Oksygentransport

Levering og forbruk av oksygen ved anemi, hypoksi, lavt minuttvolum og sepsis.

Weiskopfs utgangsverdier hos 23 friske frivillige: cardiac index 3,05 L/min/m², SvO₂ 77,1 %, ekstraksjon 23 %, laktat 0,77 mmol/L. Modellen gir DO₂ 13,7 mL/kg/min mot publiserte 13,5 og SvO₂ 77,1 % — tabellen reproduseres, og det er kontrollen på at enhetene er riktige.

DO₂/VO₂-planet. Skråningen har ekstraksjonskapasitetens helning og ender i hjørnet ved kritisk DO₂; til høyre for hjørnet styres forbruket av behovet og ikke av leveringen. Det tonede feltet er den leveringsavhengige sonen, det smale båndet Roncos målte kritiske intervall hos menneske. Ligger punktet på skråningen, er den loddrette strekningen opp til platået oksygenunderskuddet. Skalaen er fast med hensikt, slik at forvalgene kan sammenlignes med hverandre.

Oksygenlevering mot hemoglobin ved aktuelt minuttvolum og metning. Den vannrette linjen er denne pasientens kritiske DO₂, og skjæringspunktet er det kritiske hemoglobinet. De stiplede kurvene er samme pasient med 0,6 og 1,5 ganger minuttvolumet, med sine egne skjæringspunkter. Strekene langs nederkanten er tersklene fra transfusjonsstudiene, som ikke flytter seg når pasientens gjør det.

Kritisk hemoglobin

34g/L

Margin: 3,64 ×
Kritisk DO₂: 263 mL/min
Per kilo: 3,75 mL/kg/min

Oksygenlevering

956DO₂ mL/min

Per kilo: 13,7 mL/kg/min
Arterielt innhold: 173,8 mL/L
Bundet til hemoglobin: 170,7 mL/L
Løst i plasma: 3,1 mL/L

Forbruk og ekstraksjon

77,1SvO₂ %

VO₂: 210 mL/min
Per kilo: 3,00 mL/kg/min
Nødvendig ekstraksjon: 22,0 %
Faktisk ekstraksjon: 22,0 %

Forbruket styres av behovet og ikke av leveringen: marginen er 3,64 ganger terskelen. Pasienten blir leveringsavhengig først ved 34 g/L, alt annet uendret.

Hemoglobin130 g/LEn transfusjonsenhet hever omkring 10 g/L, så beslutningen tas i praksis i trinn på ti. Den øvre grensen er den høyeste verdien som er målt hos en frisk voksen — Everest-klatrernes 193 g/L i gjennomsnitt.Arteriell metning98 %Det pulsoksymeteret og blodgassen leverer. Hele det dokumenterte menneskelige spennet får plass innenfor glidebryteren: 34 % er det laveste som noen gang er målt hos et våkent menneske på omgivelsesluft.Minuttvolum5,5 L/minMed kompensasjonen på gjelder denne verdien ved Hb 130 g/L, og det faktiske minuttvolumet står i avlesningen ved siden av.Oksygenbehov3,0 mL/kg/minHvile er omkring 3,0 mL/kg/min. Feber legger på cirka 10 % per grad og skjelving nesten det tredobbelte, mens hypotermi med sedering drar ned mot 2,0.Ekstraksjonskapasitet80 %Den høyeste ekstraksjonsratioen vevet klarer. Ronco målte 0,80 hos ikke-septiske og 0,74 hos septiske pasienter. Det er den eneste glidebryteren uten motstykke i en journal.Kroppsvekt70 kgFinnes fordi tersklene i litteraturen alle er angitt per kilo. VO₂ følger fettfri masse og ikke totalvekt, så tallet per kilo er systematisk misvisende i den øvre delen av intervallet.

Hjertet kompensererAv: minuttvolumet står stille uansett hemoglobin — den betablokkerte, den sederte, den aortastenotiske. På: det følger Weiskopfs potenslov hos friske frivillige, med tak ved 12 L/min.

Laster modellen…

Modellen

Blodets oksygeninnhold er hemoglobinets last pluss det som er fysikalsk løst i plasma. Enhetene er SI hele veien og hemoglobinet står i g/L, og det er ingen smakssak: skrives CaO₂ i mL/dL, krever leveringen en faktor 10, og nettopp den faktoren er den vanligste feilkilden når noen kontrollregner mot en lærebok. Hüfners tall er satt til 1,34 mL O₂ per gram, som er det som måles in vivo; 1,39 er den teoretiske verdien for rent HbA₀, og forskjellen er fire prosent på hvert eneste DO₂-tall i hele simuleringen.

