Integrated teaching of clinical physiology Dyspnea and chest-pain block Prof. Anssi Sovijärvi 23.10.2013 Kliininen fysiologia; oppikirjasuositus Sovijärvi ym (toim.): Kliinisen fysiologian perusteet, Kustannus Oy Duodecim 2011 -osat hengityselimistön kl. fysiologia -verenkiertoelimistön kl. fysiologia -isotooppikuvantamisen perusteet 23.10.2013 Seminar of clinical physiology Topics: 1. Pathophysiological mechanisms for limitation of aerobic capacity 2. Mechanisms of hypoxaemia Anssi R.A. Sovijärvi Professor of clinical physiology 23.10.2013 Physiology of cardiopulmonary exercise Wasserman ym. 1995
Reasons for limitation of oxygen uptake DETERMINANTS OF AEROBIC CAPACITY VO 2 = (SV x HR) x C ( a - v ) O 2 cardiac output peripheralcirculation + - central circulation gas exchange in lungs + muscle metabolism VO 2 = oxygen uptake + Hb-concentration SV = stroke volume (heart) HR = heart rate C ( a - v ) O 2 = arterial-venous difference of O 2 content in blood
VO2 = SV x HR x C (a-v)o2 Cardiac output = SV x HR Pump function of the heart; ejection fraction Stroke volume Preload Effect of training on stroke volume Effect of training on HR and oxygen uptake
Happipulssi rasituksessa: keuhkoahtaumatauti (COPD) ja mitraaliläppävika (MVD) = SV x C(a-v)O2 Perfusion of heart decreases by arterial occlusion; decrease of stroke volume Kammiotakykardia I CENTRAL CIRCULATION - Decrease of cardiac output ( SV x HR) Reasons: a) Decrease of stroke volume (SV) b) Heart rate and rythm disturbances - VO2 = SV x HR x C(a-v)O2 Peripheral oxygen uptake : C (a-v-)o2
Lactic acid Phosphocreatinine Anaerobic treshold (AT) VE (l/min) AT Lactate metabolism and exercise II DECREASE OF EFFECTIVE PERIPHERAL CIRCULATION -decrease of C(a-v) O2, reasons:
III PATHOPHYSIOLOGY OF GAS EXCHANGE IN LUNGS AND OXYGEN TRANSPORT IN BLOOD NORMAL VALUES : Pa O 2 (10-11 kpa), Sa O 2 > 96 % Pulmonary reasons for decreased C(a-v) O2 A. REASONS FOR HYPOXAEMIA (Pa O 2, Sa O 2 )
Astman patofysiologiaa Airways Asthma, bronchodilation obstruction VENTILATION, Kr-81m PERFUSION, Tc-99m-MAA ap pa ap pa PEF 315 l/min PEF 315 l/min PEF 475 l/min PEF 475 l/min Sovijärvi, Salorinne kirjassa Keuhkosairaudet 2000 Ventilation-perfusion mismatch Suht.o-vshuntti PAO2 alent. PAO2 PaO2 alent. PaO2 alent.
Gas exchange at the alveolar level: diffusing capacity PaO2 during exercise in different diseases Buffering of lactic acid by bicarbonate in blood B. DECREASED O 2 TRANSPORTING CAPACITY OF HEMOGLOBIN -decreased Hb concentration in blood (anemia) -transport as Hb 4 O 8 (98 %) and as dissolved (2 % ) Increased CO2 in blood stimulates respiratory centers, Minute ventilation increases
IV DECREASED GAS EXCHANGE IN MUSCLE CELLS A reason for decreased C(a-v) O2 - amount of oxidative enzymes, modified gene expression (influence of training) - mitochondrial diseases -point mutation or multiple deletions in mtdna: PEO (progressive external ophtalmoplegia) -point mutation in mtdna: MELAS (mitochondrial encephalopathy,lactic acidosis and stroke-like episodes) Potilas 1.58-v mies. Rasitushengenahdistuksen syy? Dg: MCC, st.post. by-pass. St.post.pleuritidem eosinophilica
Potilas 1. Lepo-EKG. Potilas 1.Lepo- EKG Potilas 1. Rasitus-EKG. Potilas 1. Rasitushengenahdistus? Spirometria ennen rasitusta:keskivaikea restriktio Potilas 1. Potilas 1. V/V rasituksessa Löydös: Virtausrajoitus, hyperinfl. Anaerobinen kynnys (AT)
Potilas 1. Spiroergometrian tulosprofiili. 4,5 Potilas 1. 58-v.mies. Tulosprofiilin tulkinta: -Subj.rajoittava tekijä hengenahdistus -Objektiivisesti rajoittivat ja hengenahdistusta aiheuttivat: 1) Respiratoriset tekijät -restriktio ja alentunut ventilatorinen reservi (BR 13% MVV) -madaltunut VT ja korkea hengitysfrekvenssi -virtausrajoitus uloshengityksessä ja hyperinflaatio -hyperventilaatio 2) Sirkulatoriset tekijät -VO2max ja anaerobinen kynnys alentuneet Potilas 2 Dg.MCC COPD Rasitushengenahdistuksen syy? Potilas 2 Spirometria DLCO 36% DLCO/VA 38% TLC 92 % Diffusiokapasiteetti Potilas 2 Potilas 2, rasitus-ekg V/V -spirometria rasituksessa Lievä uloshengityksen virtausrajoitus
Potilas 2 Potilas 3. 57-v. mies. Vuodesta 1989 rasitushengenahdistusta. EKG:ssä vasen haarakatkos ja vasemman eteisen kuormitus. Spirometriassa lievä restriktio (FEV1 66%,FVC 64%). Kardiorespiratorinen suorituskyky, rajoittavat tekijät? Potilas 3. K.V. Potilas 3.K.V. Potilas 3., K.V. Potilas 3., K.V. Spiroergometria: -voimakas sirkulatorinen rajoitus -sekundaarinen hyperventilaatio UKG: EF 21-29% Dg: Dilatoiva kardiomyopatia