اشتراک گذاری در facebook
اشتراک گذاری در twitter
اشتراک گذاری در whatsapp
اشتراک گذاری در telegram

فیزیولوژی اکسیژن

فیزیولوژی اکسیژن کامل
مقدمه:

اکسيژن عنصر ضروري براي حيات بوده و زندگي بدون آن امکان‌پذير نمي‌باشد.کمبود و زيادي آن نيز ممکن است براي بدن مضر باشد. به دليل اهميت موضوع، شناخت اکسيژن، نقش آن در بدن و استفاده‌ي صحيح از آن حياتي مي‌باشد. کاربرد شايع و روزمره‌ي اکسيژن و فقدان مطلبي جامع ومنسجم در اين زمينه‌انگيزه‌يي قوي براي نگارش اين مقاله بوده و جهت درک بهتر مطالب سعي شده است موضوع از اتمسفر شروع و به ترتيب در سطح راه‌هوايي،  آلوئلها،خون شرياني، بافتها و خون وريدي دنبال و مسايل اساسي هر بخش در جاي خود مورد بحث قرار گرفته و در نهايت به اکسيژن درماني پرداخته شود.
تاريخچه
توماس بدوئس
(Thomas Beddoes) درسال 1792 ميلادي در بريستول (Bristol) اکسيژن را در درمان طبي به کار برد و درسال 1868 ميلادي بارث(Barth) اکسيژن را تحت فشار وارد سيلندرها کرد. استفاده‌ي نوين ازاکسيژن در سال 1917 ميلادي توسط جي à اس à هالدن (J-S-Haldane) درطي جنگ جهاني اول عموميت پيدا کرد.
اکسيژن وجو
جو درسطح آزاد دريا داراي فشاري معادل 760 mmHg مي‌باشد که به آن فشار اتمسفر يا فشار بارومتريک (Barometric Pressure)گفته مي‌شود و به صورت PB يا PAtm (Atmospheric Pressure) نشان داده مي‌شود. جو داراي حدود 78% نيتروژن، 21% اکسيژن و1 % ساير گازها مي‌باشد که ترکيب اين گازها فشاري معادل يک اتمسفر يا mmHg 760 ايجاد مي‌کند.اکسيژن داراي نقطه‌ي جوشي معادل
C)ق-183) مي‌باشد. بنابراين اکسيژن در حال عادي به صورت گاز يافت مي‌شود.
ميزان حلاليت اکسيژن در 100ml آب Cق37 معادل 2.4ml مي‌باشد و 1ml اکسيژن مايع در Cق15 به ميزان 842ml گاز توليد مي‌کند. 21% حجم هوا رااکسيژن تشکيل مي‌دهد که آن را به صورتFairO2=%21 (يعني بخشي از هوا که از O2 تشکيل شده استFractoinal air O2 Concentration) نشان مي‌دهند. از آنجا که در جريان دم اين غلظت O2 وارد ريه مي‌شود ازنماد FiO2=%21 (يعني 21% هواي دمي را اکسيژن تشکيل مي‌دهدFractional Inspired O2 Concentration) استفاده مي‌گردد. همانطوري‌که گفته شد. فشارجو در سطح آزاد دريا 760 mmHg مي‌باشد که %21 اين فشار، سهم O2 مي‌باشد که معادل:
760إ160 mmHgھPB=%21ھFiO2½PiO2
(Inspired O2 Pressure)
به عبارت ديگر فشار O2 هوايي که استنشاق مي‌شود160 mmHg مي‌باشد.
پس تا اينجا متوجه شديدکه:
1-PB=760 mmHg
2-PiO2=160 mmHg
3-FiO2=%21
اکسيژن وراههاي هوايي
وقتي هوا وارد راههاي تنفسي مي‌شود توسط بخار آب موجود در آنجا رقيق مي‌گردد لذا در محاسبه‌ي فشار اکسيژن در راههاي هوايي
(Fractional air O2 Concentration) (PawO2)، فشار بخار آب PH2O=47 mmHg را از PB کسر نمائيد.
