HYPOXIE

1. HYPOXIE MUDr. Petr DOŠEL Ústav leteckého zdravotnictví Praha

2. Definice hypoxie • Živý organismus získává energii oxidací. • Kyslík je pro normální funkci lidského organismu naprosto klíčový a jeho nedostatek vede rychle k funkčním poruchám. • Hypoxie: stav, kdy se organismu jako celku nebo jeho jednotlivým částem nedostává kyslíku. • Snížení paO2 pod 62 torrů (8 kPa). • Anoxie: absolutní nedostatek kyslíku ve tkáních • Hypoxemie: nedostatek kyslíku v krvi.

3. Dělení hypoxií • Hypoxická • Anemická – transportní • Stagnační • Histotoxická

4. Dělení hypoxií • Hypoxická hypoxie • Pokles pO2. • Pokles koncentrace O2 ve vdechované směsi. • Poruchy činnosti respir. syst. vedoucí k nepoměru ventilace - perfuze, poruchám difuze nebo nitroplicním zkratům: • Intrakardiální pravolevé zkraty • Anemická hypoxie • redukce vazebné kapacity krve pro kyslík (krvácivé stavy, destrukce ČK, tvorba abn. Hb)

5. Dělení hypoxií • Ischemická či stagnační hypoxie • důsledek redukce průtoku tkáněmi, výměna plynů v plicích je zachována • Etiologicky: místní arteriální konstrikce (chlad), arteriální obstrukce v důsledku traumatu či nemoci, selhání cirkulace (zástava, vagovasál sy., vysoké déletrvající přetižení ( G)). • Histotoxická hypoxie • neschopnost tkání využívat kyslík v oxidativních procesech • Etiologicky: KCN - blokuje cytochromoxidázu v mitochondriích

6. Hypoxie v letectví • Hypoxická hypoxie je nejčastějším typem h. v leteckém provozu. • Mohou se ale projevit i jiné typy: • anemická h.: důsledek otravy CO • ischemická: důsledek působení chladu • redistribuce krve: vysoká +Gz zátěž

7. Hypoxická h. za letu • Hypox.h je nejzávažnější rizikový faktor za letu ve výškách. • Již 25% pokles pO2 (8 000 ft.) vede k detekovatelným poruchám funkce lidského organismu (psychofyziologická výkonnost). • RD na 50 000 ft. (15 000 m) - redukce pO2 na 10% - vede ke ztrátě vědomí v průběhu 12-15 s. a smrti během 6 min. • Tři základní příčiny • VÝSTUP DO VÝŠKY bez dodávky O2 • PORUCHA kyslíkového systému • DEKOMPRESE KABINY • Hypoxie ovlivňuje zásadně systémy: • respirační • kardiovaskulární • nervový

8. Respirační odpověď • Rychlost respirační odpovědi závisí na rychlosti poklesu pO2: • relativně pomalá při běžné rychlosti stoupání (10 - 15 m/s) • rychlá při přechodu dýchání vzduchu při závadě kyslíkového systému • velmi rychlá při RD • ALVEOLÁRNÍ PLYNY PŘI DÝCHÁNÍ VZDUCHU • Respirační odpověď na hypoxii je HYPERVENTILACE • Mechanismus: • 18 000 ft. - pO2= 40 torr stimulace respiračního centra zvýšení dechového objemu • zvýšení DF • Pokles pO2 ve vdechovaném vzduchu - redukce pO2 alv. • Diferenci ovlivňuje pCO2 alv. • Pokles pCO2 alv. snižuje diferenci pO2 alv. a pO2 vdech. vzduchu. ALE!! • pCO2 je determinován kvocientem: produkce CO2/alveolár. ventilace

9. Respirační odpověď • Jde tedy o dva protichůdné mechanismy v hyperventilaci : • snížený pO2 stimuluje dýchání • ALE výsledná hypokapnie vede k potlačení stimulace dýchání • Hyperventilace vede v důsledku hypokapnie k rozvoji respirační alkalózy - posun disociační křivky kyslíku doleva - zhoršené uvolňování O2 z vazby na hemoglobin. • Výsledkem je kompromis mezi požadavkem na adekvátní zásobení kyslíkem a potřebou zachovat acidobazickou rovnováhu

