Informatie

Partiële drukken van verschillende gassen in menselijk bloed en hoe deze worden berekend?


In de ademhalingsfysiologie gebruiken we de $P_x{O_2}$ en $P_x{CO_2}$ in bloed in verschillende regio's van de perifere circulatie. Uit mijn scheikunde kennis weet ik dat $P_x$ van een gas in een oplossing is de fractie van de totale druk die wordt veroorzaakt door het opgeloste gas. Maar in bloed $O_2$ is meestal aanwezig als $OxyHb$ en $CO_2$ is ook aanwezig als $CarbaminoHb$ & $HCO_3^-$. In bloed is hun fractie in opgeloste toestand erg laag. Nu is mijn vraag hoe meten we de $P_x$ van elk gas ($O_2$ of $CO_2$) in bloed en wat is hier de logica van? [x betekent ofwel arterieel bloed of veneus bloed]

Hier zijn de gegevens waar ik het over heb.(https://i.stack.imgur.com/lA1M5.jpg">


Als notitie notitie, ik heb je nooit gezien $P_a{O_2}$ notatie gebruikt, behalve voor het verwijzen naar arterieel gedeeltelijke druk ($P_v{O_2}$ veneus zou zijn). Over het algemeen worden partiële drukken meestal genoteerd als bijvoorbeeld $P_{O_2}$.

Als we het in de biologie over partiële drukken hebben, bedoelen we letterlijk de partiële drukken: die veroorzaakt door opgelost gas.

Aan hemoglobine gebonden zuurstof is niet hetzelfde als gasvormige zuurstof, en koolzuur is ook niet hetzelfde als kooldioxide. Geen van beide draagt ​​bij aan de partiële druk. Ze hebben wel betrekking op het totale zuurstof/koolstofdioxide-draagvermogen van bloed, maar dit kan niet rechtstreeks worden gemeten aan de hand van partiële drukken.

Zie deze Q&A voor een situatie die zich voordoet: Waarom is arteriële pO2 normaal bij koolmonoxidevergiftiging?

In de geneeskunde is het gebruikelijk om zuurstofverzadiging te gebruiken als een alternatieve maatstaf voor de zuurstofconcentratie in het bloed; dit verwijst naar het percentage zuurstofbindingsplaatsen van Hb dat verzadigd is.

Het is belangrijk om te beseffen dat de partiële drukken van opgeloste gassen uiteindelijk een evenwicht zullen bereiken met de omringende atmosfeer; de longen zijn een geweldig orgaan voor gasuitwisseling (dat is hun hele taak), dus bloed dat de longen verlaat, moet een partiële druk hebben die de ingeademde lucht benadert (in de praktijk is er enige discrepantie omdat de longen erg vochtig zijn en ook constant worden bijgevuld met $CO_2$ uit bloed, dus waterdamp en kooldioxide dragen bij aan een aanzienlijke gasdruk die andere gassen naar buiten duwt: zie de overeenkomst tussen arterieel bloed en alveolair gas in uw gegevenstabel en de verschillen tussen atmosferisch gas en alveolair gas).

Klinisch/in een laboratorium meten we deze dingen met een machine die op magische wijze de cijfers geeft. Ik zocht naar een eenvoudige beschrijving van hoe deze machines eigenlijk werken en vond https://acutecaretesting.org/en/articles/understanding-the-principles-behind-blood-gas-sensor-technology nuttig. Samengevat, $CO_2$wordt gemeten door een oplossing in gevangenschap bloot te stellen aan het gas en de pH te meten, wat een indirecte (maar nauwkeurige) meting geeft van $CO_2$. $O_2$ wordt gemeten met een reducerende stroom. Het is ook mogelijk om concentraties van willekeurige verbindingen directer te meten met gaschromatografie - collega's van mij hebben dit bijvoorbeeld gebruikt voor anesthesiegassen.


Wat is de partiële zuurstofdruk (PaO2)-test?

Sanja Jelic, MD, is gecertificeerd in slaapgeneeskunde, intensive care-geneeskunde, longziekte en interne geneeskunde.

De partiële zuurstofdruk, ook wel PaO2 genoemd, is een meting van de zuurstofdruk in arterieel bloed. Het geeft weer hoe goed zuurstof in staat is om van de longen naar het bloed te gaan, en het wordt vaak veranderd door ernstige ziekten.

De PaO2 is een van de componenten die wordt gemeten in een arteriële bloedgastest (ABG), die ook de zuurstofverzadiging (O2), bicarbonaat (HCO3), de partiële druk van kooldioxide (CO2) en de pH-waarde in rode bloedcellen aangeeft .


Longvolumes en -capaciteiten

Verschillende dieren hebben verschillende longcapaciteiten op basis van hun activiteiten. Cheeta's hebben een veel hogere longcapaciteit ontwikkeld dan mensen, het helpt alle spieren in het lichaam van zuurstof te voorzien en zorgt ervoor dat ze heel snel kunnen rennen. Olifanten hebben ook een hoge longcapaciteit. In dit geval is dat niet omdat ze hard rennen, maar omdat ze een groot lichaam hebben en zuurstof moeten kunnen opnemen in overeenstemming met hun lichaamsgrootte.

Menselijke longgrootte wordt bepaald door genetica, geslacht en lengte. Bij maximale capaciteit kan een gemiddelde long bijna zes liter lucht bevatten, maar longen werken meestal niet op maximale capaciteit. Lucht in de longen wordt gemeten in termen van longvolumes en longcapaciteiten ([Figuur 1] en [Tabel 1]). Volume meet de hoeveelheid lucht voor één functie (zoals inademing of uitademing). Capaciteit is elke twee of meer volumes (bijvoorbeeld hoeveel kan worden ingeademd vanaf het einde van een maximale uitademing).

