Může se anesteziolog poučit z fyziologie extrémních výšek?...Rahn H, Otis AB. Man´s...

transcript

Může se anesteziolog poučit

z fyziologie extrémních výšek?

Pavel Ševčík

ARK FN Ostrava a LF Ostravské univerzity

Extrémní výšky jsou prostředím

• Hypobarickým

• Hypoxickým

• Mrazivým

• Větrným

• Suchým

• Plným UV záření

• Je to totálně nebezpečné prostředí

„It is an extraordinary coincidence that

the highest point on Earth is very close

to the limit of human tolerance to

hypoxia.“

John B. West. Human responses to extreme altitudes.

Integrative and Comparative Biology 2006;46(1):25-34.

Vysvětlení ?

• Evoluční vysvětlení pro to nemáme

• Neexistuje jakákoli výhoda pro přežívání ve výškách nad 6000 m

• Není tam ani potrava ani jiné vhodné komodity

• Lezou tam „pouze“ horolezci „protože velehory tu jsou“

West JB. Everest – The Testing Place. McGraw-Hill, 1985

Tři způsoby odpovědi lidského

organismu na velkou výšku

• Aklimatizace na velkou výšku

• Evoluční adaptace na velkou výšku

• Fyziologické odpovědi na extrémní výšku

West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006

Aklimatizace na velkou výšku

• Týká se obyvatelů nížin

• Funguje do 5000 m

• Hyperventilace

• Téměř kompletní renální kompenzace RAL

• Polycytémie

• Zvýšení intracelulárních oxidativních enzymů

• V některých tkáních zmenšení interkapilárních difúzních vzdáleností

Evoluční adaptace

• Obyvatelé vysokých poloh – po generace v Tibetu, v jihoamerických Andách

• Do výšky 5000 m (La Riconada – Peru 5100 m, důl Aucanquilcha – severní Chile 5950 m)

• Hyperventilace (menší u nejlépe adaptovaných)

• Kompletní renální kompenzace RAL

• Polycytémie (menší u nejlépe adaptovaných)

• Změny v intracelulárních oxidativních enzymech

Fyziologická odpověď • Nad 7000 m (extrémní výšky)

• Extrémní hyperventilace

• Výrazná RAL

• Neúplná renální kompenzace

• Zvýšená afinita kyslíku k Hb – důsledek alkalózy

• Velmi nízká maximální spotřeba O2

• Velké omezení anaerobního metabolismu

• Výrazné ↓ hmotnosti a celkové postupné zhoršování

Aklimatizace na výšku

• Navýšení ventilace – nejdůležitější

• Intenzivní hypoxická stimulace chemoreceptorů

• Po několika týdnech - PCO2 40→25 mmHg

• CO2 – stejná produkce, zvýšená ventilace

• Hyperventilace omezuje pokles alveolár. PO2

• Rychlý výstup do 5000 m - ↓ alveol. PO2 k 39

• Po 2 týdnech - ↑ alveol PO2 k 48 mmHg

Rahn H, Otis AB. Man´s respiratory response during and after

acclimatization to high altitude. Am J Physiol, 1949

Aklimatizace na výšku

• Polycytémie – má mnohem menší význam než hyperventilace

• Uvolnění EPO (ledviny) – indukováno HIF-1α

• Odpověď na nízký arteriální PO2

• EPO stimuluje kostní dřeň – více erytrocytů

• Je to pomalý proces – vyrovnaného stavu není dosaženo ani po několika týdnech

• Časné ↑ ery v krvi (1.-2. den) - ↓ objemu plazmy

Evoluční adaptace

• Není to totéž co aklimatizace

• Nicméně – je řada podobností

• Rozdíly

– Ve výskytu spánkem narušeného dýchání

– Adaptovaní obyvatelé rodí děti s téměř normální porodní váhou

– Tibeťané mají menší plicní hypertenzi

– Tibeťané mají o něco nižší Hb než aklimatizovaní

Aklimatizace a adaptace

• Fyziologické změny při aklimatizaci nebo

adaptaci pravděpodobně neumožňují lidem ve

velkých výškách fungovat tak dobře jako u

mořské hladiny

• „Všichni obyvatelé velkých výšek mají

narušené fyzické i mentální schopnosti.“

• Vysvětlení – hodnoty PO2 jsou podstatně nižší

než u mořské hladiny.

Barcroft J. The respiratory function of the blood. Part I: Lessons form high

altitudes. Cambridge University Press, 1925

Fyziologické změny v extrémních

výškách

• Fyziologické změny jsou mnohem výraznější

• Umožňují přežití

• Organismus však postupně chátrá

• Nejdůležitější terénní výzkum v extrémních

výškách: AMREE – American Medical

Research Expedition to Everest 1981

West JB. Human physiology at extreme altitudes on Mt Everest. Science, 1984

Fyziologické změny ve velkých

výškách - AMREE

• Hypoxická ventilační odpověď (HVR) a

tolerance extrémní výšky:

• Tři muži s největší HVR dosáhli vrcholu

Everestu jako první z celé expedice

výškách - AMREE

Vztah mezi alveolárním PCO2 a barometric. tlakem v extrémních výškách…

Všimněte si extrémně nízkého alveolár. PCO2 na vrcholu: 7-8 mmHg

výškách - AMREE

O2 - CO2 diagram ukazující změny v alveolárním PO2 a PCO2 od mořské

hladiny k vrcholu Everestu. Nad 7000 m již nedochází k dalšímu ↓ PO2

výškách - AMREE

• Hladina PO2 v krvi na Everestu byla vypočítána

• Kapilární hodnoty byly 28-30 mmHg (nižší než

hodnoty alveolární – vzhledem k limitaci difuse)

• Limitace difuse:

– Zkratování

– V/Q nepoměr

– Subklinický výškový edém plic

West JB et al. Pulmonary gas exchange on the summit of Mt Everest.

