Een 63-jarige man met een acute exacerbatie van COPD kreeg extra zuurstof toegediend om zijn ABG-niveaus te stabiliseren.
William French, MA, RRT, en Sean Rutz, student RT, bekijken de informatie over mechanische beademing van een patiënt.
Een van de klinisch interessantste en minst begrepen theorieën in de respiratoire geneeskunde is de hypoxic-drive theorie. Deze theorie houdt in dat mensen die chronisch kooldioxide vasthouden, hun hypercarbische drang om te ademen verliezen. Aangezien de hersenen niet langer reageren op hypercarbiëmie, is hypoxemie volgens deze theorie de enige overblijvende autonome aandrijving. Hieruit volgt dat wanneer patiënten in deze toestand voldoende extra zuurstof krijgen toegediend om hun Pao2-niveau veel hoger dan 60 mm Hg te brengen, zij ook hun hypoxemische drang om te ademen zullen verliezen.
Periodiek wordt deze theorie betwist, waarbij de betwistingen voornamelijk zijn gebaseerd op klinische waarnemingen dat patiënten die het typische arteriële bloedgas (ABG) patroon vertonen dat wijst op kooldioxide-retentie, niet eenvoudig stoppen met ademen wanneer hun Pao2 niveaus stijgen.
Een recente betwisting1 benadert de vraag primair vanuit het standpunt van gastransport en het Haldane effect, alsmede vanuit klinische waarnemingen. De neurofysiologie van de ventilatiecontrole zelf kan echter zowel de theorie als de schijnbaar tegenstrijdige klinische waarnemingen verklaren.
Centrale controle van de ventilatie
De neurologische controle van de ventilatie begint in de medulla, met de centrale regelaar. Als onderdeel van het centrale zenuwstelsel is de centrale regelaar geïsoleerd van de rest van het lichaam door de cerebrospinale vloeistof (CSF). Hoewel het exacte mechanisme nog niet volledig bekend is,2 reageert de centrale controleur in de eerste plaats op veranderingen in de pH-waarde van de liquor. Tegelijkertijd is de bloed/hersenbarrière selectief doorlaatbaar voor kooldioxide. Wanneer het kooldioxidegehalte van het bloed stijgt, diffundeert er dus meer kooldioxide in de CSF. De pH van de CSF daalt als gevolg van de hydratatie van het kooldioxide en de daaropvolgende vorming en afgifte van waterstofionen.
Als de toename van kooldioxide chronisch wordt (meer dan 24 uur aanhoudt), zal bicarbonaat in de CSF beginnen te diffunderen en de CSF pH herstellen tot het basisniveau (7,326). Op dit punt ontvangt de medulla een signaal dat de bloed PCO2 normaal is. Het is niet duidelijk of dit herstel van de CSF pH bij een hogere bloed PCO2 de gevoeligheid van de centrale regelaar afzwakt, of slechts de basislijn voor respons naar boven verschuift.
Hoewel de centrale regelaar niet direct op hypoxie reageert, is het bekend dat medullaire hypoxie een ademhalingsdepressie kan opwekken. Evenzo is bekend dat hoge concentraties kooldioxide narcose kunnen veroorzaken; de PaCO2 moet echter in het algemeen een niveau boven 90 mm Hg bereiken om dit te laten gebeuren.
Perifere chemoreceptoren
Naast de centrale chemoreceptoren in de medulla, heeft het lichaam ook perifere chemoreceptoren.2 Twee bevinden zich bij de bifurcatie van de gemeenschappelijke halsslagader. Een andere bevindt zich in de opgaande aorta. De carotis chemoreceptoren zijn het meest actief in de controle van de ademhaling. Zij vormen een complexe weefselmassa met een volume van ongeveer 6 mm. Het voornaamste celtype is de glomus, die dopamine kan afscheiden, alsook (mogelijk) noradrenaline, serotonine, acetylcholine, en polypeptiden. De carotis lichamen worden geïnnerveerd door zowel afferente als efferente takken van de nervus glossopharyngealis (of negende hersenzenuw).
De primaire functie van de carotis lichamen is het waarnemen van en reageren op veranderingen in Pao2 niveaus. In aanwezigheid van normale PaCO2 en pH, begint de reactie van het carotislichaam met een dramatische toename wanneer de Pao2 daalt tot minder dan 60 mm Hg. Een aantal factoren kan echter de gevoeligheid (en dus het punt van maximale respons) van het carotislichaam verschuiven. Hiertoe behoren pH (in het bijzonder acidemia), PaCO2 (voornamelijk hypercarbia), hypoperfusie en verhoogde lichaamstemperatuur. Als een persoon bijvoorbeeld een plotselinge metabole acidose ervaart (door het vrijkomen van melkzuur of ketonzuur), zal de gevoeligheid van de perifere chemoreceptoren verschuiven naar een hogere hypoxemische drempel, waardoor een verhoging van de beademing bij hogere Pao2-niveaus wordt gestimuleerd. Dezelfde verschuiving zou optreden bij verhoogde PaCO2 niveaus, hoewel onduidelijk is of er een bovengrens is aan deze respons.
