HBO Medical Centar

Fiziološki osnovi primene HBO

Smanjenje zapremine gasnog mehurića povišenjem ambijentalnog pritiska. Volumen gasnog mehurića na pritisku od 3 bara manji je za 1/6 u odnosu na volumen na površini.
Povećana eliminacija inertnih gasova iz tkiva zbog povećanog gradijenta pritisaka ako se udiše kiseonik iznad 1 bara parcijalnog pritiska (otvaranje kiseoničkog prozora).
Smanjenje krvnog protoka bez tkivne hipoksije zbog vasokonstrikcije krvnih sudova.
Obnova i poboljšanje ćelijskih funkcija koje su zavisne od kiseonika: leukociti, fibrociti, osteociti, nervne ćelije.
HBO difuzno povećava količinu kiseonika u tkivima na račun fizički rastvorenog kiseonika u krvnoj plazmi i na taj način ublažava ili potpuno otklanja hipoksiju. U patofiziološkoj osnovi najvećeg broja bolesti, povreda i otrovanja jeste hipoksija (smanjena količina kiseonika u tkivima). Kiseonik se transportuje krvlju u dva oblika, hemijski vezan za hemoglobin i fizički rastvoren u plazmi. Rastvorljivost kiseonika u plazmi na 37 Co iznosi 0.0214 ml/ml plazme (2.14 vol %) pri parcijalnom pritisku kiseonika od 1 bara (101 kPa). Na normalnom pritisku pri disanju vazduha, hemoglobin je saturiran 97 % kiseonikom i ima ga na 100 ml krvi 19.5 vol.% hemijski vezanog i 0.32 vol.% fizički rastvorenog. U mirovanju tkiva troše prosečno oko 6 vol.% kiseonika na putu od arterijskog do venskog dela kapilare. Ako se na normalnom pritisku diše 100 % kiseonik, hemoglobin je saturiran 100 % i nosi oko 20 vol.% kiseonika hemijski vezanog i oko 2 vol.% rastvorenog u plazmi, a na tri bara pritiska oko 6,4 vol.% rastvorenog u plazmi šta je tkivna potrošnja u miru. Volumen fizički rastvorenog kiseonika u plazmi može se povećati hipotermijom (za svakih 5 Co pada temperature količina rastvorenog kiseonika povećava se za 10 %). S obzirom da hipotermija povećava rezistenciju ćelija na hipoksiju i ujedno na toksično dejstvo kiseonika u nekim slučajevima korisno je kombinovati ih.
HBO ima direktno bakteriostatsko i baktericidno delovanje na anaerobne mikroorganizme (mikroorganizmi koji žive bez kiseonika), delujući kao snažni specifični antibiotik (antibiotik izbora). Nađeno je da parcijalni pritisak kiseonika između 2 i 3 bara značajno inhibira rast anaerobnih bakterija. Inhibicija rasta anaerobnih bakterija zasniva se na povećanom stvaranju slobodnih kiseonikovih radakala tokom HBO, koji oštećuju strukturu i biohemijske procese bakterija, a naročito kod bakterija čiji je antioksidativni sistem odbrane oslabljen kao što je slučaj kod anaerobnih bakterija. Mehanizmom oštećenja biohemijskih procesa objašnjava se potpuna inhibicija stvaranja alfa toksina Clostridium perfringens. Za ovaj efekat potrebno je da lokalni parcijalni pritisak kiseonika bude iznad 33.3 kPa. Pri HBO od 3 bara u sredini klostridijalne flegmone je izmeren parcijalni pritisak kiseonika od 40 kPa. Neke anaerobne bakterije, koje izazivaju destrukciju tkiva, mogu biti delimično odbranjene od vodonikperoksidnog radikala katalazom iz destruisanih mišićnih i krvnih ćelija, što debridmanu s toaletom rane daje značaj u kombinovanoj terapiji s HBO.
