Contenuto venoso misto di ossigeno e anidride carbonica

Questo capitolo è a malapena rilevante per la sezione G4(iii) del CICM Primary Syllabus 2017, che chiede al candidato all’esame di “descrivere i fattori che influenzano la saturazione venosa di ossigeno”. Anche se il college si è guardato bene dal chiamarla saturazione di ossigeno venoso centrale, è lecito supporre che questo sia ciò a cui stavano pensando, dato che la saturazione di ossigeno venoso periferico è sostanzialmente inutile. Al contrario, la saturazione di ossigeno venoso centrale può essere utile, anche se ha perso molta popolarità da quando è stata investita dal bus della festa ANZICS CTG.

Come sempre, la mancanza di rilevanza clinica non dissuade gli esaminatori dal fare domande dettagliate su un argomento, in particolare quando è interessante da un punto di vista scientifico astratto. Anche dopo essere stata calpestata nella letteratura, l’ossigenazione venosa ha fatto frequenti apparizioni nell’esame CICM First Part. Finora, è stata oggetto di due SAQ:

• Domanda 19 della prima prova del 2017
• Domanda 10 della prima prova del 2008

Specificamente, lo stelo di queste domande chiedeva la PO2 venosa mista, la pressione parziale dell’ossigeno nel sangue venoso misto; i commenti degli esaminatori (“…un certo numero di candidati ha scritto sulla saturazione venosa mista di ossigeno” era elencato tra gli errori comuni). Inoltre, la domanda 23 del secondo esame del 2015 e la domanda 7 del primo esame del 2011 chiedevano informazioni sui determinanti del contenuto di CO2 venoso misto. Poiché i concetti utilizzati per spiegarlo sono molto simili, è stato inserito alla fine di questo capitolo, in mancanza di un posto migliore dove metterlo.

In sintesi:

questo rimane un argomento interessante per articoli di revisione, anche se con un visibile cambiamento di tono che si è evoluto nel corso degli anni. Da lavori altamente ottimistici pubblicati all’inizio di questo secolo (ad esempio Emanuel Rivers et al, 2001), ora si pubblicano articoli con titoli come “Dovremmo abbandonare la misurazione di SvO2 o ScvO2 nei pazienti con sepsi?”(Teboul et al, 2019). Pearse & Rhodes (2005) danno una solida ripartizione della fisiologia (anche includendo alcuni valori normali) e il loro lavoro è rinfrescante e ben referenziato. Per la CO2 venosa mista, non c’è stata una panoramica migliore di Lamia et al (2006).

Sangue venoso, venoso centrale e misto

Sembrerebbe logico stabilire prima di cosa esattamente stiamo parlando. Nella forma più breve possibile,

• Il sangue venoso è tutto il sangue che scorre dalle venule post-capillari verso il cuore, dopo aver scambiato gas e altre sostanze con i tessuti.
• Come risultato dello scambio di gas, la composizione di questo sangue sarà diversa. Ci sarà meno ossigeno in esso, più CO2, e altri sottoprodotti metabolici saranno presenti.
• La differenza di composizione rifletterà quindi l’attività metabolica. In breve, ci dovrebbe essere una relazione tra il metabolismo cellulare e la composizione del sangue venoso, in particolare la sua ossigenazione (poiché il consumo di ossigeno è una buona rappresentazione del tasso metabolico).

Da questo, segue logicamente che

• Il contenuto di ossigeno del sangue prelevato da una vena rifletterà l’attività metabolica dei tessuti specifici da cui il sangue è drenato.
• L’ossigenazione del sangue venoso nei vasi centrali dovrebbe quindi riflettere l’attività metabolica dell’intero corpo
• Questa informazione potrebbe essere utile per guidare la terapia in quanto permetterebbe un confronto tra l’erogazione e l’estrazione dell’ossigeno (espresso come rapporto di estrazione dell’ossigeno)

Segue anche che l’ossigenazione venosa centrale è molto più importante di quella periferica, e che se si vuole valutare il consumo di ossigeno dell’intero organismo, è importante ottenere il più centrale possibile. Come vedrete di seguito, anche i 10 cm di differenza tra i siti di campionamento dell’atrio destro e dell’arteria polmonare saranno importanti per qualche punto percentuale.

Riconoscendo il fatto che questo capitolo sta scivolando in un territorio pericolosamente pragmatico, riportiamolo nella scienza astratta e nella cinica preparazione all’esame.

