Teoretické základy – fyzikální zákony, patofyziologické principy hyperbaroxie

Nejdůležitější veličinou, se kterou se v hyperbaroxii setkáváme, je tlak. Lze jej definovat jako účinek síly, působící na jednotku plochy. Hlavní jednotkou tlaku je 1 Pa (Pascal).

Člověk je ve svém životním prostředí vystaven tlaku okolního prostředí. Normální tlak při hladině moře je 101 kPa.

HBO využívá prakticky fyzikálních zákonů, které platí pro plyny a tekutiny:

  1. Pascalův zákon – tlak v plynech a tekutinách se šíří rovnoměrně všemi směry
  2. Boyle-Mariottův zákon – součin tlaku a objemu daného váhového množství plynu je za dané teploty konstantní
  3. Daltonův zákon – výsledný tlak směsi plynů je roven součtu parciálních tlaků jednotlivých plynů
  4. Henryho zákon – množství plynu rozpuštěného v kapalině závisí přímo úměrně na tlaku plynu nad hladinou a faktoru rozpustnosti
  5. polytropický děj – vyznačuje se menší změnou teploty- při stlačování či rozpínání plynu dochází k výměně tepla s okolím
  6. adiabatický děj – při stlačování či rozpínání plynu nedochází k výměně tepla s okolím (dokonalá tepelná izolace), nebo děj proběhne tak rychle, že se výměna tepla s okolím nestačí uskutečnit
  • – při adiabatické dekompresi ( Joule-Thompsonův efekt) se vzduch v hyperbarické komoře ochlazuje, stoupá relativní vlhkost, za extrémních podmínek a absenci účinné klimatizační jednotky s dosažením tzv. rosného bodu (dosažením 100% relativní vhkosti a kondenzací přebytečné vody ve formě kapiček mlhy)

Principy léčby v hyperbarickém prostředí

Samotné účinky vyšších tlaků při hyperbaroxii se projevují v oblasti stlačitelnosti plynů, jejich rozpustnosti a difúzi v tělesných tekutinách a změně jejich fyzikálně-chemického chování při vyšších parciálních tlacích. Existují 2 základní patofyziologické principy hyperbaroxie. První z nich spočívá v mechanickém efektu, spočívajícím v redukci velikosti bublin u pacientů s různými formami dekompresní nemoci či vzduchové embolie.

Druhý je způsoben mnohonásobným zvýšením parciálního tlaku kyslíku ve tkáních s prodloužením jeho difúzní vzdálenosti, zvýšením množství fyzikálně rozpuštěného kyslíku v plazmě (viz výše) a transportem do tkání postižených ischémií a hypoxií.

Existuje mnoho specifických vlastností HBO

Podání kyslíku za podmínek vyššího atmosférického tlaku však neznamená pouze aplikaci „většího množství substrátu“ ve srovnání s podáním za normálního atmosférického tlaku, jak je často nesprávně chápáno, ale HBO má mnoho jedinečných a jinou medikací či lékařskou metodou nenahraditelných efektů včetně signálního efektu vůči DNA (transkripce) s ovlivněním mnoha buněčných procesů (exprese hormonů, enzymů, faktorů, upregulace receptorů). Bylo zjištěno, že během 24 hodin po aplikaci HBO dochází k významnému ovlivnění více než 8100 genů, přičemž upregulovány jsou antioxidační, protektivní (hemoxygenáza 1, proteiny tepelného šoku-HSP), protizánětlivé geny a geny pro růstové a reparační faktory a hormony, zatímco geny prozánětlivé a apoptotické geny jsou downregulovány. Hyperbarická hyperoxie přináší několik desítek efektů a změn nejen v oblasti transportu a metabolismu kyslíku, ale také na kardiovaskulární, respirační, neurologické, metabolicko-biochemické, imunitní a enzymatické úrovni. Dochází k vasokonstrikci cév, snížení krevního průtoku a snížení otoku. Je stimulována neovaskularizace, stimulace fibroblastové proliferace a tkáňové reparace, produkce kolagenu, posílení a urychlení granulace,epitelizace, urychlení demarkace mezi nekrotickou a živou tkání, což vede ke urychlenému hojení problematických ran. Byly popsány četné efekty hyperoxie a hyperoxygenace ve vztahu k infekci a systémové zánětlivé odpovědi. HBO má vliv na metabolismus mikrobů především díky produkci reaktivních kyslíkových substancí. Je zesílen „respirační burst“ leukocytů, tedy prudké zvýšení spotřeby kyslíku s produkcí reaktivních kyslíkových substancí a následným usmrcením fagocytovaných baktérií, čímž se zlepšuje proces fagocytózy a obranyschopnost organismu. Adekvátní parciální tlak kyslíku je primární pro efekt některých antimikrobiálních látek. Byl popsán synergický efekt s působením některých antibiotik (např. aminoglykosidy, sulfonamidy), baktericidní efekt vůči striktním anaerobním baktériím, zastavení tvorby alfa toxinu baktérie Clostridium perfringens apod. HBO způsobuje down-regulaci prozánětlivých cytokinů. Byl prokázán pozitivní efekt na průběh ischémicko-reperfúzního (I-R) poranění, systémové zánětlivé odpovědi, multiorgánové dysfunkce, septického šoku a těžké akutní pankreatitidy. Dochází k snížení vzájemné interakce aktivovaných polymorfonukleárů s endotelem kapilár downregulací adhezivních molekul CD11 a CD18 a adhezivních molekul endotelu typu ICAM-1 a P-Selektinu.