Részletes HBOT hatások
A fizikai alapok
Henry féle gáztörvény szerint a gázok folyadékban való oldhatósága nyomásfüggő, azaz a folyadékba oldódó gáz mennyisége arányos a folyadék felett mért gáz parciális nyomásával. A megnövekedett környezeti nyomás következtében több oxigén kerül be a tüdőalveolusokba, megnő az oxigén grádiens és több oxigén oldódik a vérplazmába. A vérplazmába fizikálisan (azaz a haemoglobin O2-szállító helyeinek számától, állapotától függetlenül) oldódott oxigén mennyisége – nyomásfüggően – a normális körülmények közt szállított O2-összmennyiségnek akár a 20-szorosára is növelhető.
Fick első diffúziós törvényének értelmében a külső gázcsere a tüdő és a kapillárisok között a belélegzett levegő és a vérben oldódott gáz parciális nyomásának arányától függ. Így amikor 100% a belélegzett gáz oxigéntartalma, nő a vér oxigéntartalma is. A barometrikus nyomás és a vénás teljes gáznyomáskülönbsége az ún. oxigén-ablak. Ez a különbség magyarázza, hogy normális körülmények között miért nincs a szervezetbe zárt gázmennyiség. A belélegzett, illetve alveoláris gáz és a vénás összgáznyomás különbsége miatt a gázok a szövetekbe diffundálnak a teljes reabszorpcióig. Amikor 100%-s oxigént nagyobb környezeti nyomáson lélegeznek be, megnő az arteriális oxigénnyomás, ezzel együtt megnő a fizikailag oldódott oxigén felhasználása a kapillárisokban, így növekszik az arteriovenózus oxigénnyomás különbség, megnő az oxigénablak, tehát még több oxigén oldódik be.
A transzkapilláris oxigéndiffúzió jól modellezhető az ún. Krough-cilinderrel. A Krough-cilinder az egy kapilláris által oxigénnel ellátott henger-alakú térfogat. A modell alapján a szöveti oxigenizáció kulcsfontosságú változója a kapillárisok közötti távolság és a vér tranzitideje az arteriolák és venulák között. A parciális oxigénnyomás folyamatosan csökken a tranzit alatt a kapillárisban és a környező szövetben is. Normobár körülmények között az arteriola parciális oxigénnyomása 100 Hgmm, míg a venuláé 34 Hgmm, a diffúzió távolsága átlag 100 μm az előbbi, és 36 μm az utóbbi oldalon. Minél több oxigén van a vérben, annál nagyobb a szövetek és a kapillárisok közötti oxigén nyomásgrádiens, így mélyebben tud a szövetekbe, szervekbe diffundálni az oxigén. Vagyis HBOT kezelés 3 ATA nyomáson 2000 Hgmm-s arterioláris és 100 Hgmm vénás oxigénnyomást eredményez, ami 247 μm és 64 μm diffúziós távolságot jelent. Így a HBOT kezelés során megnövekedett kapilláris távolsággal jellemzett területek (ödéma, regeneráció, sebgyógyulás) szöveti oxigénellátottsága is nő.
Hatása a hemodinamikára
A HBO-terápia hatása a keringési rendszerre két szinten valósul meg, a makrocirkuláció és a mikrocirkuláció szintjén.
A centrális hemodinamika szintjén a magasnyomású oxigénkezelés csökkenti a szívritmust, a myocardiális oxigénfelvételt és a perctérfogatot. Ez egyrészt direkt oxigénhatásnak tulajdonítható, másrészt a hiperoxia-stimulált artériás vazokonstrukció által aktivált baroreceptorok közvetítésével, a paraszimpatikus idegrendszer révén valósul meg.
Az agyi vérkeringés változásait a HBO körülmények között az oxigéntenzió, a széndioxid parciális nyomás interakciója játssza a meghatározó szerepet. A magas oxigéntenzió alapvetően szűkíti az agyi artériákat, csökkenti az agyi vérkeringést (CBF). A terápia során jelentkező másodlagos CBF növekedés a magas oxigénnyomás miatt növekvő szén-dioxid tenzió emelkedés vazodilatátor hatásának következménye. A hiperoxia alveoláris hypoventillációt indukál (csökken a légzési drive), csökken a karbamino-hemoglobin szintje (Haldane-effektus), illetve a hiperoxiás vazokonstrikció miatt csökken a cerebrális vérátáramlás. A károsodott területek arteriolái azonban nem tudnak a magas oxigéntenzióra vazokonstrikcióval válaszolni, így ezen részek vérkeringése és oxigénellátottsága magas szinten marad. Összességében csökken az agyi nyomás és nő az oxigenizáltság.