Definizione del sangue venoso misto

La maggior parte dei SAQ su questo argomento hanno chiesto specificamente del sangue venoso misto, e i commenti del college sembrano sottolineare la definizione di questo termine. Dalla prospettiva di incorporare l’importanza fisiologica del sangue venoso misto nella definizione, il tentativo più completo appare in Kandel & Aberman (1983):

“Il sangue venoso misto è idealmente derivato da un pool di sangue venoso con le seguenti caratteristiche: (1) include tutto il sangue che ha attraversato letti capillari in grado di estrarre ossigeno dal sangue; (2) esclude qualsiasi sangue che non ha attraversato letti capillari in grado di estrarre ossigeno dal sangue (ad esempio, esclude il sangue deviato dal ventricolo sinistro al ventricolo destro come in presenza di un difetto del setto ventricolare); e (3) contiene sangue così accuratamente mescolato che c’è una singola saturazione di ossigeno in tutto, pur essendo formato da sangue con saturazioni di ossigeno variabili.”

Questa definizione ha solo uno svantaggio, nel fatto che non ha assolutamente alcun rispetto per il tempo o la capacità di attenzione del lettore. Questo potrebbe andare bene tra gli abbonati letterati degli Archives of Internal Medicine, ma un esaminatore CICM che ha già segnato settanta domande non avrà pazienza per le circonlocuzioni. Chiaramente, è necessaria una versione sgrassata:

“Il sangue venoso misto è:

• campionato dall’arteria polmonare
• miscelato nel ventricolo destro da più fonti venose
• rappresentativo dell’estrazione di ossigeno per tutto il corpo”

O, dalla prima parte, una definizione ancora più breve che soddisfa tutti i criteri essenziali dai commenti dell’esaminatore:

“Sangue dall’IVC, SVC e seno coronarico, che è stato mescolato dall’azione di pompaggio del RV ed è tipicamente campionato dall’arteria polmonare”

Oppure, una che contiene il minimo assoluto di informazioni pur rimanendo al limite della precisione:

“Il sangue venoso misto è sangue arterioso polmonare.”

Composizione del sangue venoso misto

“Le buone risposte hanno anche fornito la PO2 variabile dai diversi letti di tessuto che compongono il sangue venoso misto”, hanno comandato gli esaminatori nel loro commento al SAQ. Si potrebbe sottolineare che, per definizione, tutti i letti di tessuto fanno sangue venoso misto. Alcuni collaboratori rappresentativi di questo grande bacino sono inclusi come elementi etichettati nel seguente diagramma:

Questo è in realtà una modifica di un noto diagramma di Konrad Reinhart, riconducibile al suo mellifluo titolo “Zum Monitoring des Sauerstofftransportsystems” (1988). Non solo è in tedesco, ma è anche impossibile procurarsi una copia elettronica di Der Anaesthesist del 1988. Quindi, non sapremo mai da dove provengono questi numeri. Inoltre, non tutti i numeri sembrano plausibili, e alcuni mancavano. I valori SVC e IVC hanno dovuto essere estratti da Leiner et al (2008), la vena renale da Nielsen et al (1992), e la giugulare da Nakamura (2011).

Differenza tra SvO2 e ScvO2

C’è un ampio accordo in letteratura che c’è una differenza tra la saturazione di ossigeno venoso centrale (ScvO2) e la saturazione di ossigeno venoso misto (SvO2), anche se non tutti sono d’accordo che la differenza sia clinicamente significativa.

A volte sembra esserci qualche disaccordo su quale sia più alta. Oh’s Manual (p.154 del 7° ed). specifica che in condizioni fisiologiche normali la saturazione venosa centrale (ScvO2) è del 2-3% più bassa della saturazione di ossigeno venoso misto (SvO2). Quindi, se l’esaminatore della prova generale è Thomas John Morgan o Balasubramanian Venkatesh, sarebbe saggio rigurgitare questa informazione.

Purtroppo, probabilmente non partecipano alle prove della prima parte; poiché il loro capitolo è praticamente l’unica risorsa che fa questa affermazione. I valori medi misurati direttamente in volontari sani da Barrat-Boyes et al (1957) hanno ottenuto una media di 78,4% nella SVC e 76,8% nell’arteria polmonare. Il calo del contenuto di ossigeno tra il sangue venoso centrale e quello arterioso polmonare è di solito attribuito al sangue che esce dal seno venoso, che è tipicamente abbastanza anossico (essendo il cuore un organo con un rapporto di estrazione di ossigeno notoriamente alto).