Figuur 1: menselijke longvolumes en capaciteiten worden weergegeven. De totale longcapaciteit van het volwassen mannetje is zes liter. Het ademvolume is het volume lucht dat wordt ingeademd in een enkele, normale ademhaling. Inademingscapaciteit is de hoeveelheid lucht die wordt ingeademd tijdens een diepe ademhaling en het restvolume is de hoeveelheid lucht die in de longen achterblijft na krachtige ademhaling.

Het volume in de longen kan worden onderverdeeld in vier eenheden: ademvolume, expiratoir reservevolume, inspiratoir reservevolume en restvolume. Tidal volume (TV) meet de hoeveelheid lucht die wordt ingeademd en uitgeademd tijdens een normale ademhaling. Gemiddeld is dit volume ongeveer een halve liter, wat iets minder is dan de capaciteit van een 20-ounce drinkfles. Het expiratoire reservevolume (ERV) is de extra hoeveelheid lucht die kan worden uitgeademd na een normale uitademing. Het is het reservebedrag dat kan worden uitgeademd boven wat normaal is. Omgekeerd is het inspiratoire reservevolume (IRV) de extra hoeveelheid lucht die kan worden ingeademd na een normale inademing. Het restvolume (RV) is de hoeveelheid lucht die overblijft nadat het expiratoire reservevolume is uitgeademd. De longen zijn nooit helemaal leeg: er blijft altijd wat lucht in de longen na een maximale uitademing. Als dit restvolume niet zou bestaan ​​en de longen volledig geleegd zouden worden, zouden de longweefsels aan elkaar plakken en zou de energie die nodig is om de long opnieuw op te blazen te groot zijn om te overwinnen. Daarom blijft er altijd wat lucht in de longen. Restvolume is ook belangrijk om grote fluctuaties in ademhalingsgassen (O2 en co2). Het restvolume is het enige longvolume dat niet direct kan worden gemeten omdat het onmogelijk is om de long volledig te ontluchten. Dit volume kan alleen worden berekend in plaats van gemeten.

Capaciteiten zijn metingen van twee of meer volumes. De vitale capaciteit (VC) meet de maximale hoeveelheid lucht die kan worden ingeademd of uitgeademd tijdens een ademhalingscyclus. Het is de som van het expiratoire reservevolume, het ademvolume en het inspiratoire reservevolume. De inspiratiecapaciteit (IC) is de hoeveelheid lucht die kan worden ingeademd na het einde van een normale uitademing. Het is dus de som van het ademvolume en het inspiratiereservevolume. De functionele restcapaciteit (FRC) omvat het expiratoire reservevolume en het restvolume. De FRC meet de hoeveelheid extra lucht die kan worden uitgeademd na een normale uitademing. Ten slotte is de totale longcapaciteit (TLC) een maat voor de totale hoeveelheid lucht die de long kan bevatten. Het is de som van het restvolume, het expiratoire reservevolume, het ademvolume en het inspiratoire reservevolume.

Longvolumes worden gemeten met een techniek die spirometrie wordt genoemd. Een belangrijke meting tijdens spirometrie is het geforceerde expiratoire volume (FEV), dat meet hoeveel lucht uit de long kan worden geperst gedurende een bepaalde periode, meestal één seconde (FEV1). Daarnaast wordt de geforceerde vitale capaciteit (FVC), de totale hoeveelheid lucht die geforceerd kan worden uitgeademd, gemeten. De verhouding van deze waarden (FEV1/FVC-ratio) wordt gebruikt om longziekten te diagnosticeren, waaronder astma, emfyseem en fibrose. Als de FEV1/FVC-verhouding hoog is, zijn de longen niet meegaand (wat betekent dat ze stijf zijn en niet goed kunnen buigen) en heeft de patiënt hoogstwaarschijnlijk longfibrose. Patiënten ademen het grootste deel van het longvolume zeer snel uit. Omgekeerd, wanneer de FEV1/FVC-ratio laag is, is er weerstand in de long die kenmerkend is voor astma. In dit geval is het voor de patiënt moeilijk om de lucht uit zijn of haar longen te krijgen en duurt het lang voordat het maximale uitademingsvolume is bereikt. In beide gevallen is ademen moeilijk en treden er complicaties op.


Longvolumes en -capaciteiten

Verschillende dieren hebben verschillende longcapaciteiten op basis van hun activiteiten. Cheeta's hebben een veel hogere longcapaciteit ontwikkeld dan mensen, het helpt alle spieren in het lichaam van zuurstof te voorzien en zorgt ervoor dat ze heel snel kunnen rennen. Olifanten hebben ook een hoge longcapaciteit. In dit geval is dat niet omdat ze snel rennen, maar omdat ze een groot lichaam hebben en zuurstof moeten kunnen opnemen in overeenstemming met hun lichaamsgrootte.

Afbeelding (PageIndex<1>): Menselijke longvolumes en capaciteiten worden weergegeven. De totale longcapaciteit van het volwassen mannetje is zes liter. Het ademvolume is het volume lucht dat wordt ingeademd in een enkele, normale ademhaling. Inademingscapaciteit is de hoeveelheid lucht die wordt ingeademd tijdens een diepe ademhaling en het restvolume is de hoeveelheid lucht die in de longen achterblijft na krachtige ademhaling.

Menselijke longgrootte wordt bepaald door genetica, geslacht en lengte. Bij maximale capaciteit kan een gemiddelde long bijna zes liter lucht bevatten, maar longen werken meestal niet op maximale capaciteit. Lucht in de longen wordt gemeten in termen van longvolumes en longcapaciteiten (Figuur (PageIndex<1>) en Tabel (PageIndex<1>)). Volume meet de hoeveelheid lucht voor één functie (zoals inademing of uitademing). Capaciteit is elke twee of meer volumes (bijvoorbeeld hoeveel kan worden ingeademd vanaf het einde van een maximale uitademing).

