Oxygen Delivery and Consumption WS Hemo 2011 .pptx

oxygen delivery

1. Oxygen Delivery and Oxygen Consumption (uptake) Yohanes George

2. Physiology of Oxygen Delivery ?

3. 3 6 Key steps in oxygen cascade Oxygenation Haemoglobin Cardiac Output Autoregulation Distance Mitochondria Uptake in the Lung Carrying capacity Delivery Organ distribution Diffusion Cellular use DO 2 P a O 2 S a O 2 Flow rate - ø O 2 ATP = energy CaO 2 VO 2 O 2 ER

4. Mengapa pengukuran variabel2 transport oksigen penting pada perioperatif dan sakit kritis?

5. Shoemaker melakukan studi observasi pada pasien2 bedah resiko tinggi yg mempunyai angka kematian 28 hari sebesar 30- 40 %. Shoemaker et al Crit Care Med 1982: 10; 398. Shoemaker et al Am J Surg 1983: 1; 43. Shoemaker et al Chest 1988: 94; 1176.

6. Shoemaker menjawab pertanyaan; Apakah variabel2 yang selama ini digunakan seperti tekanan darah, frekuensi jantung, frekuensi nafas, CVP, pemeriksaan darah dll, dapat memprediksi outcome pada pasien2 ini? Ia meneliti lebih dari 30 variabel pada ribuan pasien Shoemaker et al. CCM. 1979: 7; 237. Shoemaker et al. CCM 1979: 7;424. Bland et al. CCM. 1985: 13; 85. Bland et al CCM. 1985: 13; 91.

7. Kesimpulan Shoemaker Bahwa, semua variabel2 konvensional seperti tekanan darah, frekuensi jantung, produksi urine dll… .. TIDAK MEMPUNYAI NILAI PROGNOSIS YANG BAIK, DAN MENURUT SHOEMAKER...

8. INDIKATOR PROGNOSIS “ OUTCOME ” YANG TERBAIK PADA PASIEN2 DENGAN “ HIGH RISK ” INI ADALAH: Blood volume Cardiac output Oxygen delivery Oxygen consumption

9. Median value of survivors in Shoemaker observational studies Cardiac index (CI) 4.5 L/min/m 2 Oxygen delivery (DO 2 I) 600 ml/min/m 2 Oxygen consumption (VO 2 I) 170 ml/min/m 2 ” Supranormal ” value

10. Optimisation of Surgical Patients -controlled randomised studies- Schultz et al. J Trauma 1985: 25; 309. Studied trauma patients Historically mortality was was reported between 8 – 40 %, with increasing mortality if patients over 70 years of age. Study of 70 patients. 35 treated conventionally. 35 had PA catheter inserted and “ optimised. ” Cardiac index 3 – 3.7 L.mi/m 2. Oxygen delivery 510 – 610 ml/min/m 2.

11. Optimisation of Surgical Patients Schultz et al. J Trauma 1985: 25; 309. PA catheter group Conventional group Age yrs. (mean) 78 67 Mortality 2.9% 29%

12. Optimisation of Surgical Patients -controlled randomised studies- Shoemaker et al. Chest. 1988: 94; 1176 High risk patients. Treatment goals were median values of survivors in previous studies. Control group . Routine parameters. BP (120/80). Urine (>30 ml/h). HR (60 – 100). Protocol group . Treated in addition to achieve.. Cardiac output ( > 4.5 L/min/m 2 ). Oxygen delivery ( > 600 ml/min/m 2 ).

13. Optimisation of Surgical Patients Shoemaker et al. Chest. 1988: 94; 1176 Protocol Control ICU Stay (days) 10.2 * 15.8 Hosp stay (days) 19.3 25.2 Complications 0.39* 1.30 Deaths 4%* 33% Results

14. 14 Memahami variabel2 oksigen transport dan konsumsi

15. Ada 4 komponen dalam sistem transpor oksigen, yang kesemuanya disebut: “ oxygen transport variables ”

16. The Oxygen Transport Variables Oxygen Content [CaO 2 ] Oxygen Delivery [DO 2 ] Oxygen Uptake [VO 2 ] Extraction Ratio [ER]

17. Oxygen Content (1) Oksigen dalam darah berada dalam bentuk berikatan dengan hemoglobin atau terlarut dalam plasma CaO 2 = (1.34 * x Hb x SaO 2 ) + (0.003 x PaO 2 ) jumlah O2 yg diikat oleh Hb Jumlah O2 yg larut dlm plasma Jadi, jika: Hb = Hemoglobin (14 g/dl) SaO 2 = Arterial Saturation (98 % = 0.98) PaO 2 = Arterial PO 2 (100 mmHg) * pada keadaan 100 % tersaturasi, 1 g of Hb dapat mengikat 1.34 ml Oxygen !

18. Oxygen Content (2) CaO 2 = (1.34 x Hb x SaO 2 ) + (0.003 x PaO 2 ) CaO 2 = (1.34 x 14 x 0.98) + (0.003 x 100) CaO 2 = 18.6 ml/dl (ml/dl = vol %; 18.6 vol % )

19. Oxygen Content (3) Catatan: Kontribusi PaO 2 pada Oxygen Content sangat kecil !! Jadi, meski PaO 2 sangat populer, namun PaO 2 bukan merupakan pengukuran penting dari oksigenasi arteri. SaO 2 merupakan variabel gas darah yang lebih penting untuk menilai oksigenasi darah arteri. PaO 2 berguna hanya untuk evaluasi terhadap efisiensi pertukaran gas paru.

20. Hemoglobin vs. PaO 2 : CaO 2 “ the trifecta ” Oksigenasi darah arteri hanya didasari oleh 3 faktor: Hb SaO 2 PaO 2 Setiap penurunan 50% Hb akan menyebabkan 50% penurunan langsung pada CaO 2 Sedangkan setiap penurunan 50% dari PaO 2 hanya menyebabkan penurunan 20% dari CaO 2

21. CaO 2 : mengapa sering dilupakan ? PaO 2 lebih populer dari CaO 2 , padahal PaO 2 hanya akan mempengaruhi CaO 2 pada keadaan dimana nilai PaO 2 mempengaruhi saturasi dari hemoglobin. Sebagai contoh; Hypoxemia (i.e. a decrease in PaO 2 ) dampaknya terhadap oksigenasi jaringan sangat kecil, jika disamakan dengan perubahan kecil dari saturasi oksigen

22. Berapa Oxygen Content pasien ini ? Oxygen Content (5) 35 yr old male s/p GSW to Chest Pulse 126 BP 164 / 72 RR 26 Hb = 12 Hct = 36 ABG ’ s: pH 7.38 / PaO 2 100 / PaCO 2 32 / 96 % Sat Oxygen Content: CaO 2 = (1.34 x Hb x SaO 2 ) CaO 2 = 1.34 x 12 x 0.96 = 15.4 ml O 2 /100 dl blood

23. Oxygen Delivery (1) DO 2 : kecepatan transpor oksigen dalam darah arteri. merupakan produk perkalian dari Cardiac Output dengan Arterial Oxygen Content DO 2 = Q x CaO 2 Cardiac Output = Q , dapat dibuat index terhadap “ body surface area ” Normal C.I. : 2.5 - 3.5 L/min-m 2

24. Oxygen Delivery (2) DO 2 = Q (L/min/m2) x CaO 2 (L/min/m2) DO 2 = 3 x (1.34 x Hb x SaO 2 ) x 10 DO 2 = 3 x (1.34 x 14 x .98) x 10 DO 2 = 551 ml/min Normal Range (CO): 800 – 1000 ml/min Normal Range (CI) : 520 - 720 ml/min/m 2 (10 dL/L adalah kator koreksi, sebab CI dalam L/min/m2 sedangkan CaO 2 in ml/dl)

25. Berapa Oxygen Delivery pasien ini? Oxygen Delivery (4) 35 yr old male s/p GSW to Chest Pulse 126 BP 164 / 72 RR 26 H/H = 12/36 ABG ’ s: pH 7.38 / PaO 2 100 / PaCO 2 32 / 96 % Sat CO = 4.8 (CI = 2.1) Oxygen Delivery: DO 2 = Q x CaO 2 x 10 DO 2 = 2.1 x 15.4 x 10 = 324 ml O 2 /min/m 2

26. Oxygen consumption/uptake (1) oxygen uptake merupakan langkah akhir dalam transport oksigen dan merepresentasikan suplai oksigen untuk metabolisme jaringan The Fick Equation: Oxygen Uptake adalah produk perkalian dari Cardiac Output dan perbedaan antara Oxygen Content arteri dengan vena: VO 2 = Q x [(CaO 2 - CvO 2 )]

27. Oxygen Uptake (2)

28. Oxygen Uptake (3) The Fick Equation: VO 2 = Q x (CaO 2 - CvO 2 ) VO 2 = Q x [(1.34 x Hb) x (SaO 2 - SvO 2 ) x 10] VO 2 = 3 x [ (1.34 x 14) x (.98 - .73) x 10 ] VO 2 = 3 x [ 46 ] VO 2 = 140 ml/min/m 2 Normal VO 2 : 110 - 160 ml/min/m 2

29. Berapa Oxygen Uptake Pasien ini? Oxygen Uptake (4) 35 yr old male s/p GSW to Chest Pulse 126 BP 164 / 72 RR 26 Hb/Hct = 12/36 ABG ’ s: pH 7.38 / PaO 2 100 / PaCO 2 32 / 96 % Sat CO 4.8 (CI 2.1) SvO 2 56 % Oxygen Uptake: VO 2 = Q x (CaO 2 - CvO 2 ) VO 2 = Q x [(1.34 x Hb) x (SaO 2 - SvO 2 ) x 10] VO 2 = 2.1 x [16.06 x 0.4 x 10] = 134 ml O2/min/m2

30. Extraction Ratio (1) adalah fraksi oksigen yang diambil oleh sel dari kapiler (capillary bed) O 2 ER: berasal dari rasio dari Oxygen Uptake terhadap Oxygen Delivery O 2 ER = VO 2 / DO 2 x 100 O 2 ER = 134 (n) / 324 (↓) x 100 Normal Extraction O 2 ER = 41 % (↑) 22 - 32 % atau 1-SvO2 = if SvO2 59% -- O 2 ER = 41%

31. Extraction Ratio (2) Pertanyaan: 1. O 2 ER = 16 % , apa implikasinya ? 2. O 2 ER = 42 % , apa implikasinya ?

32. Control of Oxygen Uptake Pengaturan pengambilan oksigen oleh sel atau jaringan dari mikrosirkulasi dipertahankan konstan dengan cara menyesuaikan rasio ekstraksi agar match dengan transport oksigen (DO 2 ) Dan kemampuan untuk menyesuaikan ekstraksi oksigen tersebut dapat terganggu pada kondisi2 sakit kritis dan berbeda2 pada setiap individu

33. Control of Oxygen Uptake The oxygen transport system normally operates to maintain a constant rate of oxygen uptake (VO2) in conditions where O2 delivery (DO2) can vary widely. This is accomplished by compensatory adjustments in O2ER in response to changes in DO2. The O2ER describes the relationship between O2 and DO2; that is, O2ER = VO2/DO2 According to this relationship, when a decrease in DO2 is accompanied by a proportional increase in O2ER, the VO2 remains constant. However, when the O2ER is fixed, a decrease in DO2 is accompanied by a proportional decrease in VO2. The adjustability of the O2 extraction therefore defines the tendency for VO2 to change in response to variations in O2 delivery.

34. The DO 2 - VO 2 Curve Hubungan antara DO 2 dengan VO 2 pada kondisi-kondisi fisiologis dan patologis

35. The DO2 - VO2 Curve The relationship between O2 delivery and O2 uptake is: where O2 delivery is the independent variable. As the O2 delivery decreases below normal, the O2ER increases P.25 proportionally and the VO2 remains constant. When the O2ER reaches its maximum level (0.5 to 0.6), further decreases in DO2 are accompanied by proportional decreases in VO2. In the linear portion of the curve, the VO2 is supply-dependent and the production of adenosine triphosphate (ATP) is limited by the supply of oxygen. This condition of oxygen-limited energy production is called dysoxia

