Hjem » Pulmonal patofysiologi » Oxygens farmakologi
Oxygens farmakologi
Jeg har ikke officielle tal på det, men jeg tror, at oxygen er et af de allermest anvendte farmaka i sygehusvæsenet. Helt oppe på linje med KNaG og saltvand. Det er også et af de farmaka, som man nemt glemmer faktisk er et farmaka, og som derfor kan betragtes på lige fod med alle andre farmaka. Det følgende handler derfor om det, som man kunne have en tilbøjelighed til at glemme.
Hvis du vil hurtigt til kilderne, kan jeg anbefale LifeInTheFastLane til et hurtigt overblik. Hyperoxiens fysiologi er dækket grundigt, gratis og velskrevet af Brugniaux et al. (2018). Hvis du læser den er du godt orienteret i bivirkninger til oxygentilskud.
En noget uoverskuelig guideline til iltterapi er O’Driscoll et al (2017), som danske guidelines fra Lungemedicinsk Selskab, Madsen et al. (2019), med egne ord lægger sig op af.
I øvrigt er det et felt med mange gode og gratis kilder med dårlige puns i titlen. Eksempler på (i hvert fald) det sidste: A little less saturation, O2 much of a good thing.
For en god ordens skyld vil jeg sige, at indlægget ikke handler om hjemmeilt eller om ilttilskud ved dykning og bjergklatring.
Oxygens farmakodynamik
Iltmolekylet er livets molekyle. Man husker respirationskæden i mitokondriets indre membran, hvor elektroner løber igennem indtil flere forskellige membranproteinkomplekser indtil der i sidste ende står iltmolekyler klar til at acceptere elektroner og dermed danne vand.
Formålet med processen er at pumpe protoner til det intermembranøse rum, sådan at der er en elektrokemisk gradient for protoner, der kan drive ATP-syntasen til at omdanne ADP til ATP og dermed holde cellen i live. Deraf livets molekyle. Ingen sidste elektronacceptor, intet liv.
Det farmakodynamiske target for ilttilskud er altså at opretholde en rimelig oxygenkoncentration i relevante vævs mitokondrier.
En udmærket indikator for, om dette target nås, er hæmoglobins iltmætning og dermed iltinholdet ikke i mitokondrier, men i blodet. I praksis er target derfor saturation og ilttryk i blodet.
Indikationer for oxygentilskud
Hypoxi i kritiske organer vil uværgeligt medføre døden, så indikationer for oxygentilskud følger heraf:
- Hypoxæmi med saturation < 94 % hos patienter uden risiko for hyperkapnisk respirationssvigt
- Hypoxæmi med saturation < 88 % hos patient med risiko for hyperkapnisk respirationssvigt.
- Flere andre:
- Kritisk sygdom, fx shocktilstande
- CO-forgiftning, præoxygenering, forebyggelse af hypoxæmi og hypoxi ved anæstesi.
Oxygens farmakokinetik
Jeg har brugt en del krudt på at finde information om danske hospitalers iltleveringer, men uden held. Send gerne en god kilde. Yartsev har, som sædvanlig, interesseret sig for spørgsmålet og giver en kort, ikke særligt teknisk gennemgang her. Hvis man kan omsætte ham til danske forhold, så:
- Opbevares ilt flydende i en blanding af 99,5 % oxygen og 0,5 % argon. Dette ved omtrent 200 minusgrader celsius under 1.000 kPa’s tryk (knap 10 atmosfæres tryk eller 7.500 mmHg).
- Tankene står formodentlig centralt og leverer via rørsystemer til relevante sengestuer. Her er fx google street view af, hvad jeg formoder er Skejbys centrale ilttanke.
- Ved behov opvarmes ilten, sådan at den fordamper (ilts kogepunkt er -183 grader celsius) og ledes herefter via rørsystemer, hvor den leveres ved et tryk på 400 kPa. Den er kold og den er knastør, der er ikke et vandindhold.
- Absorption
- Ilt absorberes over alveolevæggen og findes herefter på to former i blodet: Dels bundet til hæmoglobin i mængder af omtrent 180 mL ilt pr. liter blod, dels opløst i blodet i mængder af omtrent 3 mL ilt pr. liter blod.
