background image

1

 

 

Oxygen Therapy 

Oxygen was discovered independently by the Swedish apothecary Karl W.Scheele, in 
1772
, and by the English amateur chemist Joseph Priestly,in August 1774. 

Priestley first liberated oxygen by intensely heating 'mercurius calcinatus' (mercuric 
oxide)  placed  over  liquid  mercury  in  a  closed  vessel.  He  called  this  new  gas 
"dephlogisticated air, "oxygenated."   

Joseph  Priestley  and Carl Wilhelm Scheele  both independently discovered oxygen, 
but Priestly is usually given credit for the discovery. 

Priestley  called  the  gas  produced  in  his  experiments  'dephlogisticated  air'  and 
Scheele called his 'fire air'.  

The  name  oxygen  was  created  by  Antoine  Lavoisier  who  incorrectly  believed that 
oxygen was necessary to form all acids. 

 

The Element Oxygen 

•  Atomic Number: 8 
•  Atomic Weight: 15.9994 
•  Melting Point: 54.36 K (-218.79°C or -361.82°F) 
•  Boiling Point: 90.20 K (-182.95°C or -297.31°F) 
•  Density: 0.001429 grams per cubic centimeter 
•  Phase at Room Temperature: Gas 
•  Element Classification: Non-metal 
•  Period Number: 2    
•  Group Number: 16    Group Name: Chalcoge 

 

Oxygen is a drug 

Colorless, odorless, tasteless gas, makes up 21% of room air .It is NOT flammable but 
does support combustion.
 

•  should be regarded as a drug . 
•  Has a Drug Identification Number (DIN) 
•  Oxygen  must  be  prescribed  in  all  situations  (except  for  the  immediate 

management of critical illness). 

•  Oxygen should be prescribed to achieve a target saturation (Sp02),  which 

should be written on the drug chart  . 

 

 

 


background image

2

 

 

Basic Concepts of Oxygen 

•  Composition of Room Air Nitrogen 78.08% ~78% Oxygen 20.946% ~21% Trace 

gases ~1% 

•  Normal PO2 in arterial blood (PaO2) ≥ 95mmHg: decrease with age. 
•  PO2 in mitochondria ≥ 18 mmHg required to generate high energy phosphate 

bonds e.x ATP 

•  At rest the average adult male consumes about 225-250 ml of O2/min. 
•  This can increase up to 10 folds during exercise. 
•  There’s very small O2 reserve that can be consumed within 4-6  minutes of 

cessation of spontaneous ventilation. 

 

Oxygen content of blood 

The  theoretical  maximum  oxygen  carrying  capacity  is  1.39  ml  O2/g  Hb,  but  direct 
measurement  gives  a  capacity  of  1.34  ml  O2/g  Hb.1.34  is  also  known  as  Hüfner’s 
constant. 

The oxygen content of blood is the volume of oxygen carried in each 100 ml blood. 
It is calculated by: (O2 carried by Hb) + (O2 in solution) = (1.34 x Hb x SpO2 x 0.01) + 
(0.023 x PaO2) 

 

 

 

 

 

 

 

 

Basic Concepts of Oxygen 

Oxygen Cascade: 

Inspired = 150 mmHg at Sea Level    

 

 

↓ Alveolar PO

2

= 103 

 

 

 

 ↓ Arterial=100 

 

 

 

 

↓ Capillary= 51 

 

 

 

 

 

 ↓ Mitochondrial= 1-10 

(FiO

expressed as 0.21-1.0 or 21- 100%)  


background image

3

 

 

Clinical Conditions With Increased Risk of Hypoxia 

1.  Myocardial infarction 
2.  Acute pulmonary disorders 
3.  Sepsis 
4.  Drug overdose 
5.  Liver failure 
6.  Head trauma 
7.  CHF 
8.  Hypovolemic shock 
9.  Blunt chest trauma 
10. Acute neuromuscular disease 
11. Acute abdomen (splinting) 
12. Acute pancreatitis 
13. Spinal cord injury 

 

Indications for Oxygen Therapy 

1.  Tachypnea 
2.  Cyanosis 
3.  Restlessness 
4.  Disorientation 
5.  Cardiac arrhythmias 
6.  Slow bounding pulse 
7.  Tachycardia 
8.  Hypertension   
9.  Dyspnea 
10. Coma 
11. Labored breathing (use of accessory muscles, nasal flaring) 
12. Lethargy 
13. Tremors/seizure activity 

 “Generally speaking”, a patient who is breathing less than 12 and more than 24 times 
a minute needs oxygen of some kind 

 

Oxygen therapy To ensure safe and effective treatment 

Oxygen is required for the functioning and survival of all body tissues and deprivation 
for more than a few minutes is fatal. 

In immediately life threatening situations oxygen should be administered.  

Hypoxaemia.  Acute  hypotension.  Breathing  inadequacy.  Trauma.  Acute  illness.  CO 
poisoning. Severe anaemia. During the peri-operative period.  


background image

4

 

 

Oxygen therapy Humidification Is recommended if more than 4 litres/min is delivered.  

Helps prevent drying of mucous membranes. 

 Helps prevent the formation of tenacious sputum. 

Oxygen concentrations will be affected with all delivery systems if not fitted correctly 
or tubing becomes kinked and ports obstructed.  

