Trasporto di ossigeno. Dr. Emilio D Avino Dip.to Cardioscienze AOSP SCAMILLO-FORLANINI ROMA

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1 Trasporto di ossigeno Dr. Emilio D Avino Dip.to Cardioscienze AOSP SCAMILLO-FORLANINI ROMA

2 O 2 A B C

3 OBIETTIVI DELLA LEZIONE 1. Comprendere le modalità di trasporto dei gas respiratori nel sangue 2. Comprendere il concetto di O 2 delivery e O 2 consumption (DO 2 e VO 2 ) 3. Comprendere i fattori che influenzano la relazione tra saturazione di ossigeno e la PaO 2 e la curva di dissociazione dell Hb 1. Comprendere l importanza del monitoraggio del trasporto di O 2 nel paziente critico

4 per cominciare Gli esseri umani ed i loro organi sono prevalentemente aerobi Ossigeno, elemento abbondante ma non dissolubile in acqua e, pertanto, non disponibile per le cellule La reazione di combustione è un elemento di base della vita aerobica: si apporta ossigeno (comburente) e si rimuove anidride carbonica (prodotto di combustione) FUNZIONE RESPIRATORIA DEL SANGUE

5 4 componenti del sistema O 2 1- contenuto ematico 2- trasporto nel sangue arterioso 3- assunzione dalla microcircolazione 4- frazione di estrazione

6 1) Contenuto ematico: CaO2 Ossigeno disciolto in 100 ml di sangue a 37, PaO 2 100mmHg = 0,31 ml di O 2 in O 2 puro > PaO mmhg = 2,1 ml Ossigeno combinato (pr e t standard) 1 gr di Hb lega 1,34 ml di O 2 Tot = 15g x 1,34 = circa 20ml / 100ml 60 volte di meno!

7 O 2 e contenuto ematico

8 CaO 2 nel sangue arterioso CaO 2 = (1,34 x Hb x SatO 2 ) + (0,003 x PaO 2 ) Quota legata all emoglobina Ossigeno disciolto Un grammo di emoglobina può legare in effetti 1,39 ml di O 2, ma c è una quota di Hb circolante (metaemoglobina, carbossiemoglobina) che non lo lega facilmente

9 CaO 2 nel sangue arterioso Consideriamo le due forme di ossigeno in un paziente normotermico (37 C), con PaO 2 di 80 mmhg, Sat.O 2 del 96% ed Hb 15 g/dl: (1) Ossigeno disciolto 80 x ml O 2 = 0.24 ml O 2 /dl Ossigeno combinato 1.34ml O 2 x 15 x 0.96 = 19.3 ml O 2 /dl Il CaO 2 totale è di ml O 2 /dl.

10 Concentrazione di O 2 nel sangue Arterioso Venoso Diff. A-V PO 2 90 mmhg 40 mmhg 50 mmhg O 2 dis 3 ml/l 1 ml/l 2 ml/l O 2 tot 200 ml/l 150 ml/l 50 ml/l Volemia Teorica = 5 l; Sangue arterioso 1/3 del venoso Contenuto = c.ca 825 ml di O 2 - CvO 2 + CaO 2 Consumo teorico normale, a riposo = 250 ml/min

11 considerando un consumo teorico di 250 ml/min (in condizioni standard) la comparsa di ipossia, a livello cellulare, si realizza in pochi minuti Cuore, cervello: pochi minuti di anossia Reni, fegato, muscoli: maggior resistenza Il metabolismo anaerobio produce lattati

12 Dall atmosfera ai tessuti I Patm.= 760 mmhg s.l. Aria = 21% O 2 78% N 1% gas vari PO 2 = 159 mmhg (21/100x760) VIE AEREE > TRACHEA Pr. relativa umidità a 37 = 47mmHg (760-47) x 21/100 = 150 mmhg

13 Dall atmosfera ai tessuti II ALVEOLI (PAO 2 = tra 80 e 130 mmhg ) Equlibrio tra O 2 dei capillari polmonari e quello fornito dalla ventilazione DIFFUSIONE Legge di diffusione dei gas attraverso una membrana Passaggio da una zona ad alta pressione (alveolo) ad una a bassa pressione (capillare)

