Inzerát v Praze, kolem roku 1990

HYPOXIE Emanuel Nečas 2012, aktualizace 2015

Sylabus přednášky HYPOXIE 1. Dostupnost kyslíku, vyjadřování jeho množství, k čemu je kyslík zapotřebí 2. Hypoxie v různých částech těla, kyslík rozpuštěný a kyslík vázaný na hemoglobin 3. Tkáňová tenze kyslíku 4. Příčiny hypoxie a patofyziologická klasifikace hypoxických stavů 5. Čtyři pato-fyziologické kategorie hypoxie 6. Buněčné a tkáňové reakce na hypoxii 7. Pato-fyziologické základy oxygeno-terapie

vyjadřování jeho množství, k čemu je kyslík zapotřebí Dostupnost kyslíku, vyjadřování jeho množství, k čemu je kyslík zapotřebí

Procentní zastoupení kyslíku v atmosféře

Množství kyslíku nejčastěji vyjadřujeme jeho parciálním tlakem - pO2 pO2 je parciální (frakční) tlak kyslíku v plynné směsi, která má nějaký celkový tlak např. 101 kPa na úrovni moře nebo asi 50 kPa v namořské výšce 5500m nebo 300 kPa v přetlakové komoře nebo po ponoření do hloubky 20 m - ve vzduchu je 20,9 % kyslíku - v alveolárním vzduchu asi 15 % kyslíku - při dýchání 100% kyslíku je to veškerý tlak

pO2 a mM (vyjádření jako molární koncentrace) kyslíku Kyslík je rozpuštěn ve vodě tělesných tekutin (jeho rozpustnost ve vodě je při teplotě 37oC nízká) Množství rozpuštěného kyslíku v plazmě, v tkáňovém moku, v cytoplazmě a v mitochondriích je přímo úměrné jeho pO2, který by byl ve vzduchu (plynné směsi), kdyby tyto tekutiny byly v nějaké nádobě a v přímém kontaktu s tímto vzduchem nebo plynnou směsí Množství rozpuštěného kyslíku lze převést na jeho koncentraci v mM O2/ litr tekutiny (pO2, koeficient rozpustnosti a teplota tekutiny), ale nedělá se to

Zásoby kyslíku v těle V lidském těle jsou jen velmi malé zásoby kyslíku, vystačí asi na 2 minuty (při zachovalém krevním oběhu)

Vliv dýchání čistého (100%) dusíku po dobu 17 sekund

Kyslík se v organismu pohybuje podle gradientů pO2 V případě dýchání dusíku je kyslík nejen tkáněmi spotřebováván, ale je i plícemi vypouštěn z těla ven. Kyslík se v organismu pohybuje podle gradientů pO2

Hodnoty pO2 v různých částech těla

Mitochondrie spotřebovávají >90 % kyslíku při tvorbě ATP (= adenosin-tri-fosfátu)

Mitochondrie potřebují pO2 > 1 mm Hg (0,13 kPa) CO2 Glukóza Mastné kyseliny Aminokyseliny + O2 CO2 H2O

Účinnost anaerobní a oxidativní tvorby ATP

Selekce kardiomyocytů, připravených z kmenových buněk iPS, (=induced pluripotent cells) - založená na jejich schopnosti využít kyselinu mléčnou (laktát) k produkci ATP mitochondriemi

Dospělý člověk spotřebuje 0,2 až 2 litry kyslíku každou minutu

V organismu nejsou významné zásoby ATP ani kyslíku. Kyslík je potřebný především pro tvorbu ATP, minoritně pro některé biochemické reakce (například různé hydroxylace, tvorbu oxidu dusnatého NO …). V organismu nejsou významné zásoby ATP ani kyslíku. Proto je stálá dodávka kyslíku nezbytná pro život. Nedostatek kyslíku se může projevit již za několik sekund. Tkáně jsou na nedostatek kyslíku různě citlivé. Jejich odolnost lze obecně zvýšit ochlazením tkáně.

Hypoxie v různých částech těla, kyslík rozpuštěný a kyslík vázaný na hemoglobin

HYPOXIE je označení pro stavy a poruchy, při kterých celý organismus nebo jeho část trpí nedostatkem kyslíku.

Nedostatek kyslíku (hypoxie, anoxie) je konečnou příčinou smrti organismu a buněk v jeho tkáních. Proto se resuscitace v případě klinické smrti zaměřuje na obnovu nebo udržení životních funkcí: oběhu krve a dodávky kyslíku do plic.

rozpuštěný a vázaný kyslík pO2 vyjadřuje dostupnost kyslíku v tělesných tekutinách, tedy jeho množství, koncentraci - s výjimkou krve a cytoplazmy svalů z důvodu vazby kyslíku na hemové složky hemoglobinu a myoglobinu. Toto je však kyslík vázaný, který je využitelný jen po jeho uvolnění a rozpuštění v tělesných tekutinách

Difuze kyslíku z kapiláry k mitochondriím

Hodnoty pO2 v různých částech těla

Tkáňová tenze kyslíku

Jaterní lalůček (lobulus) – paralelní uspořádání kapilár predisponuje k hypoxickému poškození hepatocytů ve středu lalůčku okolo žíly (vény)

Hypoxie v jaterní tkáni

Hustota kapilár a jejich uspořádání určují, spolu s intenzitou spotřeby kyslíku, hodnoty tkáňové tenze kyslíku

vzdálenosti mezi kapilárami intensita spotřeby kyslíku Průtok krve tkání pO2 v kapiláře vzdálenosti mezi kapilárami intensita spotřeby kyslíku (chlazení tkáně!) jsou hlavními faktory v udržování pO2 v mitochondriích na hodnotě vyšší než je kritická hodnota 1 mm Hg (0,13 kPa), tedy dostatku ATP

patofyziologická klasifikace Příčiny hypoxie a patofyziologická klasifikace hypoxických stavů

Příčiny hypoxie Hypoxie z nedostatku kyslíku ve vzduchu Respirační onemocnění Poruchy krevního oběhu Anémie, (= chudokrevnost) Karbonyl-hemoglobin-émie, COHb Met-hemoglobin-émie, MetHb Nádor Porucha funkce placenty

Hodnoty různě postižené u jednotlivých patofyziologických typů hypoxie pAO2 - pO2 v alveolárním vzduchu paO2 - pO2 v arteriální krvi pkO2 - pO2 v kapiláře pvO2 - pO2 ve venózní krvi SaO2 - saturace hemoglobinu kyslíkem v arteriální krvi CaO2 - obsah kyslíku v arteriální krvi SvO2 - saturace hemoglobinu kyslíkem ve venózní krvi Q – průtok krve (ml/min) VO2 - spotřeba kyslíku mitochondriemi

patofyziologické kategorie Čtyři patofyziologické kategorie hypoxie

Čtyři (pato-fyziologické) kategorie hypoxie (podle Bancrofta) Hypoxická hypoxie (nízký paO2, SaO2, CaO2) Anemická hypoxie (nízký CaO2, paO2, SaO2 normální) Cirkulační hypoxie (vše normální, ale nízký Q) Histotoxická hypoxie (vše normální, ale vysoký pvO2 a nízká VO2)

1. Hypoxická hypoxie nízký (arteriální) paO2 je základní porucha, nízká SaO2 a nízký CaO2 jsou jeho důsledkem jakož i nízký (kapilární) pkO2 nedostatek kyslíku (nízký pO2) ve vzduchu respirační poruchy a onemocnění (akutní, chronické)

Disociační křivka kyslíku

2. Anemická hypoxie nízký CaO2 je základní porucha, paO2, SaO2 jsou normální, nízký pkO2 je důsledkem základní poruchy anémie otrava oxidem uhelnatým, methemoglobinémie

Anémie a kapilární pO2 (podle J.T. Prchala _ s opravou)

3. Cirkulační hypoxie vše normální, ale je nízký Q, nízký pkO2 je důsledkem této základní poruchy ischemická forma nebo stagnační forma lokální nebo systémová

Cirkulační hypoxie a kapilární pO2

4. Histotoxická hypoxie vše normální, ale vysoký pkO2 a pvO2 (venózní krev bude světle červena jako je krev arteriální) nízké zpracování kyslíku v mitochondriích (VO2) a nedostatek ATP otrava kyanidem

Difuze kyslíku z kapiláry k mitochondriím

Buněčné a tkáňové reakce na hypoxii

Hypoxie v nádorové tkáni

Hypoxie v nádoru, transkripční faktor HIF-1α

Stabilita HIF-1α se zvyšuje při hypoxii, hypoxie zvyšuje HIF-1α

Buňky, které secernují erytropoetin v ledvinach v závislosti na pO2

Hypoxie v poraněné tkáni, kyselina mléčná, neboli laktát

pato-fyziologické základy oxygeno-terapie

pO2 v buňkách trpících hypoxií Cílem oxygeno-terapie je zvýšení pO2 v buňkách trpících hypoxií (to není vždy snadné)

Kyslíková terapie u (1.) hypoxické hypoxie je většinou velmi účinná i v případě malého zvýšení pO2 ve vdechovaném vzduchu, což umožňuje dlouhodobou „domácí“ oxygenoterapii (chronická bronchitida, emfyzém)

…pokud se však krev protékající plícemi nesetká s alveolárním vzduchem (nastane-li takzvaný plicní zkrat) je kyslíková terapie málo účinná i u hypoxické hypoxie (pneumonie exudativní, atelektáza, tumor)

Kyslíková terapie u (2.) anemické a (3.) cirkulační hypoxie je podstatně méně účinná a vyžaduje vysoké parciální tlaky (čistý kyslík, 100% kyslík)

Kyslíková terapie u (4.) histotoxické hypoxie nemá smysl, ...

Čtyři (pato-fyziologické) kategorie hypoxie (podle Bancrofta) Shrnutí/ zopakování: 1/ 2 Čtyři (pato-fyziologické) kategorie hypoxie (podle Bancrofta) Hypoxická hypoxie (nízký paO2, SaO2, CaO2) Anemická hypoxie (nízký CaO2, paO2, SaO2 normální) Cirkulační hypoxie (vše normální, ale nízký Q) Histotoxická hypoxie (vše normální, ale vysoký pvO2 a nízká VO2)

Hodnoty různě postižené u jednotlivých patofyziologických typů hypoxie Shrnutí/ zopakování: 2/ 2 Hodnoty různě postižené u jednotlivých patofyziologických typů hypoxie pAO2 - pO2 v alveolárním vzduchu paO2 - pO2 v arteriální krvi pkO2 - pO2 v kapiláře pvO2 - pO2 ve venózní krvi SaO2 - saturace hemoglobinu kyslíkem v arteriální krvi CaO2 - obsah kyslíku v arteriální krvi SvO2 - saturace hemoglobinu kyslíkem ve venózní krvi Q – průtok krve (ml/min) VO2 - spotřeba kyslíku mitochondriemi