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Zertifizierte Fortbildung | Continuing Medical Education (CME)
R. Zander

Sauerstoff von A - Z: Von der Alveole bis zur Zelle (CME 5/04)

Oxygen from A - Z: from the alveolus to the cell

Schlüsselwörter Sauerstoff, Sauerstoffverbrauch, Hämoglobin, Zellatmung
Keywords Oxygen, Oxygen Consumption, Haemoglobin, Cell Respiration
Zusammenfassung

Zusammenfassung: Der im Stoffwechsel laufend verbrauchte Sauerstoff muss kontinuierlich nachgeliefert werden, wobei das O2-Angebot den O2-Verbrauch des Organismus und der Organe übersteigt. Das Organ mit der größten Utilisation ist das Myokard, das mit der kleinsten die Niere.


Alle Organe können, mit Ausnahme von ZNS und Niere, den mit dem arteriellen Blut angebotenen O2 nahezu vollständig utilisieren. Prinzipiell kann der O2-Verbrauch des Menschen bestimmt werden aus dem HZV und der a_DO2 oder über das Atemzeitvolumen und die inspiratorischexspiratorische O2-Konzentrationsdifferenz. Die Größen O2- Partialdruck, O2-Sättigung, Hämoglobin-Konzentration sowie der O2-Gehalt werden als O2-Status bezeichnet. Der paO2 zeigt an, ob das Blut in der Lunge oxygeniert wurde. Die sO2 beschreibt den prozentualen Anteil des oxygenierten Hämoglobins am Gesamthämoglobin, im arteriellen Blut etwa 96%. Jeweils ca. 0,5 - 1% des Hb liegen als MetHb und als COHb vor.Aus methodischen Gründen kann auch eine partielle O2-Sättigung definiert werden, wenn der prozentuale Anteil von O2Hb an der Summe O2Hb plus HHb allein betrachtet wird. Der arterielle Normalwert beträgt dann ca. 98%. Soll aus der sO2 der Gehalt des chemisch gebundenen O2 berechnet werden, so muss die cHb mit der so genannten Hüfner-Zahl multipliziert werden, theoretisch maximal (sO2 100%) 1,39 ml/g. Der arterielle O2-Status kennt vier pathophysiologische Charakteristika, die Hypoxie als Abnahme des paO2, die Hypoxygenation als Verminderung der saO2 (oder der psaO2), die Anämie als Herabsetzung der cHb und die Hypoxämie als Verringerung des caO2. Die arterielle Hypoxämie kann daher hypoxisch, toxisch oder anämisch sein. Die arterielle Hypoxie ist durch einen Abfall des paO2 unter den Normalbereich von 78 - 95 mmHg verursacht. Therapeutische Grenzwerte, nämlich psaO2 90% bzw. paO2 60 mmHg (fakultativ) und 75% bzw. 40 mmHg (obligatorisch), gelten für Patienten beiderlei Geschlechts. Sie legen dem Anästhesisten ein eventuelles (fakultatives) oder unbedingtes (obligatorisches) Handeln nahe. Hypoxygenationen mit normalem paO2 deuten immer auf eine toxische Hypoxämie hin, d.h. Existenz von so genannten Dyshämoglobinen, also eine CO-Belastung mit Carboxy-Hämoglobin (COHb) oder die Oxidation des Häm-Eisens mit Hämiglobin (MetHb). Als obligatorischer Grenzwert kann ein Wert von 20% DysHb gelten, sensibler als der einer hypoxischen Hypoxämie mit 25% Verlust (saO2 75%). Die anämische Hypoxämie als Folge einer Verminderung der cHb ist bezüglich der kapillären O2-Utilisation ein besonders günstiger Sonderfall. Eine Halbierung der cHb allein ist deshalb für den kardial nicht vorgeschädigten Patienten keine Indikation zur Transfusion, solange Normovolämie, Normoxie und Normothermie gegeben sind. Eine Verlagerung der O2-Bindungskurve bei Hypothermie bzw. gelagertem Blut (Linksverlagerung) oder bei permissiver Hyperkapnie (Rechtsverlagerung) ist klinisch im Allgemeinen unproblematisch. Bei der therapeutischen Hyperoxie (normo- oder hyperbar) wird der physikalisch gelöste O2 im Blut linear erhöht, um die O2-Versorgung des möglicherweise mangelversorgten Gewebes zu verbessern. Häm- Oxymeter sind Mehrwellenlängen-Oxymeter für die photometrische In-vitro-Diagnostik aller Hb-Derivate sowie der cHb. Pulsoxymeter messen die arterielle, partielle sO2 photometrisch, kontinuierlich, nichtinvasiv und in vivo am Finger.Die diagnostische Aussagekraft ninmt in der Reihenfolge pO2, psO2, sO2 und cO2 eindeutig zu, der cO2 kann als Globalwert des O2-Status bezeichnet werden. Eine Diagnostik aus dem gemischtvenösen Blut (PA-Katheter) ist nur möglich, wenn der arterielle O2-Status, der Gesamt-O2- Verbrauch und das HZV konstant bleiben. Versuche, den mittleren Gewebe-pO2 des Muskels zu messen und als repräsentativ für den Gesamt-Organismus zu interpretieren, müssen als untauglich bezeichnet werden.

