Ανταλλαγή αερίων και Υποξαιμική Αναπνευστική Ανεπάρκεια

Transcript

1 Ανταλλαγή αερίων και Υποξαιμική Αναπνευστική Ανεπάρκεια ΙΩΑΝΝΑ ΣΙΓΑΛΑ ΠΝΕΥΜΟΝΟΛΟΓΟΣ ΕΝΤΑΤΙΚΟΛΟΓΟΣ Α ΚΛΙΝΙΚΗ ΕΝΤΑΤΙΚΗΣ ΘΕΡΑΠΕΙΑΣ ΠΝΕΥΜΟΝΟΛΟΓΙΑΣ ΓΝΑ ΕΥΑΓΓΕΛΙΣΜΟΣ

2 ΑΝΑΠΝΕΥΣΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ

3

4

5 ΟΡΙΣΜΟΙ ΑΝΑΠΝ.ΑΝΕΠΑΡΚΕΙΑΣ Αδυναμία επαρκούς οξυγόνωσης αίματος (PO2<60 mmhg) Αδυναμία επαρκούς αποβολής CO2 (PCO2>45 mmhg) Συνδυασμός ιάγνωση: ΑΕΡΙΑ ΑΡΤΗΡΙΑΚΟΥ ΑΙΜΑΤΟΣ (ηρεμία, FiO2 21%) εν έχει σχέση με δύσπνοια, σπιρομέτρηση, απεικόνιση

6 ΑΝΑΠΝ.ΑΝΕΠΑΡΚΕΙΑ & ΤΥΠΟΙ (αέρια αίματος σε ηρεμία & FiO2 21%) ΤΥΠΟΣ 1 ή ΥΠΟΞΑΙΜΙΚΗ ΤΥΠΟΣ 2 ή ΥΠΕΡΚΑΠΝΙΚΗ PO2 < 60mmHg Νορμο ή υποκαπνία Oξεία: PCO2, ph Χρονία: κ.φ. PCO2, ph PCO2 > 45mmHg Υποξαιμία Οξεία: ph, HCO3 κφ ή λίγο Χρονία: ph κφ ή λίγο όξινο, HCO3 Οξεία επί χρονίας Ιστορικό εγκατάστασης

7 Αναπνευστική Ανεπάρκεια ΑΝΕΠΑΡΚΕΙΑ ΠΝΕΥΜΟΝΩΝ Διαταραχή ανταλλαγής αερίων Υποξυγοναιμία ΑΝΕΠΑΡΚΕΙΑ ΑΝΤΛΙΑΣ Μείωση κυψελιδικού αερισμού Υπερκαπνία

8 Αναπνευστική Ανεπάρκεια Μηχανισμοί 1) διαταραχές αερισμού αιμάτωσης (V/Q) 2) βραχυκύκλωμα 3) διαταραχές διάχυσης 4) κυψελιδικός υποαερισμός 5) εισπνοή μείγματος αέρα με χαμηλότερη από τη φυσιολογική (FiO2=21%) περιεκτικότητα σε οξυγόνο.

9 Αναπνευστικό σύστημα Ο ατμοσφαιρικός αέρας περιέχει CO2 = 0,04% O2=20,93% PaO2=100mmHg PaCO2=40mmHg PvO2=40mmHg PvCO2=45 47mmHg ml/min

10 Σύνθεση του αέρα Ο ατμοσφαιρικός αέρας είναι μείγμα αερίων Άζωτο (79%) Οξυγόνο (20,93%) CO 2 (0,04%) Υδρατμοί (H 2 O) Αδρανή αέρια (Ar, Ne, Ze, Kr)

11 Μερικές πιέσεις των αερίων Νόμος του Dalton: P gas = %total gas X P tot Patm: 760mmHg ή 1 atm Για το οξυγόνο Pο 2 = 0,2093 x 760mmHg =159 mmhg Για το CO 2 Pco 2 = 0,0004 x760mmhg= 0,3 mmhg

12 N 2 O 2 N 2 P H 2O=0 ατμόσφαιρα H 2 O O 2 P H2O =47 τραχεία Ο αέρας όταν εισέρχεται στους ανώτερους αεραγωγούς θερμαίνεται και κορένεται σε υδρατμούς πίεση υδρατμών =47mmHg

