101,5 – 6,25) * 0,21 = 19,9 kPa pO2 [kPa] atmosferický vzduch 19,9 alveolární vzduch 14,6 arteriální krev 13,3 venózní krev 5,3 cytoplazma buněk mitochondrie 2,7 0,3 Kyslíkový gradient FiO2 Frakční inspirační kyslík atmosferický vzduch………………. 0,21 arteficiální ventilace obvykle……….0,4 čistý kyslík …………………………..1,0 Dýchací systém se dělí anatomicky a funkčně do dvou částí dýchací cesty trachea, bronchy, terminální bronchioly respirační zóna (struktury, ve kterých dochází k výměně plynů) respirační bronchioly, alveolární dukty a alveoly Mrtvý prostor Ø anatomický mrtvý prostor (dýchací cesty) Ø alveolární mrtvý prostor (neperfundované alveoly) Perfuze Perfuze je větší při bazi plic než ve hrotě Ventilace Zajišťuje výměnu plynů mezi atmosférou a plicemi Účinná respirace/oxygenace tkání záleží na Ø pO2 a obsahu O2 ve vdechovaném vzduchu Ø ventilaci / perfuzi Ø Ø výměně plynů v plicích Ø Ø koncentraci hemoglobinu Ø Ø vazbě kyslíku na hemoglobin Ø Ø srdečním výdeji a perfuzi tkání Možné příčiny hypoxie Atmosferický vzduch Nízký parciální tlak kyslíku vysoká nadmořská výška – vysoké hory, výškové lety spotřebovaný kyslík – hoření v uzavřeném prostoru vysoký obsah CO2 - psí jeskyně hypoventilace útlum dechového centra (Morfin) bolest při dýchání (poranění hrudníku, pleuritida) slabost dýchacích svalů (vyčerpané osoby) Možné příčiny hypoxie Difuze kyslíku přes alveolokapilární membránu plicní edém fibrotický proces Poměr ventilace / perfuze alveolární ventilace je přibližně 4 l/min. srdeční výdej průměrně 5 l/min V/P poměr = 0,8 Plicní zkraty Vyjadřují % neoxygenované krve po průchodu plicemi [< 5.0 % ; < 0.05 ] Zahrnují krev protékající neventilovanými oblastmi plic (atelektáza, šoková plíce) Možné příčiny hypoxie Koncentrace celkového hemoglobinu anémie Efektivní koncentrace hemoglobinu oxyhemoglobin karbonylhemoglobin methemoglobin hemoglobin Disociační křivka kyslíku Saturační křivka hemoglobinu Vztah mezi pO2 a saturací hemoglobinu kyslíkem Poloha disociační křivky kyslíku odráží afinitu kyslíku k hemoglobinu. Matematickým vyjádřením je hodnota p50 pO2 potřebný pro 50% stauraci hemoglobinu kyslíkem C:\Users\Miroslav Fiala\Desktop\02.jpg afinitu kyslíku k hemoglobinu snižuje: (posun křivky doprava) Ø zvýšená teplota Ø snížené pH Ø zvýšený pCO2 Ø zvýšení koncentrace 2,3-difosphoglycerátu v erytrocytech Ø graficky……….posun křivky doprava Ø matematicky…..zvýšení hodnoty p50 3,0 3,6 4,4 teplota pCO2 teplota pCO2 2,3 mmol/L; 51 ml/L 200ml/L 150ml/L sejmout0006 2,3 mmol/L; 51 ml/L v a 160ml/L 110ml/L pO2 [kPa] atmosferický vzduch 19,9 alveolární vzduch 14,6 arteriální krev 13,3 venózní krev 5,3 (<4,0.....<2,5) cytoplazma buněk mitochondrie 2,7 0,3 Kyslíkový gradient arteriální krev smíšená žilní krev konc. hemoglobinu [mmol/l] 9,0 9,0 saturace hemoglobinu [0,00] 0,98 0,68 pO2 [kPa] 13,3 5,3 ctO2 [mmol/l] 9,0 6,7 a-v rozdíl O2 [mmol/l] 2,3 a-v rozdíl O2 [ml/l] 51 Možné příčiny hypoxie Srdeční výdej srdeční selhání infarkt myokardu hemodynamicky závažné arytmie Prokrvení tkání hypovolemie šok centralizace krevního oběhu hypoxická hypoxie Ø dostatečné množství a parciální tlak kyslíku ve vdechovaném vzduchu Ø adekvátní ventilace-výměna alveolárního vzduchu Ø optimální poměr ventilace / perfuze na úrovni plicního parechnymu Ø efektivní difuze kyslíku z alveolárního vzduchu přes alveolo-kapilární membránu do krve anemická/transportní hypoxie Ø dostatečné množství funkčního (efektivního) hemoglobinu v krvi Ø optimální afinita a vazba kyslíku na hemoglobin cirkulační/ischemická hypoxie Ø adekvátní minutový srdeční výdej histotoxická hypoxie Ø účinné uvolnění kyslíku do tkání a buněk Ø aerobní metabolismus buňky Respirační insuficience Chronická respirační insuficience Ø parciální, postihující dodávku kyslíku (hypoxie) Ø globální spojená i s retenci oxidu uhličitého (hyperkapnie a respirační acidóza) Akutní respirační insuficience syndrom akutní dechové tísně-ARDS (adult respiratory distress syndrom) je závažný stav spojený s