14 Dall atmosfera ai tessuti III Nel caso teorico la PO 2 delle vene polmonari dovrebbe essere uguale a quella alveolare Tre i che fattori possono interferire con questo equilibrio: 1 mismatch ventilazione/perfusione 2 l effetto shunt o spazio morto 3 slow diffusion

15 1) mismatch ventilazione/perfusione Nel polmone ideale ogni alveolo dovrebbe ricevere la stessa quota di aria ed ogni capillare la stessa quota di sangue Ciò non accade neanche nel polmone sano dove vi sono aree ipoventilate ma perfuse ed aree ipoperfuse ma normo o iperventilate Le tre zone di West: I II III

16 L ALVEOLO UNITA FUNZIONALE RESPIRATORIA

17 2) Effetto shunt Nel polmone patologico (atelettasie,addensamento, edema o chiusura delle piccole vie aeree) l alterazione del rapporto V/Q è massimale. L effetto spazio-morto si realizza in condizioni di alterazioni della perfusione: embolia o infarto polmonare, grave COPD, stato asmatico Aumento della => CO 2

18 Scambi Respiratori e Shunt

19 Slow diffusion Il processo di diffusione avviene in un terzo del tempo di transito anche in caso di aumentata portata cardiaca (sotto sforzo) grande capacità di compenso ad eccezione che nella fibrosi polmonare importanza della vasocostrizione ipossica

20 Sat.98% L Hb è composta da 4 subunità (eme) ciascuna in grado di legare 1 mol. di O 2 Sat.72% Non cede completamente l ossigeno ma si desatura solo per poco più di 1/4

21 Affinità dell ossigeno per l Hb

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24 Affinità ed ossigeno disciolto

25 Cascata dell ossigeno

26 Cascata dell ossigeno: monitoraggio Gas Inspirati Gas Alveolari Sangue Arterioso Microcircolazione Interstizio Mitocondri ed altri organi intracellulari 26

27 Effetti della riduzione del 50% nelle variabili individuali sul delivery di ossigeno tissutale.

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29 Contenuto di O 2 nel sangue CaO 2 = (1,34 x Hb x SatO 2 ) + (0,003 x PaO 2 ) sarà* 1,34(ml/g) x 15 (g/dl) x 0,98 = 19,7 ml/100 più l ossigeno disciolto (0,3 ml) = 20ml/100 mentre con una saturazione del 75% il Contenuto scende a 15 ml/100 * Hb = 15g/dl, Sat.O 2 98%, PaO 2 100mmHg

30 VO 2 - UPTAKE Volume di ossigeno consumato in un min. VO 2 = [C(a-v)O 2 x CO x 10]= 250ml/m DO 2 - DELIVERY Quantità di ossigeno trasportato in un min. DO 2 = [CO x CaO 2 x 10]= 1000ml/min

31 O 2 extraction ratio (ER) Frazione di O 2 rilasciato che viene effettivamente consumato VO 2 /DO 2 v.n.= 0,2-03 oppure 20-30% In condizioni di DO 2 alterato oppure in soggetti allenati può arrivare fino a 0,8

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33 Ossigeno ed emoglobina quanto ne serve? quanto ne basta? Parametro Normale Ipossiemia Anemia PaO 90 mmhg 45 mmhg 90 mmhg SaO 98% 80% 98% Hb 150 g/l 150 g/l 7,5 g/l CaO 200 ml/l 163 ml/l 101 ml/l var.% di CaO 18,6% 49,5% In studi sperimentali è stato osservato, conservando la volemia, come la comparsa di lattati non si ha fino a valori di Htc < 10

