Kinetyka gazów i metabolizm w znieczuleniu w stanie niestabilnym

Zdumiewające jest to, że podczas znieczulenia klinicznego monitorowanie CO2 polega głównie na pomiarze PCO2 końcowo-wydechowego w celu potwierdzenia intubacji dotchawiczej i oszacowania wentylacji, a monitorowanie O2 polega na pojedynczym pomiarze PO2 w celu wykrycia niedotlenionej mieszaniny gazów. Lepsze zrozumienie, w jaki sposób monitorowanie kinetyki O2 i CO2 może definiować patofizjologię układów, znacznie zwiększy bezpieczeństwo znieczulenia poprzez wykrywanie krytycznych zdarzeń, takich jak nagłe zmniejszenie pojemności minutowej serca (Q.T) w wyniku ucisku żyły głównej podczas operacji brzusznej, wystąpienie zatorowości płucnej CO2 podczas laparoskopii, wzrost zużycia O2 przez tkanki (V.O2) podczas lekkiego znieczulenia i początek metabolizmu beztlenowego (V.CO2 jest nieproporcjonalnie wyższy niż V.O2).

W poprzednim okresie grantowym odkrycia kinetyki CO2 w stanie nieustalonym ujawniły znaczne luki w zrozumieniu kinetyki O2. W tym celu opracowano 5-przedziałowy model płuc kinetyki gazów w organizmie w stanie nieustalonym, który obejmuje złożone interakcje między O2 i CO2 w płucach, krwi i tkankach. Ten model komputerowy został wykorzystany do sformułowania następujących hipotez i wyjaśni mechanizmy leżące u podstaw późniejszych danych pomiarowych u znieczulonych pacjentów.

Badacze opracowali już dwa innowacyjne urządzenia, które są niezbędne do pomiaru V.O2: szybko reagujący czujnik temperatury i wilgotności oraz urządzenie mieszające (bymixer) do pomiaru frakcji gazów mieszanych, zaprojektowane specjalnie do systemów anestezjologicznych. Badacze zaprojektowali również wyrafinowany system laboratoryjny do walidacji obu urządzeń, który wykazał wysoką dokładność i wydajność naszych pomiarów.

Hipotezy, które zostaną przetestowane w naszym ogólnym temacie badawczym, obejmują:

• Płucny wychwyt O2 (V.O2) u znieczulonych pacjentów jest znacznie niższy od wartości podawanej w literaturze.
• To znieczulenie wziewne wpływa na V.O2 inaczej niż całkowite znieczulenie dożylne (TIVA).
• Że ostry spadek pojemności minutowej serca (Q.T) (poprzez zmianę pozycji pacjenta) przejściowo zmniejszy V.O2, ale spadek eliminacji CO2 (V.CO2) jest trwały, ponieważ zapasy CO2 w tkankach są sto razy większe niż O2 (zob. zatwierdzony protokół IRB, HS# 2000-1325).
• To dodatnie ciśnienie końcowo-wydechowe (PEEP) zmniejsza V.O2 i V.CO2 z powodu zmniejszenia odstępu QT i wentylacji pęcherzykowej (V.A) oraz pojawienia się jednostek wysokiego stosunku wentylacji do perfuzji (V.A/Q.) (patrz wcześniej zatwierdzone protokół IRB, HS nr 2000-1325).
• Ta pozycja Trendelenburga (głową w dół) zwiększa V.O2 i V.CO2 ze względu na wzrost QT.
• Że V.O2 może pomóc w ustaleniu konieczności transfuzji krwi.
• Że ciągły pomiar współczynnika oddechowego (RQ=V.CO2/V.O2) może wykryć przejście do metabolizmu beztlenowego.
• Że ciągły pomiar oddechowego RQ może być dobrą alternatywą dla gazometrii krwi tętniczej.
• Że ciągły pomiar oddechowego RQ może określić konieczność wsparcia żywieniowego podczas długich operacji.

W tym protokole badacze zbadają kliniczne implikacje tych pomiarów, wierząc, że są one brakującymi ogniwami w monitorowaniu znieczulenia. Wyjaśnienie mechanizmów leżących u podstaw tej ostrej patofizjologii przyczyni się do lepszego zrozumienia kinetyki O2 i CO2 w stanie nieustalonym oraz umożliwi nieinwazyjną diagnostykę krytycznych zdarzeń podczas znieczulenia klinicznego, zwiększając bezpieczeństwo, zwłaszcza w przypadku większości zdrowych pacjentów otrzymujących wyłącznie -monitorowanie inwazyjne.

Osobnym działem badań, uzupełniającym badanie metabolicznej wymiany gazowej systemem bymikser przepływowy, jest badanie gazów oddechowych przenośnym spektrometrem masowym w celu wykrycia lotnych związków organicznych podczas metabolizmu beztlenowego. Eksperymentalny model beztlenowy to dorośli pacjenci poddawani operacji wymagającej opaski uciskowej. Metabolizm beztlenowy zostanie wykryty za pomocą badania równowagi kwasowo-zasadowej krwi, pomiaru przepływu przez mieszalnik i spektrometru masowego. Znieczulenie będzie podtrzymywane przez całkowite znieczulenie dożylne (TIVA), a każdy pacjent będzie miał wkłucie tętnicze. Żadna inna interwencja nie zostałaby podjęta. Jest to badanie typu obserwacyjnego.