Các chỉ số oxy hóa và cơ chế giảm oxy máu

Hiểu rõ cơ chế gây giảm oxy máu là rất quan trọng để đánh giá bệnh nhân bị giảm oxy máu. Xác định cơ chế đóng góp chính gây giảm oxy máu giúp thu hẹp các chẩn đoán phân biệt để các cuộc điều tra và liệu pháp được nhắm mục tiêu phù hợp.

Trong bài tổng quan này, các biện pháp oxy hóa và cơ chế giảm oxy máu được thảo luận. Việc cung cấp và tiêu thụ oxy cũng như quản lý tình trạng giảm oxy máu cấp tính được thảo luận riêng. (Xem “Cung cấp và tiêu thụ oxy” và “Đánh giá và quản lý bệnh nhân người lớn nhập viện không thở máy bị giảm oxy máu cấp tính”.)

Quá trình lấy oxy từ không khí hít vào và sử dụng nó để duy trì quá trình trao đổi chất tế bào hiếu khí trong toàn bộ cơ thể bao gồm các bước sau:

Mức oxy thấp trong máu có thể dẫn đến tình trạng thiếu oxy máu hoặc giảm oxy máu.

Khi tình trạng thiếu oxy hóa xảy ra, các mô ngoại vi có nguy cơ không đáp ứng được nhu cầu chuyển hóa. Có nhiều cách để đo lường xem quá trình oxy hóa có bị suy giảm hay không. Các chỉ số thường được sử dụng là độ bão hòa oxy động mạch (SaO₂) và độ bão hòa oxy ngoại vi (SpO₂), áp lực oxy động mạch (PaO₂), gradient phế g-động mạch (A-a), và tỷ lệ áp lực oxy động mạch trên phân đoạn oxy hít vào (PaO₂:FiO₂). SaO₂, SpO₂, và PaO₂ là các chỉ số chung về oxy hóa, trong khi gradient A-a và tỷ lệ PaO₂:FiO₂ được sử dụng trong các tình huống cụ thể.

SpO₂ hoặc SaO₂ bất thường chưa được xác định vì chưa xác định được ngưỡng chính xác mà tại đó xảy ra tình trạng thiếu oxy mô. Điều này phản ánh bản chất đa yếu tố của tình trạng thiếu oxy mô. Có thể coi SpO₂ hoặc SaO₂ khi nghỉ ngơi ≤95 phần trăm hoặc giảm bão hòa khi tập thể dục ≥5 phần trăm so với mức cơ bản là bất thường, mặc dù các giá trị này không nên được xem xét một cách riêng lẻ 1,2. Ví dụ, SaO₂ khi nghỉ ngơi 95 phần trăm có thể bất thường nếu trước đó bệnh nhân có SaO₂ khi nghỉ ngơi là 99 phần trăm. Các mục tiêu bão hòa oxy lý tưởng được thảo luận riêng. (Xem “Đánh giá và quản lý bệnh nhân người lớn nhập viện không thông khí với tình trạng thiếu oxy cấp tính”, phần ‘Mục tiêu bão hòa oxy’.)

PaO₂ bất thường chưa được xác định chính xác vì chưa xác định được ngưỡng mà dưới đó xảy ra tình trạng thiếu oxy mô một cách có thể dự đoán. Tuy nhiên, việc coi PaO₂ <80 mmHg là bất thường là hợp lý, với sự hiểu biết rằng ngưỡng này thay đổi theo gradient A-a (tăng khi tuổi cao), rằng giá trị này không nên được xem xét một cách cô lập, và rằng giá trị xấp xỉ <60 mmHg thường đại diện cho tình trạng thiếu oxy máu 3. (Xem “Khí máu động mạch” và “Khí máu động mạch”, phần ‘Giá trị bình thường’ và “Khí máu động mạch”, phần ‘Oxy hóa’ và ‘Gradient oxy phế g-động mạch (A-a)’ bên dưới.)

Chúng ta thường sử dụng gradient A-a để thu hẹp chẩn đoán phân biệt ở bệnh nhân bị giảm oxy máu, chi tiết được thảo luận riêng (bảng 2). (Xem “Đánh giá và quản lý bệnh nhân người lớn nhập viện không thông khí bị giảm oxy máu cấp tính”, phần ‘Thu hẹp chẩn đoán phân biệt’.)

