Tlen medyczny

grudzień 2013, nr 88/66 online

 

   Tlen odkrył – podczas znanego doświadczenia z ogrzewaniem w zamkniętym naczyniu czerwonego tlenku rtęci  – Joseph Priestley w 1774. Pierwiastek ten – jak wiadomo – jest kluczowym dla oddychania składnikiem powietrza. W lecznictwie stosuje się tlen medyczny, który może mieć postać ciekłą lub sprężoną. Tlen medyczny jest stosowany między innymi jako część procesu resuscytacji, w leczeniu różnego rodzaju zaburzeń oddychania, a także w terapii oparzeń dróg oddechowych oraz jako standardowy składnik postępowania w przebiegu zatrucia tlenkiem węgla. Tlen medyczny jest stosowany również w anestezjologii przed zabiegami chirurgicznymi i po nich.

   W szpitalach tlen dystrybuowany jest najczęściej poprzez sieć gazów medycznych, której końcówki znajdują się przy łóżkach chorych. Tlen stosowany może być także w warunkach domowych (DLT – domowe leczenie tlenem), wówczas jego źródłem mogą być koncentratory tlenowe (urządzenie wyłapujące tlen z powietrza), pojemniki z ciekłym tlenem, lub rzadziej sprężonym w butlach. Istotnym elementem tej instalacji są tzw. reduktory – przepływomierze z możliwością regulacji. Reduktor podłączony do gniazda centralnej instalacji tlenowej, butli lub koncentratora, pozwala uzyskać pożądane stężenie tlenu w mieszaninie wdychanych gazów.

 

 

 

   Tlen jest stosowany przede wszystkim w sytuacjach niedoboru tego pierwiastka w organizmie, czyli w przypadku hipoksji. Hipoksja może mieć różne przyczyny, jednak jednakowy skutek na poziomie komórkowym – deficyt syntezy ATP.  
   Dyfuzja tlenu zależy od ciśnienia parcjalnego, z tego powodu na dużych wysokościach jego wychwyt i podaż jest zmniejszona. Niedobór tlenu w otoczeniu na dużych wysokościach wywołuje niedotlenienie określane jako hipoksja hipoksyczna. Inne przyczyny to niedobór hemoglobiny, która mogłaby tlen rozprowadzać po organizmie, mówimy wówczas o hipoksji anemicznej. W przypadku zaburzeń krążenia, kiedy wprawdzie poziom hemoglobiny jest w normie, ale krew krąży zbyt powoli, lub niedostatecznie dociera do niektórych części ciała mówimy o hipoksji krążeniowej. Wreszcie problem może tkwić w błonie kapilarno-pęcherzykowej, przez którą tlen przenika z powietrza do organizmu. Utrudnienie w przenikaniu gazów na tym etapie wiąże się z tzw. hipoksją dyfuzyjną. Wreszcie można jeszcze wyróżnić hipoksję cytotoksyczną, kiedy organizm nie wykorzystuje należycie dostępnego bez ograniczeń tlenu na skutek zatrucia i unieczynnienia enzymów biorących udział w wykorzystaniu tlenu (np. zatrucie cyjankami). Tlen jest lekiem w leczeniu hipoksemii, ale warto zwrócić uwagę, iż nie jest to leczenie przyczynowe.

 

 

 

 

   „Najciekawszym”, najbardziej bowiem „życiowym” przypadkiem niedotlenienia jest hipoksja hipoksyczna. Może ona wystąpić w postaci umiarkowanej już na poziomie 2400 m n.p.m. (przeciętny człowiek nie odczuwa żadnych zmian na wysokości do 1000-1500 metrów), powyżej 5500 metrów niedotlenienie jest już bardzo duże. Organizm może się zaadaptować do przebywania na znacznych wysokościach (tak jak na przykład mieszkańcy gór, którzy od urodzenia żyją w warunkach obniżonego ciśnienia atmosferycznego). Dla osoby niezaadoptowanej w sytuacji nagłego przejścia z warunków normalnych na znaczną wysokość rozwija się ostra hipoksja. Może mieć to miejsce na przykład podczas zdobywania szczytu bez należytej aklimatyzacji lub w sytuacji nagłej dehermetyzacji kabiny samolotu.