13 Πίεση εισπνεόμενου οξυγόνου PIo 2 = FIo 2 x (PB PH 2 O) ή 0,2093 x (760 47)mmHg=149mmHg Για το CO 2 Pco 2 = 0,0004 x (760 47)mmHg= 0,29 mmhg

14

15 Το CO2 παράγεται κατά το μεταβολισμό από την οξείδωση διαφόρων ουσιών Ρυθμός 10mmol/min σε συνθήκες ηρεμίας C6H12O6 (s) + 6 O2 (g) 6 CO2 (g) + 6 H2O (l) + heat

16 Εισπνεόμενος Αέρας Εκπνεόμενος Αέρας Πνευμονική αρτηρία Πνευμονική Φλέβα

17 Σχέση αερισμού αιμάτωσης Η συγκέντρωση του οξυγόνου (ή καλύτερα η PO 2 ) σε μία πνευμονική μονάδα εξαρτάτε: 1. Από την απομάκρυνση του οξυγόνου με το πνευμονικό τριχοειδικό αίμα 2. Τη συνεχή ανανέωσή του με τον κυψελιδικό αερισμό Σχέση αερισμού αιμάτωσης V/Q

18

19

20 Αερισμός Με κάθε εισπνοή εισέρχονται 500 ml αέρα (αναπνεόμενος όγκος Tidal Volume) 150 ml αέρα παραμένουν στους οδηγούς αεραγωγούς οι οποίοι δε συμβάλουν στην ανταλλαγή των αερίων (ανατομικός νεκρός χώρος) 2 3ml/kg ideal body weight Τα υπόλοιπα 350 ml αέρα φτάνουν στις κυψελίδες και συμβάλλουν στην ανταλλαγή των αερίων.

21 ΑΕΡΙΣΜΟΣ ΟΡΙΣΜΟΙ Ολικός πνευμονικός αερισμός (ανά λεπτό) V: αναπνεόμενος όγκος (V T ) x αναπν. συχνότητα (n) Αν V T = 500ml και n= 15αναπνοές /λεπτό V = 500 x 15= 7500ml/min Κυψελιδικός αερισμός V A V A = ( ) x 15 = 5250ml/min Αερισμός νεκρού χώρου V D [wasted ventilation] V D = 150 x 15 = 2250ml/min V= V A + V D

22 ΝΕΚΡΟΣ ΧΩΡΟΣ Ανατομικός νεκρός χώρος: οδηγοί αεραγωγοί δεν έρχονται σε επαφή με κυψελίδες. Κυψελιδικός νεκρός χώρος: κυψελίδες χωρίς επαρκή αιμάτωση δε συμβάλλουν στην ανταλλαγή αερίων. Μηχανικός νεκρός χώρος: κυκλώματα αναπνευστήρων, μάσκες κλπ Ολικός νεκρός χώρος: Το άθροισμα του ανατομικού και του κυψελιδικού νεκρού χώρου. Στα φυσιολογικά άτομα είναι ίδιος με τον ανατομικό νεκρό χώρο. Φυσιολογικά: V D /VT =

23 Εξίσωση κυψελιδικού αερισμού Εισπνεόμενο Ο 2 Καταναλισκόμενο Ο 2 PAO2 = PiO2 (PACO2/R) R (respiratory Quoticut): αναπνευστικό πηλίκο R= παραγόμενο CO2/καταναλισκόμενο Ο2 R=0.8 Η πτώση της κυψελιδικής PO 2 είναι μεγαλύτερη από την αύξηση της PCO 2. PAO2 = 0,21 x (760 47) PCO2/0,8 = 150 1,25x PCO2 =150 1,25x40 = = 100mmHg.