Gradient A-a được tính bằng sự khác biệt giữa lượng oxy trong phế g (tức là áp suất oxy phế g [PAO₂]) và lượng oxy hòa tan trong huyết tương (PaO₂) (máy tính 1):

Tỷ lệ PaO₂/FiO₂ được tính bằng cách chia PaO₂ cho FiO₂ (calculator 2). Ví dụ, một bệnh nhân có PaO₂ là 60 mmHg khi nhận FiO₂ là 0,5 (tức là 50 phần trăm) có tỷ lệ PaO₂/FiO₂ là 120 mmHg. Tỷ lệ PaO₂/FiO₂ bình thường là 300 đến 500 mmHg, với các giá trị dưới 300 mmHg cho thấy trao đổi khí bất thường và các giá trị dưới 200 mmHg cho thấy tình trạng thiếu oxy máu từ trung bình đến nặng 6.

SvO₂ và ScvO₂ phản ánh mức độ chiết xuất oxy của các mô. SvO₂ bình thường là 60 đến 80 phần trăm. ScvO₂ bình thường (từ tĩnh mạch cảnh nội hoặc dưới đòn) là >70 phần trăm. Chúng thấp ở bệnh nhân bị tăng chiết xuất oxy do tình trạng chuyển hóa cao hoặc giảm cung lượng tim nhưng có thể cao hoặc thấp trong nhiễm trùng huyết.

Tỷ lệ oxy a-A được xác định bằng cách chia PaO₂ cho PAO₂ (“A” là phế g và “a” là oxy hóa động mạch) 6-8:

OI được tính như sau (máy tính 3):

CaO₂ (mL O₂/dL) = (1.34 x nồng độ hemoglobin x SaO₂) + (0.0031 x áp lực oxy động mạch [PaO₂]).

CaO₂ đôi khi được sử dụng để xác định phân suất shunt và cung cấp oxy. (Xem ‘Shunt từ phải sang trái’ bên dưới và “Sự cung cấp và tiêu thụ oxy”.)

Đóng góp của oxy hòa tan vào CaO₂ là tối thiểu (khoảng 2 phần trăm). Vì PaO₂ phụ thuộc vào oxy hòa tan, PaO₂ có thể vẫn bình thường khi có tình trạng thiếu máu nhưng CaO₂ thì thấp.

Tình trạng thiếu oxy máu có thể do sự mất cân xứng thông khí-perfusion (V/Q), shunt phải-sang-trái, giảm thông khí, suy khuếch tán, giảm áp suất oxy hít vào 11, và giảm nồng độ oxy hoặc khả năng vận chuyển oxy. Mặc dù mất cân xứng V/Q là cơ chế phổ biến nhất, hầu hết các tình trạng bệnh lý đều có nhiều hơn một cơ chế góp phần gây thiếu oxy máu. Các cơ chế, nguyên nhân và quản lý tình trạng thiếu oxy máu cấp tính được liệt kê trong bảng (bảng 2). Việc đánh giá bệnh nhân thiếu oxy máu được thảo luận chi tiết ở nơi khác. (Xem “Đánh giá và quản lý bệnh nhân người lớn nhập viện không thở máy bị thiếu oxy máu cấp tính”.)

Không gian chết sinh lý và shunt là các dạng cực đoan của mất cân xứng V/Q:

Có hai loại shunt phải-trái liên quan đến nhiều nguyên nhân (xem bảng 2):

Ở phổi khỏe mạnh, hạ oxy máu do giảm thông khí thường nhẹ nhưng có thể nghiêm trọng ở những người có phổi bệnh. Nó được phân biệt với mất cân bằng V/Q và đoản mạch bằng sự hiện diện của tăng CO2 máu. Thông thường, gradient A-a không thay đổi trừ khi tăng CO2 máu kéo dài 13 hoặc có không gian chết đồng thời. Hạ oxy máu do giảm thông khí toàn thân thường dễ dàng được điều chỉnh bằng oxy bổ sung.