Tabel (PageIndex<1>): Longvolumes en -capaciteiten (gem. volwassen man)

Volume/capaciteit Definitie Inhoud (liter) vergelijkingen Getijdevolume (TV) Hoeveelheid ingeademde lucht tijdens een normale ademhaling 0.5 - Expiratoir reservevolume (ERV) Hoeveelheid lucht die kan worden uitgeademd na een normale uitademing 1.2 - Inspiratoir reservevolume (IRV) Hoeveelheid lucht die na een normale inademing verder kan worden ingeademd 3.1 - Restvolume (RV) Lucht die in de longen achterblijft na een geforceerde uitademing 1.2 - Vitale capaciteit (VC) Maximale hoeveelheid lucht die in een enkele ademhalingscyclus in of uit de longen kan worden gebracht 4.8 ERV+TV+IRV Inspiratoire capaciteit (IC) Volume lucht dat naast een normale uitademing kan worden ingeademd 3.6 TV+IRV Functionele restcapaciteit (FRC) Hoeveelheid lucht die overblijft na een normale uitademing 2.4 ERV+RV Totale longcapaciteit (TLC) Totaal luchtvolume in de longen na maximale inademing 6.0 RV+ERV+TV+IRV Geforceerd expiratoir volume (FEV1) Hoeveel lucht kan er in een bepaalde tijd uit de longen worden geperst, meestal één seconde?

Het volume in de longen kan worden onderverdeeld in vier eenheden: teugvolume, expiratoir reservevolume, inspiratoir reservevolume en restvolume. Tidal volume (TV) meet de hoeveelheid lucht die wordt ingeademd en uitgeademd tijdens een normale ademhaling. Gemiddeld is dit volume ongeveer een halve liter, wat iets minder is dan de capaciteit van een 20-ounce drinkfles. Het expiratoire reservevolume (ERV) is de extra hoeveelheid lucht die kan worden uitgeademd na een normale uitademing. Het is het reservebedrag dat kan worden uitgeademd boven wat normaal is. Omgekeerd is het inspiratoire reservevolume (IRV) de extra hoeveelheid lucht die kan worden ingeademd na een normale inademing. Het restvolume (RV) is de hoeveelheid lucht die overblijft nadat het expiratoire reservevolume is uitgeademd. De longen zijn nooit helemaal leeg: er blijft altijd wat lucht in de longen na een maximale uitademing. Als dit restvolume niet zou bestaan ​​en de longen volledig geleegd zouden worden, zouden de longweefsels aan elkaar plakken en zou de energie die nodig is om de long opnieuw op te blazen te groot zijn om te overwinnen. Daarom blijft er altijd wat lucht in de longen. Restvolume is ook belangrijk om grote fluctuaties in ademhalingsgassen (O2 en co2). Het restvolume is het enige longvolume dat niet direct kan worden gemeten omdat het onmogelijk is om de long volledig te ontluchten. Dit volume kan alleen worden berekend in plaats van gemeten.

Capaciteiten zijn metingen van twee of meer volumes. De vitale capaciteit (VC) meet de maximale hoeveelheid lucht die kan worden ingeademd of uitgeademd tijdens een ademhalingscyclus. Het is de som van het expiratoire reservevolume, het ademvolume en het inspiratoire reservevolume. De inspiratiecapaciteit (IC) is de hoeveelheid lucht die kan worden ingeademd na het einde van een normale uitademing. Het is dus de som van het ademvolume en het inspiratiereservevolume. De functionele restcapaciteit (FRC) omvat het expiratoire reservevolume en het restvolume. De FRC meet de hoeveelheid extra lucht die kan worden uitgeademd na een normale uitademing. Ten slotte is de totale longcapaciteit (TLC) een maat voor de totale hoeveelheid lucht die de long kan bevatten. Het is de som van het restvolume, het expiratoire reservevolume, het ademvolume en het inspiratoire reservevolume.

Longvolumes worden gemeten met een techniek die spirometrie wordt genoemd. Een belangrijke meting tijdens spirometrie is het geforceerde expiratoire volume (FEV), dat meet hoeveel lucht uit de long kan worden geperst gedurende een bepaalde periode, meestal één seconde (FEV1). Daarnaast wordt de geforceerde vitale capaciteit (FVC), de totale hoeveelheid lucht die geforceerd kan worden uitgeademd, gemeten. De verhouding van deze waarden (FEV1/FVC-ratio) wordt gebruikt om longziekten te diagnosticeren, waaronder astma, emfyseem en fibrose. Als de FEV1/FVC-verhouding hoog is, zijn de longen niet meegaand (wat betekent dat ze stijf zijn en niet goed kunnen buigen) en heeft de patiënt hoogstwaarschijnlijk longfibrose. Patiënten ademen het grootste deel van het longvolume zeer snel uit. Omgekeerd, wanneer de FEV1/FVC-ratio laag is, is er weerstand in de long die kenmerkend is voor astma. In dit geval is het voor de patiënt moeilijk om de lucht uit zijn of haar longen te krijgen en duurt het lang voordat het maximale uitademingsvolume is bereikt. In beide gevallen is ademen moeilijk en treden er complicaties op.