10. Koncept fyziologicky ekvivalentních výšek • Při dýchání 100% O2 je alveol. pO2 do výšky 33 000 - 33 700 ft stejný jako při dýchání vzduchu při mořské hladině, tj 103 mmHg • Na výšce 39 000 ft klesá alveolární pO2 na 60 - 65 mmHg (obdoba dýchání okolního vzduchu na výšce 10 000 ft ) • Vztah je vyjádřen následujícím grafem:

11. Koncept fyziologicky ekvivalentních výšek[Ernsting´s Aviation Medicine]

12. Alveolární plyny v průběhu RD • Pokles pO2 - významně ovlivňuje činnost CNS • alveolární pO2 nesmí proto klesnout pod 30 mm Hg • Předejít těmto závažným problémům můžeme jen tehdy, když letec dýchá kyslíkem obohacenou směs již předtím, než dojde k dekompresi

13. Kardiovaskulární odpověď • Rychlost a dostatečnost prokrvení tkání je důležitým předpokladem transportu kyslíku do buněk. • Hypoxie způsobuje regionální i všeobecné změny v cirkulaci • situaci může ještě komplikovat vaso-vagální synkopa • SF reaguje na výšce 6 000 - 8 000 ft. • SF vzrůstá o 10 - 15 % na výšce 15 000 ft. • SF vzrůstá okamžitě o 20-25% na výšce 20 000 ft • zvýšením SF dochází k vzestupu srdečního minutového objemu (tepový objem nezměněn) • obojí stoupá proporcionálně v závislosti na výšce až do výšky 22 000 - 25 000 ft. - kde se zvýší např. SF o 30 - 50% klidové hodnoty • systolický TK zvýšen, • střední tlak nezměněn - důsledkem snížené periferní rezistence což vede ke zvýšení pulzního tlaku

14. Kardiovaskulární odpověď • Redistribuce krevního objemu: • vzestup krevního toku koronárními a mozkovými tepnami • průtok ledvinami, kůži a GITem je redukován • průtok pracujícími svaly se může zvýšit až o 100% • periferní odpor v nepracujícím kosterním svalstvu se nemění

15. Kardiovaskulární odpověď • Koronární oběh: • zvyšuje se proporcionálně se srdečním výdejem • S poklesem pO2 se snižuje funkční rezerva a při hlubokém poklesu pO2 dochází k srdečnímu selhání • zvýšení koronárního prokrvení - proto se neprojeví příznaky hypoxie myokardu do výšky 25 000 ft. • Nad tuto výšku - významná hypoxie se projeví: ischemické změny ve formě ST depresí a snížení T vlny. Později se projevují poruchy rytmu. • Výjimečně reaguje koronární systém konstrikcí a deregulací kompenzačních reflexů s následnou srdeční zástavou.

16. Kardiovaskulární odpověď • Synkopa • u 20 % jedinců se může objevit rychle vzniklá ztráta vědomí jako důsledek ztráty periferní rezistence (dilatace arteriol) s následným rozvojem bradykardie a poklesu TK. • Stav je spojen s vegetativními projevy: zblednutí, pocení, nausea, zvracení.

17. Kardiovaskulární odpověď • Tkáně • Hlavní faktor minimalizující kritický pokles pO2 ve tkáních je vyjádřen v průběhu disociační křivky: • extrakce 5 ml O2 ze 100 ml krve při pO2=95 torr (hladina moře) vede k poklesu pO2 na hodnotu 40 torr (rozdíl 55 torr) !!! • extrakce 5 ml O2 ze 100 ml krve při pO2=32 torr (18 000 ft.) vede k poklesu jen na 22 torr (rozdíl 10 torr) !!! • Viz. obr. • Cyanosa se objeví tehdy když: • je přítomno dostatečné množství redukovaného hemoglobinu (nejméně 5 g/100 ml krve) • je-li saturace kyslíkem v arteriální krvi nižší než 75% (výška 17 000 - 19000 ft = 5 100 - 5 700m)