Phế g phổi là một không gian mà khí chiếm 100 phần trăm thành phần. Điều này có nghĩa là khi áp suất riêng phần của một loại khí tăng lên, loại khí khác phải giảm xuống. Cả áp suất riêng phần carbon dioxide động mạch (PaCO₂) và áp suất riêng phần carbon dioxide phế g (PACO₂) đều tăng lên trong quá trình giảm thông khí, điều này làm giảm PAO₂. Kết quả là, sự khuếch tán oxy từ phế g đến mao mạch phổi giảm đi với tác động tổng thể là hạ oxy máu và tăng CO2 máu. Vì tỷ số hô hấp (được định nghĩa là CO₂ thải/O₂ tiêu thụ) được giả định là 0,8, giảm thông khí ảnh hưởng đến PaCO₂ nhiều hơn PaO₂. (Xem “Cơ chế, nguyên nhân và tác động của tăng CO2 máu”, phần ‘Công thức tính áp suất riêng phần carbon dioxide động mạch’.)

Các bất thường liên quan đến khuếch tán được liệt kê trong bảng (bảng 2). Mặc dù các bất thường khuếch tán làm suy giảm sự khuếch tán của cả oxy và CO₂, nhưng tăng CO2 máu là hiếm gặp vì CO₂ hòa tan trong nước hơn oxy 20 lần và do đó khuếch tán dễ dàng hơn qua màng mao mạch phế g.

Hạn chế khuếch tán được đặc trưng bởi tình trạng hạ oxy máu do tập thể dục, được giải thích về mặt sinh lý bởi các yếu tố sau:

Nó có thể được xác định bằng phương trình:

Tăng chiết xuất oxy liên quan đến PaCO₂ bình thường và gradient A-a giãn rộng, và thường được nghi ngờ khi độ bão hòa oxy tĩnh mạch hỗn hợp và trung tâm thấp. (Xem “Độ bão hòa oxy tĩnh mạch hỗn hợp và trung tâm (SvO2, ScvO2)” ở trên.)

Các ví dụ về tình trạng chiết xuất cao bao gồm tình trạng cung lượng tim giảm và nhiễm trùng huyết (bảng 2). Thiếu máu phải nghiêm trọng mới liên quan đến tăng chiết xuất oxy (ví dụ: hemoglobin <7.5 g/dL). (Xem “Sử dụng sản phẩm máu ở bệnh nhân nguy kịch”, phần ‘Chiến lược hạn chế cho hầu hết bệnh nhân’.)

Tiêu thụ oxy và chiết xuất oxy có thể được tính toán, nhưng những phép tính này không thường được sử dụng trong thực hành quản lý lâm sàng. (Xem “Vận chuyển và tiêu thụ oxy”, phần ‘Tiêu thụ oxy’ và “Vận chuyển và tiêu thụ oxy”, phần ‘Chiết xuất oxy’.)

Giảm oxy máu giả (còn được gọi là thiếu oxy máu giả) được đặc trưng bởi áp suất oxy động mạch thấp (PaO₂) khi phân tích khí máu động mạch nhưng độ bão hòa oxy thực tế (SaO₂) của bệnh nhân là bình thường.

Hai tình trạng phổ biến nhất gây giảm oxy máu giả là trộm bạch cầu (leukocyte larceny), xảy ra khi số lượng bạch cầu đa nhân lách (polymorphonuclear leukocyte) tăng cao hơn 55.200, hoặc trộm tiểu cầu (platelet larceny), với số lượng hơn 2.000.000 15,16. PaO₂ thấp là do việc tiêu thụ oxy tăng lên bởi số lượng lớn bạch cầu hoặc tiểu cầu ác tính trước khi phân tích máu trong phòng thí nghiệm, hoặc do sự tắc nghẽn cơ học của điện cực cảm biến bởi các tế bào dày đặc gây nhiễu kết quả đo.

Khi nghi ngờ giảm oxy máu giả, chúng ta theo dõi độ bão hòa oxy ngoại vi và độ bão hòa oxy động mạch vì các phép đo này phản ánh oxyhemoglobin và không bị ảnh hưởng bởi trộm bạch cầu hoặc trộm tiểu cầu.

Hypoxemia có thể ảnh hưởng xấu đến mọi mô trong cơ thể. Thiếu oxy ở cấp độ tế bào có thể dẫn đến suy tạng, sốc, bệnh não và thậm chí là ngừng tim.

Khả năng chịu đựng thiếu oxy của tế bào là khác nhau. Ví dụ, tế bào cơ xương có thể phục hồi hoàn toàn sau 30 phút thiếu oxy, nhưng tổn thương không hồi phục xảy ra ở tế bào não chỉ sau bốn đến sáu phút căng thẳng thiếu oxy tương tự 17,18. Do đó, tình trạng hypoxemia đe dọa tính mạng cần được điều trị bằng cách cung cấp oxy (và đôi khi là truyền hồng cầu) trong khi các biện pháp được thực hiện để điều trị tổn thương tim phổi ban đầu.