Pojačava fagocitnu sposobnost leukocita (povećava produkciju slobodnih kiseonikovih radikala u leukocitima i time njihovu fagocitnu moć) te na taj način deluje kao nespecifični antibiotik širokog spektra. Fagociti predstavljaju prvu i najvažniju liniju u odbrani od infekcija. Mikrobicidni efekat leukociti ostvaruju na dva načina: preko degranulacije tokom koje su ingestirani mikroorganizmi unutar fagosoma izloženi paketima digestivnih enzima, a drugi način je oksidativna destrukcija zavisna od prisustva molekularnog kiseonika koji unutar leukocita biva transformisan u vrlo reaktivne slobodne kiseonikove radikale (superoksidni, vodonikperoksidni, hidroksilni, aldehidni, hipohloritni, hipojoditni) koji su za mikroorganizme toksični u različitom stepenu. Brzina stvaranja radikala upravo je proporcionalna parcijalnom pritisku kiseonika. Nađeno je da leukociti neposredno nakon fagocitoze povećavaju potrošnju kiseonika za 15 do 20 puta šta je nazvano ”respiratorni prasak” i manifestuje se svetlosnim efektom. Leukociti gotovo potpuno gube baktericidna svojstva kada parcijalni pritisak kiseonika padne ispod 4 kPa, što je uobičajen parcijalni pritisak u ranama te postoji stalna opasnost od razvoja infekcije.
HBO ima direktni antiedematozni učinak jer izaziva vasokonstrikciju krvnih sudova (sem u plućima i hipoksičnom tkivu gde izaziva vasodilataciju) i uspostavlja normalnu funkciju kapilarnog endotela.
Generalno poboljšava cirkulaciju krvi (smanjnjuje viskoznost plazme, smanjuje agregabilnost trombocita, ubrzava neokapilarizaciju - stvaranje novih krvnih sudova i povećava elastičnost opne eritrocita). Hipoksija je potreban stimulus za vaskularne pupoljke na nivou rane, a HBO ima povoljan efekat na angiogenezu. Pokazano je da povećanje frakcije kiseonika u udahnutom vazduhu usporava rast kapilara prvog dana, ali ga narednih dana ubrzava. Distanca penetracije neokapilara je tri puta veća u životinja (morsko prase) lečenih sa HBO nego u kontrolama. Korišćenjem tehnike mikroangiograma u modelu opekotine trećeg stepena kod pacova pokazano je da je 85 % kontrolnih životinja imalo kompletnu revaskularizaciju ledirane zone 28 dana posle opekotine, dok su životinje lečene s HBO dostigle ovaj stadijum 6 dana pre toga. Provereni dokazi potvrđuju da HBO proizvodi neovaskularizaciju delova tkiva s ishemičnom povredom. Prilikom normalnog zarastanja rane, i hipoksija i normoksija imaju svoje mesto u različitim fazama procesa zarastanja. Hipoksija stimuliše leukocite i makrofage da otpuštaju mitogene faktore koji sa svoje strane stimulišu repolikaciju fibroblasta. Kiseonik je neophodan za sintezu kolagena u fibroblastima. Intermitentna HBO omogućava javljanje perioda hipoksije između dva tretmana. Tokom hipoksičnih perioda, angiogenetski faktor se oslobađa i uzrokuje formiranje novih pupoljaka na kapilarima. Novi kapilari na mogu da prorastaju tkivo bez podrške kolagene mreže. Minimum od 2.7 kPa pO2 je neophodan za proliferaciju fibroblasta i produkciju kolagena. Ovaj pritisak od 2.7 kPa pO2 je prisutan u normalnom tkivu na daljini od 30 mikrona od kapilarnog zida. Primenom HBO, adekvatan pO2 može se održavati čak do 280 mikrona daleko od kapilarnog zida. Sa razvojem bogate kolagene mreže, kapilarni pupoljci brzo napreduju, prorastaju tkivo i formiraju nove kapilarne lukove. Ova proliferacija tkiva ispunjava prazan prostor pa zarastanje rane napreduje.
HBO ubrzava neoosteosintezu (stvaranje novog koštanog tkiva). Zarastanje frakture je kompleksan fenomen koji zahteva koordinisano učešće više tipova ćelija u procesima čišćenja, angiogeneze i tkivne reparacije. Odavno se zna da je usporena ili loša cirkulacija većinom posledica postojanja infekcije ili lokalne ishemije. Oba slučaja su logična indikacija za primenu HBO, tim pre što su kliničari od davnina uočili ovo "eutrofično i ožiljno" dejstvo HBO. Brojni radovi poslednjih godina doneli su eksperimentalne osnove ovom kliničkom dejstvu.
