Keywords

Hyperoxemie; Hemorheologie; Perfusie; Viscositeit; Aggregatie; Vervormbaarheid

Zuurstoftherapie wordt al jaren gebruikt om hypoxemie vaker te voorkomen of te behandelen in de intensive care unit (ICU) setting. De zuurstofbehoefte van de patiënten wordt voorspeld door de evaluatie van bloedgassen, indicatoren van orgaaninsufficiëntie en fysiologische bevindingen van voortschrijdende hypoxie. De verhouding van gefractioneerde geïnspireerde zuurstof (FiO2) die aan de patiënt moet worden toegediend om de nadelige effecten van hypoxemie te overwinnen en tegelijkertijd de schadelijke effecten van zuurstof te vermijden, is echter een punt van discussie. Talrijke studies hebben het bestaan aangetoond van zuurstoftoxiciteit als gevolg van verhoogde vorming van reactieve zuurstofspecies (ROS), vooral in omstandigheden van hypoxie/reperfusie. Hoewel deze effecten vooral uitgesproken zijn bij langdurige toediening, d.w.z. na 12-24 uur, suggereren verschillende retrospectieve studies dat zelfs hypoxemie van kortere duur ook geassocieerd is met een verhoogde mortaliteit en morbiditeit. De doeltreffendheid van kortdurende beademing met een hoge FiO2 (0,8-1,0) tijdens de perioperatieve periode (d.w.z, anesthesie-inductie of -afwennen, patiëntentransport), sedatie voor invasieve procedures (d.w.z. katheterisaties, endoscopische pogingen) of cardiopulmonale reanimatie (CPR) is momenteel niet bewezen in termen van microcirculatie en orgaanperfusie.

Uitwisseling van gassen, voedingsstoffen en metabolieten tussen het bloed en de weefsels via het microcirculatoire netwerk is de hoeksteen van weefselperfusie en orgaanfunctie. Een concept dat zowel de zuurstoftoevoer, het weefseltransport van zuurstof als het zuurstofverbruik van de cellen omvat, kan weefselzuurstofperfusie worden genoemd. Er zijn verschillende niet-invasieve methoden om de weefselperfusie en de zuurstofvoorziening te schatten, zoals de lichaamstemperatuurgradiënt, pulsoximetrie, nabij-infraroodspectroscopie, orthogonale polariserende spectrofotometrie, laser Doppler flowmeter, transcutane oximetrie en sublinguale capnografie. Al deze methoden zijn gedeeltelijk in staat de essentiële componenten van perfusie te controleren, zoals cardiale output, systemische vasculaire weerstand, hemoglobine zuurstofverzadiging en integriteit van de microcirculatie. De bloedtoevoer en zuurstoftoevoer naar de weefsels worden via deze methoden geschat en de zuurstoftherapie wordt volgehouden om de doelstellingen van voldoende oxyhemoglobinesaturatie en bloedstroom te bereiken. De effecten van hemorheologische eigenschappen worden echter vaak verwaarloosd.

Hemorheologie houdt zich bezig met het stromings- en vervormingsgedrag van bloed en de gevormde elementen daarvan (d.w.z. RBC’s, WBC’s, bloedplaatjes) . Omdat bloed een tweefasige vloeistof is (plasma en cellulaire elementen), wordt de vloeibaarheid ervan bij een gegeven afschuifsnelheid en temperatuur bepaald door de reologische eigenschappen van de plasma- en cellulaire fasen en door de volumefractie (d.w.z. hematocriet) van de cellulaire fase. Naast de concentratie van cellulaire elementen in het bloed zijn ook hun reologische eigenschappen belangrijke determinanten van de vloeibaarheid van het bloed. RBC’s zijn de belangrijkste determinant van dit effect, waarbij deze cellen een zeer bijzonder reologisch gedrag vertonen. Normale RBC’s zijn zeer vervormbare lichamen en hebben de neiging zich te oriënteren op de stroomlijnen, vooral als de afschuifkrachten hoog genoeg zijn om deze cellen enigszins te vervormen. Een andere belangrijke reologische eigenschap van RBC’s is hun neiging tot aggregatie in lineaire arrays, zogenaamde rouleaux, waarin zij zijn gerangschikt als stapels munten. Lineaire aggregaten werken vervolgens samen om driedimensionale structuren te vormen. Fibrinogeen en andere grote plasma-eiwitten bevorderen de aggregatie van RBC’s, waarbij de aggregatie afhankelijk is van de grootte van de afschuifkrachten die op de cellen werken. Verhoogde afschuiving verstoort de aggregaten, terwijl verminderde afschuiving de aggregatie bevordert. Door de toegenomen effectieve deeltjesgrootte wordt de verstoring van de stroomlijnen meer uitgesproken wanneer RBC-aggregaten worden gevormd en de viscositeit van het bloed aanzienlijk wordt verhoogd. Aggregatie van rode bloedcellen is dus de belangrijkste determinant van de viscositeit van bloed onder lage shear omstandigheden. Studies die viscositeitsafhankelijke veranderingen van de microvasculaire perfusie koppelen aan relevante gegevens suggereren dat de viscositeit van volbloed en relevante hemorheologische parameters verwaarloosbaar zijn als determinant van de microvasculaire perfusie onder fysiologische omstandigheden wanneer autoregulatie effectief is. Omdat autoregulatie wordt aangedreven om de zuurstoftoevoer constant te houden, zal het organisme compenseren voor veranderingen in de viscositeit van het bloed om de zuurstoftoevoer in stand te houden. Wanneer de fysiologische compensatiemechanismen echter worden belemmerd als gevolg van een pathologisch verloop of therapeutische interventies (d.w.z. mechanische beademing, sedatie, enz.) kunnen hemorheologische veranderingen leiden tot perfusiestoornissen.

