ik las onlangs een artikel dat een onhandige verwijzing maakte naar de 100% zuurstof shuntfractie test. De resultaten van de test werden opgenomen in de gegevensanalyse, maar de vergelijkingen die de onderzoekers gebruikten werden niet gepresenteerd, noch werd er naar verwezen, noch werd de procedure beschreven. Dit is waarschijnlijk omdat de shuntfractie test en de vergelijkingen zijn zeer old-school pulmonale fysiologie, maar zelfs als het onderwerp is waarschijnlijk op een bepaald moment behandeld in fysiologie klassen ik vermoed dat sommige van de kwesties die betrokken zijn bij de berekening zijn niet zo goed begrepen als ze zouden moeten zijn.
er zijn enkele overeenkomsten tussen de deadspace-tidal volume ratio (Vd/Vt) en de shuntfractie, maar hoewel ze beide betrokken zijn bij de gasuitwisseling (en tot op zekere hoogte ook met elkaar correleren) meten ze verschillende dingen. Wanneer bloed stroomt door de long sommige bloed passeert goed geventileerde alveoli en wordt volledig verzadigd; sommige bloed passeert slecht geventileerde alveoli en is slechts gedeeltelijk verzadigd; en sommige omzeilt de alveoli volledig. Het resulterende arteriële zuurstofgehalte is het optelde gemiddelde van al deze compartimenten.
er zijn twee verschillende manieren waarop shuntfractie kan worden gemeten en berekend; fysiologisch en anatomisch. De fysiologische shuntvergelijking kan worden uitgevoerd op elk FiO2 (maar meestal rond de FiO2 van kamerlucht) en vereist dat arteriële en gemengde veneuze bloedmonsters min of meer gelijktijdig worden genomen en vervolgens geanalyseerd op PO2 en SaO2. De basisformule is:
waarbij:
Qs = bloedstroom door shunt
Qt = totale bloedstroom
Cc ‘ O2 = pulmonair capillair O2-gehalte
CaO2 = arterieel O2-gehalte
CvO2 = gemengd veneus O2-gehalte
zuurstofgehalte is de milliliter zuurstof per liter bloed en wordt berekend uit:
waarbij:
HB = hemoglobine (gram/decaliter)
SO2 = zuurstofverzadiging (%)
PO2 = zuurstof partiële druk
het pulmonale capillaire O2-gehalte kan niet direct worden gemeten (en strikt genomen is het meer een conceptuele dan een reële waarde) en wordt gewoonlijk geschat met behulp van de alveolaire luchtvergelijking (hoewel “ideaal” pulmonair capillair bloed een PO2-gradiënt van ongeveer 1 mm Hg van alveolaire lucht heeft, is dit onbeduidend genoeg dat het meestal wordt genegeerd).
waarbij:
Pb = barometerdruk in mm Hg
FiO2 = fractionele concentratie van geïnjecteerde zuurstof
PaCO2 = arteriële partiële druk van CO2
RER = respiratoire uitwisselingsverhouding
het zuurstofgehalte van de pulmonale capillairen wordt bepaald door eerst de zuurstofverzadiging van de PAO2 te schatten en dit kan visueel worden gedaan vanuit de zuurstofdissociatiecurve:
van Cotes et al, pg. 260.
of uit de formule van Severinghaus:
en dan Cc ‘ O2 dienovereenkomstig berekenen.
opmerking: interessant is dat noch de zuurstof-dissociatiecurve, noch de formule van Severinghaus rekening houden met carboxyhemoglobine (of methemoglobine). Wat dat betreft, deze kwestie is niet opgenomen in een van de tekstboek discussies van shunt fractie die ik heb gelezen. COHb scheef de relatie tussen PO2 en SO2 (naar beneden als je werkt van PO2 naar SO2, naar boven als je werkt van SO2 naar PO2). Normale cohb-spiegels bij niet-rokers zijn 1-2 en het is onwaarschijnlijk dat deze hoeveelheid COHb een significant verschil maakt in de berekeningen van de shuntfractie. Indien er echter geen vaste richtsnoeren zijn, moeten deze, wanneer hogere COHb-niveaus aanwezig zijn, waarschijnlijk worden gebruikt om Cc ‘ O2 dienovereenkomstig aan te passen.