A koronária keringés csökken, azonban ez a csökkent perctérfogat miatti kisebb miokardiális munka eredménye.
A hepatikus keringés a csökkenő perctérfogat ellenére nő, mivel a hepatikus artériák vazokonstrikcióját a portális keringés kompenzálja.
Az izmok vérkeringése elsősorban munka-függő, így a légzési izmok vérkeringése nő, míg a nem használt vázizmok keringése csökken.
A bőr sejtosztódási potenciálja és a sebgyógyulás legalább 30 Hgmm oxigéntenziót kíván meg. HBO-kezelés hatására a bőrben 2.5 ATA nyomáson 400Hgmm oxigéntenzió érhető el, ami a gyógyulási folyamatot hatékonyan segíti elő.
A HBO hatása a szövetekben
Ha egy szövet vérellátása akut, v. krónikus ok miatt lecsökken, erre a sejtek funkció kieséssel, sejtfal permeabilitásváltozással, illetve funkciózavarral reagálnak. Minden akut szöveti traumánál (pl. műtéti sebek), de számos krónikus betegségben is felléphet szöveti vizenyő. Az ödéma növeli a hajszálerek közötti távolságot, így rontja a szöveti oxigénellátottságot, nyomást gyakorol a környező szövetekre így a vérátáramlás további romlásához vezet. A HBOT hatására létrejövő szöveti vazokonstrikció terápiásan kihasználható ödémacsökkentő hatást fejt ki.
A magasnyomású oxigénkezelés hatására a rossz vérellátású sebekben felgyorsul az angiogenezis és az epitelizáció. Transzplantátumok, rosszul gyógyuló műtéti sebek esetén hosszútávú javulást csak az érintett terület kis véredényeinek újraképződése hozhat. Ez energia és oxigéndependens folyamat. A kapilláris-proliferáció adjuválásával a szövetek gyógyulási folyamatát gyorsítható (l. sebgyógyulás, transzplantátum-benövés, égési sebek, stb.) A fibroblasztok kollagén-szintézise elégtelen a csökkent oxigén-ellátottságú, gyulladt szövetben. A terápia hatására megemelkedett oxigénszint normalizálja az elégtelen fibroblaszt proliferációt, kollagén-szintézist és támogatja a protektív extracelluláris mátrix formációját.
A molekuláris oxigént leukocyták veszik fel, amelyet az oxidatív reakciók során oxigéngyökökké alakítanak és a baktérium killing eszközeként használnak. Hypoxiás környezetben a helyszínen lévő leukocyták hatékonysága csökken, HBOT hatására optimalizálódik.
A magas szöveti oxigén koncentráció direkt módon gátolja az anaerob baktériumok túlélését és szaporodását.
Az antibiotikumok hipoxiás környezetben csak kis mértékben vagy egyáltalán nem képesek penetrálni a baktériumfalat. HBOT hatására a transzport megnő, bizonyos antibiotikumokkal pedig szinergista hatást fejt ki a létrejött magasabb szöveti oxigénkoncentráció.
Ischémia-reperfúziós szindrómákban (stroke, MI, embolizáció, transzplantáció) az elmúlt években kísérletes és klinikai vizsgálatokban is sikerrel alkalmazták a HBOT kezelést. A hiperoxia hatására csökken a leukocita-adhézió, csökken a neuronális sejtek ischémia érzékenysége, és a lipid peroxidáció mértéke. Kísérletes munkák utalnak arra, hogy a HBOT prekondicionálás növeli a neuronális sejtek ischémia toleranciáját. Az bypass-műtétek, PTCA, trombolízis közös eleme a reperfúziós-ischaémiás károsodáa. Még sikeres reperfúziós beavatkozás után is gyakran megfigyelt jelenség a miokardiális diszfunkció. Állatkísérletekben hiperbárikus oxigén oldatokkal történő intrakoronális, és intravénás kezelések során jelentős bal kamrai ejekciós frakció növekedést, az átlagos infarktusméret csökkenést, javuló posztmortem hemorrágia pontokat és miokardiális mieloperoxidáz szinteket mértek.
