Physikalisch gelöster O2 Hämoglobin Sauerstoffsättigung (sO2) und ...

Narkoseführung und Monitoring, WS 2008 ( 10 )
HZV 5000 ml / min
ctO2 0,2 ml O2 / ml
•
VO2 250 ml O2 / min
Narkoseführung und Monitoring, WS 2008 ( 10 )
Physikalisch gelöster O 2
Nach dem Gesetz von Henry ist die
physikalische gelöste Menge eines Gases
in einer Flüssigkeit direkt proportional dem
Löslichkeitskoeffizienten α (sog. Bunsen-
Koeffizient) und dem Partialdruck des
Gases.
ctO 2 [ml O 2 / 100 ml Blut]
1,9 ml O 2
bei FiO 2 =1
O 2 wird mit dem Blut durch den Körper gepumpt.
Das Herz-Zeit-Volumen (Produkt aus Auswurfvolumen
und Herzfrequenz) beträgt üblicherweise etwa 5 l / min.
Im normalen arteriellen Blut befinden sich pro Milliliter
etwa 0,2 ml O 2 (Sauerstoffgehalt, ctO 2 ).
Die Sauerstofftransportkapazität errechnet sich somit aus
STK = HZV • ctO 2
= 5000 ml/min • 0,2 ml O 2 / ml
= 1000 ml O 2 / min
Ein erwachsener Mensch benötigt für den Ruhestoffwechsel
•
in der Minute etwa 250 ml O2 (Sauerstoffverbrauch, VO2 ).
Das zum Herzen zurückkehrende Blut verliert damit
25% seines Sauerstoffgehalts, der gemisch-venöse
Sauerstoffgehalt beträgt etwa 75% des arteriellen.
Die verbleibenden 75% nicht extrahierten Sauerstoffs
bilden eine O 2 -Reserve, die unter Belastung mobilisiert
werden kann.
Atmosphären
pO 2 [mm Hg]
Narkoseführung und Monitoring, WS 2008 ( 10 )
Sauerstoffsättigung (sO 2) und Gehalt (ctO 2)
Die Sauerstoffsättigung beschreibt den Anteil von HbO 2
an der maximalen Sauerstoffbindungskapazität des Hb:
sO 2 [%] =
HbO 2 (gemessen)
HbO 2 (maximal)
α für O2 und Vollblut bei 37°:
0,000031 ml O2 / ml Blut / mm Hg
ctO2 (physikalisch) =
0,000031 • 100 ml • 100 mm Hg =
0,3 ml O2 / 100 ml Blut
•
Minimalbedarf (STK = VO2 )
STK = HZV • ctO2 →
ctO2 = STK / HZV →
ctO2 = 250 ml/min / 5000 ml/min
= 5 ml O2 / 100 ml Blut
Bei lediglich physikalischer Lösung
von O 2 im Blut könnte der
Minimalbedarf nur bei einem
Außendruck von 2 atm reinem O 2
gedeckt werden.
Bei einer Hb-Konzentration von 15 g / 100 ml Blut,
einer sO2 von 98% und unter Berücksichtigung der Hüfner‘schen Zahl
ergibt sich unter Raumluftatmung für den auf das Hämoglobin entfallenden
Sauerstoffgehalt (ctO2 ) :
sO2 • Hb • Hüfner-Zahl =
98 [%] • 15 [g Hb/100 ml] • 1,39 [ml O2 /g Hb] = 20 ml O2 / 100 ml Blut
(vgl. 0,3 ml O 2 / 100 ml Blut bei rein physikalischer Lösung)
Ist der ctO 2 vom
pO 2 abhängig ?
Narkoseführung und Monitoring, WS 2008 ( 10 )
Bild der Wissenschaft 12/2007
Antarktischer Weißblutfisch: keine Erythrozyten
(Anpassung an die Kälte: dünnflüssiges Blut lässt sich leichter durch den Körper pumpen.)
Narkoseführung und Monitoring, WS 2008 ( 10 )
Hämoglobin
Hüfner‘sche Zahl:
1 g Hb bindet 1,39 ml O 2
Narkoseführung und Monitoring, WS 2008 ( 10 )
Sauerstoffbindungskurve (1)
sO 2 [%]
p 50
pvO 2
Normalbefund:
37°; pH 7,4
Durch Hämoglobin (Hb) wird bei
Raumluftatmung die Aufnahmefähigkeit
des Blutes für O 2 gegenüber dem
Plasma um den Faktor 65 gesteigert.
Hb besteht aus 4 Proteinketten (Globin),
in die jeweils eine eisenhaltige Häm-
Einheit eingebunden ist.
An ein Hämoglobin-Molekül können
somit 4 O2-Moleküle gebunden werden
(HbO2 ); die Bindung ist reversibel und
von verschiedenen Faktoren abhängig.
paO 2
pO 2 [mm Hg]
Bei Raumluftatmung (paO 2 =100) ist
Hämoglobin zu etwa 98% gesättigt;
eine 100%ige Sättigung wäre bei
einem paO 2 von ca. 250 mm Hg zu
erwarten.
Im gemischt venösen Blut
(pvO 2 =40) sind noch etwa 75% des
Hämoglobins mit O 2 gesättigt.
Der steile untere Kurvenverlauf
erklärt die leichte Sauerstoffabgabe
im O2-verbrauchenden Gewebe: die
Bindungsfähigkeit nimmt bei
niedrigen O2-Partialdrücken schnell
ab.
Der p50-Wert beschreibt die
Affinität von O2 an das Hb unter
den gewählten Bedingungen;
normalerweise wird eine 50%ige
Sättigung bei paO2 = 27 erreicht.
1

Narkoseführung und Monitoring, WS 2008 ( 10 )
Sauerstoffbindungskurve (2)
sO 2 [%]
Narkoseführung und Monitoring, WS 2008 ( 10 )
Sauerstoffbindungskurve (4)
sO 2 [%]
pvO 2
Narkoseführung und Monitoring, WS 2008 ( 10 )
Sauerstoffgehaltskurve (2)
ctO 2 [ml O 2 /100 ml Blut]
pvO 2 = 40
avDO 2 =
5 ml O 2 /100 ml Blut
arterio-venöse
Sauerstoffgehaltsdifferenz
avDO 2 = ctaO 2 -ctvO 2
pO 2 [mm Hg]
pO 2 [mm Hg]
normale Kurve
paO 2
Kurve bei 50% CO-Hb
pO 2 [mm Hg]
paO 2 = 100
Bei einer Abnahme der Sauerstoffaffinität
kommt es zu einer
Rechtsverschiebung der Kurve:
bei jedem gegebenen pO2 ist die
Sättigung vermindert bzw. die O2- Abgabe erleichtert. Davon profitiert
eine O2-hungrige Peripherie,
wenngleich die pulmonale
Aufnahme etwas behindert wird.
Bei einer Zunahme der Affinität
(Linksverschiebung) hat es die
Peripherie schwer!
abnormes Hb
Norm
Pyruvat-Kinase-Defekt
Kohlenmonoxid (CO) besitzt eine
210-fach höhere Affinität zum Hb
als O 2 .
Es kommt dadurch nicht nur zu
einer Verminderung der O2- Aufnahme, sondern auch zu einer
Linksverschiebung der
Bindungskurve: O2 wird dann nur
noch abgegeben, wenn in der
Peripherie schon eine deutliche
Hypoxie eingetreten ist.
Die „nur“ 5-15% CO-Hb, die im
arteriellen Blut eines starken
Rauchers zu finden sind, bedeuten
für gesunde Menschen noch keine
solche Gefahr, stellen aber bereits
ein Risiko dar.
Normalwert, Hb= 15 g%,
ctO 2 -Reserve 15 ml O 2 /100 ml Blut
Anämie, Hb= 7 g%,
ctO 2 -Reserve nur noch 5 ml O 2 /100 ml Blut
pvO 2 = 27
avDO2 =
5 ml O2 /100 ml Blut
paO2 = 100
Narkoseführung und Monitoring, WS 2008 ( 10 )
Sauerstoffbindungskurve (3)
2,3-DPG
↓
pH 7,4
↑
2,3-DPG
Hyperkapnie,
Azidose, Fieber
Narkoseführung und Monitoring, WS 2008 ( 10 )
Sauerstoffgehaltskurve (1)
ctO 2 [ml O 2 /100 ml Blut]
Gesamtkurve
Narkoseführung und Monitoring, WS 2008 ( 10 )
2,3-Diphosphoglycerat (2,3-DPG) entsteht innerhalb
der Erythrozyten als Folge einer anaeroben Glykolyse.
Es reagiert dadurch auf Hypoxie und erleichtert die
O 2 -Abgabe in der Peripherie.
Die Konzentration von 2,3-DPG nimmt in Blutkonserven
mit der Zeit ab!
an Hb gebundener O 2
physikalisch gelöster O 2
Sauerstoffgehaltskurve (3)
pO 2 [mm Hg]
Was bringt eine Beatmung mit 100% O 2 ?
ctO 2 [ml O 2 /100 ml Blut]
37°
Der aktuelle Sauerstoffgehalt im
Blut ändert sich mit der Sättigung,
der Hämoglobinkonzentration und
dem Sauerstoffpartialdruck:
ctO 2 = ctO 2 (physikalisch) + ctO 2 (Hb)
= α •pO 2 + sO 2 • Hb • 1,39
Klinisch ist deshalb die
Sauerstoffgehaltskurve
(ctO 2 in Abhängigkeit vom pO 2 )
aussagekräftiger als die
Sauerstoffbindungskurve
(sO 2 in Abhängigkeit vom pO 2 ).
vgl. die Definition der O 2 -Transportkapazität:
STK = HZV • ctO 2
avDO 2 =
5 ml O 2 /100 ml Blut
pO 2 [mm Hg]
2

Narkoseführung und Monitoring, WS 2008 ( 10 )
Herzinsuffizienz (1)
Herzinsuffizienz im engeren Sinne ist definiert
als ein Versagen der Pumpfunktion unter
physiologischer Belastung. Sie entsteht durch
myokardiale Zellschädigung (Ischämie,
Entzündung, Intoxikation), lang anhaltende
Druckbelastung oder chronische Volumenbelastung.
Der Begriff wird häufig ausgedehnt auf alle
Situationen, bei denen die O2-Transportkapazität trotz normaler Lungenfunktion nicht mehr den
peripheren Bedarf decken kann.
STK = HZV • ctO2 ctO2 = ctO2 (physikalisch) + ctO2 (Hb)
= α • pO2 + sO2 • Hb • 1,39
avDO2 = ctaO2 - ctvO2
Solche Störungen betreffen also
a) eine Verminderung des HZV,
b) eine Steigerung des peripheren Bedarfs oder
c) beide Mechanismen.
Narkoseführung und Monitoring, WS 2008 ( 10 )
Herzinsuffizienz (2)
Fieber,
Maligne Hyperthermie,
Hyperthyreose,
Sepsis …
negative Inotropie,
Myokardinfarkt,
Perikardtamponade,
Spannungspneu …
Bei einer Abnahme des HZV oder einer
Zunahme des peripheren O 2 -Verbrauchs sinkt
der gemischt-venöse Sauerstoffgehalt:
ctO 2 = ctO 2 (physikalisch) + ctO 2 (Hb)
= α • pO 2 + sO 2 • Hb • 1,39
Ist der Hb konstant geblieben, sinkt vereinfacht
die gemischt-venöse Sauerstoffsättigung.
Empfehlung:
bei Vorhandensein eines zentralen Venenkatheters
nicht nur den ZVD messen, sondern
auch die svO 2 .
Sinkt während der Anästhesie und Operation
dann später die svO 2 (bei normaler
Oxygenierung, stabilem Hb und HK), bleiben vor
allem die beiden Fragen zu beantworten:
a) Zunahme des peripheren O 2 -Verbrauchs?
b) Gibt das Herz auf?
3