Reparacija kostiju po svom toku se poredi sa reparacijom vezivnog tkiva. Vrlo brzo posle frakture stvara se hematom, a zatim sledi inflamatorna reakcija. Faza čišćenja je vezana za delimičnu degradaciju koštanih krajeva frakture (osteoliza). Stvara se mlado vezivno tkivo (granulaciono tkivo) u kome se javljaju mesta diferencijacije hrskavice i kosti. Radi se o metamorfozi lokalnih fibroblasta koji dovodi do dva tipa osifikacije. Jedna je centralna enhondralna (okoštavanje rskavičavog matriksa) a druga periostalna (direktno se stvara koštana stuktura). Ova dva procesa vode ka osteoidnim lamelama prvo bez orijentacije, a zatim sekundarna remodelacija obezbeđuje kompletnu reparaciju.
Što se kostiju tiče, pokazano je da je koštana reparacija usporena ili inhibirana pod hipoksičnim uslovima. Pored toga, nema osteoklastičke aktivnosti (ona pada) što onemogućuje čišćenje nekrotične kosti. Na nivou kosti, uspostavljanje zadovoljavajućeg parcijelnog pritiska kiseonika omogućava pojavu kapilarne proliferacije i restituiše normalne kapacitete sinteze i proliferacije osteoblasta. In vitro hipoksija smanjuje osteogenezu i stvaranje kolagenih vlakana, a umerena hiperoksija ih stimuliše. Uspostavlja se i osteoklastička aktivnost, što omogućava resorpciju inficiranih i nekrotičnih ostataka kostiju. Jasno je da pritisci kiseonika igraju osnovnu ulogu u procesu cikatrizacije, ali se ne zna da li se radi o direktnom dejstvu kiseonika na efektorne ćelije (endotelijalne, kapilarne, epitelijalne i fibroblaste) ili on deluje preko hemijskih medijatora. Postojanje jake hipoksije u centru rane predstavlja jak stimulus angiogeneze i aktivacije enzima uključenih u sintezu prekursora kolagena.
Postojanje umerene hiperoksije (10.7 kPa predstavlja najpovoljniji pritisak kiseonika) dovodi do neovaskularizacije, proliferacije fibroblasta i povećane sinteze hidroksiliranog kolagena čija su mehanička svojstva otpornosti mnogo veća.
Tako, izgleda postoji veliki značaj prelaska iz perioda hipoksije u stanje umerene hiperoksije, odnosno sukcesivne uloge HBO, kada uobičajenu hipoksiju u rani pri udisanju vazduha okoline, prati hiperoksija pri primeni HBO.
HBO oporavlja produkciju kolagena i omogućava stvaranje potke novom tkivu te tako ubrzava regeneraciju kožnog i potkožnog tkiva i zarastanje rana.