34 disossia Curva DO 2 - VO 2

35 Obiettivi della pratica clinica in T.I. adeguata ossigenazione tissutale DO 2 VO 2 apporto domanda

36 DO 2 - VO 2 calcolato o misurato? MrO 2 VO 2 Glucosio 36 m ATP lattato cellula capillare HbO 2 VO 2 < MRO 2 = shock

37 DO 2 - VO 2 calcolato o misurato? È abbastanza difficile intervenire sul consumo* e non è possibile misurare l MRO 2 si assume come valore critico VO 2 < 100ml/m/m 2 (v.n. 110/160) il paziente di area critica può facilmente deragliare dall accoppiamento fisiologico DO -VO (tracheoaspirazioni, nursing,etc ) * ipotermia, anestesia, curarizzazione

38 Poiché l ossigeno non viene immagazzinato nei tessuti, VO 2 deve pareggiare MRO 2, se ciò non avviene si realizza la produzione di lattati. Se la produzione di ATP è condizionata dalla disponibilità di ossigeno > disossia Quando la disossia determina disfunzione d organo = shock

39 VO 2 - UPTAKE Volume di ossigeno consumato in un min. VO 2 = [C(a-v)O x CO x 10]= 250ml/m 2 DO 2 - DELIVERY Quantità di ossigeno trasportato in un min. DO = [CO x CaO 2 x 10]= 1000ml/min

40 MISURATO O CALCOLATO?

41 Obiettivi della pratica clinica in T.I. CO Tonometria adeguata ossigenazione tissutale ph lattati SvO 2 osservazione BE verifica

42 DO 2 - VO 2 calcolato o misurato? Essendo due calcoli derivati non sempre la clinica può corrispondere alle misurazioni Coefficiente variabilità Cardiac Output (termodiluizione) 7,35% Emoglobina 5,25% Saturazione Ossigeno Art. (SatO 2 ) 0,99% Ven (SvO 2 ) 2,85% VO 2 calcolato 16,44x2=32,8 VO 2 misurato* 7,9 *il VO viene misurato nei gas espirati, quello calcolato è solo sistemico; il polmone normale incide per il 5%, in ARDS - 20%

43 Determinanti della SvO 2 1. Cardiac Output 2. Emoglobina 3. Saturazione Art. di O 2 4. Consumo di O 2 V.n. 0,66-0,77 O 2 O 2 O 2 O 2 SatO 2 98% O 2 HbO 2 O 2 Hb O 2 SatO 2 73% art ven

44 Approccio sistematico al pz. critico PVC/PCWP LATTATI-> n VOLUME RIDOTTA PORTATA NORMALE O ELEVATA NORMALE CARDIACA VO 2 NORM ELEVATI > 4,0 meq/l RIDOTTA SOVRAMASSIMALE RIDOTTO O RIDURRE MRO 2 REALIZZARE DO 2 VOLUME + INOTROPI VOLUME

45 Altre funzioni dell emoglobina Più di 800 g in un adulto normale, quasi tre volte il peso del cuore Importante funzione tampone (6 volte maggiore delle altre proteine plasmatiche) Lega fino a 27 meq/l di valenze acide (ioni H + ) Il legame con le valenze acide non impedisce il transito di CO2 all interno del globulo rosso Il trasporto di CO2 avviene come il VO2, solo in maniera inversa ed in quota inferiore (80%) V/Q = 0,8 L Hb desaturata lega quantità addizionali di CO2 = effetto Haldane La CO2 è l unico acido volatile eliminato dal polmone

46 TRASPORTO DELLA CO2

47 CO 2 contenuta nel sangue Una piccola quota viene disciolta. CO 2 può combinarsi direttamente con l Hb in gruppi carbaminici. La formazione di questi composti viene favorita dalla presenza di Hb desaturata (Haldane effect). Poiché nei globuli rossi c è una consistente quantità di anidrasi carbonica: CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO 3 - questa è la principale forma di trasporto di CO 2

48 Effetto Bohr L Hb si combina con le valenze acide liberate [H+] nel sangue Da questo legame risulta una modificazione conformazionale dell Hb che ne riduce l affinità per l ossigeno (Bohr effect). Nei tessuti la PCO 2 sale, il ph si riduce e l affinità per l ossigeno diminuisce. Nel polmone la situazione si inverte favorendo l acquisizione di ossigeno da parte dell Hb

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