24 Η αναπνευστική εξίσωση PaCO2= k x V CO2 / V A V A = V E V D V E : Ολικός πνευμονικός αερισμός (ανά λεπτό) V A : Κυψελιδικός αερισμός V D : Αερισμός νεκρού χώρου

25 PAO2 = PiO2 (PACO2/R) PAO2 = PiO2 k.vco2/va.r PAO2 = PiO2 k x VCO2 VA x R PAO2 = PiO2 k x VCO2 VA x R PIO2 = FiO2 x(patm PH2O)

26 PAO2 = PiO2 k x VCO2 VA x R PIO2 = FiO2 x(patm PH2O)

27 ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ ΑΕΡΑ Μέχρι τα τελικά βρογχιόλια: μαζική ροή Αναπνευστική ζώνη: διάχυση Γιατί? Εξαιρετικά μεγάλη αύξηση της ολικής επιφάνειας διατομής των αεραγωγών της αναπνευστικής ζώνης ταχύτητα αέρα εξαιρετικά μικρή

28 ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΜΟΡΙΑ ΑΕΡΙΟΥ ΒΡΙΣΚΟΝΤΑΙ ΣΕ Συνεχής κίνηση με διάφορες ταχύτητες προς ποικίλες κατευθύνσεις ΙΑΧΥΣΗ Κίνηση μορίων αερίου από περιοχές μεγάλης συγκέντρωσης προς μικρότερης συγκέντρωσης

29 ΔΙΑΧΥΣΗ ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ FICK VLgas = (A/T) * D * (P 1 P 2 ) A: εμβαδό επιφάνειας μεμβράνης (50 100τμ) Τ: πάχος μεμβράνης ( μm) D: σταθερά διάχυσης (εξαρτάται από τον ιστό και το αέριο) D ανάλογο του λόγου: διαλυτότητα/ MB P 1 P 2 : η διαφορά πίεσης εκατέρωθεν της μεμβράνης

30 300 εκατομμύρια κυψελίδες

31 50-100m2 για ανταλλαγή αερίων 1000 pulmonary capilaries/alveolus 280 billion total

32 ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ FICK Μεταφορά του Ο2 (VLO2) από την κυψελίδα στο τριχοειδικό (μικτό φλεβικό) αίμα μέσω της μεμβράνης που έχει επιφάνεια Α και πάχος Τ: VLO2 = (A/T) * do2 * (PAO2 PvO2) PAO2 = 100mmHg PvO2 = 40mmHg Διαφορά πίεσης : 60mmHg

33 ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ FICK Αντιστοίχως για CO2: VLCO2 = (A/T) * dco2 * (PvCO2 PACO2) PvCO2 = 45mmHg PACO2 = 40mmHg Διαφορά πίεσης: 5mmHg dco2 = solub.co2/ MWCO2 (=σταθερά διαχύσεως CO2) 20*dO2 Η Διαλυτότητα CO2 είναι 20 φορές μεγαλύτερη του οξυγόνου Μοριακό Βάρος CO 2 και Ο 2 περίπου ίδιο

34 O2 CO2

35 ΔΙΑΤΑΡΑΧΗ ΔΙΑΧΥΣΗΣ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΥΠΟΞΑΙΜΙΑΣ 100mmHg άσκηση Πνευμ ίνωση PO2 mmhg 40mmHg Χρόνος στο τριχοειδές sec

36 100mmHg ΑΣΚΗΣΗ ΣΕ ΥΨΟΜΕΤΡΟ

37 45mmHg ¼ του φυσιολογικού PCO2 mmhg 40mmHg Χρόνος στο τριχοειδές sec

38 ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΟΞΥΓΟΝΟΥ ΣΤΟΥΣ ΙΣΤΟΥΣ HENRY S LAW Συγκέντρωση = Πίεση x Διαλυτότητα [O Ο2 ] = P Ο2 x διαλυτότητα του O 2 στο αίμα Διαλυτότητα του O2 στο αίμα = ml O2/100 ml blood/mm Hg P Ο2 = 100mmHg [O Ο2 ] = 100 mm Hg x ml O2/100 ml blood/mm Hg = 0.3 ml O2/100 ml αίματος Το οξυγόνο ΔΕΝ είναι ιδιαίτερα διαλυτό στο νερό (και το πλάσμα)

39 Το διαλυμένο οξυγόνο δεν επαρκεί Κατανάλωση οξυγόνου στην ηρεμία: ml O 2 /min Καρδιακή παροχή (250 ml O 2 /min)/(0.3ml O 2 /100ml αίματος)= 83.3lt/min Κατά την διάρκεια άσκησης οι απαιτήσεις σε οξυγόνο μπορούν να φθάσουν τα 4 lt/min δηλ, Καρδιακή παροχή > 1000 lt/min Η μέγιστη καρδιακή παροχή σε ένα φυσιολογικό ενήλικα είναι περίπου 25 lt/min ΛΥΣΗ: Η σύνδεση του οξυγόνου με την αιμοσφαιρίνη

40 Hemoglobin and 0 2 Transport 280 million hemoglobin/ RBC. Κάθε μόριο Hb 4 πολυπεπτιδικές αλυσίδες 4 μόρια αίμης Κάθε 1 μόριο αίμης 1 άτομο σιδήρου που μπορεί να συνδεθεί με 1 μόριο 0 2

41

42 ΑΙΜΟΣΦΑΙΡΙΝΗ Χωρητικότητα Hb σε οξυγόνο Το μέγιστο ποσό οξυγόνου που μπορεί να συνδεθεί με την αιμοσφαιρίνη 1grαιμοσφαιρίνης μπορεί να συνδεθεί με 1.39ml O 2 Αν Hb = 15gr/100ml αίματος τότε η χωρητικότητα του O 2 είναι: 15 x 1.39 = 20.8 ml O 2 /100 ml αίματος Κορεσμός αιμοσφαιρίνης SaO 2 O 2 ενωμένο με Hb προς χωρητικότητα O 2 (x 100) Συνολική περιεκτικότητα αίματος σε O 2 : C O2 =SaO 2 x1.39x[hb])+(0.003xp O2 ) Αν SaO 2 =97,5% και P O2 =10OmmHg (φυσιολογικό αρτηριακό αίμα) C ao2 = (0.975x1.39x15) = = 20.6mlO 2 /100ml αίματος

43 ΓΙΑΤΙ ΤΟ ΟΡΙΟ ΤΗΣ PO2 ΣΤΑ 60mmHg?? SaO2=90% PO2:60mmHg

44 Bohr effect: Το όξινο ph μετατοπίζει την καμπύλη της Hb προς τα δεξιά Μικρότερη συγγένεια της Hb με το Ο2

45 ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ΤΗΣ ΚΑΜΠΥΛΗΣ ΔΕΞΙΑ 2,3 DPG ΑΡΙΣΤΕΡΑ

46 Επίδραση CO Χημική συγγένεια του CO με Hb 250 φορές μεγαλύτερη από το οξυγόνο Για P CO =0.16mmHg το 75% της Hb είναι συνδεδεμένο με το CO Μειώνεται η μεταφορική ικανότητα του αίματος για το οξυγόνο Μετατόπιση της καμπύλης προς τα αριστερά Λιγότερο οξυγόνο αποδίδεται στους ιστούς

47 Μετατόπιση της καμπύλης προς τα δεξιά Μείωση του ph Αύξηση του CO 2 Αύξηση της θερμοκρασίας (πυρετός, άσκηση) Αύξηση του 2,3 DPG (2,3 διφωσφογλυκερινικό οξύ) τελικό προϊόν του μεταβολισμού των ερυθροκυττάρων αυξάνεται σε περιπτώσεις χρόνιας υποξίας και σε αναιμία μειώνεται στη σήψη P 50 : η τιμή της PO 2 που αντιστοιχεί σε SaO 2 =50% προσδιορίζει τη θέση της καμπύλης Φυσιολογικά P 50 =27mmHg P 50 >27mmHg, δεξιά μετατόπιση της καμπύλης

48 ΘΕΣΗ ΤΗΣ ΚΑΜΠΥΛΗΣ P 50 η τιμή της PO 2 που αντιστοιχεί σε SaO 2 =50% P 50 =26 27mmHg ph: 7.4, PCO2:40mmHg, Θ:37oC P50 P 50 > 26 27mmHg ΔΕΞΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ P 50 <26 27mmHg ΑΡΙΣΤΕΡΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ

49 Μεταφορά CO 2 στο αίμα Διαλυμένο στο αίμα (5 10%) Το CO 2 είναι 20 φορές πιο διαλυτό από το Ο 2 Συνδεδεμένο με την Hb (5 10%) Ως HCO 3- - (80-90%)