Kolagen je makroprotein fibrilarne strukture. Nastaje polikondenzacijom osnovnih subjedinica nazvanih tropokolagen, u vidu štapića dugačkih 300 nm širokih 1,5 nm i molekularne mase od 285000 daltona, koje čine uvrnuta tri polipeptidna lanca nazvana alfa lanci od kojih svaki ima po 1050 aminokiselinskih ostataka. Svaki tropokolagen čine dva alfa lanca i jedan alfa nešto drugačije sekvence. Posebni raspored ovih lanaca u torziji nazvan je "trostruki heliks kolagena" a njega uslovljava prisustvo glikokola i brojnih ostataka prolina i hidroksiprolina koji obezbeđuje veliku regidnost štapića. Hidroksiprolin daje vodonične veze za međusobno povezivanje lanaca. Subjedinice tropokolagena sintetišu različiti tipovi ćelija, uglavnom fibroblasti, i to u obliku mnogo većeg prekursora, prokolagena, čija je molekularna masa veća od 400000 daltona. Posle faze translacije tri polipeptidna lanca trpe izvesne promene: neki prolini su hidroksilisani u hidroksiprolin, a neki lizini u hidroksilizin. Prva od ove dve reakcije zahteva prisustvo vitamina C. Obe reakcije katalizuju specifični enzimi prolilhidroksilaza i lizil hidroksilaza čiji su supstrat lanac kolagena i molekularni kiseonik. Tri polipeptidna lanca prokolagena vezuju se u ćelijskim vakuolama dajući karakteristični trostruki heliks. Prokolagen biva istisnut iz ćelije, a specifične proteaze, prokolagen peptidaze oslobađaju štapiće tropokolagena. Oni se raspoređuju paralelno u fibrilama pomoću relativno stabilnih fizičkih veza. Progresivno se između subjedinica stvaraju prave čvrste kovalentne veze okomito na osovinu vlakna. To je obezbeđeno oksidacijom nekih lizina subjedinica tropokolagena pomoću enzima lizil oksidaze (kome je potreban bakar), pri čemu nastaju lizil aldehidi sposobni da reaguju sa lizinima ili hidroksiprolinima susednih subjedinica. Pomoću kulture fibroblasta pokazano je da u stanju hipoksije nema pojave kolagena. Međutim, polipeptidni prekursor kolagena se nakuplja u ćelijama. Kada se uvede kiseonik, kolagen se stvara veoma brzo što pokazuje da su za vreme hipoksične faze enzimi sinteze kolagena bili aktivni. Hipoksija usporava hidroksilaciju prolina, a hiperoksija je ubrzava i postoji skoro linearna veza između sazrevanja kolagena i pritiska kiseonika.
Cirkatrizacija kožne povrede shematski prolazi kroz tri faze.
Prva faza je inflamatorna faza (0 do 3 dana). Stvar se krusta od fibrinskih vlakana, celularnog detritusa i ćelija krvi. Time je rana izvesno vreme zaštićena od fizičkih i bakterioloških noksi. Pored toga, javlja se edem koji razdvaja vezivna vlakna. Vrlo rano se nakupljaju neutrofilni polinukleari i makrofagi, koji stvaraju ćelijski sloj između hemoragične kruste i nepovređenog derma.
Druga faza je faza granulacije (od 3 do 6 dana) u kojoj se razvija novostvoreno vezivno tkivo: infiltrat polinukleara i makrofaga sa bogatom mrežom novostvorenih kapilara, fibroblasta i kolagena. Polinukleari i makrofagi učestvuju u odstranjivanju tkvnog detritusa žarišta lezije, fibrina, ćelija i serumskih proteina, a zahvaljujući svojoj sposobnosti fagocitoze i svojim degradacionim enzimima. Neovaskularizacija brzo postaje veoma obilna, a potiče iz krvnih sudova u blizini rane. Novostvoreni krvni sudovi penetriraju u vaskularnu zonu rane i stvaraju široko anastomozirane kapilarne petlje. Proliferacija fibroblasta se javlja i ostaje izrazita oko trećeg dana. Ovi fibroblasti imaju morfološke i funkcionalne karakteristike koje govore o njihovoj intenzivnoj sistetskoj aktivnosti. Sekrecija kolagena je vezana za proliferaciju fibroblasta. Ovaj neokolagen je u obliku fibrila usmerenih u svim pravcima i slepljenih za fibroblaste. Sve više i više, on progresivno razdvaja ćelije i neokapilare. Fibroblasti i sekretovani kolagen paralelno i grubo orijentisani od baze ka vrhu rane, praćeni novostvorenim krvnim sudovima, nadoknađuju od petog dana gubitak supstance derma. Fibroklasti se pojavljuju šestog dana. To su aktivirani fibroblasti koji u svojim lizozomima sadrže kolagena vlakna. Fibroklasti i aktivirani fibroblasti obezbeđuju reorijentaciju i remodulaciju novostvorenog kolagena. Fascikuli postaju progresivno horizontalni i u kontinuitetu sa kolagenim vlaknima ivica rane.