   Hipoksja hipoksyczna miała bardzo duży wpływ na rozwój lotnictwa. Pierwsze konstrukcje samolotów z otwartą kabiną pilota uniemożliwiały osiąganie wyższych wysokości. Barierę tę pokonano wprowadzając aparaturę dostarczającą tlen, a w lotnictwie pasażerskim – konstruując samoloty wyposażone w zamknięte kadłuby zdolne do utrzymania wystarczająco wysokiego ciśnienia atmosferycznego. Ciśnienie w kabinie samolotu odpowiada zwykle wysokości 1500-2400 m – oznacza to, że chociaż samolot leci na przykład na wysokości 11 000 m, pasażerowie czują się tak, jakby znajdowali się na wysokości 2400 m (jest to "wysokość kabiny" – cabin altitude). Ciśnienie w kabinie jest więc dużo wyższe niż na zewnątrz samolotu, ale jednak niższe niż „na ziemi”. Jak napisano już powyżej takie ciśnienie na ogół nie powoduje żadnych zaburzeń fizjologicznych, jednak przy długim locie (np. transkontynentalnym) w zależności od cech osobniczych może przyczyniać się do nasilonego zmęczenia. Bardziej wrażliwe mogą być także osoby ze schorzeniami układu krążenia, u których nawet nieznaczne zmniejszenie utlenowania hemoglobiny może skutkować niedostatecznym natlenowaniem tkanek. Charakterystyczne jest także rozszerzenie gazów obecnych w jamach ciała, co może skutkować tak zwanym lotniczym zapaleniem ucha środkowego, aerodentalgią (ból zęba spowodowany obecnością gazu), meteoryzmem wysokościowym (rozszerzenie się gazów jelitowych).

   Nagłe narażenie człowieka na warunki niedoboru tlenu powoduje wystąpienie szeregu objawów, które obejmują zarówno narządy zmysłów, procesy umysłowe, cechy osobowościowe, jak i czynności psychomotoryczne o różnym nasileniu. Nieodmiennie jednak w stadium krytycznym dochodzi do utraty przytomności. Najczęściej wyróżnia się cztery etapy głodu tlenowego w zależności od zawartości tlenu w powietrzu.

   Patofizjologia ostrej choroby wysokościowej jest złożona. Wiadomo jednak, że są osoby zarówno podatne, jak i relatywnie odporne na jej wystąpienie. Pierwszego współczesnego opisu tej choroby dokonał jezuita o. José de Acosta, stąd choroba ta zwana bywa także jego imieniem. Już wcześniej jednak ludzie zaobserwowali negatywny wpływ dużej wysokości na zdrowie – o czym świadczą takie przekazy, jak ten, który donosi, iż Himalaje zwane były „Górami Silnych Bólów Głowy”.  Choroba wysokościowa jest także wpisana w wiele dramatycznych historii związanych ze wspinaczką wysokogórską, stanowiąc jedno z głównych zagrożeń dla człowieka na dużych wysokościach.

 

 

 

 

   Można zastosować różne metody tlenoterapii. Podstawowy podział to na tlenoterapię bierną (tlen pobierany jest dzięki własnemu oddechowi pacjenta) i czynną (tlen jest wtłaczany poprzez tak zwany oddech zastępczy). W tlenoterapii biernej można zastosować różne sposoby podaży tlenu. Rurki donosowe przeznaczone są do dostarczania pacjentowi mieszaniny o koncentracji tlenu około 24-35%, gdzie jama nosowo-gardłowa działa jak rezerwuar magazynujący tlen. Cewnik perforowany, zwany również „wąsami” wprowadza się przez nozdrze na głębokość od 1 do 3 centymetrów. Zwykłe maski twarzowe z otworami po bokach przeznaczone są do dostarczania pacjentowi mieszaniny o koncentracji tlenu maksymalnie do 50%, maski takie nie dają możliwości regulacji stężenia gazów. Maski tlenowe do podawania wysokich stężeń posiadają dodatkowy worek oddechowy, który stanowi zbiornik, z którego pobierany jest tlen podczas wdechu. Wydech następuje do otoczenia poprzez specjalną zastawkę. Maska taka umożliwia uzyskanie 100% stężenia tlenu w mieszaninie oddechowej i stosowana jest w leczeniu ostrego niedotlenienia.  Maski tlenowe ze zwężkami Venturiego, przeznaczone są do stosowania w terapii tlenowej ze zmienną koncentracją tlenu. Zwężki te produkowane są w różnych kolorach symbolizujących wielkość przepływu tlenu.