La maggior parte delle altre risorse danno un valore normale ancora più basso per la SvO2, forse perché si riferiscono a pazienti malati critici con un’alta richiesta di ossigeno del miocardio. Uno studio del 2004 pubblicato su Chest vorrebbe farci credere che la ScvO2 è del 5% più alta della SvO2, e implica che la differenza può essere una misura dell’aumentato consumo di ossigeno del miocardio. Un altro articolo di revisione riporta che questa differenza cambia con la posizione della punta di campionamento del CVC (a 15 cm dalla valvola tricuspide, la ScvO2 era superiore dell’8%, ma nell’atrio destro era solo dell’1%). Forse, più grave è lo shock, maggiore è la differenza. L’immagine seguente illustra i valori di saturazione dell’ossigeno venoso in tre diversi siti lungo il catetere PA (guaina, porta iniettore prossimale, porta PA distale) di un paziente in grave shock settico, con una circolazione marcatamente iperdinamica:

Saturazione di ossigeno venoso (SvO2), pressione parziale e contenuto

La maggior parte dei libri di testo danno una pressione parziale (PvO2) di circa 40mmHg, che corrisponde a un valore di saturazione di ossigeno venoso misto di circa 70-75% (Barrat-Boyes et al, 1957). Quando si tratta di fare una sorta di uso pratico dei risultati dei gas sanguigni venosi, la PvO2 è generalmente ritenuta un giocatore minore, in quanto contribuisce minimamente al calcolo del contenuto di ossigeno venoso misto. Ed è il contenuto di cui avete bisogno, se avete intenzione di calcolare qualcosa di utile.

Il contenuto di ossigeno del sangue venoso misto ha molte influenze, che sono fondamentalmente le stesse di tutte le cose normali che influenzano il contenuto di ossigeno del sangue intero. Queste sono:

Contenuto totale di ossigeno nel sangue = (sO2 × ceHb × BO2 ) + (PO2 × 0,03)

dove:

• ceHb = la concentrazione effettiva di emoglobina
• PO2 = la pressione parziale di ossigeno nel sangue
• 0.03 = il contenuto, in ml/L/mmHg, di ossigeno disciolto nel sangue
• BO2 = la quantità massima di O2 legata all’Hb per unità di volume di sangue (normalmente 1,34 o 1,39)
• sO2 = saturazione di ossigeno

Questi determinanti non sono speciali, nel senso che non c’è nulla di particolarmente venoso che non si possa dire anche del sangue arterioso. Quindi, se si dovesse discuterli in una risposta d’esame sulla saturazione di ossigeno venoso misto, si dovrebbe probabilmente portare alcuni elementi aggiuntivi. Un buon elemento sarebbe la differenza nella capacità di trasporto dell’ossigeno tra il sangue arterioso e quello venoso, che è determinata da uno spostamento della curva di dissociazione ossigeno-emoglobina:

Perché il sangue venoso misto contiene più CO2 disciolta, ed è più acido, il valore p50 si sposta verso destra (è l’effetto Bohr). L’ampiezza dello spostamento in circostanze normali non è probabilmente molto grande. Quei pochi autori che riportano effettivamente valori di p50 venosa mista da soggetti normali (es. Kronenberg et al, 1971) tendono a riportare valori all’interno di un intervallo i cui confini includono la normale p50 arteriosa (26,6 mmHg).

Torniamo però ai SAQ del college, che chiedevano specificamente la PO2 venosa mista, e in realtà penalizzavano le persone che cercavano di indirizzare la domanda in un territorio più significativo. Come facciamo a distillare la complessa interazione dei fattori di cui sopra in una forma che metta questo parametro relativamente minore in primo piano? Si potrebbe probabilmente dire qualcosa del genere:

• Il PO2 nel sangue venoso misto è un importante determinante del suo contenuto di ossigeno:
  • Il PO2 descrive la percentuale di ossigeno disciolto (PO2 × 0.03)
  • La PO2 determina anche la SvO2 secondo la forma della curva di dissociazione ossigeno-emoglobina nel sangue venoso misto
    • Questa curva è leggermente spostata a destra (rispetto al sangue arterioso) a causa dell’effetto Bohr
  • La SvO2 determina quindi il trasporto di ossigeno da parte dell’emoglobina nel sangue venoso misto, e quindi il contenuto di ossigeno venoso misto