18. Kardiovaskulární odpověď[Ernsting´s Aviation Medicine]

19. Neurologická odpověď • Zhoršení psychofyziologické výkonnosti má v letectví klíčový význam a je velmi individuální. • Zásadním mechanismem vedoucím ke zhoršení neurolog. funkcí je pokles pO2 vedoucí k hypokapnii a následně k cerebrální vasokonstrikci. • Nejcitlivější jsou neurony kůry a hipokampu a Purkyňovy buňky mozečku. • PSYCHOMOTORICKÁ VÝKONNOST • Výkonnost u známých a zažitých úkolů je zachována až do 10 000 ft. • Výška 16 000 - 18 000 ft - pO2 klesá pod 38 - 40 torr: • prostý reakční čas se prodlužuje a může dosáhnout 50% zhoršení • reakční čas při výběru z více možností je ovlivněn daleko dříve (od 12 000 ft)

20. Neurologická odpověď • testy sledující koordinaci typu „oko - ruka“ (např. přístrojové létání na simulátoru - schopnost udržet zadané parametry): • do pO2=55 torr (10 000 ft.) není výkonnost narušena • pO2 pod 50 torr (12 000 ft.) pokles výkonnosti o 10% • pO2=43 torr (15 000ft.) pokles výkonnosti o 20-30% • postižení svalové koordinace a výkonnosti u složitějších úkolů • nad 15 000 ft. se objevuje tremor, který může u těžké hypoxie spolu s poruchou koordinace znemožnit jemné pohyby při ovládání letounu nebo psaní • KOGNITIVNÍ VÝKONNOST • Koncentrace, distribuce pozornosti, schopnost uvědomovat si jednoduché údaje ale zejména komplexně zpracovávat data se zhoršuje.

21. SMYSLOVÁ VÝKONNOST • ZRAK • subjektivní pocit ztmavnutí zorného pole • laboratorně zjištěné postižení skotopického (tyčinky) vidění již od výšek 5 000 ft. (alv. pO2=75 torr) - nemá prakticky význam • prakticky je zhoršeno od výšky 12 000 ft (alv. pO2 = 50 torr): • bílá x černá - zešednutí • Fotopické vidění se zhoršuje při pO2 alv. 40 torr (16 000 ft.): • nejprve obtížné odlišení odstínů téže barvy • pak neschopnost odlišit modrá x zelená • nakonec obtíže při rozlišování barev obecně • od 18 000 ft. zhoršena schopnost akomodace • od 18 000 ft. zhoršeno hloubkové vidění • střední a vyšší stupně hypoxie vedou ke zúžení zorného pole - výpadek periferie, nakonec centrální skotom

22. Neurologická odpověď • SLUCH • postižen při středním a vyšším stupni hypoxie • nejprve postižena srozumitelnost řeči (postiž. analyticko - syntetické funkce kůry) • pak zvýšení sluchového prahu • postižení směrového slyšení • VESTIBULÁRNÍ APARÁT • při změnách polohy - časové zpoždění a je třeba intenzivnější podnět • VĚDOMÍ • vliv poklesu pO2, změn prokrvení mozku a hypokapnie. • Těsný vztah mezi pO2 jugulární žíly a vědomím - bezvědomí při hodnotě 20 torr • Bezvědomí při hodnotách arteriálního pO2 v rozmezí 20 - 35 torr v závislosti na stupni hypokapnie (pO2 - 40 torr při intenzivní hyperventilaci, ALE pO2 - 25 torr bez hypokapnie)

23. VZDUŠNÝ OBAL ZEMĚ Z HLEDISKA REAKCE ORGANISMU • 0 - 2 km: Indiferentní pásmo. • 2 - 4 km: Zóna úplné kompenzace. • nad 4 km: Zóna neúplné kompenzace. • 6 - 7,5 km: Kritická zóna. • Použití kyslíkových přístrojů. • 12 km: Inverze tlakového gradientu O2. • Nutnost použití přetlakové kabiny nebo systému přetlakového dýchání.

