Wagner‘s curves for explanation pathophysiology of oxygen delivery (idea of serious simulation game for medical education)

The rate of diffusion of oxygen, ml / min Diffusion (at critical mitochondrial PO2 = 1 torr) 1 torr PvO2 4000 Difusing Capacity 3000 2000 The rate of diffusion of oxygen, ml / min 1000 Obr. Wagner1. Rychlost difúze kyslíku při různých hodnotách venózního PO2 (předpokládáme, že pO2 v odtékající venózní krvi je ekvilibrována s tkáňovým PO2 v IST) při normální (a) a snížené (b) difúzní kapacitě (kterou ovlivňuje celková difúzní plocha závisející na počtu otevřených kapilár, vzdálenost od kapilár k buňkám apod.). 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Venous PO2, mmHg

Fick principle: VO2 = Q x [CaO2 – CvO2] VO2 = DO2=CaO2 x Q 100% extraction from arterial blood VO2 = art. flow art. flow ven. flow = 0 4000 CaO2=0 3000 Oxygen consumption (VO2) ml / min 2000 VO2 = 0 ven. flow = art. flow 0% extraction from arterial blood 1000 Spotřeba kyslíku (VO2) při různých hodnotách venózního PO2 v ustáleném stavu podle Fickova principu. Maximální možná spotřeba kyslíku je teoreticky možná jen v případě, kdy je spotřebována veškerá dodávka kyslíku do tkání (DO2 = VO2). Při nulové spotřebě kyslíku (otrava kyanidy) by se venózní koncentrace kyslíku rovnala arteriální. CaO2 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Venous PO2, mmHg

Oxygen Delivery decrease Fick principle: VO2 = Q x [CaO2 – CvO2] 4000 Oxygen Delivery decrease 3000 Increased affinity   of Hb for oxygen Oxygen consumption (VO2) ml / min 2000 1000 Obr. Wagner 4. Hodnota venózního PO2 při zvýšení afinity hemoglobinu ke kyslíku (hypoextrakční hypoxie) . V tomto případě se venózní PO2 a maximální hodnota spotřeby kyslíku (VO2 max) sníží. Increased affinity   of Hb for oxygen 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Venous PO2, mmHg

Oxygen Delivery decrease Fick principle: VO2 = Q x [CaO2 – CvO2] 4000 Oxygen Delivery decrease 3000 Oxygen consumption (VO2) ml / min 2000 perfusion Perfusion decrease perfusion 1000 Obr. Wagner 5. Hodnota venózního PO2 při dané hodnotě spotřeby kyslíku (VO2) a snižujících se hodnotách minutového objemu srdečního (cirkulační hypoxie). Pokud pO2 ve venózní krvi bude nižší než kritické pO2 (krit PvO2), při kterém hodnota mitochondriálního PO2 poklesne pod jeden torr, pak se začne spotřeba kyslíku snižovat na odpovídající hodnotu VO2max (organismus začne čerpat energii anaerobně, s příslušným růstem laktátu). 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Venous PO2, mmHg

Oxygen Delivery decrease Fick principle: VO2 = Q x [CaO2 – CvO2] 4000 PaO2 decrease or Hb concentration decrease 3000 CaO2 decrease Oxygen consumption (VO2) ml / min 2000 Oxygen Delivery decrease CaO2 1000 Obr. Wagner 6. Pokles hodnot venózního PO2 a maximálních hodnot spotřeby kyslíku (VO2 max) při hypoxické hypoxii. Obdobný posun křivek směrem doprava vidíme i při poklesu koncentrace hemoglobinu. CaO2 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 crit. PvO2 Venous PO2, mmHg

Fick principle: VO2 = Q x [CaO2 – CvO2] 4000 VO2 max 3000 VO2 Oxygen consumption (VO2) ml / min 2000 1000 Obr. Wagner 2. Hodnota venózního PO2 při dané hodnotě spotřeby kyslíku (VO2). Maximální hodnota spotřeby kyslíku (VO2 max) v ustáleném stavu bude ležet na průsečíku obou křivek. 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Venous PO2, mmHg

Decrease in diffusion capacity in muscles Fick principle: VO2 = Q x [CaO2 – CvO2] Decrease in diffusion capacity in muscles 4000 VO2 max 3000 VO2 max VO2 Oxygen consumption (VO2) ml / min 2000 1000 Obr Wagner3. Pokles difúzní kapacity ve svalech sníží maximální hodnotu spotřeby kyslíku (VO2 max). 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Venous PO2, mmHg

Oxygen Delivery decrease Fick principle: VO2 = Q x [CaO2 – CvO2] 4000 Oxygen Delivery decrease VO2 max 3000 Increased affinity   of Hb for oxygen VO2 Oxygen consumption (VO2) ml / min 2000 1000 Obr. Wagner 2. Hodnota venózního PO2 při dané hodnotě spotřeby kyslíku (VO2). Maximální hodnota spotřeby kyslíku (VO2 max) v ustáleném stavu bude ležet na průsečíku obou křivek. 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Venous PO2, mmHg

Oxygen Delivery decrease Fick principle: VO2 = Q x [CaO2 – CvO2] 4000 Oxygen Delivery decrease VO2 max VO2 max 3000 Increased affinity   of Hb for oxygen VO2 Oxygen consumption (VO2) ml / min 2000 1000 Obr. Wagner 4. Hodnota venózního PO2 při zvýšení afinity hemoglobinu ke kyslíku (hypoextrakční hypoxie) . V tomto případě se venózní PO2 a maximální hodnota spotřeby kyslíku (VO2 max) sníží. Increased affinity   of Hb for oxygen 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Venous PO2, mmHg

Oxygen Delivery decrease Fick principle: VO2 = Q x [CaO2 – CvO2] 4000 Oxygen Delivery decrease 3000 VO2 max crit. PvO2 VO2 Oxygen consumption (VO2) ml / min 2000 Perfusion decrease Q1>Q2 >Q3 1000 Q1 Obr. Wagner 5. Hodnota venózního PO2 při dané hodnotě spotřeby kyslíku (VO2) a snižujících se hodnotách minutového objemu srdečního (cirkulační hypoxie). Pokud pO2 ve venózní krvi bude nižší než kritické pO2 (krit PvO2), při kterém hodnota mitochondriálního PO2 poklesne pod jeden torr, pak se začne spotřeba kyslíku snižovat na odpovídající hodnotu VO2max (organismus začne čerpat energii anaerobně, s příslušným růstem laktátu). Q2 Q3 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 critical PvO2 Venous PO2, mmHg

Oxygen Delivery decrease Fick principle: VO2 = Q x [CaO2 – CvO2] 4000 Oxygen Delivery decrease 3000 crit. PvO2 VO2 Oxygen consumption (VO2) ml / min 2000 Perfusion decrease Q1>Q2 >Q3 1000 Obr. Wagner 5. Hodnota venózního PO2 při dané hodnotě spotřeby kyslíku (VO2) a snižujících se hodnotách minutového objemu srdečního (cirkulační hypoxie). Pokud pO2 ve venózní krvi bude nižší než kritické pO2 (krit PvO2), při kterém hodnota mitochondriálního PO2 poklesne pod jeden torr, pak se začne spotřeba kyslíku snižovat na odpovídající hodnotu VO2max (organismus začne čerpat energii anaerobně, s příslušným růstem laktátu). Q3 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 critical PvO2 Venous PO2, mmHg

Oxygen Delivery decrease Fick principle: VO2 = Q x [CaO2 – CvO2] 4000 Oxygen Delivery decrease 3000 crit. PvO2 VO2 Oxygen consumption (VO2) ml / min 2000 Perfusion decrease Q1>Q2 >Q3 1000 Q1 Obr. Wagner 5. Hodnota venózního PO2 při dané hodnotě spotřeby kyslíku (VO2) a snižujících se hodnotách minutového objemu srdečního (cirkulační hypoxie). Pokud pO2 ve venózní krvi bude nižší než kritické pO2 (krit PvO2), při kterém hodnota mitochondriálního PO2 poklesne pod jeden torr, pak se začne spotřeba kyslíku snižovat na odpovídající hodnotu VO2max (organismus začne čerpat energii anaerobně, s příslušným růstem laktátu). Q2 Q3 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 critical PvO2 Venous PO2, mmHg

Oxygen Delivery decrease Fick principle: VO2 = Q x [CaO2 – CvO2] 4000 Oxygen Delivery decrease 3000 crit. PvO2 VO2 Oxygen consumption (VO2) ml / min 2000 Perfusion decrease 1000 Obr. Wagner 5. Hodnota venózního PO2 při dané hodnotě spotřeby kyslíku (VO2) a snižujících se hodnotách minutového objemu srdečního (cirkulační hypoxie). Pokud pO2 ve venózní krvi bude nižší než kritické pO2 (krit PvO2), při kterém hodnota mitochondriálního PO2 poklesne pod jeden torr, pak se začne spotřeba kyslíku snižovat na odpovídající hodnotu VO2max (organismus začne čerpat energii anaerobně, s příslušným růstem laktátu). 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 critical PvO2 Venous PO2, mmHg

Oxygen Delivery decrease Fick principle: VO2 = Q x [CaO2 – CvO2] 4000 PaO2 decrease or Hb concentration decrease VO2 max 3000 VO2 max CaO2 decrease VO2 Oxygen consumption (VO2) ml / min 2000 VO2 max Oxygen Delivery decrease CaO2 1000 Obr. Wagner 6. Pokles hodnot venózního PO2 a maximálních hodnot spotřeby kyslíku (VO2 max) při hypoxické hypoxii. Obdobný posun křivek směrem doprava vidíme i při poklesu koncentrace hemoglobinu. CaO2 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 crit. PvO2 Venous PO2, mmHg

Oxygen Delivery decrease Fick principle: VO2 = Q x [CaO2 – CvO2] 4000 PaO2 decrease or Hb concentration decrease VO2 max 3000 VO2 max CaO2 decrease VO2 Oxygen consumption (VO2) ml / min 2000 VO2 max Oxygen Delivery decrease 1000 Obr. Wagner 6. Pokles hodnot venózního PO2 a maximálních hodnot spotřeby kyslíku (VO2 max) při hypoxické hypoxii. Obdobný posun křivek směrem doprava vidíme i při poklesu koncentrace hemoglobinu. 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 crit. PvO2 Venous PO2, mmHg

Fick principle: VO2 = Q x [CaO2 – CvO2] Trained 4000 High maximum metabolic capacity VO2 max Untrained 3000 Low maximum metabolic capacity Oxygen consumption (VO2) ml / min 2000 trained untrained 1000 Obr. Wagner 7. Vliv maximální metabolické kapacity na maximální spotřebu O2. Snížení maximální metabolické kapacity snižuje hodnotu VO2 max .Trénovaní jedinci mají vysokou maximální metabolickou kapacitu a také vyšší difúzní kapacitu (projevující se strmější křivkou difúze). 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Venous PO2, mmHg