Leveringen er innholdet ganget med flowen. To tall som hver for seg kan se normale ut, danner et produkt som ikke lar seg lese ut av noen av dem alene — det er hele grunnen til at simuleringen finnes. Det løste leddet oppgis for seg, siden det er 3,1 av 173,8 mL/L i normaltilfellet: hundre prosent oksygen legger til åtte mL per liter, mens åtti gram hemoglobin er verdt hundre.

Metningen er inndataparameter og oksygentrykket utledes, ikke omvendt. Klinisk fordi metningen er det pulsoksymeteret og blodgassen leverer; modellmessig fordi PaO₂ bare går inn i det løste leddet. Utledningen gjøres med Severinghaus' standardkurve og dens eksakte invers via Cardanos formel — ingen iterasjon, ingen toleranseparameter. Kurvens posisjon står stille med vilje: pH, temperatur og 2,3-DPG hører til simuleringen oksygendissosiasjon.

Sammenhengen mellom levering og forbruk er bifasisk med et tak for ekstraksjonen og ikke en myk metningskurve. Cain viste i 1977 at andelen opprettholdt VO₂ følger en lineær sammenheng mot DO₂ uansett om mangelen er anemisk eller hypoksisk, og Ronco målte hjørnet direkte i menneske i 1993. En min-konstruksjon gjengir nøyaktig den geometrien og gir dessuten kritisk DO₂ på lukket form. En logistisk mykning ville sett vakrere ut og skjult at hjørnet er hele poenget.

Den blandvenøse metningen er implisitt: det løste leddet står på begge sider av likhetstegnet, siden CvO₂ inneholder PvO₂ og PvO₂ er en funksjon av SvO₂. Modellen løser det med to gjennomløp. Å hoppe over korreksjonen gir 0,5 til 1,6 prosentpoengs feil avhengig av tilfellet, noe som er mer enn forskjellen mellom en normal og en grenseverdig SvO₂ i en diskusjon om Rivers' mål.

Hjertets kompensasjon er et valg og ikke en automatikk. Eksponenten 0,65 er målt: Weiskopf fant cardiac index 3,05 L/min/m² ved Hb 129,5 g/L og 5,71 ved 49,5 hos 32 våkne, hvilende frivillige. At kompensasjonen er en knapp, er den kliniske tesen — Cain slo av det samme svaret med propranolol hos hund, og Villanuevas cirrhosepasienter står på ikke-selektive betablokkere for varicene sine. Potensloven har et tak ved 12 L/min, som er glidebryterens eget maksimum: uten tak gir den 46 L/min ved Hb 5 g/L og sletter da det kritiske hemoglobinet fullstendig.

Kritisk hemoglobin er den avlesningen simuleringen finnes for. Med kompensasjonen av finnes det på lukket form; med den på avhenger minuttvolumet selv av hemoglobinet, og svaret søkes da med biseksjon. Mangler det helt — det løste oksygenet holder alene — vises en strek og ikke et negativt tall, og ligger det utenfor glidebryterens område, skrives det som under eller over i stedet for som en verdi du kan stille inn.

CaO₂ = 1,34 · Hb · SaO₂ + 0,03 · PaO₂ [mL O₂/L], Hb i g/LDO₂ = CO · CaO₂ VO₂(behov) = vekt · behovVO₂ = min( VO₂(behov) , ERmax · DO₂ )DO₂krit = VO₂(behov) / ERmax margin = DO₂ / DO₂kritSvO₂ = ( CaO₂ − VO₂/CO − 0,03 · PvO₂ ) / (1,34 · Hb)P³ + 150·P = 23400 · S/(1 − S) (Severinghaus; inversen via Cardano)Hbkrit = ( VO₂(behov)/(ERmax · CO) − 0,03 · PaO₂ ) / (1,34 · SaO₂)CO(Hb) = min( 12 ; CO₀ · (130/Hb)^0,65 )