J Appl Physiol, 1983

výškách - AMREE

Výška Barometrický Vdech Alveolár Arteriál Arteriál Arteriál

(metry) tlak PO2 PO2 PO2 PCO2 pH (mmHg)

___________________________________________________________________

8848 (vrchol) 253 43 35 28 7,5 >7,70

Hladina moře 760 149 100 95 40 7,40

West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006 West JB et al. Pulmonary gas exchange on the summit of Mt Everest.

J Appl Physiol, 1983

Kyslíková kaskáda

PO2 < 8 kPa (= 60 mmHg) – práh pro respirační selhání. PaO2 v 8400 m byl

3,3 kPa (= 25 mmHg), PaCO2 bylo 1,8 kPa (= 8,1 mmHg)

Grocott M et al. Art Blood Gases and O2 Content on Mt Everest. NEJM, 2009

Sandberg C, Naylor J. Respiratory Physiology at Altitude. J R Army Med C, 2011

výškách - AMREE

Vztah mezi VO2 a vdechovaným PO2. Pro PO2 na vrcholu byl maximální VO2

stále nad 1 l.min-1

West JB et al. Maximal exercise at extreme altitudes on Mt Everest.

J Appl Physiol,1983

Změny laktátu v extrémních

výškách – AMREE v 6300 m

• Pouze malé zvýšení z klidového (1,7 mmol/l) na

3,0 po maximální zátěži (1. zpráva z r. 1936)

• Nad 7000 m – nedochází ke zvýšení laktátu při

maximální zátěži

• Anaerobní metaolismus je vysoce omezen

• Laktátový paradox (rozdíl od akutní hypoxie)

J Appl Physiol,1983

Edwards HT. Lactic acid in rest and work at high altitude. Am J Physiol, 1936

Změny laktátu v extrémních

výškách - AMREE

Maximální hladina laktátu v krvi (Lab) jako výsledek maximální zátěže ve vztahu k

nadm. výšce. Extrapolace naznačuje, že nad cca 7000 m nedochází ke zvýšení Lab

J Appl Physiol,1983

Cerretelli PA et al. Anaerobic metabolism at high altitude. Springer, 1982

Neuropsychologické změny -

• CNS je k hypoxii velmi citlivý a zranitelný

• Krátkodobá paměť se zhoršila. Navrátila se k

normálu za 12 měsíců

• Schopnost jemné manipulace –po dlouhou

dobu přetrvávaly abnormálity

• Není možné aby CNS byl zcela nedotčen

extrémními výškami

Další změny ve velkých výškách

• Úbytek hmotnosti 0,5-1,5 kg/týd, 6-9 kg (i

více) v průběhu expedice

– nechutenství (mj. exprese HIF-1, ↑ hladin leptinu)

– Střevní malabsorpce (někdy steatorrhea)

• Změny v náladách

• Nespavost

• Pocit nedostatku dechu

J R Army Med Corps 157(1); March 2011

High Altitude Pulmonary Oedema

HAPE – výškový edém plic • Nekardiogenní PE následující po rychlém

výstupu do středních a velkých výšek

• Neaklimatizovaní obyvatelé nížin nebo vysokých poloh, kteří se vrátili z nízkých poloh (re-entry HAPE)

• Incidence

2500 m 0,01 %

3600 m 1,9 %

4300 m 2,5-5 %

Hall DP et al. High Altitude Pulmonary Oedema. J R Army Med Corps, 2011

HAPE – incidence a mortalita

• Incidence závisí na:

– rychlosti výstupu

– intenzitě zátěže

– absolutní nabyté výšce (zejména výšce přespání)

– individuální náchylnosti

• Mortalita na AMS/HACE/HAPE – 0,12 %, ale tyto akutní choroby jsou rovněž faktorem přispívajícím k rozhodovacím chybám atd.

HAPE - příznaky

• 2-5 dní po výstupu do výšky

• Excesivní dyspnoe při námaze → v klidu

Klidová dušnost je vždy abnormální

• Suchý kašel → vlhký kašel → růžové zpěněné

sputum

• Tachykardie

• Tachypnoe

• Mírně zvýšená teplota

HAPE - patofyziologie

• HPV – PVR se zvyšuje v odpovědi na nízký PAO2

– při akutní expozici hypoxii

– při aklimatizaci (= lowlanders)

– při žití ve výškách (= highlanders)

• Globální plicní vazokonstrikce – základní etiologický

faktor u HAPE

• Druhý náraz – zánětlivé mediátory, zhoršená

clearance alveolární tekutiny, permeabilita membrán

• Zhoršená produkce NO, zvýšení endotelinu-1

Pollard A, Murdoch D. The High Altitude Medicine Hadbook, 3rd. Radcliffe 2003

HAPE - léčba

• Sestup

• Kyslík nebo hyperbarická léčba (Gamowův vak)

• Udržení tělesné teploty

• Minimalizace námahy

• Nifedipin SR

• Inhibitory PDE-5 (?)

• Léčba AMS – dexamethason, acetazolamid

Bates MG et al. PDE-5 inhibitors in the treatment and prevention of HAPE.

Curr Opin Investig Drugs 2007

Závěry

• Dramatické změny během aklimatizace

nejsou slučitelné s dlouhodobým přežitím

• „Fyziologická odpověď na extrémní výšky by

měla být chápána spíše jako úsilí organismu o

přežití než jako úspěšná dlouhodobá

adaptace na toto prostředí.“

www.czechhospital.cz

Může se anesteziolog poučit z fyziologie extrémních výšek?...Rahn H, Otis AB. Man´s...

Documents