normale waarden nemen en achteruit werken, PAO2 is:
de pulmonale capillaire zuurstofverzadiging is daarom:
en het pulmonale capillaire zuurstofgehalte is:
gemengd veneus bloed heeft nominaal een PO2 van 40 en een zuurstofverzadiging van 75%, dus:
CaO2 zal dan worden berekend op basis van de werkelijke PaO2 en SaO2 van een individu. Afhankelijk van de specifieke resultaten zal de shuntfractie:
de fysiologische shuntfractie kan alleen worden berekend wanneer zowel de arteriële als de gemengde veneuze PO2 en SO2 bekend zijn. Om deze reden wordt het meestal uitgevoerd in een cardiale cath lab, operatiekamer of intensive care unit waar inwoning arteriële en centrale veneuze lijnen zijn relatief gebruikelijk. De fysiologische shuntberekening kan echter geen onderscheid maken tussen het rangeren veroorzaakt door slecht geventileerde alveolaire eenheden en dat van een anatomische shunt. De anatomische shuntfractie kan echter door een afzonderlijke procedure worden berekend, en dit is waar de 100% O2-test in het spel komt.
door een patiënt 100% O2 te laten ademen totdat de stikstof uit zijn Long is gewassen (nominaal 20 minuten), zal de zuurstofconcentratie in zelfs slecht geventileerde eenheden 100% benaderen. Dit betekent dat de partiële druk en verzadiging van bloed waardoor zowel de slecht als de goed geventileerde alveolaire eenheden hetzelfde zal zijn. Om deze reden zal elke afname van het arteriële zuurstofgehalte uitsluitend te wijten zijn aan een anatomische shunt.
als een patiënt een inwonende centrale veneuze katheter heeft, kan de berekening van de anatomische shunt op dezelfde manier verlopen als reeds beschreven. Als alleen een arterieel monster kan worden verkregen (wat meestal het geval is in een PFT-Lab) kan een arterieel-veneuze O2-gehalteverschil tussen 4,4 en 5,0 worden aangenomen en kan de shuntfractie dienovereenkomstig worden berekend.
de beperkingen van de shuntfractieberekeningen hebben deels te maken met een aantal aannames over normale waarden en deels met de nauwkeurigheid van bloedgasmetingen. De alveolaire luchtvergelijking gaat er bijvoorbeeld van uit dat het respiratoire uitwisselingsrantsoen (rer) 0.8 is, maar de enige manier om dat zeker te weten is door daadwerkelijk VO2 en VCO2 te meten. Strikt genomen zal een RER die anders is dan 0.8 waarschijnlijk geen significant verschil maken in berekende PAO2, Sc ‘O2 en Cc’ O2, maar het is nog steeds een aanname. Het gebruik van een A-v O2 gehalte verschil van 4,4 tot 5,0 aan de andere kant, is een veel grotere veronderstelling. Dit wordt tot op zekere hoogte gerechtvaardigd door het feit dat de 100% O2-test gewoonlijk in rust wordt uitgevoerd en dit zijn redelijke waarden voor een individu in rust, maar nogmaals, het is een aanname.In twee verschillende studies is aangetoond dat het type spuit dat werd gebruikt om een ABG (glas versus plastic) te verkrijgen en hoe het werd opgeslagen (op ijs of bij kamertemperatuur) een significant verschil maakte in de berekende shuntfractie, zelfs wanneer de ABG-monsters snel werden geanalyseerd. Wanneer er langer gewacht werd voor de analyse kon de fout in PaO2 ervoor zorgen dat de berekende shuntfractie tweemaal zo groot was als het werkelijk was. Dit is deels te wijten aan diffusie door de plastic spuiten en deels aan het continue metabolisme in een bloedmonster wanneer het bij kamertemperatuur wordt bewaard. De minste verandering werd gezien wanneer glazen spuiten op ijs werden bewaard.
interessant is dat een soortgelijke studie met ABG-monsters genomen op normaal FiO2 (PO2 ≈ 100) het tegenovergestelde effect liet zien. De gemeten PO2 neigde te stijgen, opnieuw meer in plastic spuiten dan in glas, en opnieuw waarschijnlijk als gevolg van diffusie. Interessant is dat PO2 viel in glazen spuiten bewaard op ijs en de auteurs, Knowles et al, wijzen erop dat de oplosbaarheid van O2 stijgt als de temperatuur daalt en dat met meer O2 in oplossing PO2 kan afnemen.
