Fysiologie van de grenzen van zuurstoftransport

Fysiologie van de grenzen van zuurstoftransport bij daling van het hemoglobinegehalte.

De oxygenatie van de weefsels vindt met name plaats door transport van aan zuurstof gebonden hemoglobine. Bij gewoon buitenlucht ademen is slechts een verwaarloosbaar deel zuurstof oplosbaar in plasma. Transport van het zuurstof is afhankelijk van het Hart-Minuut-Volume (HMV: Cardiac Output= slagvolume x hartfrequentie) en wordt Zuurstof transport genoemd (Oxygen Delivery = DO₂). Het zuurstofverbruik (VO₂) kan bepaald worden middels de arteriële Zuurstofcontent (arteriële Oxygen Content = CaO₂) en de gemengd veneuze zuurstofcontent in de arteria pulmonalis (CvO₂).

 

Het MV wordt bepaald door het slagvolume en de Hartfrequentie (HF) en de contractiliteit, maar ook door de gemiddelde bloeddruk (Mean Arterial Pressure = MAP) en de vaatweerstand (Resistance = R) (zie tabel 1 voor formules)

 

Tabel 1: Formules
CaO2	(1.38 x Hgb x SaO2) + (0.0031 x PaO2).
1 g/dl Hb	x 0.6206 het aantal mmol/l
CvO2	(1.38 x Hgb x SvO2) + (0.0031 x PvO2).
DO2	HMV x CO2
VO2	HMV x (CaO2 – CvO2) = HMV x (SaO2 – SvO2)
DO2	HMV x CO2 = (SV x HF) x CO2 = MAP / R x CO2

 

Bij daling van het hemoglobinegehalte (hemodilutie of anemie) daalt het zuurstofcontent. Compensatie vindt plaats door toename van het slagvolume, wat slechts in geringe mate mogelijk is, toename van de hartfrequentie, toename van de zuurstofextractie en toename van het aantal geperfundeerde vaten van de microcirculatie. Gezien het feit dat er voor de oxygenatie in de long en voor de vulling van het hart tijd nodig is, zal bij extreme daling van het Hb hartfalen ontstaan en de oxygenatie te kort schieten. Naast adaptatie van het hart kan bij langer durende anemie de erytrocyten 2,3 DPG aanmaken, waardoor de zuurstofdissociatiecurve naar rechts verschuift, en er bij dezelfde PO2 meer zuurstof aan de weefsels wordt afgegeven. Deze adaptatie gebeurt niet acuut, maar duurt ongeveer 24 uur. Echter transfusie van erytrocytenconcentraten die 3-5 weken bewaard waren, en daardoor een laag 2,3 DPG-gehalte bevatte, verbeterde de cognitieve dysfunctie van gehemodilueerde vrijwilligers dan wel de oxygenatie van de microcirculatie te herstellen (Weiskopf, 2006; Raat, 2005). Mogelijke verklaring is een verbetering van het flowprofiel van de erytrocyten. Studies met sublinguale flowmeting, toonde aan dat bij hemodilutie de flow verandert en dat een transfusie niet altijd deze flow verbetert (Römers, 2006; Boer).

De kritische Hb grens bij mensen is niet exact bekend, maar in diverse studies bij vrijwilligers en gezonde patiënten, werd aangetoond dat bij hemodilutie tot 3,1 mmol/l inderdaad de hartfrequentie compensatoir toeneemt met ongeveer 4 slagen per minuut per 0,6 mmol/l Hb –daling. Soms werden tijdens dergelijke hemodiluties reversibele ST-veranderingen evenwel zonder angineuze klachten geconstateerd (Weiskopf, 2002). Belangrijker is dat bij deze grens geheugen en cognitieve stoornissen optraden, vaardigheidstesten deficiënt werden (tijd tot reactie nam toe met 19%), en auditory evoked potentials vertraagden (Weiskopf, 2003; Koch, 2014; Lieberman, 2000; Weiskopf, 2000; Weiskopf, 2005; Weiskopf, 2003; Toy, 2000). Bij het Hb van 3.1 mmol/l werd tevens de voor gezonde personen als kritisch zuurstoftransport beschouwde grens van 7.3 ± 1.4 ml O2/kg/min niet meer bereikt (Lieberman, 2000).