بنابراين:
ھPB-PH2O)=0.21ھFiO2½PawO2
(760-47)إ150 mmHg
ملاحظه مي‌کنيد که بخار آب موجود در راههاي هوايي با رقيق کردن O2 موجود در هواي تنفسي فشار آن را از160 mmHg) به
150 mmHg) کاهش مي‌دهد.
اکسيژن و کيسه‌هاي هوايي
اکسيژن، نيتروژن و بخار آب پس از عبور از راههاي هوايي وارد آلوئلها (کيسه‌هاي هوايي) مي‌شوند. اين سه گاز در داخل آلوئلها توسط گاز CO2 که از خون وارد آلوئلها شده رقيق مي‌گردد و اين باعث رقيق شدن اکسيژن داخل آلوئلها شده وبه عبارت ديگر جهت محاسبه‌ي فشار O2 داخل آلوئلي(PAO2)(Alveolar O2 Pressure)فشارCO2 موجود در داخل آلوئل را از فشار O2 راههاي هوايي(PawO2) کسر نمائيد. لذا فشار آلوئلي O2 طبق فرمول زير محاسبه مي‌شود:
(PB-PH2O)=ھFiO2½PAO2
«يR» چيست؟R يا ضريب تنفسي (Respiratory quotient) ناشي از تبادل O2 و CO2 در سطح آلوئلها مي‌باشد. به اين معني که به ازاي 250 ml اکسيژني که از آلوئلها وارد خون مي‌گردد، 200ml گاز CO2 از خون وارد آلوئلها مي‌شود. لذا فشار اکسيژن آلوئلها به نسبت
200/250=0.8 توسط CO2 رقيق خواهد شد. اين نسبت به عنوان R شناخته مي‌شود و به صورت زير محاسبه مي‌شود
صفحه 2 از 4
هرگاه بيمار اکسيژن %100استنشاق کند (FiO2=%100) مقدار R=1 در نظر گرفته مي‌شود.
تنفس شامل:
1à تنفس داخلي (Internal)½ به تنفس در سطح سلولهاي بافتهاي بدن اتلاق مي‌گردد که در فرد بالغ عبارت است از: مصرفO2)O2ت250ml/minق(V و توليدCO2)CO2 200ml/minق(V در سطح بافتهاي بدن مي‌باشد و
2à تنفس خارجي (External)½ به تنفس و به عبارت ديگر به تبادل O2 و CO2 در سطح آلوئلها اتلاق مي‌گردد که در حقيقت جذب O2 مورد نياز بافتها(250 ml/min) و دفع CO2 توليدي بافتها(200 ml/min) ازطريق آلوئلها مي‌باشد و R=0.8
از آنجا که گاز CO2 حلاليت بالايي در غشاي تنفسي (در سطح آلوئلها) دارد،فشار آن درداخل خون شرياني (PACO2) تقريبا” معادل فشار آن در داخل آلوئلها (PACO2) مي‌باشد. بنابراين فرمول اخير را مي‌توان به صورت زير تبديل نمود:
(PB-PH2O)-PaCO2/RھFiO2½PAO2
اين فرمول در بعضي کتب مرجع به صورت زير بيان شده است:
ھ(PB-PH2O)-PaCO2/RھFiO2½PAO2
غ1-FiO2(1-R)ف
درحالت طبيعي جريان خون پلور، برونشيال و Tebesian بدون اينکه ازکنار آلوئلها عبور کرده و O2 دريافت کرده باشد ازسيستم گردش خون قلب راست وارد سيستم گردش خون قلب چپ مي‌گردد که اين حجم خون را شانت فيزيولوژيک مي‌گويند و درحالت طبيعي %2-6 برون‌ده قلبي را شامل مي‌گردد. دربيمارانCOPD
(Chronic Obstructive Pulmonary Disease) جريان خون برونشيال تا %10 برونتده قلبي و در پلوريت جريان خون پلور تا %5برون‌ده قابل افزايش است. بنابراين به همان ميزان به شانت فيزيولوژيک افزوده مي‌شود. مي‌توان مقدار شانت را با استفاده از فرمول زير محاسبه نمود:

(Arterial O2 saturation)
(Mixed venous O2 Saturation)
اختلاف فشار اکسيژن آلوئلي و شرياني يا (A-a)DO2 معيار معمول جهت ارزيابي تبادل گازي در سطح آلوئلهاي مي‌باشد.