Determinanti del contenuto di ossigeno venoso misto

A parte i determinanti della capacità di trasporto di ossigeno, il contenuto di ossigeno del sangue venoso misto è determinato dai seguenti fattori principali:

• Quanto ossigeno c’era in esso prima di diventare sangue venoso; cioècioè il contenuto di ossigeno arterioso
• Quanto di questo sangue arterioso è stato consegnato ai tessuti, cioè la portata cardiaca,
• Quanto ossigeno è stato estratto da esso dai tessuti, cioè il consumo sistemico di ossigeno (VO2)

Queste determinanti, se si guarda da vicino, sono i componenti dell’equazione di Fick, dove la portata cardiaca è calcolata dal rapporto tra il consumo sistemico di ossigeno e la differenza arteriovenosa del contenuto di ossigeno:

dove

• CO è la portata cardiaca,
• VO2 è il consumo di ossigeno dell’organismo, in ml/min,
• CaO2 è il contenuto di ossigeno arterioso in ml/L, e
• CvO2 è il contenuto di ossigeno venoso.

Un’equazione riorganizzata, risolvendo per CvO2, può essere trovata in Farkas (2017):

dove gli elementi extra sono:

• ceHb = la concentrazione effettiva di emoglobina
• BO2 = la quantità massima di O2 legata all’Hb per unità di volume di sangue (normalmente 1,34 o 1.39)

Contenuto di ossigeno venoso misto e ossigenazione arteriosa

Se si dovesse descrivere l’importanza dell’ossigenazione arteriosa sull’ossigenazione venosa mista, si potrebbe probabilmente produrre un grafico grezzo (usando la suddetta equazione) dove il consumo di ossigeno (VO2) rimane lo stesso mentre il CaO2 scende:

Sarebbe stato probabilmente più semplice dire che l’ossigenazione venosa mista scende in proporzione alla caduta dell’ossigenazione arteriosa, a parità di altre condizioni. Di solito non rimangono uguali, naturalmente (si consideri che la gittata cardiaca e il pH non rimarrebbero tranquillamente invariati quando la SaO2 diminuisce al 50%). La richiesta di ossigeno dei tessuti rimane generalmente la stessa, tuttavia, e se si fornisce meno ossigeno a loro, allora meno ossigeno rimarrà nel sangue venoso dopo che hanno finito con esso. Lo stesso vale per un aumento dell’apporto di ossigeno. Qui, un grafico di Reinhart et al (1989) dimostra gli effetti dell’ipossia e dell’iperossia sulla SvO2 e ScvO2 di alcuni animali da esperimento:

Contenuto di ossigeno venoso misto e VO2

VO2, il tasso di consumo di ossigeno dei tessuti, determina ovviamente quanto ossigeno rimane nel sangue arterioso quando passa attraverso i tessuti e diventa venoso. Questo concetto, insieme al rapporto di estrazione dell’ossigeno, è discusso più in dettaglio nel capitolo sulla relazione tra ossigenazione venosa e metabolismo cellulare. In breve, se la portata cardiaca e l’ossigeno arterioso rimangono gli stessi, allora un aumento del consumo sistemico di ossigeno produrrà una diminuzione del contenuto di ossigeno venoso misto, poiché viene estratto più ossigeno. Allo stesso modo, tutto ciò che diminuisce il consumo totale di ossigeno del corpo porterà ad un aumento della SvO2.

Le manovre che riducono la domanda metabolica totale del corpo chiaramente aumentano il contenuto di ossigeno venoso misto. Per esempio, l’induzione dell’anestesia con sufentanil e suxamethonium ha aumentato la SvO2 dal 75% all’82% in media, mentre la portata cardiaca è diminuita leggermente (Colonna-Romano et al, 1994). Andando oltre, in pazienti già anestetizzati sottoposti a chirurgia cardiaca, Hu et al (2016) hanno scoperto che la SvO2 aumentava dal 79% all’83% quando i pazienti venivano raffreddati a circa 30ºC. Con l’aumento del raffreddamento, il tasso metabolico corporeo totale diminuisce ulteriormente. Pesonen et al (1999) hanno registrato una SvO2 del 93% nei bambini a 21ºC, poco prima dell’inizio dell’arresto circolatorio ipotermico profondo.

Ipoteticamente, se il corpo non usasse assolutamente ossigeno, il contenuto di ossigeno venoso misto sarebbe identico a quello arterioso (CaO2 = CvO2). Questo è il motivo per cui la tossicità da cianuro è una specie di classico della letteratura SvO2, poiché il cianuro ha l’effetto di abolire completamente il metabolismo mitocondriale dell’ossigeno, impedendo efficacemente ai tessuti di utilizzare l’ossigeno circolante. Martin-Bermudez et al (1997) riportano un caso di ingestione intenzionale di cianuro in cui la SvO2 è aumentata al 95,2%, qualcosa che la letteratura tende a descrivere come arteriolizzazione. L’esempio più estremo viene da Chung et al (2016), che riportano la loro gestione di una donna di 77 anni che è finita con una SvO2 del 99,8% in un caso di tossicità da nitroprussiato mentre era in bypass. L’immagine originale dal loro articolo è riprodotta qui come un bel saluto all’anestesista coreano che ha tirato fuori il suo telefono e ha scattato una foto delle linee mentre il personale di sala stava freneticamente diluendo il tiosolfato.

Contenuto di ossigeno venoso misto e portata cardiaca

Infine, la portata cardiaca influenza la concentrazione di ossigeno venoso misto, al punto che la SvO2 è stata proposta come misura surrogata della portata cardiaca. Questo è discusso a lungo nel capitolo sull’uso pratico dei gas ematici venosi centrali e misti.

Se la portata cardiaca diminuisce, anche il contenuto di ossigeno venoso diminuirà, a condizione che tutto il resto rimanga uguale. Il contenuto di ossigeno del sangue arterioso vale qualcosa solo se quel sangue viene pompato in giro. Se la circolazione è lenta e pigra, il tasso di consegna dell’ossigeno ai tessuti finisce per essere relativamente lento, mentre il tasso di estrazione dell’ossigeno rimane lo stesso – il che naturalmente dà luogo a una diminuzione del contenuto di ossigeno venoso misto. Allo stesso modo, se il tasso di consegna dell’ossigeno aumenta ben al di sopra del livello della domanda dei tessuti, il sangue rimanente nella circolazione venosa sarà ancora ragionevolmente ben ossigenato. Da ciò, si potrebbe giungere alla conclusione che misurare la SvO2 potrebbe essere un metodo ragionevolmente buono per stimare la portata cardiaca (o almeno per rilevare i cambiamenti in essa), ma purtroppo nel mondo reale del letto del paziente questo non è il caso.

Contenuto di CO2 venosa mista

Avendo visto i principali determinanti del contenuto di ossigeno venoso misto, il lettore avrà ormai capito che è facile applicare gli stessi principi alla CO2 venosa mista. Osserva:

• La PCO2 venosa mista è di solito circa 46 mmHg, ed è determinata dal contenuto totale di ossigeno del sangue venoso misto e dalla forma della curva di dissociazione della CO2
• Il contenuto totale di CO2 del sangue venoso misto, che è di solito circa 520 ml/L, è descritto dall’equazione di Fick modificata:
  

  VCO2 = CO × k × (PvCO2 – PaCO2)

  dove

  • VCO2 è il tasso di produzione di CO2,
  • CO è la portata cardiaca,
  • PvCO2 – PaCO2 è la differenza di CO2 arterovenosa, e
  • k è un coefficiente usato per descrivere la relazione quasi lineare tra il contenuto di CO2 e la pressione parziale nel sangue.

  • Il contenuto di CO2 del sangue arterioso – qualsiasi aumento della CO2 arteriosa sarà ereditato dalla CO2 venosa mista. Questo è controllato dai riflessi della ventilazione centrale.
  • La produzione di CO2 nei tessuti, che è legata al tasso di metabolismo aerobico e al consumo di ossigeno (VO2). Un basso tasso metabolico causerà una diminuzione della CO2 venosa mista (es. ipotermia).
  • La gittata cardiaca, che determina il tasso di rimozione della CO2 dai tessuti.
    • Una scarsa gittata cardiaca (per es. nello shock cardiogeno) causerà un aumento della CO2 venosa mista per un “fenomeno di stagnazione”
      • Si aggiungerà una quantità anormalmente grande di CO2 al sangue capillare per unità di volume se il tempo di transito è aumentato (cioè il flusso è diminuito).La capacità del sangue di trasportare CO2, che è descritta dalla curva di dissociazione della CO2:
        • La curva è spostata a sinistra perché l’emoglobina deossigenata ha una maggiore affinità per la CO2 (effetto Haldane).