Ademhalingstherapeuten of respiratoire beoefenaars evalueren en behandelen patiënten met long- en hart- en vaatziekten. Ze werken als onderdeel van een medisch team om behandelplannen voor patiënten te ontwikkelen. Ademhalingstherapeuten kunnen premature baby's met onderontwikkelde longen, patiënten met chronische aandoeningen zoals astma of oudere patiënten die lijden aan longaandoeningen zoals emfyseem en chronische obstructieve longziekte (COPD) behandelen. Ze kunnen geavanceerde apparatuur bedienen, zoals afgiftesystemen voor gecomprimeerd gas, ventilatoren, bloedgasanalysatoren en beademingsapparaten. Gespecialiseerde opleidingen tot ademhalingstherapeut leiden doorgaans tot een bachelordiploma met een specialiteit van ademhalingstherapeuten. Vanwege een groeiende vergrijzing van de bevolking, wordt verwacht dat de carrièremogelijkheden als ademtherapeut sterk zullen blijven.


Partiële druk - vloeistoffen

In onze bespreking van druk in verdunde (bijna ideaal) gassen, leerden we dat elk molecuul in het gas dat van een muur kaatste een kracht van de muur voelde, en daarom, volgens de derde wet van Newton, een kracht op de muur uitoefende. De druk (kracht op de muur per oppervlakte-eenheid) was evenredig met de concentratie en het aantal moleculen per volume-eenheid dat de muur raakte. constant t, zou de druk dus gebruikt kunnen worden als stand-in voor concentratie (= getalsdichtheid).

Wanneer er een mengsel is van gassen, draagt ​​elk molecuul van elk gas evenveel bij aan de druk, dus de totale druk is de som van de partiële druk gemaakt door elk gas afzonderlijk.

Gassen kunnen ook in vloeistoffen worden opgelost. Om contact te maken met de manier waarop concentraties in gassen worden beschreven, willen we dezelfde taal gebruiken. Maar er ontstaat een probleem dat tot verwarring kan leiden. De belangrijkste fysica die ervoor zorgt dat de ideale gaswet werkt, is dat het: verdund. Moleculen liggen ver uit elkaar, botsen zelden en reizen meestal in rechte lijnen (de zwaartekracht negerend). Dit leidt tot de ideale gaswet: $p=nk_BT$ waarbij $n$ de concentratie is.

Maar in vloeistoffen zitten moleculen dicht bij elkaar. In feite raken ze elkaar voortdurend aan en communiceren ze met elkaar. Dit betekent dat de de ideale gaswet geldt NIET voor vloeistoffen en zelfs niet voor gassen opgelost in vloeistoffen.

We zouden kunnen zeggen, laten we toch maar dezelfde vergelijking gebruiken. Dit zou zeggen dat de partiële druk de concentratie is die het gas zou hebben als er geen vloeistof zou zijn. Ik heb dit doorgehaald omdat dit NIET is wat er wordt gedaan. Er wordt eerder een wat verfijndere keuze gemaakt. Het is als volgt gedefinieerd.

De partiële druk van een gas opgelost in een vloeistof wordt genomen als de partiële gasdruk die in evenwicht zou zijn wanneer dat gas in contact is met de vloeistof.

Hoewel dit een beetje verwarrend klinkt, is het logisch als je bedenkt dat een manier om de concentratie van opgelost gas in een vloeistof te meten is om het tot evenwicht te laten komen met een kleine open ruimte boven de vloeistof en dan de concentratie (partiële druk) te meten. in het gas. Het is veel moeilijker om de werkelijke gasconcentratie in een vloeistof rechtstreeks te meten.

Dit beeld van longblaasjes
door onbekend
Auteur heeft een licentie
onder CC BY-SA

Maar behalve dat het redelijk is vanuit een meetoogpunt, is het biologisch ook heel logisch. Een kritiek punt op veel plaatsen in de biologie is de uitwisseling van gassen tussen een gas (lucht) en een vloeistof (water). Dieren moeten zuurstof uit de lucht opnemen in hun vloeistoffen en koolstofdioxide uitstoten. Complexe structuren zoals longen, longblaasjes en kieuwen zijn ontwikkeld om dit te vergemakkelijken.

Laten we een voorbeeld bekijken. Overweeg zuurstof (O2) opgelost in water. Op de afbeelding rechts laten we een bak met water zien met een oppervlak dat open is naar de lucht boven het water. De opgeloste zuurstof heeft een concentratie van $n_$ moleculen per cm 3 en de lucht heeft een concentratie van $n_$ moleculen per cm 3 . Alleen de zuurstofmoleculen worden weergegeven (maar het water wordt blauw weergegeven.)

De partiële druk van de zuurstof in de lucht ($n_$) is, door onze bespreking van gassen, evenredig met de getalsdichtheid van zuurstofmoleculen door

[Voorzichtig! Sinds we zijn enkel en alleen over de zuurstofdruk op deze pagina gesproken, we zullen niet de moeite nemen om $p_ te schrijven$ of $n_$. Dat lijkt me gewoon omslachtig. Maar verwar $p_ niet$ met de totaal luchtdruk. Overal hebben we het altijd over de druk en dichtheid van alleen de zuurstof.]

Zuurstofmoleculen kruisen voortdurend van beide kanten het oppervlak. De evenwichtswaarde treedt op (de aantallen stabiliseren) wanneer gelijke aantallen het water verlaten en in gaan. Maar omdat de zuurstofmoleculen een sterke wisselwerking hebben met de watermoleculen (maar niet sterk met de luchtmoleculen, treedt de evenwichtswaarde NIET op wanneer de twee concentraties hetzelfde zijn.

Laten we de verhouding van de twee concentraties bij evenwicht definiëren bij $H$. (Merk op dat $H$ dimensieloos is omdat het de verhouding is van twee dezelfde soorten grootheden.) Het hangt af van de eigenschappen van de vloeistof en welk gas we overwegen. De evenwichtsconcentraties bepalen H door

Het is niet triviaal om deze verhouding te berekenen. Het moet in principe worden gemeten.

We definiëren de partiële druk van de zuurstof in water zijn

Merk op dat dit de hoeveelheid zuurstof in de lucht is die in evenwicht zou zijn met de zuurstof in het water. Dit is NIET gelijk aan de zuurstofconcentratie in de lucht die deze druk veroorzaakt. Om dit te relateren aan de feitelijk concentratie van de zuurstof in het water, moeten we vervangen door $n_$

Deze relateert de partiële druk van de zuurstof boven het water aan de concentratie (getaldichtheid) van zuurstof in het water.

Chemici (en biologen) hebben de neiging om de voorkeur te geven aan molaire concentratie in plaats van aantal moleculen. Om het aantal moleculen om te rekenen naar het aantal mol moeten we delen door het getal van Avogadro, NEEN. Het aantal mol per kubieke centimeter heet de molaire concentratie en wordt meestal geschreven C. We hebben daarom

$c_ = n_ / N_A quad mathrm viertal n_ = N_A c_$

Merk op dat het veranderen van nummerdichtheid ($n$) naar molaire dichtheid ($c$) $k_B$ verandert in $k_BN_A = R$, de bekende gasconstante uit de chemie. De combinatie $HRT$ wordt aangeduid als Henry's constante, $k_H$.

Het eindresultaat dat doorgaans in de scheikunde wordt aangehaald, is:

dat wil zeggen, wat we definiëren als de partiële zuurstofdruk in water is evenredig met de molaire zuurstofconcentratie in water. Dit heet wet van Henry. Dit is natuurlijk gemakkelijk te generaliseren naar elke vloeistof en elk opgelost gas. Merk ook op dat hoewel het "Henry's constante" wordt genoemd, het eigenlijk afhangt van het opgeloste gas waar we het over hebben, de temperatuur en de eigenschappen van de vloeistof. Dit is niet eenvoudig te berekenen. Het moet worden opgezocht in een tabel die is verkregen uit gemeten waarden.

De bespreking van de wet van Henry en de constante van Henry wordt enigszins verward door het feit dat verschillende gemeenschappen de druk in verschillende eenheden meten en verschillende gemeenschappen de concentraties in verschillende eenheden. Als gevolg hiervan zijn er veel van verschillende waarden voor een enkele 'Henry-constante'. Hoewel de (eenheidsloze) constante "$H$" die we hierboven hebben gedefinieerd niet vaak wordt gebruikt, is de relatie $n_ = Hn_$ is waarschijnlijk een goede manier om na te denken over wat de wet van Henry u vertelt.

Hoewel de "concentratie"-betekenis van partiële druk de primaire biologische overweging is voor opgeloste gassen, zijn er situaties waarin de "leidt tot een kracht"-betekenis van partiële druk ook biologische implicaties kan hebben.

Afbeelding met dank aan Payal Razdan.

Wanneer duikers diep onder het water afdalen, moet de druk van de gassen die ze inademen worden verhoogd om overeen te komen met de verhoogde druk van het water. Hierdoor kan de concentratie van opgeloste gassen in het bloed (met name stikstof) veel hoger worden dan die concentraties die in evenwicht zijn met lucht bij normale druk. Als de druk niet langzaam wordt verlaagd, zodat de stikstof in het bloed via de longen in de lucht kan worden uitgedrukt, kunnen zich stikstofbellen in het bloed vormen.

Nu is partiële druk niet alleen concentratie! In een gasbel oefent de druk van het gas krachten uit op de wanden van de bel en, terwijl de bel uitzet, op de wanden van de bloedvaten, waardoor fysieke schade wordt aangericht ("de bochten")!


Fysiologische factoren die de hemoglobine-zuurstofdissociatiecurve beïnvloeden

De relatie tussen zuurstofverzadiging (of inhoud) in het bloed en partiële druk is niet constant, zelfs niet binnen een persoon. Klassiek omvatten de factoren waarvan wordt erkend dat ze de zuurstofdissociatiecurve (ODC) beïnvloeden, de lokale heersende partiële CO2-druk (PCO2), pH en temperatuur. De curve is naar rechts verschoven (d.w.z. lagere verzadiging voor een gegeven PO2) door hoger PCO2, hogere zuurgraad (lagere pH) en hogere temperatuur. Het effect van PCO2 (bekend als het 𠇋ohr-effect”) wordt grotendeels gemedieerd door de begeleidende verandering in zuurgraad in vitro studies hebben aangetoond dat PCO2 zelf heeft ook een onafhankelijk effect, dat het duidelijkst wordt onder meer zure en ernstig hypoxische omstandigheden [4].

De factoren die de ODC naar rechts verschuiven (lagere pH, hogere temperatuur en PCO2) zijn direct relevant voor de omstandigheden die heersen in metaboliserende weefsels en bijgevolg verschuift de ODC naar rechts wanneer het bloed door de weefsels stroomt. Dit impliceert een vermindering van de affiniteit van het bloed voor zuurstof (voor een bepaalde PO2veneus bloed bevat minder zuurstof dan arterieel bloed), wat gunstig is omdat het de afvoer van zuurstof uit hemoglobine in de weefsels vergemakkelijkt. Het omgekeerde vindt plaats tijdens de passage door de longcapillairen, waarbij de grotere affiniteit gepaard gaat met een verschuiving van de ODC naar links, wat de opname van zuurstof bevordert.

