Gemengd veneus zuurstof- en kooldioxidegehalte

Dit hoofdstuk is nauwelijks relevant voor paragraaf G4(iii) van de 2017 CICM Primary Syllabus, waarin de examenkandidaat wordt gevraagd “de factoren te beschrijven die van invloed zijn op de veneuze zuurstofsaturatie”. Hoewel het college voorzichtig was om het niet centrale veneuze zuurstofsaturatie te noemen, is het veilig om aan te nemen dat dit is wat ze dachten, aangezien perifere veneuze zuurstofsaturatie in principe nutteloos is. Centrale veneuze zuurstofsaturatie daarentegen kan nuttig zijn, ook al heeft het veel aan populariteit ingeboet sinds het overreden werd door de ANZICS CTG party bus.

Zoals altijd weerhoudt een gebrek aan klinische relevantie de examinatoren er niet van gedetailleerde vragen te stellen over een onderwerp, vooral als het vanuit een abstract wetenschappelijk standpunt interessant is. Zelfs nadat het in de literatuur met voeten werd getreden, is veneuze oxygenatie vaak opgedoken in het CICM Eerste Deelexamen. Tot nu toe is het het onderwerp geweest van twee SAQ’s:

• Vraag 19 uit het eerste paper van 2017
• Vraag 10 uit het eerste paper van 2008

Specifiek, de stam van deze vragen vroeg naar de gemengde veneuze PO2, de partiële druk van zuurstof in gemengd veneus bloed; het commentaar van de examinatoren (“…een aantal kandidaten schreef over gemengde veneuze zuurstofsaturatie” werd genoemd onder de veel voorkomende fouten). Bovendien werd in vraag 23 van het tweede paper van 2015 en vraag 7 van het eerste paper van 2011 gevraagd naar de determinanten van het gemengd veneus CO2-gehalte. Omdat de concepten die worden gebruikt om dit uit te leggen erg op elkaar lijken, werd het bij gebrek aan een betere plaats om het te plaatsen, aan het einde van dit hoofdstuk toegevoegd.

Samengevat:

dit blijft een aantrekkelijk onderwerp voor overzichtsartikelen, zij het met een zichtbare verandering in toon die in de loop der jaren is geëvolueerd. Van zeer optimistische werken die eerder deze eeuw zijn gepubliceerd (bijv. Emanuel Rivers et al, 2001), publiceren mensen nu papers met titels als “Should We Abandon Measuring SvO2 or ScvO2 in Patients with Sepsis?”(Teboul et al, 2019). Pearse & Rhodes (2005) geven een solide opsplitsing van de fysiologie (zelfs met inbegrip van enkele normale waarden) en hun werk is verfrissend goed gerefereerd. Voor gemengd veneus CO2 was er geen beter overzicht dan Lamia et al (2006).

Veneus, centraal veneus en gemengd veneus bloed

Het lijkt logisch om eerst vast te stellen waar we het precies over hebben. In de kortst mogelijke vorm is veneus bloed al het bloed dat van de post-capillaire venen terugstroomt naar het hart, nadat het gas en andere stoffen heeft uitgewisseld met de weefsels.

Als gevolg van de gasuitwisseling zal de samenstelling van dit bloed anders zijn. Er zal minder zuurstof in zitten, meer CO2, en andere metabolische bijproducten zullen aanwezig zijn.

Het verschil in samenstelling zal dus een afspiegeling zijn van de metabolische activiteit. Kortom, er zou een verband moeten bestaan tussen het celmetabolisme en de samenstelling van het veneuze bloed, met name het zuurstofgehalte (aangezien het zuurstofverbruik een goede weergave is van de stofwisselingssnelheid).

Hieruit volgt logischerwijze dat

• het zuurstofgehalte van bloed dat uit een ader is afgenomen, de stofwisselingsactiviteit weergeeft van de specifieke weefsels waaruit het bloed is afgetapt.
• De oxygenatie van veneus bloed in de centrale vaten zou dus de metabolische activiteit van het gehele lichaam moeten weerspiegelen
• Deze informatie zou nuttig kunnen zijn om de therapie te sturen, omdat zij een vergelijking mogelijk zou maken tussen zuurstoflevering en zuurstofextractie (uitgedrukt als de zuurstofextractie ratio)

Hieruit volgt ook dat de centrale veneuze oxygenatie veel belangrijker is dan de perifere, en dat als je het zuurstofverbruik van het hele organisme wilt beoordelen, het belangrijk is om zo centraal als je kunt te krijgen. Zoals u hieronder zult zien, maakt zelfs het verschil van 10 cm tussen de rechteratrium en de pulmonale arteriële bemonsteringsplaatsen enkele procentpunten uit.

Erkennend dat dit hoofdstuk afdrijft naar gevaarlijk pragmatisch gebied, laten we het terugsturen naar abstracte wetenschap en cynische test-savvy examenvoorbereiding.

Definitie van gemengd veneus bloed

In de meeste SAQ’s over dit onderwerp is specifiek gevraagd naar gemengd veneus bloed, en de opmerkingen van het college lijken de nadruk te leggen op de definitie van deze term. De meest grondige poging om het fysiologische belang van gemengd veneus bloed in de definitie op te nemen, is gedaan door Kandel & Aberman (1983):

“Gemengd veneus bloed is idealiter afkomstig van een poel veneus bloed met de volgende kenmerken: (1) het bevat al het bloed dat capillaire haarvaten heeft doorkruist waarmee zuurstof aan het bloed kan worden onttrokken; (2) het bevat geen bloed dat geen capillaire haarvaten heeft doorkruist waarmee zuurstof aan het bloed kan worden onttrokken (bv. geen bloed dat van de linkerkamer naar de rechterkamer is gerangeerd, zoals bij een ventrikelseptumdefect); en (3) het bevat bloed dat zo grondig gemengd is dat er overal sprake is van één zuurstofverzadiging, ondanks het feit dat het bloed uit bloed met uiteenlopende zuurstofverzadigingen is samengesteld.”

Deze definitie heeft slechts één nadeel, namelijk dat ze absoluut geen respect heeft voor de tijd of aandachtsspanne van de lezer. Dat is misschien prima onder de geletterde abonnees van de Archives of Internal Medicine, maar een CICM-examinator die al zeventig vragen heeft gecorrigeerd, zal geen geduld hebben voor omslachtigheid. Het is duidelijk dat er een onleesbare versie nodig is:

“Gemengd veneus bloed is:

• bemonsterd uit de longslagader
• gemengd in de rechterventrikel uit meerdere veneuze bronnen
• representatief voor de zuurstofonttrekking voor het gehele lichaam”

Of, uit deel één, een nog kortere definitie die voldoet aan alle essentiële criteria uit het commentaar van de examinator:

“Bloed uit de IVC, SVC en coronaire sinus, dat is gemengd door de pompwerking van het RV en gewoonlijk wordt bemonsterd uit de longslagader.”

Of een die het absolute minimum aan informatie bevat en toch op het randje nauwkeurig blijft:

“Gemengd veneus bloed is arterieel pulmonaal bloed.”

Samenstelling van gemengd veneus bloed

“Goede antwoorden gaven ook de variërende PO2 van verschillende weefselbedden waaruit gemengd veneus bloed bestaat”, gebood de examinatoren in hun SAQ-commentaar. Men zou erop kunnen wijzen dat, per definitie, alle weefselbedden gemengd veneus bloed maken. Enkele representatieve bijdragers uit deze grote groep zijn opgenomen als gelabelde elementen van het volgende diagram:

Dit is eigenlijk een modificatie van een bekend diagram van Konrad Reinhart, terug te voeren op zijn welluidend getitelde “Zum Monitoring des Sauerstofftransportsystems” (1988). Niet alleen is het in het Duits, maar het is ook onmogelijk om een elektronisch exemplaar van Der Anaesthesist uit 1988 te bemachtigen. We zullen dus misschien nooit weten waar die nummers vandaan komen. Bovendien lijken niet alle getallen plausibel, en sommige ontbraken. De SVC- en IVC-waarden moesten worden gehaald uit Leiner et al. (2008), de nierader uit Nielsen et al. (1992), en de jugularis uit Nakamura (2011).

