5.7. Das Sauerstoffangebot DO₂, die Sauerstoffausschöpfung V̇O₂ und der Sauerstoffbedarf#
Atemweg Ⓐ, Atmung Ⓑ und der Kreislauf Ⓒ bilden, sozusagen als ABC-Komplex, eine Einheit, auch wenn dies auf den ersten Blick nicht gleich ersichtlich ist. Gemeinsames Ziel von Respiration und Kreislauf ist schlussendlich die Oxygenierung aller Zellen im Körper.
Während das respiratorische System (Atemweg, Atmung) dafür sorgt, dass die Alveolen mit sauerstoffreichem Atemgas gefüllt werden, so übernimmt der Kreislauf die Transportfunktion von den Alveolen zu den Zellen. Die Alveolen, das Interstitium und die Kapillaren bilden eine Schnittstelle zwischen dem respiratorischen und dem Kreislaufsystem.
Im ersten Schritt der Oxygenierungskette muss Atemgas über den Mundrachenraum bis hin zur Glottisebene passieren. Dazu muss der Atemweg frei passierbar sein, es dürfen keine Verlegungen, Schwellungen oder Flüssigkeiten, die zu Aspiration führen können, kommen. Tritt nun das Atemgas durch die Glottisebene, befinden wir uns in den unteren Atemwegen in Richtung Ventilation der Alveolen. Unter Ventilation verstehen wir, dass das Atemgas in ausreichendem Maße in die Alveolen kommt bzw. auch wieder von dort abtransportiert wird. Hierzu ist vor allem die neuromuskuläre Arbeit, Koordination und Steuerung, im Sinne des “Betriebs der Atempumpe”, entscheidend.
Ist das frische Atemgas, uns interessiert in diesem Zusammenhang vor allem der Sauerstoff, in den Alveolen angelangt, befinden wir uns am Übergang zwischen dem respiratorischen und dem Kreislaufsystem. Der Sauerstoff tritt nun von der Alveole durch die Alveolarwand, das Interstitium, die Blutgefäßwand in die Lungenkapillaren ein und wird nun vom Kreislaufsystem übernommen und zu den Zellen transportiert.
Dieses Zusammenspiel zwischen dem respiratorischen System und dem Kreislaufsystem ist essentiell, um die Zellen mit Sauerstoff zu versorgen.
Oxygenation ist ein Ziel der Hämodynamik
Es ist wichtig sich vor Augen zu halten, dass der Kreislauf an sich keinen Selbstzweck darstellt, sondern für den Körper zur Erfüllung seiner Aufgaben wichtig ist. Vorrangig wir dabei die Deckung des Sauerstoffbedarfs des Körpers (bzw. der Gewebe) betrachtet. Die Hämodynamik beschreibt dabei als Konzept die Funktionalität des Kreislaufs.
Der Zweck des Kreislaufs ist u. a. die zelluläre Oxygenierung[1]. Für eine optimale Sauerstoffversorgung auf zellulärer Ebene müssen die Makro- und Mikrozirkulation sowie der pulmonale Gasaustausch sowie das Gewebemilieu ausgeglichen sein. Der Kreislauf übernimmt mit dem Blut als Transportmedium den Transport von Sauerstoff von den Lungenkapillaren in das Gewebe der Endorgane.
5.7.1. Das Sauerstoffangebot DO₂,#
Das Sauerstoffangebot DO₂ an den Körper wird durch mehrere Komponenten bestimmt:
Der Sauerstoffgehalt des Blutes \(\color{blue}\rm{CaO}_2\), welcher wiederum bestimmt wird durch:
Der Sauerstoffträger, im Wesentlichen Hämoglobin, und der Hüfner’schen Zahl, welche einen Umrechnungsfaktor darstellt. Sie gibt an, wieviel Milliliter Sauerstoff als Absolutwert pro Gramm Hämoglobin gebunden und transportiert werden kann[2]:
\(\color{purple}\rm{Hb} \times 1,34\)
Eine respiratorische Komponente, welche durch Ventilation und Diffusion zu der Oxygenation des Blutes führt:
\(\color{blue}\rm{SaO}_2\): Sättigung des Sauerstoffträgers
Der physikalisch gelöste Sauerstoff[3] (\(\color{gray}\rm{paO}_2 \times 0,0031)\) hat hinsichtlich des Sauerstofftransports eine zu vernachlässigende Rolle).
Somit ergibt sich:
\(\color{blue}\rm{CaO}_2 \approx \color{blue}\rm{SaO}_2 \times \color{purple}\rm{Hb} \times 1,34 \)
Der Kreislauf (Kreislauf Ⓒ), welcher bestimmt wird durch den Cardiac Output \(\color{red}\rm{CO}\), mit den Faktoren:
\(\color{red}\rm{SV}\): Stroke Volume (Schlagvolumen)
\(\color{red}f\): (mechanische) Herzfrequenz
Sauerstoffangebot DO₂
Somit ergibt sich:
Hinweis
Der physikalisch gelöste Sauerstoff[3] hat zwar hinsichtlich des Sauerstofftransports keine relevante Rolle, hat jedoch über die Sauerstoffbindungskurve ein Verhältnis mit mit der Sauerstoffbindung, und ist somit ein wichtiger diagnostischer Parameter!
5.7.2. Die Sauerstoffausschöpfung V̇O₂ und der Sauerstoffbedarf#
Betrachtet man den Körperkreislauf, so kann man das arterielle Blut (\(\rm{\color{purple}a}\)) als Startpunkt und das zentralvenöse Blut (\(\rm{\color{violet}cv}\), Blut in den Hohlvenen) als Endpunkt sehen. Dazwischen liegt das Kapillargebiet, aus welchem Sauerstoff abgegeben wird.
Vergleicht man nun den Sauerstoffgehalt des Blutes am Startpunkt (\(\color{blue}\rm{C{\color{purple}a}O}_2\))[4] mit dem des Blutes am Endpunkt (\(\color{blue}\rm{C{\color{violet}v}O}_2\))[5], so ist die Differenz der Verlust“ an Sauerstoff, also welcher an das Gewebe abgegeben wurde. Da sowohl \(\color{blue}\rm{Hb}\) als auch die Hüfner’sche Zahl am Start- und Endpunkt ident sind, ist die Differenz der Sättigungswerte interessant. Verbunden mit dem \(\color{red}\rm{CO}\) ergibt sich die Sauerstoffausschöpfung \({\dot{\rm V}\rm O}_2\):
Es ist dabei festzuhalten, dass die Sauerstoffausschöpfung nicht mit dem eigentlichen Sauerstoffbedarf des Körpers gleichzusetzen ist: Nur Bereiche, welche perfundiert werden, haben überhaupt die Möglichkeit, Sauerstoff auszuschöpfen. Dies ist hinsichtlich dem Phänomen der Zentralisation ein wesentlicher Faktor.
Die ausreichende Oxygenierung der Zellen ist immer ein Balanceakt: Einerseits spielt natürlich das Sauerstoffangebot eine wichtige Rolle. Andererseits ist jedoch auch der Sauerstoffbedarf ein wichtiger Faktor. Hier sind insbesonders Stresssituationen zu nennen, aber auch der Grundumsatz und durch die Ernährung induzierten Stoffwechselvorgänge.
Die Optimierung des Bedarfs, z.B durch Anxiolyse, Analgesie und Sedierung stellt somit einen wesentlichen Part in der Optimerung der Oxygenation dar.
Fig. 76 Oxygenation: Therapeutische Interventionsmöglichkeiten#