(A-a)DO2=PAO2-PaO2
مقدار نرمال (A-a)DO2 به روش‌هاي مختلف قابل ارزيابي مي‌باشد:
1à درتمامي سنين با استفاده از فرمول:(age+2.5)ھ0.21
2à در سن بالاي 50 سالگي با استفاده از فرمول:0.4(age-50)«20
3à در سنين بالاتر:تا30mmHg
4à درسنين جواني:5-15mmHg
5à با FiO2=%100:
همانطوري که ملاحظه مي‌شود مقدار نرمال (A-a)DO2 تابع سن و FiO2مي‌باشد. چرا که در FiO2=%100 مقدار R=l بوده ، لذا PAO2 و در نتيجه (A-a)DO2 متغير خواهند بود.
براي رفع اين مشکل مي‌توان ازنسبت O2 (يعني ) استفاده کرد که مقدار نرمال آن بيش از 0.75 مي‌باشد و اگر کمتر از 0.75 باشد نشانه‌ي اختلال تبادل گازي در سطح آلوئلها مي‌باشد.
يکي ازروش‌هاي محاسبه‌ي %Shunt استفاده از (A-a)DO2 به اين ترتيب مي‌باشد: به بيمار اکسيژن خالص (FiO2=%100)داده و سپس(A-a)DO2 محاسبه ميتگردد و هر20mmHg معادل %1 شانت محسوب مي‌شود و به عبارت ديگر:
صفحه 3 از 4

اکسيژن وخون شرياني
اکسيژن درعرض 0.25 ثانيه از ديواره‌ي آلوئل عبور و وارد خون مي‌شود.حدود%97 اکسيژن به هموگلوبين (Hb) چسبيده و باعث اشباع آن شده و ايجاد SaO2إ%98 مي‌کند درحالي که 3% باقيمانده O2 به صورت محلول در پلاسما در آمده وايجاد PaO2إ97mmHg مي‌کند.
يک گرم Hb معادل 1.34ml اکسيژن حمل مي‌کند ( هرچند اين رقم از نظر تئوريک 1.39ml) ظرفيت حمل اکسيژن توسط Hb در 100ml خون بروش زير محاسبه مي‌شود:
SaO2ھ(g/dl)غHbفھ1.34½O2capacity
محتواي اکسيژن (CaO2)
(Arterial O2 Content) يا (O2 Content) عبارت است ازکل اکسيژني که توسط 100ml خون حمل مي‌شود و به صورت زير محاسبه مي‌شود:
½O2 محلول درپلاسما«CaO2=HbO2
PaOھSaO2+0.003ھغHbفھ1.34
مثال: در فردي با
 Hb=15gr/dl,SaO2=%98, PaO2=97 mmHg محتوي اکسيژن شرياني چقدر است؟
97إ20mlھ%98+0.003ھ15ھ1.34½CaO2
يعني در اين فرد هر 100ml خون 20 ml اکسيژن حمل مي‌کند.
بين SaO2 و PaO2 در حال عادي ارتباط مستقيمي وجود دارد که به صورت زير مي‌باشد:
به عنوان مثال اگر
 PaO2=60 mmHg باشد SaO2=%90 مي‌باشد. به عبارت ديگر اگر توسط پالس اوکسي متري SaO2=%90 نشان داده شود مي‌توان حدس زد که PaO2 درحدود  60mmHg مي‌باشد. حفظ SaO2>%90 ياPaO2>60mmHg دربيماران به دو دليل زير حياتي مي‌باشد:
1à در سطح بافتي جدا شدن O2 از Hb جهت مصرف درسلولها در SaO22à اکسيژناسيون کافي بافتي درحضور برون‌ده‌ کافي قلب با SaO2>%90 تأمين مي‌گردد.
بدن نيز درحالت طبيعي درجهت حفظ SaO2>%90 (معادل
PaO2>60 mmHg) عمل مي‌کند به طوري که در هيپوکسي حاد با PaO2PaO2 نرمال به روشهاي زير قابل محاسبه مي‌باشد (age برحسب سال مي‌باشد):
age)ھ1)PaO2=103.5-(0.42
2)PaO2=105-
 غ(age-20)ھ0.5ف3)PaO2=97-
درسنين بالاي 20 سال
(age-40)ھ0.4-95½4)PaO2
در سنين بالاي 40 سال
5)PaO2=140-age
درسنين بالاي 60 سال
درسنين جواني FiO2        ھ6)PaO2إ5
اکسيژن و بافت
O2 پس ازورود از آلوئلها به داخل خون، به دو صورت محلول در پلاسما و متصل به هموگلوبين (HbO2) توسط جريان خون شرياني به طرف بافتها هدايت مي شود. O2 محلول درپلاسماست که درمعرض مصرف سلولهاي بدن قرار مي‌گيرد نه O2 متصل به Hb سلولها در سطح بافتي با برداشت O2 محلول درپلاسما باعث افت PaO2 شده و متعاقب آن O2 از Hb جدا و از داخل RBC وارد پلاسما مي‌گردد. بنابراين هر چند که تنها حدود 3% اکسيژن به صورت محلول در پلاسما حمل مي‌گردد ولي اين بخش کوچک O2 است که مستقيما” در اکسيژناسيون بافتي نقش دارد.
ميزان کل اکسيژني که در هر دقيقه ازبطن چپ خارج و به بافتها مي‌رسد O2 delivery to tissue،
 O2 transport يا O2 Flux مي‌گويند
 و طبق
فرمول:CO(lit)ھCaO2ھ10½O2تFlux
(Cardiac Output) محاسبه مي‌گردد. همانطوري در مبحث اکسيژن وخون شرياني ملاحظه‌شد CaO2=20ml بوده و در يک فرد بالغ برون‌ده‌ قلبي حدود 5lit مي‌باشد لذا 1000تml½5ھ20ھ10½O2تFlux مي‌باشد. به عبارت ديگر %20محتواي برون‌ده قلبي O2 بوده و اين مقدار (1000ml)O2 درهر دقيقه به بافتها مي‌رسد و تنها %25 آن(يعني
250 ml/min که تقريبا” معادل
 4ml/kg/min است) به مصرف بافتها رسيده و %75 آن مجددا” وارد جريان خون وريدي مي‌گردد. مصرف O2 درنوزادان 2 تا 3 برابر بالغان برحسب هر کيلوگرم از وزن بدن مي‌باشد. محاسبه‌ي مقدار مصرف O2 در بدن ازطريق يکي از فرمولهاي زير مي‌باشد:
O2 FluxھO2=%25ق1)V
(FiO2-FeO2)=ھO2=MVق2)V
(FiO2-FeO2)ھRRھVT
FeO2يعني درصد O2 درهواي بازدمي که درحالت طبيعي %16 مي‌باشد. مصرف O2 در بعضي از بافتها مثل بافت مغز بيشتر از ساير بافتهاست به طوري که مصرف آن درمغز معادل%20 کل اکسيژن مصرفي در بدن مي‌باشد. مصرف O2 در عضلات تنفسي  2 تا 5 درصدکل اکسيژن مصرفي در بدن راتشکيل مي‌دهد،درحالي که در بيماريهاي قلبي à ريوي اين رقم به 20 تا 25درصد افزايش مي‌يابد. بنابراين در ديسترس تنفسي O2 بيشتري صرف عضلات تنفسي گرديده وبيمار را بيش از پيش مستعد هيپوکسي مي‌کند. هيپوکسي نيز به نوبه‌ي خود، باعث راه‌اندازي متابوليسم بي‌هوازي به خصوص در  عضلات ازجمله عضلات تنفسي شده و عملکرد عضلات تنفسي را مختل نموده و در حقيقت بيمار دچار سيکل معيوب مي‌شود. با فلج کردن بيمار توسط شل کننده‌هاي عضلاني اين مصرف بالاي اکسيژن به حداقل خود کاهش يافته و باعث افزايش PaO2 واصلاح عملکرد عضلات تنفسي مي‌گردد. در تب‌بالا، هيپرتيروئيدي، فعاليت، لرز و ساير موارد مشابه به علت افزايش متابوليسم سلولي، مصرف O2 افزايش يافته وبيمار را مستعد هيپوکسي خواهند کرد. لرز بسته به شدت آن مي‌تواند مصرف O2را تا 6 برابر افزايش دهد. بنابراين درمان لرز به خصوص بعد از بيهوشي عمومي مهم مي‌باشد. مواردي مثل هيپوتيروئيدي و بيهوشي عمومي و داروهاي خواب آور مصرف O2را کاهش مي‌دهند به طوري که در بيهوشي عمومي مصرف O2به مقدار  10 تا 15% کاهش مي‌يابد. درموارد هيپوکسي 30 تا 40% برون ده‌ي قلبي صرف انقباض عضلات تنفسي شده و ارگانهاي ديگر دچار هيپوکسي مي‌شوند.
حداقل فشار نسبي O2 مورد نياز در سطح ميتوکندري 10mmHg مي‌باشد و در mmHg PaO21àBP³ 90 mmHg
2àHb³ 10 gr/dl
4àSaO2³%90 ياPaO2³ 60 mmHg
هرگاه يکي ازاين پارامترها کاهش يابد براي حفظ اکسيژناسيون کافي بافت لازم است پارامترديگر افزايش يابد. به عنوان مثال هرگاه SaO2 به %75 کاهش يابد Hb بايد به 15gr/dl افزايش يابد تا اکسيژناسيون بافتي حفظ شود. يکي ديگر از راههاي جبران، افزايش برون‌ده قلبي و فشار خون مي‌باشد که البته در بيماران ايسکمي قلبي (IHD) اين مورد خطرناک مي‌باشد چرا که افزايش کار قلب به O2 بيشتري نياز داشته و رساندن خون کافي ازطريق عروق کرونر تنگ مقدور نبوده و بيمار را مستعد سکته‌ي قلبي مي‌کند.
از پارامترهاي مهم ديگر O2Flux مي‌باشد و هرگاه ميزان آن به کمتر از 400 ml/min رسيده و طول بکشد کشنده خواهدبود
صفحه 4 از 4

در اکسيژناسيون ناکافي بافتي (هيپوکسي بافتي) ممکن است علائم و نشانه‌هاي ويژه هر بافت ازجمله اختلال عملکرد مغزي، تنگي نفس، افزايش فشارخون، افزايش تعداد ضربان قلب(در کودکان کاهش ضربان قلب)، آريتمي قلبي، تعريق شديد، سردي اندامها، سيانوز مرکزي ظاهر شود. سيانوز محيطي به علت کاهش جريان خون اندامها رخ مي‌دهد، در حالي‌که سيانوز مرکزي در صورتي ظاهر مي‌شود که:
1à مقدار هموگلوبين احياء به 5gr/dl برسد، البته در بعضي افراد 1.5grممکن است سيانوز مرکزي بدهد.
2à SaO2 کمتر از %80 مقدار نرمال باشد.
اکسيژن وخون وريدي
همانطوري که گفته شد حدود %25 اکسيژني که به بافتها مي‌رسد به مصرف رسيده و %75 باقيمانده وارد جريان خون وريدي مي‌گردد با توجه به اينکه مقدار مصرف O2 توسط بافتهاي مختلف فرق مي‌کند، محتواي اکسيژن وريدي هر بافت با يکديگر متفاوت خواهد بود به همين دليل براي بررسي اکسيژن وريدي، مخلوط خون وريدي بافتهاي مختلف را در بطن راست به عنوان خون مخلوطي وريدي
(mixed venous blood) و با نمادv بررسي مي‌کنند. خون شرياني پس ازعبور از بافتهامقداري اکسيژن از دست داده و فشاراکسيژن خون مخلوط وريدي PvO2=40تmmHg)ت40تmmHg) اشباع اکسيژن خون مخلوط وريدي به (SvO2=%75)%75 مي‌رسد. محتواي O2 خون مخلوط وريدي(CvO2) مشابه CaO2 محاسبه مي‌گردد.
محلول در پلاسما «O2 ترکيب شده با CvO2=Hb
(PvO2ھ0.003)«SvO2ھغHbفھO2=(1.34
مثال: در فردي با Hb=15gr/dlو SvO2=%75 و PvO2=40mmHg محتوي اکسيژن خون مخلوط وريدي چقدر است؟ 40إ15mlھ0.003«%75ھ15ھ1.34½CvO2 يعني دراين فرد هر100 ml خون مخلوط وريدي حاوي 15ml اکسيژن مي‌باشد. دريک فرد مشخص در دو مثال فوق
 CaO2=20 ml/dl و CvO2=15 ml/dl مي‌باشد. اختلاف اين دو 5 ml/dl مي‌باشد يعني به ازاي 100ml خوني که وارد بافتها مي‌شود به طور متوسط 5ml اکسيژن توسط بافتها برداشت مي‌شود.
لذا اختلاف CaO2-CvO2 که با نماد avDO2 نيز نشان داده مي‌شود بيانگر مقدار اکسيژني است که درهر دقيقه به ازاي 100ml خون شرياني که به بافتها مي‌رسد توسط آنها برداشت مي‌گردد. هرگاه برون ده قلبي کاهش يابد جريان خون دربافتها کاهش يافته و خون به مدت طولاني‌تري در بافتها مانده و فرصت بيشتري براي از دست دادن O2 خواهد يافت. لذا مقدار اکسيژني که به خون وريدي مي‌رسد کاهش و در نتيجه‌ي آن CvO2 کاهش مي‌يابد. بنابراين در برون‌ده‌ قلبي پايين avDO2 افزايش و برعکس در برون ده قلبي بالا avDO2کاهش خواهد يافت. درحقيقت SvO2 يا PvO2 وسيله‌يي جهت بررسي‌ ميزان اکسيژناسيون بافتي مي‌باشد به طوري که PvO21à،SvO2>%65نشانه‌ي کافي بودن ذخيره‌ي O2 است.
2à،%503à ،%354à ،SvO2علل SvO21à کاهش SaO2 به علل ريوي و برون‌ده‌ قلبي پايين.
2à کاهش ،BPکاهش جريان خون بافتي ،افزايش فرصت برداشت O2  توسط بافتها
3à افزايش مصرف بافتي O2 به علل تب، تشنج، فعاليت، درد وهيپرتيروئيدي
علل SvO2>%80
1à افزايش SaO2 به علل دادن FiO2 بالا وبرون‌ده قلبي بالا
2à عدم تحويل O2 کافي به بافتها مثلا” در موارد افزايش ميل ترکيبي O2 با هموگلوبين
(مثل /T  àPH‌-à/2,3DPG) و اختلال بستر مويرگي(مثل سپسيس و شوک)
3à کاهش مصرف بافتي O2 به علل هيپرترمي ، بيهوشي عمومي، آرام بخش قوي و مسموميت باسيانيد

منابع سایت

بخشی از محتویات سایت با توجه به اجازه نامه موجود در بخش کپی رایت سایت های زیر از این سایت ها جمع آوری شده است اگر محتوایی از سایت شما اینجا منتشر شده است و منبع ذکر نشده است به ما از طریق نظرات اطلاع دهید.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *