混合静脈の酸素と二酸化炭素量

この章は、2017年CICM Primary SyllabusのセクションG4（iii）で、「静脈酸素飽和度に影響を与える要因を説明せよ」と試験受験者に求めていることとほとんど関連性がありません。 大学側は中心静脈酸素飽和度と言わないように注意していましたが、末梢静脈酸素飽和度は基本的に意味がないので、このようなことを考えていると考えてよいでしょう。 それに対して中心静脈酸素飽和度は、ANZICS CTGのパーティーバスに轢かれて以来、人気がなくなってしまいましたが、役に立つことがあります。

いつものように、臨床的な関連性がなくても、特に抽象的な科学的観点から興味深いテーマであれば、試験官は詳細な質問をすることを止めません。 文献で踏みにじられた後でも、静脈酸素化はCICM第1部試験に頻繁に登場します。 これまで、2つのSAQ:

• 2017年第1回ペーパーより第19問
• 2008年第1回ペーパーより第10問

特に、これらの問題の幹は混合静脈PO2、混合静脈血中の酸素分圧を求めています。試験官のコメント（「・・・多くの受験者が混合静脈の酸素飽和度を書いていました」 がよく出る間違いに挙げられます）では、このようなことが述べられています。 さらに、2015年第2回論文の第23問、2011年第1回論文の第7問では、混合静脈CO2量の決定因子について問われた。 これを説明するための概念が非常に似ているため、置き場所に困り、本章の最後にタグ付けされた。

要約すると：

これは、年月とともに進化したトーンの変化が見られるものの、レビュー記事として魅力あるトピックであることは変わりない。 今世紀初めに出版された非常に楽観的な作品（例：Emanuel Rivers et al, 2001）から、人々は現在、「SvO2またはScvO2を敗血症の患者で測定することを放棄すべきか」（Teboul et al, 2019）のようなタイトルの論文を出版しています。 Pearse & Rhodes (2005)は生理学のしっかりとした内訳を示し（いくつかの正常値も含む）、彼らの仕事は爽やかによく参照されています。 混合静脈CO2については、Lamiaら（2006）より良い概要はありませんでした。

静脈血、中心静脈血、混合静脈血

最初に、まさに何について話しているのかを確立するのが論理的であると思われます。 簡単に説明すると、

• 静脈血とは、ガスやその他の物質を組織と交換した後、毛細血管後静脈から心臓に戻るすべての血液です。 ガス交換の結果、血液の組成は変化し、酸素が減り、二酸化炭素が増え、他の代謝副産物が存在するようになります。
• したがって、組成の違いは代謝活動を反映することになります。 要するに、細胞の代謝と静脈血の組成、特にその酸素化（酸素消費量は代謝率をよく表すので）の間には関係があるはずです。

このことから、

• 静脈から採取した血液の酸素量は、その血液が排出されている特定の組織の代謝活性を反映するという論理的な結論が得られます。
• したがって、中心血管の静脈血の酸素化は、体全体の代謝活動を反映しているはずです
• この情報は、酸素供給量と酸素抽出量（酸素抽出比として表されます）を比較できるため、治療の指針として有用と考えられます

中心静脈酸素化が末梢よりはるかに重要であることも導かれるのです。 であり、生体全体の酸素消費量を評価するのであれば、できる限り中心部を把握することが重要である。 後述するように、右心房と肺動脈のサンプリング部位が10cm違うだけでも、数パーセントの違いが出てくるのです。

この章が危険なほど実用的な領域に漂っていることを認識した上で、抽象的な科学とシニカルな試験に精通した試験準備に舵を切りましょう。

混合静脈血の定義

このトピックに関するほとんどのSAQは、特に混合静脈血について質問しており、大学のコメントはこの用語の定義を強調しているように見えます。 混合静脈血の生理学的重要性を定義に組み込むという観点から、最も徹底した試みは、Kandel & Aberman (1983):

「混合静脈血は、理想的には以下の特性を持つ静脈血のプールから得られるものである。 (1) 血液から酸素を抽出できる毛細管床を通過したすべての血液を含む、(2) 血液から酸素を抽出できる毛細管床を通過しなかったすべての血液を除く（例えば、心室中隔欠損の存在のように左心室から右心室へシャントされた血液を除く）、および (3) 酸素飽和度の異なる血液で形成されているものの全体で単一の酸素飽和度となるほど完全に混合した血液を含む、です。「

この定義には、読者の時間や注意力をまったく尊重していないという欠点が1つだけあります。 Archives of Internal Medicine の文字通りの購読者の間ではいいかもしれませんが、すでに70問をマークしている CICM の試験官には、迂遠な表現に我慢がならないでしょう。 明らかに、デファットバージョンが必要なのです。

「混合静脈血は。

• 肺動脈から採取された血液
• 複数の静脈源から右心室で混合された血液
• 体全体の酸素抽出量の代表値」

あるいは、Part 1 から、試験官のコメントから必須条件をすべて満たすさらに短い定義があります。

「IVC、SVC、および冠状静脈洞からの血液は、RV のポンプ作用によって混合され、通常は肺動脈から採取される」

または、最低限の情報を含みながら、境界線上の正確さを保つもの：

「混合静脈血は肺動脈血である」。「

混合静脈血の組成

「良い回答は、混合静脈血を構成する異なる組織床からのさまざまなPO2も提供しています」と、試験官はSAQ解説で命じています。 定義上、すべての組織床が混合静脈血を構成していることを指摘することができます。 この大きなプールからのいくつかの代表的な寄与は、次の図のラベル付き要素として含まれています:

これは実際には Konrad Reinhart による有名な図の修正で、彼の「Zum Monitoring des Sauerstofftransportsystems」（1988）という滑らかなタイトルまで遡ることができます。 ドイツ語であるばかりか、1988年当時のDer Anaesthesist誌の電子版を入手することは不可能である。 したがって、これらの数字がどこから来たのか、私たちにはわからないかもしれない。 しかも、すべての数値が妥当と思えるわけではなく、欠落しているものもある。 SVCとIVCの数値はLeiner et al (2008)から、腎静脈はNielsen et al (1992)から、頸静脈はNakamura (2011)から引用する必要があった。

SvO2とScvO2の違い

中心静脈酸素飽和度（ScvO2）と混合静脈酸素飽和度（SvO2）に違いがあることは文献上では広く認められているが、その違いが臨床的に有意であることに誰もが同意しているとは限らない

どちらが高いかについて時々意見が分かれるようである。 Oh’s Manual（第7版154ページ）には、正常な生理状態では中心静脈飽和度（ScvO2）は混合静脈酸素飽和度（SvO2）より2～3％低いと明記されている。 もし、クロステーブルの試験官がThomas John MorganかBalasubramanian Venkateshであれば、この情報を復唱するのが賢い選択でしょう。 Barrat-Boyesら（1957）によって健康なボランティアで直接測定された平均値は、SVCで78.4％、肺動脈で76.8％の平均値を得ました。 中心静脈血と肺動脈血の間で酸素濃度が低下するのは、通常、静脈洞から出る血液がかなり無酸素状態であるためと考えられる（心臓は酸素抽出率の高いことで有名な臓器である）。

他のほとんどの資料では、SvO2の正常値はさらに低くなっていますが、これはおそらく心筋の酸素要求量が高い重篤な患者を対象にしているためでしょう。 2004年のChest誌に掲載された研究では、ScvO2がSvO2より5%高いことを信じさせ、その差が心筋酸素消費量の増加の指標となる可能性があることを暗示している。 さらに別の総説では、この差はCVCサンプリングチップの位置によって変化すると報告している（三尖弁から15cmの位置ではScvO2は8％高かったが、右心房では1％しか高くなかった）。 おそらく、ショックが重くなればなるほど、その差は大きくなるのだろう。 次の図は、重症敗血症性ショックで循環動態が著しく悪い患者のPAカテーテル（シース、近位インジェクターポート、遠位PAポート）に沿った3つの部位での静脈酸素飽和度の値を示している。

静脈酸素飽和度（SvO2）、分圧および含量

大部分の教科書は、約40mmHgの分圧（PvO2）を与え、これは約70〜75％の混合静脈酸素飽和度の値に相当する（Barrat-Boyes et al、1957年）。 静脈血ガス結果を何らかの形で実用化する場合、PvO2は混合静脈酸素量の算出にほとんど寄与しないため、一般にはマイナーな存在とされている。 しかし、もし有用な計算をしようとするならば、この酸素濃度は必要不可欠なものです。

混合静脈血の酸素量には多くの影響がありますが、それは全血の酸素量に影響を与える通常のものと基本的に同じです。 これらは、

全血酸素量 = (sO2 × ceHb × BO2 ) + (PO2 × 0.03)

ここで：

• ceHb = 有効ヘモグロビン濃度
• PO2 = 血液中の酸素分圧
• 0.0.03 = 溶存酸素量（ml/L/mmHg）
• BO2 = 単位血液量あたりのHb結合酸素量（通常1.34または1.39）
• sO2 = 酸素飽和度

これらの決定要素は、動脈血についても言えないことはないが特別な静脈血がない、との意味において、決して特別なものではない。 したがって、試験の解答で混合静脈の酸素飽和度について論じるとしたら、おそらく何らかの追加要素を持ち込む必要があるでしょう。 例えば、動脈血と静脈血の酸素運搬能力の差は、酸素-ヘモグロビン解離曲線のシフトによってもたらされます：

混合静脈血には溶存二酸化炭素が多く含まれており、より酸性なので、p50値は右にシフトします（これがボーア効果です）。 通常の状況下でのシフトの大きさは、おそらくあまり大きくはないでしょう。 正常な被験者の混合静脈のp50値を実際に報告している数少ない著者（例えばKronenbergら、1971年）は、正常な動脈のp50（26.6mmHg）を含む範囲内の値を報告する傾向がある。

しかし、大学のSAQに話を戻すと、混合静脈のPO2を具体的に尋ね、実際に質問をより意味のある領域に誘導しようとした人にペナルティを課しています。 上記のような複雑な要因が絡み合っている中で、この比較的マイナーなパラメータを前面に押し出すにはどうすればよいのでしょうか。 1000>

• The PO2 in mixed venous blood is a major determinant of its oxygen content:
  • The PO2 describes the proportion of dissolved oxygen (PO2 × 0.0).03）
  • PO2はまた、混合静脈血の酸素-ヘモグロビン解離曲線の形状に従ってSvO2を決定する
    • この曲線はボーア効果のために（動脈血と比較して）わずかに右シフトしている
  • そしてSvO2は混合静脈血中のヘモグロビンによる酸素運搬を決定する。 したがって、混合静脈酸素量

混合静脈酸素量の決定因子

酸素運搬能力の決定因子とは別に、混合静脈血液の酸素量は主に次の因子によって決定される。

• 静脈血になる前にどれだけの酸素が含まれていたか、すなわち。動脈血の酸素量
• この動脈血がどれだけ組織に送られたか、すなわち心拍出量
• 組織がそこからどれだけ酸素を取り出したか、すなわち、動脈血の酸素量
• は、主に次の要因によって決まる。 全身酸素消費量（VO2）

これらの決定因子は、よく見るとFick式の構成要素であり、心拍出量は全身酸素消費量と動静脈酸素量差の比から計算される。

ここで

• COは心拍出量、
• VO2は生体の酸素消費量、ml/min、
• CaO2は動脈酸素量（ml/L）、
• CvO2は静脈酸素量である。

CvO2を解く、再配列した式は、Farkas（2017）にあります。

ここで余分な要素は：

• ceHb = 有効ヘモグロビン濃度
• BO2 = 単位血液量あたりのHb結合O2最大量（通常1.34または1.39）

混合静脈酸素量と動脈酸素量

混合静脈酸素量に対する動脈酸素量の重要性を説明する必要があれば、酸素消費量（VO2）が同じでCaO2が低下する粗いグラフ（上記の式を使用）を作成できるかも知れません。

動脈酸素化度の低下に比例して混合静脈酸素化度が低下する、他の条件はすべて同じ、と言えば簡単だったでしょう。 もちろん、通常は等しくありません（SaO2が50%まで低下しても、心拍出量とpHは落ち着いて変化しないことを考慮してください）。 しかし、組織の酸素需要は一般に同じであり、組織に供給する酸素を減らせば、組織が使い終わった後の静脈血に残る酸素は少なくなる。 酸素供給量が増えても同じことが言えます。 ここで、Reinhart ら (1989) のグラフは、いくつかの実験動物の SvO2 と ScvO2 に対する低酸素と高酸素の影響を示しています:

Mixed venous oxygen content and VO2

VO2, 組織の酸素消費率は、組織を通過して静脈となった動脈血にどのくらいの酸素が残っているか明らかに決定しようとしているのです。 この概念については、酸素抽出比とともに、静脈酸素化と細胞代謝の関係の章で詳しく説明する。 簡単に言えば、心拍出量と動脈血酸素が同じであれば、全身酸素消費量の増加は、より多くの酸素が抽出されるため、混合静脈酸素量の減少をもたらすことになる。 同様に、全身の酸素消費量を減少させるものは、SvO2の増加につながる。

全身の代謝需要を減少させる操作は、明らかに混合静脈酸素量を増加させる。 例えば、スフェンタニルとサキサメトニウムによる麻酔導入は、心拍出量がわずかに減少する一方で、SvO2を平均で75%から82%に増加させた(Colonna-Romano et al, 1994)。 さらに進んで、心臓手術を受けるすでに麻酔をかけた患者さんにおいて、Huら（2016）は、患者さんを約30℃まで冷却するとSvO2が79%から83%に上昇することを明らかにしました。 さらに冷却を行うと、全身代謝率はさらに低下します。 Pesonenら（1999）は、深部低体温循環停止開始直前の21℃の小児でSvO2が93％を記録しています。

仮に、体がまったく酸素を使用していない場合、混合静脈の酸素量は動脈と同じになります（CaO2 = CvO2）。 シアンはミトコンドリアによる酸素代謝を完全に停止させ、組織が循環酸素を一切使用しないようにする効果があるため、シアンの毒性はSvO2文献の中でも古典的なものとなっている。 Martin-Bermudez et al (1997)は意図的なシアン化物摂取の症例を報告し、SvO2が95.2%まで上昇し、文献では動脈硬化と表現される傾向があることを述べている。 最も極端な例はChungら（2016）によるもので、バイパス中にニトロプルシド中毒を起こし、SvO2が99.8%になった77歳女性の管理について報告しています。 彼らの論文のオリジナル画像は、劇場スタッフが必死にチオ硫酸塩を希釈している間に携帯電話を取り出してラインの写真を撮った韓国の麻酔科医にかなり敬意を表して、ここに再現されています

Mixed venous oxygen content and cardiac output

最後に、SvO2が心拍数の代用指標として提案されているほど心拍数が混合静脈酸素濃度に影響するのです。 これについては、中心静脈と混合静脈の血液ガスの実用的な使用の章で詳しく説明されている。

心拍出量が減少すれば、他のすべてが同じであれば、静脈酸素量も減少する。 動脈血の酸素含有量は、その血液が送り出されている場合にのみ価値があるのです。 循環が緩慢で不調であれば、組織への酸素供給速度は相対的に遅くなり、一方、酸素抽出速度は変わらない–これは当然、混合静脈酸素量の減少を生じさせることになる。 同様に、酸素供給速度が組織の要求レベルをはるかに超えて増加した場合、静脈循環に残された血液はまだ十分に酸素化されていることになる。 このことから、SvO2の測定は心拍出量を推定する（または少なくともその変化を検出する）ための合理的に優れた方法であるという結論に達するかもしれませんが、残念ながら患者のベッドサイドという現実の世界ではそうではありません。 Observe:

• 混合静脈PCO2は通常約46mmHgであり、混合静脈血の総酸素量とCO2解離曲線の形状によって決定される
• 混合静脈血の総CO2は通常約520ml/Lであり、修正Fick方程式で記述される。
  

  VCO2 = CO × k × (PvCO2 – PaCO2)

  ここで

  • VCO2 はCO2生成率、
  • CO は心拍出量である。
  • PvCO2 – PaCO2は動静脈CO2差、
  • kはCO2量と血中分圧のほぼ直線的な関係を表す係数である。

  • 動脈血のCO2量 – 動脈CO2の増加は、混合静脈CO2に引き継がれます。 これは中枢換気反射によって制御されます。
  • 組織におけるCO2生成は、好気性代謝と酸素消費量（VO2）の割合に関係します。 代謝率が低いと混合静脈のCO2が減少する（例：低体温）。
    • 心拍出量は、組織のCO2除去速度を決定する。
      • 心拍出量が低下すると（心原性ショックなど）、「停滞現象」によって混合静脈CO2の増加を引き起こす。
  • CO2 解離曲線で表される血液の CO2 運搬能力：
    • 脱酸素化ヘモグロビンは CO2 に対して高い親和性を持つので曲線は左シフトしている（Haldane 効果）