 

 

 

 

   Podstawowym badaniem monitorującym ilość tlenu jest pulsoksymetria przezskórna -nieinwazyjna metoda pomiaru saturacji krwi tętniczej tlenem, w której saturację mierzy się na podstawie różnicy absorpcji światła przez oksyhemoglobinę (hemoglobinę utlenowaną) i dezoksyhemoglobinę (hemoglobinę odtlenowaną). Pulsoksymetry są wyposażone w czujniki zakładane na palec, małżowinę uszną, czoło lub skrzydełka nosa.

   Drugim badaniem jest gazometria krwi tętniczej. Jest to badanie laboratoryjne krwi tętniczej lub kapilarnej, oceniające równowagę kwasowo-zasadową i wymianę gazową w organizmie.

 

 

 

 

   Przemysłowo tlen otrzymuje się przez frakcyjną destylację skroplonego powietrza lub przez elektrolizę wody. Tlen jako gaz nie ma zapachu, smaku ani koloru – nie ma zatem możliwości „organoleptycznego” stwierdzenia, czy powietrze wokół ma np. na skutek nieszczelności zwiększoną zawartość tlenu. Natomiast atmosfera wzbogacona w tlen stwarza ryzyko pożarowe. Nie wolno podawać tlenu w pobliżu otwartego płomienia lub zapalonego papierosa, ponieważ istnieje ryzyko wybuchu.

   Do oddychania podawać należy jedynie tlen medyczny, posiadający odpowiednie atesty. Niedopuszczalne jest używanie do tego celu tańszego tlenu technicznego. Gazy medyczne nieodpowiedniej jakości (skażone, zanieczyszczone), przechowywane w złej jakości pojemnikach mogą być źródłem zakażenia lub tzw. powikłań technicznych (pomyłki przy podłączeniu, rozszczelnienie instalacji).

   Instalacja dostarczająca gazy medyczne do poszczególnych komórek szpitala zwana jest fachowo „systemem sprężonych gazów medycznych i próżni”. W odróżnieniu jednak od chociażby instalacji elektrycznej czy wodnej jest wyrobem medycznym, a co za tym idzie – jej jakość musi być dostosowana do odpowiednich przepisów prawa. Warto zwrócić uwagę, że wyrobem medycznym jest całość instalacji, a więc nie tylko butle z gazem, ale również system rurociągów, reduktorów i końcówek  podawczych. Wykonawca takiej instalacji oddając ją do użytkowania powinien dostarczyć  deklarację jej zgodności z PN-EN ISO 7396-1:2006. Jej elementy powinny posiadać oznakowanie znakiem CE. Producent oznaczając swój wyrób znakiem CE deklaruje, że wyrób ten spełnia wymagania wszystkich odnoszących się do niego dyrektyw związanych z bezpieczeństwem użytkowania, ochroną zdrowia i ochroną środowiska.

 

 

   Tlen w nadmiarze jest toksyczny, o czym donieśli już w 1789 roku Lavoisier i Seguin, co zresztą zahamowało próby wykorzystania tego gazu w medycynie na kilkadziesiąt lat. Toksyczność tlenu wynika prawdopodobnie ze zwiększenia wytwarzania nadtlenku wodoru i związków reaktywnych. W organizmie człowieka wytworzyły się mechanizmy zabezpieczające przed nadmierną ekspozycją na tlen – takim zabezpieczeniem jest zmniejszanie się prężności tlenu w drodze od pęcherzyków płucnych do pojedynczych komórek, a konkretnie do mitochondriów, w którym ma miejsce metabolizm z wykorzystaniem tlenu. Zjawisko to nosi nazwę kaskady tlenowej.