- Hæmoglobin er stort set altid fuldstændigt mættet med ilt og ved normobar hyperoxi øges iltindholdet i blodet derfor i praksis kun af en øget mængde opløst ilt. Fordi ilt er så dårligt opløseligt i væske, øger man kun iltindholdet med omtrent 16 mL pr. liter, når man går fra FiO2 = 21 % til FiO2 = 100 %.
- Distribution
- Ilt transporteres med blodet og via karrenes regulering til kropsdele med iltbehov.
- Ilten diffunderer frit over cellemembraner drevet af en ret stærk kemisk gradient. Ilttrykket i arterierne er omtrent 13 kPa, i kapillærerne omtrent 2 kPa og i mitokondriernes indre membran helt ned til 0,1-1,0 kPa.
- Metabolisering
- Se ovenfor om farmakodynamik. Ilt metaboliseres til CO2 og vand.
- Elimination
- Slutproduktet af ilt metabolisme er CO2, der elimineres ved respiration og renalt, og vand, der elimineres ved perspiration og urinproduktion.
Bivirkninger til oxygentilskud
Her vil jeg virkelig anbefale, at man giver sig i kast med Brugniaux et al.’s virkelig gode review om konsekvenser af hyperoxi.
Man bliver i øvrigt nok nødt til at skelne bivirkninger ved patienten med kronisk obstruktiv lungelidelse i risiko for hyperkapnisk respirationssvigt og alle andre patienter.
- KOL patienter med relativ hyperoxi ophober CO2.
- KOL-patienters ventilatoriske drive er primært drevet af O2. Ved store mængder O2 tabes dette drive og CO2 ophobes.
- Hæmoglobins CO2-affinitet falder ved høje ilttryk, CO2-trykket i blodet stiger.
- Øget ilttilskud giver V/Q-ubalancer, der også medvirker til øget CO2-tryk.
- Der er også en risiko for absorptionsatelektaser. Argumentet her går, at hvis et lungeafsnit afklemmes, så vil ilt absorberes meget hurtigt fra afklemte alveoler, fordi diffusionskapaciteten og diffusionsgradienten over alveolevæggen er så stor.
- Ventilationen øges (så vidt jeg kan vurdere i hvert fald i raske forsøgspersoner)
- Umiddelbart, de første minutter efter øget ilttilskud, sænkes ventilationen.
- Herefter sker der en øget ventilation formodentlig via en central mekanisme eller drevet af Haldane-effekten, hvor hæmoglobins CO2-affinitet falder ved højere ilttryk og CO2-trykket i blodet derfor stiger, hvilket øger ventilationen.
- Lungevævet beskadiges
- Ved indånding af luft med tilstrækkeligt høj FiO2 (formodentlig > 50 %), opstår der efter en latensperiode uden skade på 4-22 timer akut trakeobronkitis. Ved længere tids oxygen påvirkning kan der opstå diffus alveolær skade med risiko for lungefibrose og emfysem (Paracelsus’ dictum, sola dosis facit venenum, dukker spontant op i tankerne).
- Ovenstående figurerer i Bitterman (2009), der refererer et review fra 1971 af Clark & Lambertsen, som jeg ikke har kunnet opstøve i en gratis udgave. Ifølge Yartsev (2022) står der noget lignende i UpToDate (jeg har ikke tjekket), men kun med basis i et studie på hunde fra 1976. Hvis du har et godt review (og gerne Clark & Lambertsen), er du meget velkommen til at sende det til mig!
- Hyperoxi sænker blodtilførslen til flere væv, herunder hjerte og hjerne
- Selvom iltindholdet i blodet stiger, så kan ilttilskudet til vævene faktisk falde.
- Der er hyperoxisk vasokonstriktion i hjerne, hjerte og skeletmuskulatur.
- Koronarkarrenes blood flow falder.
- Den cerebrale perfusion kan falde med 10-30 %.
- Rousseau et al. (2005) undersøgte fx blood flow i lægmusklen hos raske under inhalation af 100 % ilt og fandt et fald på 30 %.