Các cơ chế tế bào góp phần gây tổn thương tế bào do thiếu oxy bao gồm cạn kiệt adenosine triphosphate, phát triển tình trạng nhiễm toan nội bào, tăng nồng độ các sản phẩm phụ trao đổi chất, tạo ra các gốc tự do oxy và phá hủy phospholipid màng. Ngoài ra còn có sự gia tăng đáng kể nồng độ canxi nội bào, góp phần gây tổn thương tế bào thông qua nhiều cơ chế khác nhau, bao gồm tổn thương trực tiếp bộ khung tế bào và cảm ứng các gen góp phần gây apoptosis 17. Thiếu oxy cũng gây ra phản ứng viêm đặc trưng bởi sự xâm nhập của bạch cầu trung tính, do đó làm tăng tổn thương tế bào thông qua việc giải phóng các chất trung gian cytokine và gốc tự do oxy, và làm tăng tình trạng thiếu máu cục bộ do gián đoạn vi tuần hoàn.

1. American Thoracic Society, American College of Chest Physicians. ATS/ACCP Statement on cardiopulmonary exercise testing. Am J Respir Crit Care Med 2003; 167:211.
2. O'Driscoll BR, Howard LS, Earis J, et al. BTS guideline for oxygen use in adults in healthcare and emergency settings. Thorax 2017; 72:ii1.
3. Hansen JE, Sue DY, Wasserman K. Predicted values for clinical exercise testing. Am Rev Respir Dis 1984; 129:S49.
4. Mellemgaard K. The alveolar-arterial oxygen difference: its size and components in normal man. Acta Physiol Scand 1966; 67:10.
5. Kanber GJ, King FW, Eshchar YR, Sharp JT. The alveolar-arterial oxygen gradient in young and elderly men during air and oxygen breathing. Am Rev Respir Dis 1968; 97:376.
6. Covelli HD, Nessan VJ, Tuttle WK 3rd. Oxygen derived variables in acute respiratory failure. Crit Care Med 1983; 11:646.
7. Gilbert R, Keighley JF. The arterial-alveolar oxygen tension ratio. An index of gas exchange applicable to varying inspired oxygen concentrations. Am Rev Respir Dis 1974; 109:142.
8. Peris LV, Boix JH, Salom JV, et al. Clinical use of the arterial/alveolar oxygen tension ratio. Crit Care Med 1983; 11:888.
9. Trachsel D, McCrindle BW, Nakagawa S, Bohn D. Oxygenation index predicts outcome in children with acute hypoxemic respiratory failure. Am J Respir Crit Care Med 2005; 172:206.
10. American Academy of Pediatrics. Committee on Fetus and Newborn. Use of inhaled nitric oxide. Pediatrics 2000; 106:344.
11. Rodríguez-Roisin R, Roca J. Mechanisms of hypoxemia. Intensive Care Med 2005; 31:1017.
12. Greene KE, Peters JI. Pathophysiology of acute respiratory failure. Clin Chest Med 1994; 15:1.
13. Williams AJ. ABC of oxygen: assessing and interpreting arterial blood gases and acid-base balance. BMJ 1998; 317:1213.
14. Forrer A, Gaisl T, Sevik A, et al. Partial Pressure of Arterial Oxygen in Healthy Adults at High Altitudes: A Systematic Review and Meta-Analysis. JAMA Netw Open 2023; 6:e2318036.
15. Fox MJ, Brody JS, Weintraub LR. Leukocyte larceny: a cause of spurious hypoxemia. Am J Med 1979; 67:742.
16. Mehta A, Lichtin AE, Vigg A, Parambil JG. Platelet larceny: spurious hypoxaemia due to extreme thrombocytosis. Eur Respir J 2008; 31:469.
17. Gutierrez G. Cellular effects of hypoxemia and ischemia. In: The Lung: Scientific Foundations, 2nd ed, Crystal RG, West JB, Weibel ER, Barnes PJ (Eds), Lippincott-Raven Publishers, Philadelphia 1997. p.1969.
18. Hornbein TF. Hypoxia and the brain. In: The Lung: Scientific Foundations, 2nd ed, Crystal RG, West JB, Weibel ER, Barnes PJ (Eds), Lippincott-Raven Publishers, Philadelphia 1997. p.1981.