Een ander compensatiemechanisme dat de zuurstofafgifte bevordert door de positie van de ODC te veranderen, is de concentratie in de rode bloedcellen van 2,3-bifosfoglyceraat (ook bekend als difosfoglyceraat (DPG)), een intermediaire metaboliet in de glycolytische route die bindt aan deoxyhemoglobine. Hogere concentraties van 2,3-DPG, bijvoorbeeld gezien bij chronische hypoxie, verschuiven de curve naar rechts, wat opnieuw de extractie van zuurstof vergemakkelijkt door weefsels te metaboliseren.


Kleine moleculen en hypoxie

Chemotherapeutische medicijnen

Tumorcellen reageren in hoge mate niet op de meeste geneesmiddelen tegen kanker [31]. Tumorbloedvaten zijn chaotisch, lekkend en ongeorganiseerd. Dit resulteert in een slechte perfusie-efficiëntie, verminderde zuurstofafgifte aan tumorcellen en inductie van chronische hypoxie. Dit gebrek aan O2 in tumoren heeft de neiging om cellen te selecteren met een sterker maligne fenotype. Bovendien activeren verhoogde DNA-mutaties in tumorcellen genen die de opname, het metabolisme en de export van geneesmiddelen beïnvloeden, ten gunste van de overleving van de tumor. In tumorcellen zijn bijvoorbeeld P-glycoproteïne-expressie en multidrug-resistentiereceptoren versterkt [32]. Bovendien maken modificaties in gevoeligheid voor p53-gemedieerde apoptose en in DNA-mismatch-reparatie cellen resistent tegen op platina gebaseerde chemotherapeutische middelen (zoals carboplatine of cisplatine) [33, 34]. Voorbijgaande hypoxie kan ook de eiwitvouwing in het endoplasmatisch reticulum verstoren, wat tumorcellen resistentie verleent tegen op topoisomerase II gerichte geneesmiddelen [35] zoals etoposide, doxorubicine, enz.

De abnormale structuur en functie van tumorvasculatuur maakt het inefficiënt voor door rode bloedcellen gemedieerde zuurstoftoevoer en door bloed overgedragen medicijnafgifte. De distributie van veel geneesmiddelen binnen tumoren is ook heterogeen, daarom wordt slechts een deel van de doeltumorcellen blootgesteld aan een potentieel dodelijke concentratie van het cytotoxische middel.

Bovendien neemt celproliferatie af als functie van de afstand tot bloedvaten, een effect dat ten minste gedeeltelijk te wijten is aan hypoxie [36]. Deze relatief lage snelheid van celproliferatie bij hypoxie beperkt de effectiviteit van chemotherapeutische geneesmiddelen die voornamelijk actief zijn tegen sterk proliferatieve cellen. Zo hebben veel antikankermiddelen zoals methotrexaat, 5-fluorouracil, doxorubicine, carboplatine, melfalan, bleomycine, etoposide, enz. in vitro cytotoxiciteit in experimentele hypoxische omstandigheden.

Stralingsensibilisatoren: de nitroimidazolen

Niettemin vormt tumorhypoxie, door zijn specificiteit en zijn belangrijke rol bij resistentie tegen geneesmiddelen, een uniek en aantrekkelijk doelwit om strategieën voor kankertherapie te ontwikkelen. Om deze reden zijn onderzoeken uitgevoerd naar geneesmiddelen die selectief toxisch zijn tegen hypoxische cellen. Nitroimidazolen kunnen bijvoorbeeld de effecten van zuurstof nabootsen en daardoor hypoxische cellen gevoelig maken voor straling. In klinische onderzoeken resulteerde radiotherapie toegevoegd aan nitroimidazolen (metronidazol, misonidazol en etanidazol) niet in significante verbeteringen ten opzichte van radiotherapie alleen, voornamelijk omdat de algehele toxiciteit van deze derivaten verhinderde dat ze in voldoende hoge doses werden gegeven [37].

Hypoxie prodrugs: tirapazimine en antrachinon

Een andere strategie maakt gebruik van door hypoxie geactiveerde prodrugs. Tirapazimine is de eerste verbinding die specifiek is ontwikkeld als een hypoxisch cytotoxine en waarvan de klinische ontwikkeling de belangrijkste was [38] (Tabel 1). Dit benzotriazine-di-N-oxide wordt selectief geactiveerd door meerdere reductasen om vrije radicalen te vormen in hypoxische cellen, wat resulteert in radicale schade direct aan het topoisomerase II-enzym [39] of aan DNA. Ondanks de zeer veelbelovende resultaten die zijn verkregen in verschillende preklinische onderzoeken, is het overlevingsvoordeel niet duidelijk aangetoond in klinische onderzoeken [40, 41].

Tafel 1

Voorbeelden van kleine moleculen die hypoxie als doelwit hebben of nabootsen: hun chemische structuur en mechanisme.

kleine moleculen
StructuurMechanismeReferenties
pO2 modulator
myo-inositol trispyrofosfaat (ITPP)Allosterische effector van hemoglobine[43�]
Door hypoxie geactiveerde prodrugs
TirapazimineVormt vrije radicalen wanneer geactiveerd[38�]
antrachinon (AQ4N)Cytotoxisch bij reductie tot AQ4[42]
Hypoxie mimetica
Dimethyloxallyl glycine (DMOG)Remming van prolyl-4-hydroxylase door competitie met het substraat[48, 49]
desferrioxamineRemming van prolylhydroxylase door Fe 2+-chelatie van de katalytische kern[50, 51]
Metaalionen (bijvoorbeeld Co 2+ en Cu 2+ ) Remming van prolylhydroxylase door substitutie voor Fe2+ van de katalytische kern[51, 52]

De enige andere door hypoxie geactiveerde prodrug die nu in klinische onderzoeken wordt uitgevoerd, is het antrachinon AQ4N (tabel 1). AQ4N is een prodrug van een krachtige DNA-intercalator/topoisomerasegif, AQ4. AQ4N heeft een substantiële activiteit tegen hypoxische cellen in verschillende getransplanteerde tumoren [42] en heeft onlangs een Fase I klinische studie afgerond.