Clinische implicaties
Het moet duidelijk zijn dat patiënten die chronische hypercapnie ervaren uiteindelijk de pH van hun CSF zullen bijstellen. Het is onduidelijk of dit de centrale chemoreceptor respons op pH verandering afzwakt of dat het gewoon de kooldioxide basislijn van de CSF verschuift. Patiënten die het etiket koolstofdioxide retainers of hypoxic-drive breathers opgeplakt hebben gekregen, kunnen dus nog steeds werken met een zekere mate van hypercarbische drive.
(van links naar rechts) Michelle Burke, RT student, William French, MA, RRT, en Sean Rutz, RT student intuberen een patiënt.
Ook moet het duidelijk zijn dat, onder normale omstandigheden, de perifere chemoreceptoren het meest actief worden wanneer de Pao2 daalt tot minder dan 60 mm Hg. Patiënten met chronische hypercapnie verkeren echter niet in normale omstandigheden, en het kan zijn dat hun perifere chemoreceptoren het meest actief worden bij hogere Pao2 niveaus.
Uit klinische observaties blijkt dat patiënten die het ABG patroon van gecompenseerde respiratoire acidose vertonen niet plotseling apneu worden zodra hun Pao2 stijgt tot meer dan 60 mm Hg. Overoxygenatie van een patiënt onder deze condities houdt dus weinig risico in.
Een bepaald patroon is echter vele malen waargenomen; de componenten ervan zijn een pH van 7,29, een PaCO2 van 76 mm Hg, een Pao2 van 84 mm Hg, een bicarbonaatgehalte van 36 mEq, en een fractie geïnspireerde zuurstof (FIO2) van 0,3. Klinisch kunnen patiënten met dit patroon vaak wel wakker worden, maar zijn ze slaperig; ook ademen ze oppervlakkiger dan normaal. Onder deze omstandigheden resulteert het eenvoudig verlagen van de Fio2 meestal in een toename van de ventilatie en een daaropvolgende afname van de PaCO2.
Of dit verschijnsel wordt veroorzaakt door een afzwakking van de ventilatiedrang of door een ander mechanisme is niet bekend, maar dit patroon wordt gewoonlijk waargenomen bij patiënten die ontspannen en niet gestimuleerd zijn. Zeker, de meeste respiratoire clinici hebben waargenomen dat vergelijkbare patiënten die voorbijgaande verhogingen in Pao2 ervaren (bijvoorbeeld door aërosolbehandelingen met zuurstof of door het gebruik van een Fio2 van 1,0 tijdens longfunctietesten) geen vergelijkbare afname in ventilatoire aandrijving of bewustzijnsniveau laten zien.
Daarnaast behandelt het voorgaande alleen de rol van de chemoreceptoren in het aansturen van de ventilatie. Om het beeld compleet te maken, moeten ook andere potentiële ventilatoire stimuli zoals gewrichts- en spierreceptoren en exogene chemicaliën (bijvoorbeeld theofylline) worden overwogen.
Casusverslag
Een 63-jarige man werd opgenomen in een ziekenhuis in Cleveland, met een acute exacerbatie van chronisch obstructieve longziekte (COPD). Zijn ABG-niveaus bij opname (gebaseerd op monstername terwijl de patiënt kamerlucht inademde) waren: pH, 7,41; Paco2, 66 mm Hg; bicarbonaat, 40 mEq; en Pao2, 49 mm Hg. Zijn zuurstofverzadigingsniveau was 84%.
Na opname en beoordeling door de behandelend arts begon de patiënt met het gebruik van aanvullende zuurstof, toegediend via een neuscanule, met een debiet van 4 L/min. Ongeveer 8 uur later nam een RCP arterieel bloed af voor een routine ABG-analyse. De resultaten toonden een pH van 7,36, een Paco2 van 77 mm Hg, een bicarbonaatgehalte van 41 mEq, en een Pao2 van 74 mm Hg. De zuurstofverzadiging van de patiënt was 94%.
Clinisch werd gemeld dat de patiënt alert, maar slaperig was. Hij ademde oppervlakkig, maar had geen ademhalingsmoeilijkheden. Vervolgens adviseerde de RCP om de flow van de neuscanule te verlagen tot 2 L/min, de flow die de patiënt thuis had gebruikt. De ABG-niveaus van de patiënt stabiliseerden zich, en hij werd minder slaperig.
Samenvatting
De neurologische drang om te ademen is ingewikkeld en wordt niet volledig begrepen. Vanuit klinisch oogpunt is het onoordeelkundig en ongecontroleerd toedienen van extra zuurstof aan patiënten met gecompenseerde respiratoire acidose, hoewel waarschijnlijk minder riskant dan in de klinische literatuur wordt gesuggereerd, geen goed idee. Het opzettelijk onder-oxygeneren van een patiënt met gecompenseerde respiratoire acidose (of een diagnose van COPD) uit angst voor hypoventilatie of apneu, creëert echter het grotere risico van het induceren van langdurige weefselhypoxie.
William A. French, MA, RRT, is klinisch directeur en assistent professor, Respiratory Therapy Program, Lakeland Community College, Kirtland, Ohio.