vysokou úmrtností. Často bývá spojen s šokovým stavem (šoková plíce) i jako součást multiorgánového selhání různé etiologie. Hypoxie nedostatek kyslíku ve tkáních Kys. mléčná - produkt anaerobního metabolismu [< 2,2 mmol/L] 1,3-4,4 mmol/L…………………mortalita 20 % 4,5-8,9 mmol/L…………………mortalita 73 % septický stav > 3,0 mmol/L ……………………špatná prognóza Perinatální asfyxie Asfyxie je jednou z nejčastějších příčin úmrtí nebo těžkého poškození plodu. Příčiny mohou být na straně matky (srdeční, plicní choroby, porušený průtok krve placentou, abnormální děložní kontrakce) dále ji může vyvolat komprese nebo uzel na pupečníku, předčasné odloučení placenty nebo patologie plodu (vrozené srdeční vady, poruchy srdečního rytmu, těžká anemie, sepse, pneumonie apod). Samostatnou jednotkou je respiratory distress syndrom (RDS) novorozenců. Vyskytuje se především u nedonošených dětí. Příčinou je nedostatek plicního surfaktantu v nezralých plicích. Ten zabraňuje kolapsu alveolů v expiriu a brání tak vzniku funkčních atelektáz. Stupeň porodní asfyxie se klinicky hodnotí pomocí Apgar score. Hodnota score 0-3 v 5., 10., 15. a 20. minutě po porodu se považuje za výrazně patologickou. Srdeční činnost 0 1 2 Dýchání 0 1 2 Barva kůže 0 1 2 Svalový tonus 0 1 2 Reakce na podráždění 0 1 2 __________________________________________________ Maximální hodnota 10 K laboratornímu posouzení závažnosti hypoxie plodu se používá stanovení pH v pupečníkové krvi odebrané při porodu. Pro hypoxii svědčí hodnota pH<7,0. Vliv vysoké nadmořské výšky Složení atmosferického vzduchu je stejné u hladiny moře i na Mount Everestu, liší se pouze barometrický tlak a tím i parciální tlak kyslíku. Snížený pO2 působí hypoxii, která vyvolává řadu adaptačních reakcí. Při dlouhodobějším pobytu ve vyšší nadmořské výšce se jedná především o zvýšenou tvorbu erytropoetinu (EPO) v ledvinách s následnou stimulací tvorby hemoglobinu a erytrocytů s výsledným zvýšením kyslíkové kapacity krve.Zvyšuje se i 2,3-bisfosfoglycerát, který usnadňuje uvolňování kyslíku do tkání. Těchto adaptačních mechanismů se využívá při přípravě vysokohorských horolezců ale často i pro zvýšení kyslíkové výkonnosti u různých vrcholových sportovních disciplín. Potápění S opačnou problematikou se potýkají potápěči. S hloubkou ponoru pod hladinu se dramaticky zvyšuje tlak a tím i pO2 vdechovaného vzduchu až do toxických hodnot. Při dýchání vzduchu o stejném složení jako je atmosferický vzduch tak hrozí hyperoxie. Pro potápění do větších hloubek se proto používá směs plynů, která obsahuje menší podíl kyslíku (tzv.Trimix). Nadbytečný dusík a kyslík je v této směsi nahrazen netečným plynem (heliem). Biologický materiál pro měření kyslíku Nejvhodnější materiál pro měření kyslíku je arteriální krev (arteriální punkce je ralativně invazivní výkon) Odběr krve musí být proveden anaerobně Arterializovaná kapilární krev z ušního lalůčku (dospělí) z patičky (novorozenci) Instr_tech_ABR_Osm 038 Instr_tech_ABR_Osm 041 Instr_tech_lab Energetický výdej a krytí energetické potřeby Potřeba energie se liší - od pacienta k pacientovi od choroby k chorobě z hodiny na hodinu Výpočet základního energetického výdeje Harris-Benedict (rovnice) výška (cm) …. váha(kg)…. věk(roky)…. pohlaví (M/W) (BMR – Basal Metabolic Rate)- Harris Benedict BMR (w): 655 + (9,6 x weight) + (1,8 x height) – (4,7 x age) BMR (m): 66 + (13,8 x weight) + (5 x height) – (6,8 x age) 1°C nad 37°C……………. + 10 % střední stres ……………. + 30 % závažný stres……………. + 100 % Nepřímá kalorimetrie Těsný vztah mezi energetickým výdejem a spotřebou kyslíku Měření spotřeby kyslíku rozdíl mezi obsahem kyslíku ve vdechovaném a vydechovaném vzduchu Nepřímá kalorimetrie O2 [l/min] x 1440 x 4,83 x 4,18 = kJ Energetický ekvivalent [kcal/l spotřebovaného kyslíku] glukóza……..5,05 kcal tuk…………..4,69 kcal bílkovina……4,49 kcal spotřeba kyslíku nárust před operací 1.den po operaci % celková anestezie 250 ml/min (360 l/24 hod) 290 ml/min (418 l/24h) 16 % epidurál 257 ml/min (370 l/24h) 3 %