PO2 modulator: myo-inositol trispyrofosfaat (ITPP)

In tegenstelling tot deze geneesmiddelen waarvan de activiteit wordt gemodificeerd door hypoxie, is ITPP, zoals we weten, de enige verbinding die pO direct kan moduleren2. ITPP werkt als een allosterische effector, door het vermogen van hemoglobine om gebonden zuurstof af te geven te vergroten [43]. Dit leidt tot een hogere zuurstofspanning in de hypoxische omgeving en remt dus door hypoxie geïnduceerde angiogenese. ITPP is een veelbelovend molecuul voor kanker [44] en therapieën voor hartfalen [45], door het fysiologische niveau van oxygenatie in hypoxische weefsels te herstellen (Tabel 1). Zo'n molecuul zou gunstig kunnen worden gebruikt om geneesmiddelen te combineren en te potentialiseren die bij voorkeur apoptose van endotheelcellen in de tumor induceren als 5,6-dimethylxanthenon-4-azijnzuur (DMXAA) [46] en waarvan onlangs is aangetoond dat het werkt via de redox-route [47].

Hypoxie mimetica: dimethyloxallyl glycine, desferrioxamine en metaalionen

Voor modellering van tumorhypoxie in vitro, het gebruik van een hypoxiekamer, waarin 95% N2/5% CO2 gasmengsel werd ingebracht om de gewenste pO . te verkrijgen2, was de techniek bij uitstek. Kleine moleculen die het hypoxische signaal nabootsen waren ook aantrekkelijke hulpmiddelen. Dimethyloxallyl glycine [48, 49], desferrioxamine [50, 51] en metaalionen [51, 52] werden vaak gebruikt als hypoxie-mimetica (Tabel 1). Over het algemeen blokkeren deze moleculen de katalytische activiteit van prolyl-hydroxylasen, een zuurstofsensor die hypoxia-induceerbare factor (HIF)-1α-activiteit kan inactiveren in normoxische omstandigheden.

Dit toont aan hoe betekenisvol de kennis van de zuurstofstatus in normale in vergelijking met pathologische weefsels kan zijn voor het ontwerp van diagnose-instellingen enerzijds en voor therapeutische strategieën anderzijds. Dit bracht ons ertoe het begrip fysioxie te definiëren.


Longvolumes en -capaciteiten

Longvolumes meten de hoeveelheid lucht voor een specifieke functie, terwijl longcapaciteiten de som zijn van twee of meer volumes.

Leerdoelen

Maak onderscheid tussen longvolume en longcapaciteit

Belangrijkste leerpunten

Belangrijkste punten

  • De longvolumes die met een spirometer kunnen worden gemeten, zijn onder meer het ademvolume (TV), het expiratoire reservevolume (ERV) en het inspiratoire reservevolume (IRV).
  • Restvolume (RV) is een longvolume dat de hoeveelheid lucht weergeeft die in de longen achterblijft na een geforceerde uitademing. Dit volume kan niet worden gemeten, alleen worden berekend.
  • De longcapaciteiten die kunnen worden berekend, zijn onder meer de vitale capaciteit (ERV+TV+IRV), de inademingscapaciteit (TV+IRV), de functionele restcapaciteit (ERV+RV) en de totale longcapaciteit (RV+ERV+TV+IRV).

Sleutelbegrippen

  • getijdenvolume: de hoeveelheid lucht die wordt in- of uitgeademd tijdens normale ademhaling
  • restvolume: het volume niet verbruikte lucht dat in de longen achterblijft na maximale uitademing
  • spirometrie: de meting van het luchtvolume dat een persoon in en uit de longen kan bewegen

Longvolumes en -capaciteiten

Verschillende dieren vertonen verschillende longcapaciteiten op basis van hun activiteiten. For example, cheetahs have evolved a much higher lung capacity than humans in order to provide oxygen to all the muscles in the body, allowing them to run very fast. Elephants also have a high lung capacity due to their large body and their need to take up oxygen in accordance with their body size.

Human lung size is determined by genetics, gender, and height. At maximal capacity, an average lung can hold almost six liters of air however, lungs do not usually operate at maximal capacity. Air in the lungs is measured in terms of lung volumes and lung capacities. Volume measures the amount of air for one function (such as inhalation or exhalation) and capacity is any two or more volumes (for example, how much can be inhaled from the end of a maximal exhalation).

Human lung volumes and capacities: The total lung capacity of the adult male is six liters. Tidal volume is the volume of air inhaled in a single, normal breath. Inspiratory capacity is the amount of air taken in during a deep breath, while residual volume is the amount of air left in the lungs after forceful respiration.

Lung Volumes

The volume in the lung can be divided into four units: tidal volume, expiratory reserve volume, inspiratory reserve volume, and residual volume. Tidal volume (TV) measures the amount of air that is inspired and expired during a normal breath. On average, this volume is around one-half liter, which is a little less than the capacity of a 20-ounce drink bottle. The expiratory reserve volume (ERV) is the additional amount of air that can be exhaled after a normal exhalation. It is the reserve amount that can be exhaled beyond what is normal. Conversely, the inspiratory reserve volume (IRV) is the additional amount of air that can be inhaled after a normal inhalation. The residual volume (RV) is the amount of air that is left after expiratory reserve volume is exhaled. The lungs are never completely empty there is always some air left in the lungs after a maximal exhalation. If this residual volume did not exist and the lungs emptied completely, the lung tissues would stick together. The energy necessary to re-inflate the lung could be too great to overcome. Therefore, there is always some air remaining in the lungs. Residual volume is also important for preventing large fluctuations in respiratory gases (O2 and CO2). The residual volume is the only lung volume that cannot be measured directly because it is impossible to completely empty the lung of air. This volume can only be calculated rather than measured..

Lung volumes are measured by a technique called spirometry. An important measurement taken during spirometry is the forced expiratory volume (FEV), which measures how much air can be forced out of the lung over a specific period, usually one second (FEV1). In addition, the forced vital capacity (FVC), which is the total amount of air that can be forcibly exhaled, is measured. The ratio of these values (FEV1/FVC ratio) is used to diagnose lung diseases including asthma, emphysema, and fibrosis. If the FEV1/FVC ratio is high, the lungs are not compliant (meaning they are stiff and unable to bend properly) the patient probably has lung fibrosis. Patients exhale most of the lung volume very quickly. Conversely, when the FEV1/FVC ratio is low, there is resistance in the lung that is characteristic of asthma. In this instance, it is difficult for the patient to get the air out of his or her lungs. It takes a long time to reach the maximal exhalation volume. In either case, breathing is difficult and complications arise.

Lung Capacities

The lung capacities are measurements of two or more volumes. The vital capacity (VC) measures the maximum amount of air that can be inhaled or exhaled during a respiratory cycle. It is the sum of the expiratory reserve volume, tidal volume, and inspiratory reserve volume. The inspiratory capacity (IC) is the amount of air that can be inhaled after the end of a normal expiration. It is, therefore, the sum of the tidal volume and inspiratory reserve volume. The functional residual capacity (FRC) includes the expiratory reserve volume and the residual volume. The FRC measures the amount of additional air that can be exhaled after a normal exhalation. The total lung capacity (TLC) is a measurement of the total amount of air that the lung can hold. It is the sum of the residual volume, expiratory reserve volume, tidal volume, and inspiratory reserve volume..


A VBG on the other hand, tests the venous blood and can accurately determine pH and CO2 but is unable to provide reliable O2 data. For this reason, arterial testing has become the gold standard in sick patients who are at risk for sudden decompensation or those with a respiratory component.

ABGs are drawn for a variety of reasons. These may include concern for:

  • Lung Failure
  • Kidney Failure
  • Shock
  • Trauma
  • Uncontrolled diabetes
  • Asthma
  • Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD)
  • Hemorrhage
  • Drug Overdose
  • Metabolic Disease
  • Chemical Poisoning
  • To check if lung condition treatments are working

Inhoud

In medicine, oxygen saturation, commonly referred to as "sats", measures the percentage of hemoglobin binding sites in the bloodstream occupied by oxygen. [2] At low partial pressures of oxygen, most hemoglobin is deoxygenated. At around 90% (the value varies according to the clinical context) oxygen saturation increases according to an oxygen-hemoglobin dissociation curve and approaches 100% at partial oxygen pressures of >11 kPa. A pulse oximeter relies on the light absorption characteristics of saturated hemoglobin to give an indication of oxygen saturation.

The body maintains a stable level of oxygen saturation for the most part by chemical processes of aerobic metabolism associated with breathing. Using the respiratory system, red blood cells, specifically the hemoglobin, gather oxygen in the lungs and distribute it to the rest of the body. The needs of the body's blood oxygen may fluctuate such as during exercise when more oxygen is required [3] or when living at higher altitudes. A blood cell is said to be "saturated" when carrying a normal amount of oxygen. [4] Both too high and too low levels can have adverse effects on the body. [5]

An SaO2 (arterial oxygen saturation, as determined by an arterial blood gas test [6] ) value below 90% indicates hypoxemia (which can also be caused by anemia). Hypoxemia due to low SaO2 is indicated by cyanosis. Oxygen saturation can be measured in different tissues: [6]

  • Venous oxygen saturation (SvO2) is the percentage of oxygenated hemoglobin returning to the right side of the heart. It can be measured to see if oxygen delivery meets the tissues' demands. SvO2 typically varies between 60% and 80%. [7] A lower value indicates that the body is in lack of oxygen, and ischemic diseases occur. This measurement is often used under treatment with a heart lung machine (extracorporeal circulation), and can give the perfusionist an idea of how much flow the patient needs to stay healthy.
  • Tissue oxygen saturation (StO2) can be measured by near infrared spectroscopy. Although the measurements are still widely discussed, they give an idea of tissue oxygenation in various conditions.
  • Peripheral oxygen saturation (SpO2) is an estimation of the oxygen saturation level usually measured with a pulse oximeter device. It can be calculated with pulse oximetry according to the formula [6] where HbO2 is oxygenated hemoglobin (oxyhemoglobin) and Hb is deoxygenated hemoglobin.

Pulse oximetry is a method used to estimate the percentage of oxygen bound to hemoglobin in the blood. [8] This approximation to SaO2 is designated SpO2 (peripheral oxygen saturation). The pulse oximeter consists of a small device that clips to the body (typically a finger, an earlobe or an infant's foot) and transfers its readings to a reading meter by wire or wirelessly. The device uses light-emitting diodes of different colours in conjunction with a light-sensitive sensor to measure the absorption of red and infrared light in the extremity. The difference in absorption between oxygenated and deoxygenated hemoglobin makes the calculation possible. [6]

Healthy individuals at sea level usually exhibit oxygen saturation values between 96% and 99%, and should be above 94%. At 1,600 meters' altitude (about one mile high) oxygen saturation should be above 92%. [9]


Bekijk de video: 40 ar rokām izvēlēti auto produkti no Aliexpress, kas atvieglos ikviena automašīnas īpašnieka dzīvi (December 2021).