Een acute hyperoxemie blijkt verband te houden met cerebrale vasoconstrictie, neuronale celdood, verlaagde hartindex en hartslag, terwijl de perifere vasculaire weerstand toeneemt. Ondanks de snel groeiende informatie over de verslechterende effecten van hoge FiO2 therapie op perfusie via verminderde bloeddoorstroming en ROS gerelateerde cytotoxiciteit, zijn er beperkte gegevens over de invloed van hyperoxemie op de rheologie van het bloed, die direct gecorreleerd is met weefselperfusie, vooral bij ernstig zieke patiënten. Recente twee studies toonden aan dat acute hyperoxemie als gevolg van hyperbare zuurstoftherapie of normobare beademing met hoge FiO2 geen significant effect had op de viscositeit van het bloed, de aggregatie van rode bloedcellen of de vervormbaarheid. Ondanks de bekende perfusieverstorende effecten van hypoxie zoals verminderde vervormbaarheid van rode bloedcellen, bloedviscositeit, plasmaviscositeit en verhoogde aggregatie van rode bloedcellen, lijkt hyperoxemie niet effectief en/of onschadelijk te zijn in termen van weefselperfusie via bloedvloeistof.

Hoge FiO2 inhalatie wordt gebruikt bij ernstig zieke of gezonde proefpersonen met verschillende indicaties. Acute en chronische respiratoire insufficiënties zijn belangrijke indicaties bij IC-patiënten. Bovendien worden reanimatie en vele andere invasieve procedures zoals tracheaal uitzuigen, catheterisatie, intubatie en extubatie uitgevoerd onder hoge FiO2. Recente gegevens bevestigen de toepassing van hoge FiO2 ter voorkoming van hypoxemie bij acute en kortdurende ingrepen die het risico van potentiële zuurstoftoxiciteit en verminderde microcirculatie inhouden. Meer studies zijn nodig om het ‘veilige interval en de duur’ voor zuurstoftherapie te definiëren om bij te dragen aan het verbeteren van oxygenatie in plaats van het frustreren van weefselperfusie.

1. Hafner S, Beloncle F, Koch A, Radermacher P, Asfar P (2015) Hyperoxia in intensive care, spoedeisende hulp en perioperatieve geneeskunde: Dr. Jekyll of Mr. Hyde? Een update van 2015. Ann Intensive Care 5: 42.
2. Gottrup F (1994) Physiology and measurement of tissue perfusion. Ann Chir Gynaecol 83: 183-189.
3. Alexandre L (2012) Niet-invasieve monitoring van perifere perfusie. In: Michael R, Pinsky LB, Jordi M, Massimo A (edr) Springer Berlin Heidelberg p. 131-141.
4. Baskurt OK, Meiselman HJ (2003) Blood rheology and hemodynamics. Semin Thromb Hemost 29: 435-450.
5. Copley AL (1990) Fluid mechanics and biorheology. Biorheology 27: 3-19.
6. Feher MD, Rampling MW, Sever PS, Elkeles RS (1988) Diabetic hypertension – The importance of fibrinogen and blood viscosity. J Hum Hypertens 2: 117-122.
7. Lenz C, Rebel A, Waschke KF, Koehler RC, Frietsch T (2008) Blood viscosity modulates tissue perfusion: Soms en ergens. Transfus Altern Transfus Med 9: 265-272.
8. Gershengorn H (2014) Hyperoxemia–Too much of a good thing? Crit Care 18: 556.
9. Sinan M, Ertan NZ, Mirasoglu B, Yalcin O, Atac N, et al. (2016) Acute en lange termijn effecten van hyperbare zuurstoftherapie op hemorheologische parameters bij patiënten met verschillende aandoeningen. Clin Hemorheol Microcirc 62: 79-88.
10. Ulker P (2016) Het effect van acute en kortdurende normobarische hyperoxie op hemorheologische parameters. Biorheologie 53: 171-177.