36. 36 Oxygen uptake (VO 2 ) Oxygen Delivery (DO 2 ) Critical DO 2 VO 2 tidak tergantung DO 2 VO 2 tergantung DO 2 Shock = Dysoxia Normal relationship Pathologic condition VO 2 ↑ ; catabolic state, sepsis, increased muscle activity, awakening, hyperthermia, shivering, inotrope excess, etc. ↑ Critical DO 2 VO 2 ↓ ; rest, sedation, control ventilation, hypothermia ↓ Critical DO 2 Setiap penurunan DO 2 ; ↓ Hb, ↓ SaO 2 atau ↓ CO, tidak akan mempengaruhi uptake O 2 dari sel, hal ini disebabkan sel-sel mempunyai kemampuan meningkatkan ekstraksi O 2 1000 ml/mnt 0 ml/mnt 600 700 400 O 2 uptake (VO 2 ) to O 2 supply (DO 2 ) relationship 200 300 100

37. “ Critical DO 2 In Anesthesia and In The ICU… ” The critical DO 2 in anesthesized patients is around 300 ml/min. However, in critically-ill patients, the Critical DO 2 varies widely from 150 – 1000 ml/min… Leach RM, Treacher DF. The relationship between oxygen delivery and consumption. Dis Mon 1994;30:301–368, In: ICU Book Marino 2005

38. Critical O2 Delivery The DO2 at which the VO2 becomes supply-dependent is called the critical oxygen delivery, and is the point at which energy production in cells becomes oxygen-limited (dysoxia). The critical DO2 in anesthetized subjects is in the vicinity of 300 mL/minute/m2, but in critically ill patients, the critical DO2 varies widely, from 150 to 1000 mL/minute/m2 (3). Regardless of the source of this variability, it means that the critical DO2 must be determined for each individual patient in the ICU.

39. Pencapaian DO2 critical akan berbeda pada kondisi dimana CO yg menurun atau CaO2 Pada kondisi penurunan CO, misalnya pada operasi jantung, dimana fungsi jantung berkurang, atau kasus2 gangguan pada jantung, pencapaian critical DO2 akan lebih cepat seiiring penurunan CO (flow) Pada kasus2 hemodilusi hipovolemia, pencapain DO2 crit akan lebih lama, karena mikrosirkulasi dan hemorheology masih diaccelerasi oleh hemodilusi (Permissive Hypoxemia) Ada perbedaan nilai DO2 crit terhadap baseline disease

40. Van Woerkens EC, Trouwborst A, van Lanschot JJB. Profound hemodilution: what is the critical level of hemodilution at which oxygen delivery-dependent oxygen consumption starts in an anesthetized human? Anesth Analg 1992;75: 818–21

41. DO 2 Crit: 184 mL.m2/mnt Setiap penurunan DO 2 : 190-142 mL.m2/mnt Diikuti penurunan VO 2 : 90-68 mL.m2/mnt

42. DO 2 Crit: 184 mL.m2/mnt

43. Respon normal O 2 ER Respon sel normal terhadap adanya penurunan aliran darah (Cardiac Output) adalah dengan meningkatkan O 2 ER yg cukup untuk menjaga agar VO 2 dalam batas normal. VO 2 = Q x Hb x 13.4 x (SaO 2 - SvO 2 ) Q = 3 ; VO 2 = 3 x 14 x 13.4 x (.97 - .73) = 110 ml/min Q = 1 ; VO 2 = 1 x 14 x 13.4 x (.97 - .37 ) = 109 ml/min O2ER normal O2ER 63%

44. The DO 2 - VO 2 Curve (2) Sewaktu DO 2 menurun dibawah normal, O 2 ER akan meningkat proporsional untuk menjaga VO 2 tetap konstan. Namun ketika O 2 ER mencapai level maksimal, (50-60%) setiap penurunan dalam DO 2 akan diikuti oleh penurunan VO 2 Critical DO 2 Adalah DO 2 dimana VO2 menjadi tergantung akan DO 2 Adalah suatu titik dimana produksi enersi dalam sel menjadi berkurang akibat keterbatasan oksigen.

45. The DO 2 - VO 2 Curve (3) Flat Portion dari kurve VO 2 Flow - Independent Variasi dari O 2 Extraction sebagai respon terhadap DO 2 dimana VO 2 konstan Linear Portion dari kurva VO 2 tergantung DO 2 Mengindikasikan adanya defek dari O 2 ER dari mikrosirkulasi Extraction menjadi fixed dan VO 2 menjadi tergantung pada DO 2 Critical Level of Oxygen Delivery Adalah batas ambang DO 2 yang diperlukan untuk mencukupi oksigenasi jaringan

46. Mixed Venous Oxygen Apakah Mixed Venous Oxygen Saturation (SvO 2 ), dan bagaimana mengukurnya?

47. SvO 2 Terminologi sederhana; adalah saturasi oksigen dari darah yang kembali ke jantung kanan Hal ini merefleksikan, jumlah dari oksigen yang ter ” sisa ” setelah digunakan oleh jaringan (tissue).

48. SvO 2 : Dapat dihitung dengan rumus Faktor2 penentu SvO 2 dapat didefinisikan berdasarkan persamaan modifikasi Fick: SvO 2 = SaO 2 - (VO 2 /[CO x 1.38 x Hgb]) Jadi, SvO2 dipengaruhi oleh Saturasi oksigen arteri, konsumsi oksigen sel, curah jantung (cardiac output) dan hemoglobin

49. …tapi, SvO 2 tidak pernah di hitung (kalkulasi) namun diukur (measure)

50. Bagaimana mengukur SvO 2 ? Oximetric Swan Two wavelength systems Three wavelength systems Pengukuran langsung: Sampel darah diambil dari PA cath distal, dan dianalisa dengan mesin Analisa Gas Darah (AGD) Sampel darah diambil dari lumen distal kateter vena sentral (CVC) dan dianalisa dengan mesin AGD

51. Berapa nilai normal SvO 2 ? Nilai normal adalah SvO 2 berkisar antara 68% to 77% Nilai kurang dari 50% = berbahaya Nilai kurang dari 30% = menunjukkan adanya metabolisme anaerob (oxygen debt) Namun yang paling baik adalah mengikuti “ trend ” sebagai respon dari terapi/resusitasi dibanding hanya melihat satu nilai saja.

52. 52 O 2 ER and S v O 2

53. 53 O 2 ER = 25% Acute ↓ DO 2 VO 2  O 2 return ↓ 500 SvO 2 ↓ 50% Anemia CO↓ Hypoxemia If SvO 2 decreases, it means that DO 2 is not high enough to meet tissue needs VO 2 This might be due to inadequate DO 2 (poor saturation, anemia, low cardiac output) Or, it might be due to increased tissue extraction VO 2 (fever, shivering, thyrotoxicosis, agitation, exercise, etc.) DO 2 ↓ SvO 2 50% O 2 ER ↑ = 50% In Shock or Catabolic State O 2 ER ↑ Cellular Hypoxia

54. 54 O 2 return 900 SvO 2 ↑ 90% Increases in SvO 2 combined with rising lactate levels indicate tissues are unable to extract oxygen This can be seen in such things as septic shock, cyanide toxicity, carbon monoxide, methemoglobin. Might also indicate hypothermia, shunt, inotrope excess, etc. O 2 ER = 10% Organ failure and Septic Shock Dysoxia DO 2 n/ ↑ SvO 2 90% Cellular/Mitochondrial dysfunction O 2 is available but cells are unable to extract oxygen

55. 55 Kesimpulan Jadi nilai S v O 2 dapat merepresentasikan keseimbangan antara DO 2 dan VO 2 Emmanuelle Rivers pertama menggunakan nilai S cv O 2 untuk menilai keberhasilan resusitasi (End-Point of Resuscitation) pada septic shock, yg disebut EGDT 55

56. 57 Starting hemodynamic monitoring using S v O 2 57

57. SvO 2 Hemoglobin >8 g/dL Stress, anxiety, pain (High VO2) <8 g/dL Anemia Analgesic Sedation Blood transfusion PAOP >18 mm Hg Myocardial dysfunction <18 g/dL Hypovolemia Dobutamine Fluid challenge Cardiac Output High (>2.5 L/min/m 2 ) Low (<2.5 L/min/m 2 ) SaO 2 Low (Hypoxemia) SaO 2 Normal (95%) (↑ O 2 ER) Normal (≥79%) Low (<70%) Do nothing Oxgen therapy ↑ PEEP Vincent protocol, 2005 Pinsky MR, Vincent JL: Let us use the PAC correctly and only when we need it. Crit Care Med 2005;33:1119-1122

58. Transfusion guidelines

59. Pearce protocol, 2005 Pearse RM, Dawson D, Fawcett J, et al: Early goal-directed therapy after major surgery reduces complications and duration of hospital stay. Crit Care 2005;9:687-693

60. Terima Kasih