50 Φαινόμενο Haldane Η αναχθείσα (μη οξυγονωμένη) μορφή της Hb είναι καλύτερος αποδέκτης Η + από την οξυγονωμένη. Διευκολύνεται η πρόσληψη του CO 2 στους περιφερικούς ιστούς ΗοξυγόνωσητηςHb στους πνεύμονες ευνοεί την αποδέσμευση του CO 2

51 Bohr effect: Το όξινο ph μετατοπίζει την καμπύλη της Hb προς τα δεξιά Μικρότερη συγγένεια της Hb με το Ο2

52

53 Στους περιφερικούς ιστούς Ανταλλαγή χλωριδίου

54 Στους πνεύμονες Ανάστροφη Ανταλλαγή χλωριδίου

55

56 Σχέση αερισμού αιμάτωσης V/Q

57 Διαταραχές αερισμού αιμάτωσης V/Q Η συγκέντρωση του οξυγόνου (ή καλύτερα η PO 2 ) σε μία πνευμονική μονάδα εξαρτάτε: 1.Από την απομάκρυνση του οξυγόνου με το πνευμονικό τριχοειδικό αίμα 2.Τη συνεχή ανανέωσή του με τον κυψελιδικό αερισμό Σχέση αερισμού αιμάτωσης V/Q

58

59 Καρδιακή παροχή Κυψελιδικός αερισμός

60 SHUNT Εισπνεόμενος αέρας DEAD SPACE WASTED VENTILATION Μεικτό φλεβικό αίμα

61 SHUNT DEAD SPACE WASTED VENTILATION

62 Κατανομή Regional Ventilation του αερισμού Measured with των Radioactive πνευμόνων Xenon Βάση

63 Κατανομή της αιμάτωσης των πνευμόνων Βάση κορυφή

64 Σχέση αερισμού(v) αιμάτωσης (Q) στον κατακόρυφο πνεύμονα V/Q V/Q Q V Βάση κορυφή

65 Διάγραμμα Ο 2 CΟ 2 στον κατακόρυφο πνεύμονα Ventilation perfusion ratio line Βάση κορυφή

66

67 κορυφή Βάση

68

69

70 Distribution in a Young Normal Subject NO V/Q <0.3 >3

71 NO V/Q <0.3 >3 AGE 22 AGE 44

72 3 compartment model βραχυκύκλωμα Νεκρός χώρος

73 ΚΥΨΕΛΙΔΑ ΜΕ ΧΑΜΗΛΗ ΣΧΕΣΗ VA/Q ΥΠΟΞΑΙΜΙΑ

74 ΚΥΨΕΛΙΔΑ ΜΕ ΣΧΕΣΗ VA/Q=0 SHUNT

75 ΚΥΨΕΛΙΔΑ ΜΕ ΧΑΜΗΛΗ ΣΧΕΣΗ VA/Q ΥΠΟΞΙΚΟΣ ΑΓΓΕΙΟΣΠΑΣΜΟΣ

76

77 ΚΥΨΕΛΙΔΑ ΜΕ ΧΑΜΗΛΗ ΣΧΕΣΗ VA/Q ΥΠΟΞΙΚΟΣ ΑΓΓΕΙΟΣΠΑΣΜΟΣ

78 ΚΥΨΕΛΙΔΑ ΜΕ ΣΧΕΣΗ VA/Q= ΝΕΚΡΟΣ ΧΩΡΟΣ WASTED VENTILATION ΥΠΕΡΚΑΠΝΙΑ

79 ΥΠΟΞΑΙΜΙΑ ΥΠΕΡΚΑΠΝΙΑ

80 Κυκλοφορική παράκαμψη Βραχυκύκλωμα (Shunt) Βραχυκύκλωμα: η ανάμειξη φλεβικού αίματος (δεν έχει οξυγονωθεί πλήρως) με αρτηριακό αίμα (οξυγονωμένο) Ανατομικό (φυσιολογικό) βραχυκύκλωμα: 2 5% της καρδιακής παροχής: (βρογχικές, θεβεσιανές, υπεζωκοτικές φλέβες) Βρογχικές φλέβες εκβάλουν στις πνευμονικές φλέβες μικρό ποσό του στεφανιαίου φλεβικού αίματος αριστερή κοιλία (μέσω των Θεβεσιανών φλεβών) Παθολογικό ανατομικό βραχυκύκλωμα: συγγενείς καρδιοπάθειες (με δεξιά προς τα αριστερά shunt) αρτηριοφλεβικές δυσπλασίες Λειτουργικό βραχυκύκλωμα: περιοχές του πνεύμονα που παρακωλύεται ο αερισμός (απόφραξη αεραγωγού, ατελεκτασία, πλήρωση κυψελίδων από υγρό ή άλλο υλικό) αλλά διατηρούν αιμάτωση. Shuntlike states: κυψελίδες με πολύ χαμηλή σχέση V/Q

81 ΑΙΤΙΑ ΧΑΜΗΛΗΣ ΣΧΕΣΗΣ V/Q ΥΠΟΞΑΙΜΙΑ

82 Βραχυκύκλωμα η ανάμειξη φλεβικού αίματος (δεν έχει οξυγονωθεί πλήρως) με αρτηριακό αίμα (οξυγονωμένο) συγγενείς καρδιοπάθειες με δεξιά προς τα αριστερά shunt Αρτηριοφλεβικές δυσπλασίες αρτηριοφλεβικές δυσπλασίες περιοχές του πνεύμονα που παρακωλύεται ο αερισμός

83 Ατελεκτασία Πνευμονικό οίδημα

84 Πνευμονία ARDS

85 Βρογχικό άσθμα ΧΑΠ

86 Iso shunt diagram Κυψελιδικό PaO2 FiO2 Shunt ως % της καρδιακής παροχής

87 Shunt Shunt

88 ΧΟΡΗΓΗΣΗ ΟΞΥΓΟΝΟΥ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΜΕ ΧΑΜΗΛΟ V/Q V/Q

89 ΚΥΨΕΛΙ Α ΜΕ ΣΧΕΣΗ VA/Q= ΝΕΚΡΟΣ ΧΩΡΟΣ WASTED VENTILATION ΥΠΕΡΚΑΠΝΙΑ

91 Υποαερισμός PaCO2= k VCO2 VA

92 ΥΠΟ αερισμός ΥΠΕΡ αερισμός PAO2 PACO2 Κυψελιδικός αερισμός

94 PaCO2= k x V CO2 / V A V A = V E V D

95 V CO 2 PaCO 2 = K. V E. 1 V D V T V E = V T x f V T : αναπνεόμενος όγκος f : αναπν. συχνότητα

96 Αύξηση νεκρού χώρουv D V CO 2 PCO 2 = K. V.. T f 1 V D V T

97 ΚΥΨΕΛΙ Α ΜΕ ΣΧΕΣΗ VA/Q=άπειρη ΝΕΚΡΟΣ ΧΩΡΟΣ WASTED VENTILATION ΥΠΕΡΚΑΠΝΙΑ

98 ΑΥΞΗΣΗ ΝΕΚΡΟΥ ΧΩΡΟΥ Πνευμονική εμβολή

99 ΥΠΕΡ αερισμός ΩΣ ΑΠΑΝΤΗΣΗ ΣΤΗΝ ΥΠΕΡΚΑΠΝΙΑ hypercapnic response slope: 1 4 lmin 1 mmhg 1

100 ΥΠΕΡ αερισμός ΩΣ ΑΠΑΝΤΗΣΗ ΣΤΗΝ ΥΠΟΞΑΙΜΙΑ

101 Σχέση φορτίου νευρομυικής επάρκειας Vassilakopoulos T et al Eur Respir J 1996;9:

102 Αναπνευστική Ανεπάρκεια Μηχανισμοί 1) διαταραχές αερισμού αιμάτωσης (V/Q) 2) βραχυκύκλωμα 3) διαταραχές διάχυσης 4) κυψελιδικός υποαερισμός 5) εισπνοή μείγματος αέρα με χαμηλότερη από τη φυσιολογική (FiO2=21%) περιεκτικότητα σε οξυγόνο.