Cerebral tissue oxygenation during hypoxia and hyperoxia using artificial placentation in lamb

Abstract

Aiming at a better understanding of the pathophysiologic basis of perinatal encephalopathy, we evaluated patterns of tissue oxygenation during hypoxia and hyperoxia. We utilized both laserspectroscopy and invasive tissue-Po2 microneed measurements synchronously in five newborn lambs (141-143 days of gestation). The model of artificial placentation provided defined changes of the blood gases, using a extracorporeal circuit with interposition of membrane lung. During hyperoxia, the Po2 at the blood outlet port of the lung was raised to > 300 mmHg for five minutes. During hypoxia, Po2 was diminished as oxygen at the gas phasis was replaced by nitrogen. After the induction of hyperoxia, a rise of tissue-Po2 was observed. The synchronously recorded data of the laserspectroscopy showed adequately rising HbO2 values in concordance (r = 0.97, p < 0.001). As a constant finding we did not observe Cyt-aa3 changes during induced hyperoxia with tissue-Po2 values of < 40 mmHg. Furthermore, no changes in blood volume occurred in this case. A different pattern of the laserspectroscopic parameters was found when the tissue-Po2 rose above a value of > 40 mmHg and Cyt-aa3 rose after a lag-time occurred. During induced hypoxia an immediate fall of tissue-Po2 corresponding with a fall of HbO2 in the spectroscopic tracing occurred (r = 0.87, p < 0.001). A fall of the Cyt-aa3 level was seen with a lag-time when the tissue-Po2 had reached values of below 10 mmHg. In addition, a rise of blood volume was recorded in all cases of induced hypoxia. In conclusion, the results indicated that cellular redoxe state remains stable over a large range of oxygen partial pressure changes.

Blutvolumenänderungen und Oxygenation bei Wehentätigkeit - eine laserspektroskopische Analyse1

“…Die für diese Arbeit relevanten Messungen wurden mit dem Prototyp eines Nahinfrarot-Laserspektroskops der Firma Radiometer durchgeführt [4,20]. Details dieser Geräte sind hinsichtlich des Aufbaus und der Funktion des verwendeten Nahinfrarot-Laserspektroskops an anderer Stelle publiziert worden [14,18].…”

“…Da das NIR-Licht mehrere Zentimeter tief Gewebe durchdringt und Messungen im Reflexionsmodus gleichwertige Ergebnisse liefern wie transilluminierende Messungen scheint es naheliegend, dass sich die NIR-Laserspektroskopie auch für die transabdominale Anwendung eignet [19]. Darüber hinaus gelingt potenziell die Erfassung der Oxygenierung in fetalem Hirngewebe durch Registrierung der Veränderung des Cytochrom-aa 3 [18,19,20,24]. Im Hinblick auf die hier genannten potenziellen Möglichkeiten der NIR-Laserspektroskopie wurden mittels transabdominaler Anwendung während Wehentätigkeit in der frühen Eröffnungsperiode folgende Fragen untersucht: ± Welche Veränderungen von den NIR-Messparametern (HbTOT, HbO 2 , HbD und Cyt-aa 3 ) werden durch transabdominale Laserspektroskopie erfasst?…”

Fetale Laserspektroskopie während mütterlicher O2-Atmung - Fetal Laser Spectroscopy During Administration of Oxygen to the Mother -

“…Die für diese Arbeit relevanten Messungen wurden mit einem Nahinfrarot-Laserspektroskop (Prototyp University of Keele, UK) durchgeführt [8,19]. Dieses ist über eine Schnittstelle mit einem Personalcomputer verbunden, der einerseits der Steue- [15].…”

“…Seit über 30 Jahren wird die Auswirkung der Sauerstoffgabe an die Mutter kontrovers diskutiert und mit jeder in der fetalen Überwachung eingeführten neuen Methode auch untersucht [2, 4 ± 7,11, 16,19,21]. Hierbei fand man, dass bei Sauerstoffgabe der fetale pO 2 um durchschnittlich 12 mm Hg anstieg.…”

Oxygen transport in the rat brain cortex at normobaric hyperoxia

“…Therefore, there are many studies in which attempts have been made to elucidate the special features of oxygen transport in an organism and its tissues, when the PO 2 in the environment is increased (e.g. LenigerFollert et al 1975;Metzger et al 1971;Nair et al 1975;Schmidt et al 1996;Shinozuka et al 1989;Tammela et al 1996;Torbati et al 1976). Fairly recently it was shown that arterioles, along with capillaries, are involved in the supply of oxygen to tissues, since their walls are gas permeable (Duling and Berne 1970;Duling et al 1975;Ivanov et al 1979b).…”