- Hjerterytmen og cardiac output falder.
- (Bi)produktionen af frie radikaler i mitokondrierne øges. Frie radikaler reagerer med lipider, DNA, proteiner og kan forårsage cellulær apoptose. Frie radikaler stimulerer i øvrigt medullære respirationscentre (i et studie af rotter fra 2004).
Meget store mængder oxygen
Som det gerne skulle fremgå af ovenstående, kan selv små stigninger i fraktionen af inhaleret ilt være fatalt toksisk, hvis man bare er syg nok i forvejen.
Det er til gengæld et godt spørgsmål, hvad der sker, hvis man ikke er syg i forvejen og bliver udsat for enten ren ilt og/eller ilt under meget høje tryk. Jeg har fundet nogle studier på frivillige fra efterkrigstiden, og der findes også talrige studier på bivirkninger til hyperbar iltterapi hos dykkere. Jeg vender tilbage til emnet inden længe.
Kilder
Bitterman H. Bench-to-bedside review: oxygen as a drug. Crit Care. 2009;13(1):205. doi: 10.1186/cc7151. Epub 2009 Feb 24. PMID: 19291278; PMCID: PMC2688103.
O’Driscoll BR, Howard LS, Earis J, Mak V. British Thoracic Society Guideline for oxygen use in adults in healthcare and emergency settings. BMJ Open Respir Res. 2017 May 15;4(1):e000170. doi: 10.1136/bmjresp-2016-000170. PMID: 28883921; PMCID: PMC5531304.
Iscoe S, Beasley R, Fisher JA. Supplementary oxygen for nonhypoxemic patients: O2 much of a good thing? Crit Care. 2011;15(3):305. doi: 10.1186/cc10229. Epub 2011 Jun 30. PMID: 21722334; PMCID: PMC3218982.
Sjöberg F, Singer M. The medical use of oxygen: a time for critical reappraisal. J Intern Med. 2013 Dec;274(6):505-28. doi: 10.1111/joim.12139. PMID: 24206183.
Cornet AD, Kooter AJ, Peters MJ, Smulders YM. The potential harm of oxygen therapy in medical emergencies. Crit Care. 2013 Apr 18;17(2):313. doi: 10.1186/cc12554. PMID: 23635028; PMCID: PMC3672526
Brugniaux JV, Coombs GB, Barak OF, Dujic Z, Sekhon MS, Ainslie PN. Highs and lows of hyperoxia: physiological, performance, and clinical aspects. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2018 Jul 1;315(1):R1-R27. doi: 10.1152/ajpregu.00165.2017. Epub 2018 Feb 28. PMID: 29488785.
Mulkey DK, Henderson RA 3rd, Ritucci NA, Putnam RW, Dean JB. Oxidative stress decreases pHi and Na(+)/H(+) exchange and increases excitability of solitary complex neurons from rat brain slices. Am J Physiol Cell Physiol. 2004 Apr;286(4):C940-51. doi: 10.1152/ajpcell.00323.2003. Epub 2003 Dec 10. PMID: 14668260.
Rousseau A, Bak Z, Janerot-Sjöberg B, Sjöberg F. Acute hyperoxaemia-induced effects on regional blood flow, oxygen consumption and central circulation in man. Acta Physiol Scand. 2005 Mar;183(3):231-40. doi: 10.1111/j.1365-201X.2005.01405.x. PMID: 15743383.
Madsen PH et al. (2019). Iltbehandling af voksne patienter – akut. Dansk Selskab for Lungemedicin. På lungemedicin.dk. Tilgået d. 29/11-2022.
Yartsev A (2016). Wall oxygen supply and pressure regulators. På DerangedPhysiology.com. Tilgået d. 29/10-2022.
Yartsev A (2021). Pharmacology of oxygen. På DerangedPhysiology.com. Tilgået d. 29/10-2022.
Nickson C (2020). Oxygen. På LifeInTheFastLane.com. Tilgået 28/10-2022.
Har du kommentarer, er du meget velkommen til at sende dem ind her: