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