NO rendszeren keresztül őssejt proliferációhoz és perifériás keringésbe kerüléshez vezet.
A magas szöveti oxigén koncentráció hatására:
- Nő a fibroblasztok kollegén szitnézise és polimerizációja
- Nő a sejtproliferációs ráta
- Javul a makrofágok fagocita funkciója
- Indukálódik az angiogenezis: az erek képződéséhez legalább 30-40 Hgmm-s szöveti oxigénkoncentráció szükséges, minél nagyobb a szöveti oxigén tenzió, annál kifejezettebb az erek újdonképződése a területen
- Csökken a szöveti ödéma, javul a terület mikrocirkulációja
Miért nem gyógyulnak a sebek?
Az egészséges sebgyógyulás folyamata egymást követő lépések láncolatából áll, melybe beletartozik az infekció kontroll, gyulladás csökkentés, kötőszöveti regenráció, angiogenezis és a hámosodás is. Ezen lépések közül számos feltételezi megfelelő keringés és oxigenáció jelenlétét és ennek hiányában a sebgyógyulás zavart szenved, krónikussá válik. A gyógyulási elégtelenséget leggyakrabban a folyamatos visszefertőzés, lokális vagy szisztémás keringési elégtelenség, patológiás hipoxia, sejtműködési zavar és folyamatos nyomásnak kitettség vagy visszatérő mechanikus trauma okozza.
Fontos hangsúlyozni, hogy krónikus sebek esetében “patológiás” hipoxiáról beszélünk, nem a sebekre általában jellemző hipoxiára. Alapesetben a sebek hipoxiája a sebgyógyulás megindulásának élettani alapja oly módon, hogy a sejtosztódást a sebkörnyéki szövet és a sebben fiziológiásan jelenlévő hipoxia oxigén grádiens különbsége, csökkenése indítja el.
A hiperoxia hatása a sebgyógyulási folyamatokra
A nem gyógyuló sebek – etiológiájuktól függetlenül – szöveti hipoperfúzió, hipoxia, fertőzés útvonalon válnak problémássá. Hiperbár oxigénetrápia alkalmával a plazma intermittálva telítődik oxigénnel, ami lehetővé teszi az aerob sejtmetabolizmus fentartását. Ennél is fontosabb tény, hogy az infekciók leküzdéséhez oxigén-szubsztrát dependens enzim folyamatok szükségesek.
Hiperbár oxigénterápia során, 2 – 2.5 atmoszféra nyomáson 100% oxigént lélegezve a az artériás pO2 tenzió 1500 Hgmm-t is meghaladja.
A neutrophil leukocyták, makrofágok, osteoclastok működése oxigéndependens. A fibroblast aktivitás, kollegénszintézis, kollagén keresztkötések kialakulása is oxigén jelenlétében működő folyamat.
A neutrophil leukocyták baktérium elleni védekezésük során oxigént használnak szubsztrátként, amivel oxigén szabadgyököket képeznek.
Antibiotikumok hatáserőssége oxigén jelenlétében maximálizálható. Az oxigén ezen kívül gátolja bakteriális toxinok termelődését.
A reperfúziós fenoménra jellemző gyulladásos kaszkád és leukocita aktiválódás, adhézió gátlás is megfigyelhető HBOT után.
A kapilláris endothel osztódáshoz szükséges VEGF és PDGF szint nő.
A nitrogén-oxid az emberi szervezet egyik kulcsmolekulája, többek között jelentős értágító és antibakteriális hatással bír. HBOT kezelést követően mérhető NO emelkedés következik be. A csontvelő progenitor/őssejt produkciója is NO függő folyamat, hiperbár oxigénterápia nyolcszorosára növeli a periférián mérhető őssejtszámot. Az angiogenesis mellett (meglévő kapillárisok osztódása megfelelő környezeti stimulusra) ez, az őssejt mediálta érújdonképződés (vasculogenezis) is jelentős tényező a szöveti, elsősorban lágyrész- vagy osteroradinecrosis eseteiben.
A keringő CD34 sejtek száma eleinte megduplázódik, később nyolcszorosára emelkedik anélkül, hogy az össz fehérvérsejt szám változna.
Referencia
Handbook on Hyperbaric Medicine, editor Daniel Mathieu, Springer 2006