Correctie van het Hb tot 4.4 mmol/l of toediening van 100% zuurstof herstelde de meeste geteste parameters muv cognitieve testen (Weiskopf, 2012) en significante vermoeidheidsklachten in rust (Weiskopf, 2006; Koch, 2014; Lieberman, 2000; Leung, 2000). Deze studies toonden ook aan dat Hypoxic hypoxia schadelijker is dan acute anemie, mogelijk door verschil in cerebrale perfusie en de normocapnie bij de acute normovolemische hemodilutie. In dierexperimenteel onderzoek bij varkens toonde hemodilutie aan dat de mitochondriale zuurstof tot een Hb van 2.7 ± 0.8 g/l significant daalde voordat parameters zoals toename in lactaat, daling van de MAP of een daling van het zuurstofgebruik (VO2) zichtbaar werden (Römers, 2016). Opvallend was dat de saturatie niet daalde. Momenteel worden klinische studies verricht. Ook bleken er individuele verschillen te bestaan in het verdragen van een laag Hb. Bij 134 volwassen Jehovah’s Getuigen met een Hb < 5 mmol/L, nam pas beneden Hb 3 mmol/L de sterfte ten gevolge van anemie toe (Viele 1994).

Met adequate ondersteuning (ten aanzien van oxygenatie, normothermie, bedrust, isovolemie) wordt een laag Hb vaak goed verdragen. Hemoglobinegehaltes onder de 3 mmol/l moeten echter beschouwd worden als een fysiologisch schadelijke grens. Bij patiënten is voor restrictie tot aan deze zeer diepe Hb triggers echter geen onderzoek beschikbaar.

 

Literatuur

Weiskopf RB, Feiner J, Hopf H. Fresh blood and aged stored blood are equally efficacious in immediately reversing anemia-induced brain oxygenation deficits in humans. Anesthesiology. 2006 May;104(5):911-20

Raat NJ e.a. The effect of storage time of human red cells on intestinal microcirculatory oxygenation in a rat isovolemic exchange model. Crit Care Med. 2005 33:39-45; discussion 238-9.

Weiskopf RB e.a Heart rate increases linearly in response to acute isovolemic anemia. Transfusion. 2003; 43: 235

Koch CG. Editorial: tolerating anemia: taking aim at the right target bedfore pulling the transfusion trigger. Transfusion. 2014 Oct;54(10 Pt 2):2595-7

Lieberman JA e.a. Critical Oxygen Delivery in conscious humans is less than 7.3 ml / O2 / kg / min. Anesthesiology 2000: 92: 407

Weiskopf RB e.a. Acute Severe Isovolemic Anemia impairs cognitieve function and memory in humans. Anesthesiology 2000; 92: 1646

Weiskopf RB e.a. Acute isovolemic anemia impairs processing as determined by P300 latency. Clin Neurophysiology 2005; 116: 1028-32.

Weiskopf RB e.a. Acute isovolemic anemia does not impair peripheral or central nerve conduction. Anesthesiology 2003; 99: 546-51.

Toy P e.a. Fatigue during acute isovolemic anemia in healthy resting humans. Transfusion 2000; 40: 457-460

Leung JM e.a. Electrocardiographic ST-segment changes during acute severe isovolemic hemodilution in humans. Anesthesiology 2000; 93: 1004

Weiskopf RB e.a.. Oxygen reverses deficits of cognitive function and memodry and increased heart rate induced by acute severe isovolemic anemia. Anesthesiology 2002; 96: 871-877.

Weiskopf RB e.a.. Oxygen reverses deficits of cognitive function and memodry and increased heart rate induced by acute severe isovolemic anemia. Anesthesiology 2002; 96: 871-877

Römers LH, Bakker C, Dollée N. Cutaneous Mitochondrial PO2, but Not Tissue Oxygen Saturation, Is an Early Indicator of the Physiologic Limit of Hemodilution in the Pig. Anesthesiology. 2016 Jul;125(1):124-32.

Viele MK, Weiskopf RB. What can we learn about the need for transfusion from patients who refuse blood? The experience with Jehovah's Witnesses. Transfusion. 1994 May;34(5):396-401