Summary Summary: The oxygen consumed during the metabolic process must be replenished continuously, whereby the amount of oxygen supplied exceeds the amount of oxygen consumed by the organism and the organs. The organ which uses the greatest amount of oxygen is the myocardium; that which uses the smallest amount is the kidney. Every organ, with the exception of the central nervous system and the kidney, can make more or less full use of the oxygen supplied with the arterial blood. As a general principle, a human being’s consumption of oxygen can be determined on the basis of cardiac output and the a_DO2 or via minute ventilation and the inspiratory-expiratory difference in O2-concentration. The four parameters – partial pressure of oxygen, oxygen saturation, haemoglobin concentration and oxygen concentration – constitute what is termed the oxygen status. The paO2 indicates whether the blood was oxygenated in the lung. The sO2 specifies the percentage of oxygenated haemoglobin in the haemoglobin as a whole, in arterial blood approx. 96%. In each case, approx. 0.5 - 1% of the haemoglobin is present as methaemoglobin and as carboxyhaemoglobin. For method-related reasons, a partial oxygen saturation can also be defined, if it is only the percentage of O2Hb contained in the sum of O2Hb plus HHb which is being considered. The normal arterial value will then be approx. 98%. If the concentration of chemically bound O2 is to be calculated from the sO2, then the cHb must be multiplied by what is known as the Hüfner constant, theoretically a maximum of (sO2 100%) 1.39 ml/g. The arterial oxygen status has four characteristic pathophysiological features: hypoxia as a reduction of the paO2, hypoxygenation as a decrease in the saO2 (or in the psaO2), anaemia as a reduction of the cHb and hypoxaemia as a decrease in the caO2. Arterial hypoxaemia may therefore be hypoxic, toxic or anaemic. Arterial hypoxia is caused by a drop in the paO2 to a value under the normal range of 78 - 95 mmHg. Therapeutic threshold values, that is psaO2 90% or, as the case may be, paO2 60 mmHg (optional) and 75% or, as the case may be, 40 mmHg (mandatory), apply to patients of either sex. They tell the anaesthetist what he may do (as an option) or what he must do (mandatory). Hypoxygenation with normal paO2 always suggests toxic hypoxaemia, i.e. the presence of what are termed dyshaemoglobins, that means an overload of CO with carboxyhaemoglobin (COHb) or the oxidation of the haem iron with haemiglobin (MetHb). A value of 20% DysHb may be taken as a mandatory threshold value, more sensitive than that of hypoxic hypoxaemia with 25% loss (saO2 75%). As far as capillary oxygen utilisation is concerned, anaemic hypoxaemia resulting from a reduction of the cHb is a particularly favourable special case. That is why, in the case of a patient who has not suffered previous cardiac damage, a reduction of the cHb by a half is not, in itself, an indication that tranfusion is required, as long as there is normovolaemia, normoxia and normothermia. A shift of the O2 dissociation curve in the case of hypothermia or, as the case may be, with stored blood (shift to the left), or in the case of permissive hypercapnia (shift to the right) does not generally present any problems from the clinical point of view. In the case of therapeutic hyperoxia (normo- or hyperbaric) there is a linear increase in the physically dissolved oxygen in the blood, in order to improve the supply of oxygen to tissue which may be undersupplied. Haem oxymeters are multiple-wave-length oxymeters for photometric in vitro diagnosis of all Hb derivatives, as well as of cHb. Pulsoxymeters measure the arterial, partial sO2 in vivo at the finger, by means of a photometric, continuous, non-invasive procedure. The diagnostic information obtained increases quite clearly in the following order: pO2, psO2, sO2 and cO2 ; the value of cO2 can be termed the global value of the O2 status. A diagnosis based on mixed venous blood (PA catheter) is only possible if the arterial O2 status, the total oxygen consumption and the cardiac output remain constant.Attempts to measure the average tissue-pO2 of the muscle and to interpret it as being representative of the whole organism are unacceptable.
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