24. Klinický obraz - souhrnně • ČASNÉ PŘÍZNAKY: • Zrakové příznaky: • narušení skotopického vidění • snížení zrakové ostrosti při slabém osvětlení • zúžení zorného pole • Psychomotorické funkce: • zhoršená výkonnost při řešení nezvyklých úkolů • prodloužení reakční doby • zhoršení koordinace oko-ruka • Kognitivní funkce • zhoršení paměti

25. Klinický obraz - souhrnně • ZJEVNÉ PŘÍZNAKY: • změna osobnosti • euforie, sníž.úsud. • porucha koordinace • zhoršení paměti • narušení autocenzury • poruch. smys. vním. • svalová dyskoord. • hyperventilace • zastřené vědomí • ztráta vědomí • SMRT !!!

26. Faktory ovlivňující klinický obraz • Intenzita hypoxie: • absolutní pokles atm. Tlaku • gradient • čas • Přirozená odolnost vůči hypoxii • geneticky podmíněna - nedá se zvýšit • Fyzická zátěž • Teplota: • chlad zvyšuje účinky hypoxie (zvyšuje požadavky na metabolismus) • Zdravotní stav • dlouhodobý - diagnózy (ICHS, obstrukční plicní choroby atd.) • aktuální - interkurentní onemocnění

27. Faktory ovlivňující klinický obraz • Léky, alkohol • antihistaminika zhoršují stav • Životospráva • odpočinek, únava fyzická i psychická, nedostatek spánku, negativní emoce (strach, obavy, hněv apod.) • Faktory mikroklimatu • vibrace, hluk - velmi nízký vliv

28. Doba užitečného vědomí • Definice: interval, který uplyne od redukce tenze kyslíku ve vdechovaném vzduchu do zhoršení psychofyziologické výkonnosti • DUV: ft (km) aktivní odpočív. • 18 000 (5,4) 20min 30min • 25 000 (7,5) 2min 3min • 30 000 (9,0) 45 s 75 s • 45 000 (13,5) 12 s 20 s • 56 000 (16,8) 12 s 12 s • Pozn.: 6s doba cirkulace + 6s O2 rezerva

29. LÉČBA HYPOXIE • Podání kyslíku • Podání O2 (náležitá koncentrace a pO2) vede k velmi rychlé úpravě stavu (přechodné bolesti hlavy). • Pozor na hyperventilaci !!! • Někdy se objeví přechodné zhoršení hypoxických příznaků po dobu 15 - 20s: kyslíkový paradox: • většinou lehký průběh, ale může vyústit do klonických křečí až ztráty vědomí, • mechanismus není přesně znám. • Snížení nadmořské výšky pod 4 000 m

30. Kyslíkový paradox • Podání O2 vede obyčejně k úplnému uzdravení • bolest hlavy může přechodně přetrvávat • Někdy se objeví přechodné zhoršení hypoxických příznaků po dobu 15 - 20s, když je podáván kyslík :kyslík. paradox • většinou lehký, ale může vyústit do klonických křečí • až ztráty vědomí • mechanismus není přesně znám • v.s. role reflexů z chemoreceptorů

31. OCHRANA PROTI HYPOXII • NESPECIFICKÁ • Adaptace • Aklimatizace: • zvýšení difúzní kapacity plic • zvýš. prokrvení důl. orgánů • vzestup počtu cirkulujících červených krvinek (produkce erytropoetinu) • vzestup erytrocytárního 2,3 difosfoglycerátu - pokles afinity Hb ke kyslíku (posun křivky doprava - zvýš. výdej tkáním) • zvýš. množství mitochondrií • zvýš. tkáňové cytochromoxydázy • zmnožení myoglobinu (usnadnění pohybu kysl. ve tkáních • renální kompenzace respir. alkalózy

32. OCHRANA P ROTI HYPOXII – pokrač. • SPECIFICKÁ • Tlakové kabiny: • výškové (s malou a vysokou tlakovou diferencí), • regenerační. • Individuální kyslíkové přístroje: • nepřetržitá dodávka kyslíku, • "plicní automat„, • systém přetlakového dýchání.

34. Děkuji za pozornost Otázky?