Tips

Ta Hyperdynamisk septisk sjokk og les oksygenleveringen per kilo: 10,4 mL/kg/min, altså normalt — og marginen likevel 0,99. Ta deretter Ekstrem høyde, 8 400 m: metning 54 % og nesten normal levering. En normal DO₂ utelukker ingenting, og en lav metning beviser ingenting. Begge feilene gjøres.
I Øvre GI-blødning ved terskelen drar du Minuttvolum fra 6,8 til 4,5 L/min — ikke-selektiv betablokade. Kritisk hemoglobin flytter seg fra 34 til 52 g/L uten at hemoglobinet har rørt seg. Det er den samme manøveren Cain gjorde med propranolol på hund i 1977.
I Hyperdynamisk septisk sjokk drar du Ekstraksjonskapasitet fra 40 opp til 80 %. Ingenting i blodet endres — leveringen står igjen på 10,4 mL/kg/min — men kritisk hemoglobin faller fra 86 til 42 g/L. Terskelen sitter i vevet, ikke i posen.
Slå på Hjertet kompenserer med Frisk voksen i hvile. Den nedre kurven bytter form fra rett linje til konkav, og det kritiske hemoglobinet faller fra 34 til under 30 g/L. Slå deretter på den samme knappen i Kardiogent sjokk og tenk over om nettopp det hjertet kan gjøre det knappen påstår.
Les Løst i plasma i Frisk voksen i hvile: 3,1 av 173,8 mL/L. Dra Arteriell metning til 100 %, og det løste leddet blir 8,6. Dra deretter Hemoglobin til 50 g/L — innholdet er 75,6 mL/L med hundre prosent oksygen, mot 173,8 med normalt blod og luft. Oksygenet redder ingen fra anemi.
Ta Kardiogent sjokk og les SvO₂: 53,6 % til tross for hemoglobin 128 g/L og margin 1,74. Legg til Reinharts sju prosentpoeng, og journalen ville vist ScvO₂ omkring 61 %. Modellen regner den blandvenøse; det er den sentralvenøse som måles, og forskjellen er den mellom å nå og bomme på et mål.

Forenklinger. Transfusjonsstudiene målte ikke det modellen regner, og det er den viktigste begrensningen. TRICC, Villanueva, TRISS og MINT sammenlignet overlevelse, ikke oksygenlevering. Utfallene ble like mye drevet av transfusjonens skader — TRALI, TACO, immunmodulasjon — og hos Villanueva av at portatrykket steg i den liberale armen, som av leveringen. En modell som bare regner levering, vil alltid foreslå mer blod enn studiene støtter: i det septiske forvalget lukker den underskuddet dersom du drar hemoglobinet til 100 g/L, og TRISS viste at den manøveren ikke endret dødeligheten hos 998 pasienter. Begge deler kan være sant. Modellen er global, mens pasienten er regional: den regner ett eneste tall for hele kroppen, og ingen pasient tar skade av et gjennomsnitt. Myokardiet ekstraherer allerede 60–75 % i hvile og har dermed nesten ingen ekstraksjonsreserve — det er det organet som er helt overlatt til flow og innhold, og modellen ser det ikke. Ranucci fant nyreskade etter koronarkirurgi ved en DO₂ langt over det nivået der hele kroppen blir anaerob; organer skades før kroppen gjør det, og den avstanden kan modellen ikke bygge bro over. Ekstraksjonskapasiteten lar seg ikke måle og er den eneste glidebryteren uten motstykke i en journal. Koblingen til sepsis er dessuten omstridt: De Backer viste at 48 % av de små karene var perfundert ved alvorlig sepsis mot 90 % hos friske, men Ronco fant ingen forskjell i kritisk DO₂ eller maksimal ekstraksjon mellom septiske og ikke-septiske pasienter. Oversettelsen fra perfunderte kapillærer til en global ekstraksjonskapasitet er modellens egen, ikke litteraturens. Modellen lar deg senke kapasiteten; den beviser ikke at du har rett. Ingen laktat beregnes, og det er med vilje: laktat avhenger like mye av eliminasjon som av produksjon, og en stor del av hyperlaktatemien ved sepsis er adrenergt drevet aerob glykolyse og ikke oksygenmangel. Modellen oppgir et underskudd i mL/min og stanser der. Blodet i posen er ikke blodet i karet — lagrede erytrocytter har tømt sitt 2,3-DPG og er stivere, så aritmetikken lover en økning som cellene ikke nødvendigvis leverer umiddelbart. Det finnes ingen tidsakse og intet volum: alle glidebrytere virker momentant, hemoglobinet stiger først etter utjevning og ikke i det hele tatt under pågående blødning, og en væskebolus fortynner hemoglobinet før den øker minuttvolumet. Dissosiasjonskurven står stille. Metningen er inndataparameter og ikke en følge av pH, temperatur og 2,3-DPG; Grocotts klatrere hadde SaO₂ 54 % ved PaO₂ 24,6 mmHg mens standardkurven gir 28,5, og hele forskjellen er respiratorisk alkalose med pH 7,53. Ved metning 100 % har Severinghaus' likning en pol, og modellen klipper der mot PaO₂ 286 mmHg. Dyshemoglobiner mangler helt: ved karbonmonoksidforgiftning viser pulsoksymeteret 99 % mens innholdet kan være halvert, og modellen tror på den metningen du mater inn. Ingen diffusjon og ingen heterogenitet — Cain viste at forbruket ble begrenset ved et blandvenøst PO₂ på 45 Torr ved anemi, men først ved 17 ved hypoksisk hypoksi, mens modellen behandler all DO₂ som likeverdig. Ingen reflekser: minuttvolumet beveger seg ikke av seg selv dersom du ikke slår på kompensasjonen, og kompensasjonen er en potenslov tilpasset 32 våkne, hvilende, euvoleme friske frivillige der volumet ble holdt konstant med albumin. Den gjelder ikke den blødende, den sederte, den aortastenotiske eller den septiske, og taket dens ved 12 L/min er modellens egen beslutning og ikke Weiskopfs måling. Hyperbar oksygenbehandling ligger utenfor, siden oksygentrykket utledes av metningen og taket er omgivelsestrykkets. Til slutt er alt dette en voksenmodell: barn, gravide og fostre har andre hemoglobiner, andre kurver og andre normalverdier, og ingenting her er validert for dem.

