Vliv krátkodobé hypoxie a hyperkapnie na perfuzní index, srdeční výdej a další parametry kardiovaskulárního systému

Abstract

S hypoxií či hyperkapnií se lidské tělo může setkat při dýchání v uzavřených prostorách, při zavalení lavinou, potápění, při výšlapu do vysokohorských terénů či při respiračních onemocněních. Hypoxie a hyperkapnie mají vliv na řadu důležitých kardiovaskulárních parametrů, jakými jsou například perfuzní index, krevní tlak a srdeční výdej. Cílem bylo navrhnout a realizovat experimentální měření umožňující stanovit vliv krátkodobé hypoxie, hyperkapnie a jejich kombinace na perfuzní index, krevní tlak a srdeční výdej u zdravého člověka. V souvislosti s tím bylo cílem tento vliv vyhodnotit. Tři etapy měření v náhodném pořadí (hyperkapnická, hyperkapnicko-hypoxická, hypoxická) podstoupilo 15 zdravých dobrovolníků. Na ruce měli dobrovolníci nasazeny senzory přístrojů Masimo (Masimo Corporation, Irwine, CA, USA) a Finapres NOVA (Finapres Medical Systems B.V., Netherlands). Po tříminutové iniciální ustalovací fázi následovala šestiminutová experimentální fáze, při které dobrovolníci vdechovali předem připravenou směs plynů. Hyperkapnická směs obsahovala 5 % oxidu uhličitého, 21 % kyslíku a zbytek byl doplněn dusíkem. Hypoxická směs obsahovala 10 % kyslíku a zbytek byl doplněn dusíkem, a hyperkapnicko-hypoxická obsahovala 5 % oxidu uhličitého, 10 % kyslíku a zbytek byl doplněn dusíkem. Hyperkapnie způsobila nárůst perfuzního indexu až po ukončení experimentální fáze průměrně o 70 % a nárůst srdečního výdeje v experimentální fázi průměrně o 30 %. Hyperkapnie způsobila dále nárůst systolického objemu, krevního tlaku a minutové ventilace. Hypoxie zapříčinila nárůst srdečního výdeje průměrně o 15 %, zvýšení srdeční frekvence a pokles systolického objemu a saturace krve kyslíkem. Zvýšený perfuzní index způsobený hyperkapnií poukazuje na vazodilataci, která může mít pozitivní účinek na průtok krve v mozku. Objasnění chování a reakce kardiovaskulárních a respiračních parametrů na hyperkapnii a hypoxii by mohlo mít velký význam i při záchraně zraněných z lavin či po pobytu v uzavřených nevětraných prostorách. Výsledky našeho experimentu poskytnou kvalitní představu o stavu pacienta vystaveného krátkodobé hypoxii a hyperkapnii z hlediska kardiovaskulárních a respiračních parametrů. Toto pomůže v následné akutní péči a snaze minimalizovat následky působení hypoxie a hyperkapnie.

The human body may encounter hypoxia or hypercapnia when breathing in confined spaces, when overwhelmed by an avalanche, when diving, when hiking in high mountain terrain or when suffering from respiratory diseases. Hypoxia and hypercapnia affect a number of important cardiovascular parameters such as perfusion index, blood pressure and cardiac output. The aim was to design and implement experimental measurements to determine the effect of short-term hypoxia, hypercapnia and their combination on perfusion index, blood pressure and cardiac output in healthy humans. In this context, the aim was to evaluate this effect. Fifteen healthy volunteers underwent three stages of measurement in random order (hypercapnic, hypercapnic-hypoxic, hypoxic). The volunteers were fitted with sensors from Masimo (Masimo Corporation, Irwine, CA, USA) and Finapres NOVA (Finapres Medical Systems B.V., Netherlands) devices on their hands. A three-minute initial settling phase was followed by a six-minute experimental phase in which volunteers inhaled a pre-prepared gas mixture. The hypercapnic mixture contained 5% carbon dioxide, 21% oxygen and the remainder was supplemented with nitrogen. The hypoxic mixture contained 10% oxygen and the remainder was supplemented with nitrogen, and the hypercapnic-hypoxic mixture contained 5% carbon dioxide, 10% oxygen and the remainder was supplemented with nitrogen. Hypercapnia caused an increase in perfusion index after the experimental phase by an average of 70% and an increase in cardiac output by an average of 30% in the experimental phase. Hypercapnia also caused an increase in systolic volume, blood pressure and minute ventilation. Hypoxia caused an average 15% increase in cardiac output, an increase in heart rate and a decrease in systolic volume and blood oxygen saturation. The increased perfusion index caused by hypercapnia indicates vasodilation, which may have a positive effect on cerebral blood flow. Elucidation of the behaviour and response of cardiovascular and respiratory parameters to hypercapnia and hypoxia could also be of great importance in rescuing injured people from avalanches or after staying in closed unventilated spaces. The results of our experiment will provide a good idea of the condition of a patient exposed to short-term hypoxia and hypercapnia in terms of cardiovascular and respiratory parameters. This will help in subsequent acute care and efforts to minimize the effects of exposure to hypoxia and hypercapnia.