Verschil tussen SvO2 en ScvO2

Er bestaat in de literatuur brede overeenstemming dat er een verschil is tussen de centrale veneuze zuurstofverzadiging (ScvO2) en de gemengde veneuze zuurstofverzadiging (SvO2), hoewel niet iedereen het erover eens is dat het verschil klinisch significant is.

Er lijkt af en toe enige onenigheid te bestaan over de vraag welke waarde hoger is. Oh’s Manual (p.154 van de 7e ed). geeft aan dat onder normale fysiologische omstandigheden de centrale veneuze saturatie (ScvO2) 2-3% lager is dan de gemengde veneuze zuurstofsaturatie (SvO2). Dus, als iemands kruisproefexaminator toevallig Thomas John Morgan of Balasubramanian Venkatesh is, zou men er verstandig aan doen deze informatie te herkauwen.

Treurig genoeg nemen zij waarschijnlijk niet deel aan eerste-deel-viva’s; aangezien hun hoofdstuk zo ongeveer de enige bron is die deze bewering doet. Gemiddelde waarden rechtstreeks gemeten bij gezonde vrijwilligers door Barrat-Boyes et al (1957) kregen een gemiddelde van 78,4% in de SVC en 76,8% in de pulmonale arterie. De daling van het zuurstofgehalte tussen het centrale veneuze en het pulmonale arteriële bloed wordt gewoonlijk toegeschreven aan het bloed dat uit de veneuze sinus komt, dat typisch vrij anoxisch is (het hart is een orgaan met een befaamde hoge zuurstofonttrekkingsratio).

De meeste andere bronnen geven een nog lagere normale waarde voor de SvO2, misschien omdat ze verwijzen naar kritisch zieke patiënten met een hoge myocardiale zuurstofbehoefte. Een studie uit 2004 gepubliceerd in Chest wil ons doen geloven dat de ScvO2 5% hoger is dan de SvO2, en impliceert dat het verschil een maat kan zijn voor een verhoogd myocardiaal zuurstofverbruik. Een ander overzichtsartikel meldt dat dit verschil verandert met de positie van de CVC-afnamepunt (op 15 cm van de tricuspidalisklep was de ScvO2 8% hoger, maar in de rechterboezem was hij slechts 1% hoger). Misschien is het verschil groter naarmate de shock ernstiger is. De volgende afbeelding toont de veneuze zuurstofverzadigingswaarden op drie verschillende plaatsen langs de PA-katheter (schede, proximale injectorpoort, distale PA-poort) van een patiënt in ernstige septische shock, met een duidelijk hyperdynamische circulatie:

Veneuze zuurstofverzadiging (SvO2), partiële druk en gehalte

De meeste handboeken geven een partiële druk (PvO2) van ongeveer 40mmHg, wat overeenkomt met een gemengde veneuze zuurstofverzadigingswaarde van ongeveer 70-75% (Barrat-Boyes et al, 1957). Wanneer het erop aankomt de resultaten van veneuze bloedgassen praktisch bruikbaar te maken, wordt de PvO2 over het algemeen beschouwd als een ondergeschikte speler, aangezien hij slechts een minimale bijdrage levert tot de berekening van het gemengde veneuze zuurstofgehalte. En het is het gehalte dat je nodig hebt, als je iets nuttigs wil berekenen.

Het zuurstofgehalte van gemengd veneus bloed ondergaat vele invloeden, die in wezen dezelfde zijn als alle normale dingen die het zuurstofgehalte van volbloed beïnvloeden. Deze zijn:

Totaal zuurstofgehalte van het bloed = (sO2 × ceHb × BO2 ) + (PO2 × 0,03)

Waar:

• ceHb = de effectieve hemoglobineconcentratie
• PO2 = de partiële druk van zuurstof in het bloed
• 0.03 = het gehalte, in ml/L/mmHg, van opgeloste zuurstof in het bloed
• BO2 = de maximale hoeveelheid aan Hb gebonden O2 per volume-eenheid bloed (gewoonlijk 1,34 of 1,39)
• sO2 = zuurstofverzadiging

Deze determinanten zijn niet speciaal, in die zin dat er niets speciaal veneus aan is dat niet ook over arterieel bloed gezegd kan worden. Als men deze dus zou bespreken in een examenantwoord over gemengde veneuze zuurstofverzadiging, zou men waarschijnlijk enkele bijkomende elementen moeten inbrengen. Een goed voorbeeld is het verschil in zuurstoftransportcapaciteit tussen arterieel en veneus bloed, dat ontstaat door een verschuiving van de dissociatiecurve van zuurstof en hemoglobine:

Omdat gemengd veneus bloed meer opgelost CO2 bevat, en zuurder is, verschuift de p50-waarde naar rechts (dit is het Bohr-effect). De grootte van de verschuiving onder normale omstandigheden is waarschijnlijk niet erg groot. De weinige auteurs die werkelijk gemengde veneuze p50 waarden van normale proefpersonen rapporteren (b.v. Kronenberg et al, 1971) hebben de neiging waarden te rapporteren binnen een bereik waarvan de grenzen de normale arteriële p50 (26,6 mmHg) omvatten.

Hoe dan ook, laten we terugkomen op de SAQ’s van het college, waarin specifiek werd gevraagd naar de gemengde veneuze PO2, en waarin mensen die probeerden de vraag in een zinvoller gebied te sturen, feitelijk werden bestraft. Hoe distilleren we het complexe samenspel van bovengenoemde factoren in een vorm die deze relatief onbelangrijke parameter op de voorgrond plaatst? Waarschijnlijk zou je zoiets kunnen zeggen:

• De PO2 in gemengd veneus bloed is in hoge mate bepalend voor het zuurstofgehalte:
  • De PO2 beschrijft het aandeel opgeloste zuurstof (PO2 × 0.03)
  • De PO2 bepaalt ook de SvO2 volgens de vorm van de zuurstof-haemoglobine dissociatiecurve in gemengd veneus bloed
    • Deze curve is enigszins naar rechts verschoven (vergeleken met arterieel bloed) vanwege het Bohr-effect
  • De SvO2 bepaalt vervolgens het zuurstoftransport door hemoglobine in gemengd veneus bloed, en dus het gemengd veneus zuurstofgehalte

Determinanten van het gemengd veneus zuurstofgehalte

Naast de determinanten van het zuurstofdragend vermogen wordt het zuurstofgehalte van gemengd veneus bloed bepaald door de volgende hoofdfactoren:

• Hoeveel zuurstof er in zat voordat het veneus bloed werd; d.d.w.z. arterieel zuurstofgehalte
• Hoeveel van dit arteriële bloed aan de weefsels werd afgegeven, d.w.z. de cardiale output,
• Hoeveel zuurstof er door de weefsels aan werd onttrokken, d.w.z. het systemisch zuurstofverbruik (VO2)

Deze determinanten zijn, als u goed kijkt, de componenten van de Fick-vergelijking, waarbij het cardiaal vermogen wordt berekend uit de verhouding van het systemisch zuurstofverbruik tot het arterioveneuze verschil in zuurstofgehalte:

waar

• CO de cardiale output is,
• VO2 het zuurstofverbruik van het organisme, in ml/min,
• CaO2 is het arteriële zuurstofgehalte in ml/L, en
• CvO2 is het veneuze zuurstofgehalte.

Een herschikte vergelijking, die oplost voor CvO2, is te vinden in Farkas (2017):

waar de extra elementen zijn:

• ceHb = de effectieve hemoglobineconcentratie
• BO2 = de maximale hoeveelheid Hb-gebonden O2 per eenheid volume bloed (normaal 1,34 of 1.39)

Vemengd veneus zuurstofgehalte en arteriële oxygenatie

Als men het belang van de arteriële oxygenatie op de gemengd veneuze oxygenatie zou moeten beschrijven, zou men waarschijnlijk een ruwe grafiek kunnen maken (met gebruikmaking van de bovenvermelde vergelijking) waarbij het zuurstofverbruik (VO2) gelijk blijft terwijl de CaO2 daalt:

Het zou waarschijnlijk eenvoudiger zijn geweest om gewoon te zeggen dat de gemengde veneuze oxygenatie daalt in verhouding tot de daling van de arteriële oxygenatie, waarbij alle andere dingen gelijk blijven. Meestal blijven die niet gelijk, natuurlijk (bedenk dat de cardiale output en de pH niet rustig onveranderd blijven als de SaO2 daalt tot 50%). De zuurstofbehoefte van de weefsels blijft echter over het algemeen gelijk, en als je ze minder zuurstof toedient, zal er ook minder zuurstof in het veneuze bloed overblijven nadat ze daarmee klaar zijn. Hetzelfde geldt voor een toename van de zuurstoftoevoer. Hier toont een grafiek van Reinhart et al. (1989) de effecten van hypoxie en hyperoxie op de SvO2 en ScvO2 van enkele proefdieren:

Gemengd veneus zuurstofgehalte en VO2

VO2, de snelheid van het weefselzuurstofverbruik, gaat uiteraard bepalen hoeveel zuurstof er in het arteriële bloed overblijft wanneer het door de weefsels is gegaan en veneus wordt. Dit concept wordt, samen met de zuurstofonttrekkingsverhouding, uitvoeriger besproken in het hoofdstuk over de relatie tussen veneuze oxygenatie en celmetabolisme. Kort samengevat: als het hartdebiet en de arteriële zuurstof gelijk blijven, zal een toename van het systemische zuurstofverbruik een afname van het gemengde veneuze zuurstofgehalte veroorzaken, omdat er meer zuurstof wordt onttrokken. Op dezelfde manier zal alles wat het totale zuurstofverbruik van het lichaam verlaagt, leiden tot een verhoging van de SvO2.

Manoeuvres die het totale metabolische verbruik van het lichaam verminderen, verhogen duidelijk het gemengd veneuze zuurstofgehalte. Bijvoorbeeld, de inductie van anesthesie met sufentanil en suxamethonium verhoogde de SvO2 van 75% tot 82% gemiddeld, terwijl de cardiale output licht daalde (Colonna-Romano et al, 1994). Gaan we verder, bij reeds verdoofde patiënten die een hartoperatie ondergingen, vonden Hu et al. (2016) dat de SvO2 toenam van 79% tot 83% wanneer de patiënten werden gekoeld tot ongeveer 30ºC. Naarmate er meer gekoeld wordt, daalt het totale lichaamsmetabolisme nog verder. Pesonen et al. (1999) registreerden een SvO2 van 93% bij kinderen bij 21ºC, vlak voor het begin van een diepe hypothermische circulatiestilstand.

Hypothetisch gezien, als het lichaam absoluut geen zuurstof zou gebruiken, zou het gemengd veneuze zuurstofgehalte identiek zijn aan het arteriële (CaO2 = CvO2). Daarom is cyanidetoxiciteit een klassieker in de SvO2-literatuur, omdat cyanide het mitochondriaal zuurstofmetabolisme volledig uitschakelt, zodat de weefsels geen circulerende zuurstof meer kunnen gebruiken. Martin-Bermudez et al. (1997) melden een geval van opzettelijke inname van cyanide waarbij de SvO2 steeg tot 95,2%, iets wat in de literatuur meestal wordt omschreven als arteriolisatie. Het meest extreme voorbeeld komt van Chung et al. (2016), die verslag doen van hun management van een 77-jarige vrouw die eindigde met een SvO2 van 99,8% in een geval van nitroprussidetoxiciteit terwijl ze aan de bypass lag. De originele afbeelding uit hun paper wordt hier gereproduceerd als een vrij saluut aan de Koreaanse anesthesist die zijn telefoon tevoorschijn haalde en een foto maakte van de lijnen terwijl het operatiekamerpersoneel verwoed bezig was met het verdunnen van het thiosulfaat.

Gemengd veneus zuurstofgehalte en cardiale output

Ten slotte beïnvloedt cardiale output de gemengd veneuze zuurstofconcentratie, tot het punt waarop de SvO2 is gesuggereerd als een surrogaatmaat voor cardiale output. Dit wordt uitvoerig besproken in het hoofdstuk over het praktische gebruik van centrale en gemengde veneuze bloedgassen.

Als de cardiale output afneemt, zal het veneuze zuurstofgehalte ook afnemen, op voorwaarde dat al het andere gelijk blijft. Het zuurstofgehalte van arterieel bloed is alleen iets waard als dat bloed wordt rondgepompt. Als de circulatie traag en traag is, is de snelheid waarmee zuurstof aan de weefsels wordt afgegeven uiteindelijk relatief laag, terwijl de snelheid waarmee zuurstof wordt onttrokken gelijk blijft – wat natuurlijk aanleiding geeft tot een daling van het gemengde veneuze zuurstofgehalte. Evenzo zal, als de snelheid van de zuurstoftoevoer veel hoger is dan de weefselvraag, het resterende bloed in de veneuze circulatie nog steeds redelijk goed van zuurstof zijn voorzien. Hieruit zou men kunnen concluderen dat het meten van de SvO2 een redelijk goede methode zou kunnen zijn om de cardiale output te schatten (of op zijn minst veranderingen daarin te detecteren), maar helaas is dit in de echte wereld aan het bed van de patiënt niet het geval.

Gemengd veneus CO2-gehalte

Nu de lezer de belangrijkste determinanten van het gemengd veneus zuurstofgehalte heeft gezien, zal hij zich inmiddels gerealiseerd hebben dat het gemakkelijk is precies dezelfde principes toe te passen op het gemengd veneus CO2-gehalte. Merk op:

• Gemengd veneus PCO2 is gewoonlijk ongeveer 46 mmHg, en wordt bepaald door het totale zuurstofgehalte van gemengd veneus bloed en de vorm van de CO2 dissociatiecurve
• Het totale CO2 gehalte van gemengd veneus bloed, dat gewoonlijk ongeveer 520 ml/L is, wordt beschreven door de aangepaste Fick vergelijking:
  

  VCO2 = CO × k × (PvCO2 – PaCO2)

  waar

  • VCO2 de snelheid van CO2-productie is,
  • CO het hartdebiet is,
  • PvCO2 – PaCO2 het arterioveneuze CO2-verschil is, en
  • k een coëfficiënt is die wordt gebruikt om het bijna lineaire verband tussen CO2-gehalte en partiële druk in het bloed te beschrijven.

  • Het CO2-gehalte van het arteriële bloed – elke toename van arterieel CO2 zal worden geërfd door het gemengd veneus CO2. Dit wordt gecontroleerd door de centrale ventilatiereflexen.
  • CO2-productie in de weefsels, die samenhangt met de snelheid van het aërobe metabolisme en het zuurstofverbruik (VO2). Een lage stofwisselingssnelheid zal een daling van gemengd veneus CO2 veroorzaken (bv. hypothermie).
  • Cardiale output, die bepalend is voor de snelheid waarmee weefsel CO2 verwijdert.
    • Een lage cardiale output (bv. in cardiogene shock) zal leiden tot een toename van het gemengd veneus CO2 door een “stagnatiefenomeen”
      • Dit wil zeggen dat een abnormaal grote hoeveelheid CO2 per volume-eenheid aan het capillair bloed wordt toegevoegd als de transittijd wordt verhoogd (d.w.z. de flow wordt verlaagd)
        • .
  • Het CO2-dissociatievermogen van bloed, dat wordt beschreven door de CO2-dissociatiecurve:
    • De curve is naar links verschoven omdat zuurstofarme hemoglobine een hogere affiniteit voor CO2 heeft (het Haldane-effect).