tenslotte worden bloedgasanalysatoren gewoonlijk gekalibreerd met behulp van gasconcentraties binnen het normale fysiologische bereik. Elk arterieel bloedmonster met PO2 boven 200 mm Hg is ruim buiten dit bereik en ik ben bezorgd over wat voor soort fout bar Er is voor PO2 ‘ s die nog hoger zijn. Pretto et al gebruikten een tonometergehalte in bloed met 95% O2 en 5% CO2, maar interessant genoeg rapporteerden ze niet de gemeten PO2, maar alleen de verandering in PO2 in de tijd. Smeenk et al verkregen bloedmonsters van personen die de 100% zuurstof test ondergingen als een pre-op beoordeling voor coronaire bypassoperatie en de gemiddelde PO2 van hun gouden standaard monsters (glazen spuit, iced, 5 minuten vertraging) was 590 mm Hg. Dit is een A-een gradiënt van ongeveer 80 mm Hg en kan goed geschikt zijn, maar het betekent ook dat de gemiddelde anatomische shunt fractie was 10% en Cotes et al geeft aan dat de normale anatomische shunt voor individuen in dezelfde leeftijdscategorie rond 4%.
de shuntfractie test wordt niet vaak uitgevoerd in longfunctielabs. Echte anatomische shunts zijn relatief zeldzaam en de meest geschikte patiënt voor de 100% O2 shuntfractie test zou een met een verminderde SaO2 in rust die niet significant verbetert met supplementaire O2.
de fysiologische shuntfractie kan worden beschouwd als de keerzijde van Vd/Vt. Perfusie-inhomogeniteiten bestaan net zo goed als ventilatie-inhomogeniteiten, maar dit kan over het hoofd worden gezien omdat longfunctietesten veel meer gericht zijn op de ventilatiezijde van de ademhaling dan op de perfusiezijde. Ventilatie en perfusie inhomogeniteiten zijn kernkenmerken van veel longziekten. Daarom moeten de shuntfractie en de verschillen tussen de fysiologische en anatomische componenten deel uitmaken van de opleiding van alle longtechnologen. Net als Vd/Vt zijn er echter ook beperkingen aan de nauwkeurigheid van de berekening van de shuntfractie, zowel op basis van veronderstellingen die al dan niet redelijk zijn, als op basis van de meetnauwkeurigheid van PO2 en SO2.
Aboab J, Louis B, Jonson B, Brochard L. relatie tussen PaO2 / FiO2 en FiO2: een wiskundige beschrijving. Hoofdstuk in Applied Physiology in Intensive Care Medicine, Pinsky MR, Brochard L, Mancebo JM editors. Springer-Verlag Heidelberg, 2006.
Conrad SA, Kinasewitz GT, George RB. Longfunctie Onderzoek. Principes en praktijk. Churchill Livingston Publishing, 1984.
Cotes je, Chinn DJ, Miller Mr. Lung Function, 6th Edition. Blackwell Publishing, 2006.
Knowles TP, Mullin RA, Hunter JA, Douce FH. Effecten van spuitmateriaal, Monster bewaartijd en temperatuur op bloedgassen en zuurstofverzadiging in arteriële menselijke bloedmonsters. Respir Care 2006; 51 (7): 732-736.
Pretto JJ, Rochford PD. Effecten van de opslagtijd van het monster, de temperatuur en het type spuit op bloedgasspanningen in monsters met hoge zuurstofdrukken. Thorax 1994; 49: 610-612.Smeenk FWJM, Janssen JDJ, Arends BJ, Harff GA, Van den Bosch JA, Schonberger JPAM, Postmus PE. Effecten van vier verschillende methoden op de bemonstering van arterieel bloed en opslagtijd op gasspanningen en shuntberekening in de 100% zuurstoftest. EUR Respir J 1997; 10: 910-913.Creative Commons licentie
PFT Blog by Richard Johnston is gelicenseerd onder een Creative Commons Naamsvermelding-NietCommercieel 4.0 Internationale licentie