Treća faza je faza epitelizacije koja se u suštini odvija simultano s prve dve. Od dvanaestog sata posle povrede, epidermne ćelije u toj oblasti počinju aktivno da se kreću što vodi reepitelizaciji ledirane zone (faza migracije epidermnih ćelija). Paralelno, ali nezavisno od migracije, 12 do 48 sati posle povrede, javlja se proliferacija epidermnih ćelija koja je maksimalna u 48-om satu. Simultano sa ovim procesom postoji sazrevanje epiderma sa uspostavljanjem morfoloških i funkcionalnih aspekata epiderma. Keratinociti ponovo dobijaju uobičajenu morfologiju i svoju funkciju keratinizacije.
Epidermizacija se obično završava 6-og do 7-og dana, što izaziva fenomen kontrakcije povrede koji zavisi od miofibroblasta derma. Paralelno sa kompletnim zatvaranjem rane iščezavaju uporedni zapaljenski procesi u hipodermu, a retrakcijom i remodeliranjem uspostavlja se prethodno stanje.
Kao što je već rečeno, tokom faze granulacije fibroblasti migriraju ka cenrtu rane što je odgovor na hemotaksične faktore oslobođene iz već prisutnih makrofaga. Ovi fibroblasti ne proliferišu sve dok se neokapilari ne prošire u tu oblast i tako omoguće da lokalni pritisak kiseonika poraste na vrednost između 5.3 kPa i 10.7 kPa.
Kliničari znaju da su dva glavna uzroka spore cikatrizacije infekcija i hipoksija. Centralna zona rane je izrazito hipoksična zbog prekida vaskularizacije i okolnog zapaljenskog edema. Pritisci kiseonika u centru eksperimentalne rane jako su niski (0.4 kPa) a 100 mikrona dalje, u zdravom tkivu sa normalnom vaskularizacijom iznose 6.7 kPa. Do hipoksije dovodi neravnoteža između ograničenog donošenja kiseonika zbog smanjene lokalne perfuzije (ruptura krvnih sudova, intersticijalni edem, intravaskularna tromboza...) i povećane potrošnje zbog zapaljenjskog procesa, proliferacije ćelija i eventualnog prisustva bakterija. Ova hipoksija smanjuje ili onemogućava proliferaciju ćelija i sintezu kolagena, uzrokuje prestanak stvaranja neokapilara i znatno smanjuje aktivnost makrofaga i baktericidnu moć polimorfonukleara. U slučaju arterijske hipoksije, paralelno se smanjuju pritisci kiseonika, a još više se smanjuje sintetska i mitotska aktivnost fibroblasta. U slučaju hipovolemije distalni kapilari će biti sedište vazokonstikcije, što vodi ekstremnoj hipoksiji centra rane. Ukoliko ovakvo stanje potraje, i sama ivica rane će nekrotizirati, pa će se rana širiti.
Osnovno dejstvo HBO je značajno povećanje rastojanja perikapilarne difuzije kiseonika. Na nivou rane ili frakture to se ispoljava povećanjem pritisaka kiseonika. Pored antiinfektivnih efekata ova restitucija zadovoljavajućeg pritiska kiseonika na nivou rane ili frakture imaće povoljan efekat na angiogenezu, proliferaciju fibroblasta i stvaranje kolagena.
Uloga kiseonika u procesu reparacije potvrđena je brojnim eksperimentalnim studijama koje su objasnile empirijske konstatacije kliničara. Na osnovu tih radova preporučuje se davanje kiseonika svim bolesnicima sa povredom (ranom). Rana nastala u zdravoj oblasti biva spontano izlečena. Samo rane stvorene na mestima hipoksije (arteriopatija, radionekroza..) imaju sporu cikatrizaciju.
HBO poboljšava mentalne funkcije i skraćuje vreme provođenja nervnih impulsa.
HBO generalno dovodi u homeostazu metaboličke funkcije ćelije, tkiva i organizma u celini.
HBO ima imunosupresivno delovanje.
Podiže nivo antioksidativnih enzima u organizmu te sprečava ili usporava oksidativno oštećenje tkiva, kancerogenezu, proces starenja ćelije i posredno organizma u celini.

Prethodna strana Sledeća strana

HIPERBARIČNA MEDICINA

Fiziološki osnovi primene HBO