Właściwości farmakodynamiczne
Tlen

Właściwości farmakodynamiczne tlenu

Tlen jest podstawowym pierwiastkiem niezbędnym do życia, stanowiącym około 21% powietrza atmosferycznego. Jest gazem bezbarwnym i bezwonnym (w stanie ciekłym ma jasnoniebieską barwę), o masie cząsteczkowej 32 i gęstości 1,355 kg/m³ (przy 15°C). Temperatura wrzenia tlenu wynosi -183,1°C (przy ciśnieniu 1 bar).¹²

Mechanizm działania tlenu

Tlen musi być stale dostarczany do wszystkich tkanek organizmu w celu utrzymania procesów związanych z wytwarzaniem energii w komórkach. Jest transportowany przez drogi oddechowe do płuc wraz z wdychanym powietrzem. W pęcherzykach płucnych zachodzi wymiana gazowa dzięki różnicy ciśnienia parcjalnego między mieszaniną wdychanego powietrza/gazu, a krwią w naczyniach włosowatych.³

Docelowym miejscem działania tlenu są mitochondria komórkowe, gdzie tlen uczestniczy w enzymatycznej reakcji łańcuchowej, skutkującej wytwarzaniem energii. Mitochondria wymagają minimum 1,3 kPa ciśnienia parcjalnego tlenu dla prawidłowego funkcjonowania. Tlen jest podstawowym pierwiastkiem w metabolizmie tlenowym komórek, umożliwiającym stałe wytwarzanie energii wewnątrzkomórkowej w postaci adenozynotrifosforanu (ATP).⁴⁵⁶

Transport tlenu w organizmie

Tlen jest transportowany w krążeniu układowym głównie w postaci związanej z hemoglobiną, która przenosi go do łożysk włośniczkowych w tkankach. Dzięki gradientowi ciśnień tlen dostaje się do komórek. Powietrze pęcherzykowe zawiera około 14% tlenu (105 mm Hg), a krew tętnicza ma ciśnienie parcjalne tlenu 97 mm Hg. Ta różnica, znana jako gradient tlenu na błonę pęcherzykowo-kapilarną, zwiększa się z wiekiem i u zdrowych osób w podeszłym wieku może wynosić do 30 mm Hg.⁷⁸⁹

Tlen we krwi jest związany głównie przez hemoglobinę – 1,34 ml na 1 g hemoglobiny, co pozwala na osiągnięcie maksymalnej pojemności 20 ml tlenu na 100 ml krwi. Mała część, około 0,3 ml tlenu, występuje w postaci fizycznie rozpuszczonej w tej samej objętości krwi.¹⁰¹¹

Dostępny tlen w organizmie można obliczyć według formuły: (wydajność serca) × stężenie Hb × 1,34 × (% nasycenia). Standardowe wartości przy zużyciu tlenu wynoszą około 950 ml, co można wyrazić jako: ((5000 ml) × 15/100 × 1,34 × 95/100) = 950 ml. Przeciętny zdrowy człowiek z podstawowym zużyciem tlenu ma nie więcej niż cztery minuty rezerwy tlenu we krwi.¹²¹³

Podstawowe zużycie tlenu u ludzi wynosi około 250 ml/min na 1,8 m² powierzchni ciała. Jest ono zmniejszone o około 10% przy znieczuleniu ogólnym i o 50% podczas naturalnego snu na każde 10°C obniżenia temperatury ciała.¹⁴¹⁵

Skuteczność tlenoterapii

Celem tlenoterapii jest przywrócenie prawidłowego ciśnienia tlenu w tkankach. Zwiększenie stężenia tlenu we wdychanych gazach podwyższa stężenie tlenu w pęcherzykach płucnych i prężność tlenu we krwi opuszczającej płuca.^16171819

Efektywność tlenoterapii zależy od rodzaju hipoksji:²⁰²¹²²

• Hipoksja hipoksyczna (obniżona prężność tlenu we krwi) – tlenoterapia jest najbardziej skuteczna²³²⁴
• Hipoksja anemiczna i zastoinowa – tlenoterapia jest mniej skuteczna, ponieważ nie zwiększa w istotny sposób ilości tlenu przenoszonego przez hemoglobinę, chociaż wzrasta ilość tlenu rozpuszczonego fizycznie w osoczu²⁵²⁶
• Hipoksja histotoksyczna – tlenoterapia nie jest skuteczna²⁷²⁸

Tlenoterapia hiperbaryczna

Gdy tlen podawany jest pacjentowi pod ciśnieniem większym niż ciśnienie atmosferyczne (tlenoterapia hiperbaryczna, HBO), znacznie zwiększa się ilość tlenu transportowanego przez krew do tkanek obwodowych. Przejściowe leczenie hiperbaryczne zapewnia transport tlenu nawet do tkanek obrzękniętych i tkanek słabo perfundowanych, co podtrzymuje wytwarzanie energii w komórkach i ich prawidłową czynność.²⁹

Tlenoterapia hiperbaryczna, zgodnie z prawem Boyla, zmniejsza objętość pęcherzyków gazu w tkankach proporcjonalnie do ciśnienia, pod jakim jest stosowana. Dodatkowo hamuje ona wzrost organizmów beztlenowych.³⁰

Mieszaniny tlenu w produktach medycznych

Mieszanina tlenu i podtlenku azotu

Mieszanina podtlenku azotu i tlenu w stężeniu 50%/50% (produkty lecznicze Entonox i Kalinox) posiada kompleksowe działanie analgetyczne i sedatywne. Podtlenek azotu w stężeniu 50% we wdychanym powietrzu wykazuje działanie przeciwbólowe, powodując zmniejszenie odczuwania bólu oraz podnosi próg odczuwania bólu spowodowanego różnymi bodźcami.³¹³²

Intensywność działania przeciwbólowego podtlenku azotu zależy głównie od stanu psychicznego pacjenta. Przy stężeniu 50%, podtlenek azotu ma ograniczony efekt anestetyczny – nie wywołuje znieczulenia ogólnego, ale powoduje uspokojenie bez utraty przytomności. Pacjent pozostaje przytomny, jest odprężony, uspokojony, mniej świadomy otoczenia i łatwy do wybudzenia, jednak w pewnym stopniu traci kontakt z otoczeniem.³³³⁴

Stężenie 50% tlenu zawarte w mieszaninie (ponad dwa razy większe niż w otaczającym powietrzu) zapewnia dobre utlenowanie i optymalne wysycenie hemoglobiny tlenem.³⁵

Powietrze medyczne syntetyczne

Powietrze medyczne syntetyczne jest mieszaniną tlenu medycznego i azotu medycznego. Zawiera tlen w stężeniu zbliżonym do powietrza atmosferycznego (21-22,4%) i nie przewiduje się żadnych specyficznych efektów farmakologicznych jego stosowania.³⁶³⁷

Syntetyczne powietrze medyczne nie zawiera zanieczyszczeń, w przeciwieństwie do sprężonego powietrza z otoczenia, co stanowi jego istotną zaletę w zastosowaniach medycznych. Zawiera tlen w stężeniu 21-22,4%, a pozostałą część stanowi azot, który można uznać za gaz obojętny – nie jest on wchłaniany i jest eliminowany z ustroju, nie ulegając przemianom metabolicznym.³⁸

Specjalne populacje pacjentów

Dzieci i młodzież

Tlen odgrywa kluczową rolę w organizmie niezależnie od wieku pacjenta. Zdolność regulacji niedotlenienia jest taka sama u noworodków, dzieci i młodzieży. Jednak u noworodków stwierdza się niższą zdolność wymiany rodników tlenowych, co powoduje, że potencjalne negatywne skutki hiperoksygenacji (podania nadmiaru tlenu) w tej grupie są nasilone.³⁹

Bezpieczeństwo stosowania tlenu

Mieszanie syntetycznego powietrza medycznego z tlenem medycznym wiąże się z ryzykiem hiperoksygenacji, która z kolei może prowadzić do powstawania wolnych rodników. W przypadku przekroczenia zdolności wymiany aktywnych cząsteczek tlenu istnieje ryzyko śmierci komórki lub reakcji zapalnych wywoływanych przez rodniki tlenowe.⁴⁰

Tlen pełni istotną funkcję w podtrzymywaniu metabolizmu komórkowego i utrzymywaniu homeostazy komórkowej. W przypadku niedoboru tlenu komórka w krótkim czasie przechodzi w stan anaerobowy, następują zaburzenia czynności, a ostatecznie śmierć komórki.⁴¹

^{424344454647484950}