   Niezbyt długie (kilka godzin) podawanie tlenu pod normalnym ciśnieniem jest nieszkodliwe. Długotrwałe, niekontrolowane, pod zwiększonym ciśnieniem może powodować powikłania – przede wszystkim płucne i ze strony ośrodkowego układu nerwowego. Może to powodować takie reperkusje jak zmiany w tkance płucnej, zaburzenia oddychania, jak również ślepotę u noworodków. Złota reguła głosi, że należy stosować najniższe stężenie tlenu, które utrzymuje pożądane nasycenie tlenem krwi pacjenta.

   Ponadto duży przepływ suchego tlenu może wysuszać i drażnić śluzówkę oraz zmniejszać ruchomość rzęsek i utrudniać ewakuację wydzieliny. Zaleca się (zwłaszcza przy dłuższym stosowaniu) podawanie tlenu nie tylko nawilżonego, ale również ogrzanego do temperatury ciała. Nieprzestrzeganie tych zaleceń może wiązać się z powstawaniem owrzodzeń śluzówki, skurczem oskrzeli i predestynacją do zakażeń.

 

 

 

   Istota zastosowania terapii hiperbarycznej polega na zwiększeniu dostarczenia tlenu do uszkodzonych tkanek. Tlenoterapia hiperbaryczna (HBO – hyperbaric oxygenation) jest leczeniem uzupełniającym w terapii między innymi owrzodzeń, odleżyn, ran oparzeniowych i po leczeniu napromieniowaniem, a także po przeszczepach skóry. Wskazania obejmują ponadto zatory powietrzne i gazowe, urazy (szczególnie zmiażdżenia) i zakażenia tkanek miękkich, zatrucie tlenkiem węgla, ropnie wewnątrzczaszkowe, jak również oporne na leczenie zapalenie kości i stany po utracie dużej ilości krwi. Ta metoda leczenia wykorzystuje 100% tlen pod zwiększonym ciśnieniem atmosferycznym (min. 1,4 ATA – atmosfer absolutnych – do 3 ATA), znajdujący się w tak zwanej komorze hiperbarycznej. Panujące w niej warunki umożliwiają efektywne dostarczanie tlenu nawet do trudno dostępnych (źle ukrwionych) miejsc.

   Badania nad wpływem HBO na organizm pozwoliły stwierdzić szereg dobroczynnych efektów, jakie ta procedura wywiera m.in.:

 

 

• zmniejsza się obrzęk tkanek po urazie;
• następuje przyspieszenie procesów gojenia się dzięki proliferacji fibroblastów i pobudzeniu tworzenia się naczyń włosowatych;
• następuje ograniczenie zakażeń dzięki zahamowaniu rozwoju bakterii beztlenowych i pobudzeniu aktywności przeciwbakteryjnej komórek układu odpornościowego;
• poprawia się ukrwienie w obszarze uszkodzonym poprzez zwężenie naczyń centralnych, a zwiększenie przepływu przez tkanki uszkodzone.

 

 

   Pierwsza komora hiperbaryczna, nazwana „domicilium” zostałą zbudowana już w 1662 roku przez brytyjskiego lekarza Henshawa, który leczył w niej choroby płuc. Niemniej za prekursora nowoczesnej medycyny hiperbarycznej uważa się Holendra, kardiochirurga Ide Boerema. Wraz ze swoimi współpracownikami przeprowadził on w 1959 roku historyczne doświadczenie polegające na tym, że  układ krwionośny świni pozbawiono elementów komórkowych (nie zawierała ona zatem przenoszącej tlen hemoglobiny), w zamian umieszczając ją w komorze hiperbarycznej, w której oddychała ona przez 45 minut 100% tlenem przy ciśnieniu 3 ATA. Eksperyment ten dowiódł, że do życia w warunkach hiperbarii tlenowej wystarcza tlen rozpuszczony w surowicy krwi.

   Stosowanie HBO może wiązać się z ryzykiem powikłań związanych z toksycznością samego tlenu, o czym była mowa już powyżej, jak również z ryzykiem urazów ciśnieniowych (barotraumy ucha środkowego, zatok przynosowych i płuc). W prawie wszystkim ośrodkach tlen 100% podaje się w sposób przerywany z zastosowaniem tak zwanej  „przerwy powietrznej”.