Modellen bygger på

Cain SM. Oxygen delivery and uptake in dogs during anemic and hypoxic hypoxia. J Appl Physiol Respir Environ Exerc Physiol 1977.
Severinghaus JW. Simple, accurate equations for human blood O2 dissociation computations. J Appl Physiol 1979.
Archie JP Jr. Mathematic coupling of data: a common source of error. Ann Surg 1981.
Ralley FE m.fl. The effects of shivering on oxygen consumption and carbon dioxide production in patients rewarming from hypothermic cardiopulmonary bypass. Can J Anaesth 1988.
Reinhart K m.fl. Comparison of central-venous to mixed-venous oxygen saturation during changes in oxygen supply/demand. Chest 1989.
Ronco JJ m.fl. Identification of the critical oxygen delivery for anaerobic metabolism in critically ill septic and nonseptic humans. JAMA 1993.
Manthous CA m.fl. Effect of cooling on oxygen consumption in febrile critically ill patients. Am J Respir Crit Care Med 1995.
Weiskopf RB m.fl. Human cardiovascular and metabolic response to acute, severe isovolemic anemia. JAMA 1998.
Hébert PC m.fl. A multicenter, randomized, controlled clinical trial of transfusion requirements in critical care (TRICC). N Engl J Med 1999.
Rivers E m.fl. Early goal-directed therapy in the treatment of severe sepsis and septic shock. N Engl J Med 2001.
De Backer D m.fl. Microvascular blood flow is altered in patients with sepsis. Am J Respir Crit Care Med 2002.
Reinhart K m.fl. Continuous central venous and pulmonary artery oxygen saturation monitoring in the critically ill. Intensive Care Med 2004.
Ince C. The microcirculation is the motor of sepsis. Crit Care 2005.
Ranucci M m.fl. Oxygen delivery during cardiopulmonary bypass and acute renal failure after coronary operations. Ann Thorac Surg 2005.
Grocott MPW m.fl. Arterial blood gases and oxygen content in climbers on Mount Everest. N Engl J Med 2009.
Villanueva C m.fl. Transfusion strategies for acute upper gastrointestinal bleeding. N Engl J Med 2013.
Vincent JL, De Backer D. Circulatory shock. N Engl J Med 2013.
Holst LB m.fl. Lower versus higher hemoglobin threshold for transfusion in septic shock (TRISS). N Engl J Med 2014.
Carson JL m.fl. Restrictive or liberal transfusion strategy in myocardial infarction and anemia (MINT). N Engl J Med 2023.
Roubinian NH, Carson JL. Acute myocardial infarction and blood transfusion: lessons learned from animal models and clinical studies. Blood Transfus 2023.

← Alle simuleringer