 

The  oxyhaemoglobin  dissociation  curve  showing  the  relation  between  partial 
pressure of oxygen and haemoglobin saturation
 

 

 

Methods of Oxygen Delivery 

Most common methods of oxygen delivery include 

1.  Nasal Cannula 
2.  Venturi Mask 
3.  100% Non-Rebreather Mask 
4.  Mechanical Ventilation 

 

1.  Nasal Cannula 

Comfortable, convenient, mouth breathing will not effect % of O2 delivered 

Liters/min = % 

•  2 l/m = 24-28% 
•  3 l/m = 28-30% 
•  4 l/m = 32-36% 
•  5 l/m = 36-40% 
•  6 l/m = 40-44% 

Cannot administer > 6 liters/minute (44%) 


background image

5

 

 

Provides limited oxygen concentration 

Used when patients cannot tolerate mask 

Prongs and other uses 

Concentration of 24 to 44% 

Flow rate set between 1 to 6 liters 

For  every  liter  per  minute  of  flow  delivered,  the  oxygen  concentration  the 
patient inhales increases by 4% 

 

2.  Venturi Mask 

FiO2 Delivery 

•  Blue 24% Yellow 28% 
•  White 31% Green 35% 
•  Pink 40% 

Concerns 

Tight seal is a must Interferes with eating/drinking 

Condensation collection 

Provides precise concentrations of oxygen 

Entrainment valve to adjust oxygen delivery 

Mostly used in the hospital setting for COPD patients 

 

 

 

 

 


background image

6

 

 

3.  100% Non-Rebreather 

Delivery percentages 

•  6 l/min = 55 – 60 % 
•  8 l/min = 60 – 80 % 
•  10 l/min = 80 – 90 % 
•  >12 l/min = 90 + % 

Benefit:   Has a one way expiratory valve that prevents re-breathing expired 
gases 

Concern  

May lead to O2 toxicity 

 

100% Non-Rebreather Mask                                            partial rebreather Mask 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.  Mechanical Ventilation 

 

Allows administration of 100% oxygen 

Controls breathing pattern for patients who are unable to maintain adequate 
ventilation  

Is a temporary support that “buys time” for correcting the primary pathologic 
process 

 

 


background image

7

 

 

Indications for Mechanical Ventilation 

1.  Mechanical Failure 
2.  Ventilatory Failure 
3.  Oxygenation Failure 
4.  General Anesthesia 
5.  Post-Cardiac Arrest 

 

Two categories of ventilators 

1.  Negative pressure ventilators 

•  Iron lung 
•  Cuirass ventilator 

2.  Positive pressure ventilators 

Two categories 

•  Volume-cycled (volume-preset) 
•  Pressure-cycled (pressure-preset) 

 

 

Mechanical Ventilation PEEP 

•  Description 

Maintains a preset positive airway pressure at the end of expiration 

Increases PaO2 so that FiO2 can be decreased 

Increases DO2 (amt of delivered O2 to tissue) 

Maximizes pulmonary compliance 

Minimized pulmonary shunting 

•  Indications 

1.  PaO2 < 60 on FiO2 > 60% by recruiting dysfunctional alveoli 
2.  Increases  intrapulmonary pressure  after  cardiac  surgery  to  decrease 

intrathoracic bleeding (research does not support this idea) 

•  Advantages 

1.  Improves PaO2 and SaO2 while allowing FiO2 to be decreased 
2.  Decreases the work of breathing 
3.  Keeps airways from closing at end expiration (esp. in pts with surfactant 

deficiency) 

•  Disadvantages 

1.  Increased functional residual capacity (increases risk for barotrauma) 


background image

8

 

 

2.  Can cause increased dead space and increased ICP 
3.  In pts with increased ICP, must assure CO2 elimination 
4.  Contraindicated:  hypovolemia,  drug  induced  low  cardiac  output, 

unilateral lung disease, COPD 

 

 

 

 

 

 

 

Mechanical Ventilation CPAP  

•  Description 

Constant positive pressure is applied throughout the respiratory cycle 
to keep alveoli open 

•  Indications 

1.  To wean without having to remove the ventilator and having to connect 

to additional equipment 

2.  Mechanical Ventilation CPAP 

•  Advantages 

Takes  advantage  of  the  ventilator  alarm  systems  providing 
psychological security of the ventilator being there 

•  Disadvantages 

Patient  may  sense  resistance  as  he  breathes  through  the  ventilator 
tubing 

 

 

 

 

 

 

 


background image

9

 

 

Mechanical Ventilation Complications 

1.  Respiratory arrest from disconnection 
2.  Respiratory infection (VAP) 
3.  Acid-base imbalances 
4.  Oxygen toxicity 
5.  Pneumothorax 
6.  GI bleeding 
7.  Barotrauma 
8.  Decreased cardiac output 

 

Ventilator Weaning 

•  Vital Capacity at least 10 – 15 ml/kg 
•  Tidal Volume > 5 ml/kg 
•  Resting minute volume > 10 L per minute 
•  ABG’s adequate on < 40% FiO2 
•  Stable vital signs 
•  Intact airway protective reflexes (strong cough) 
•  Absence of dyspnea, neuromuscular fatigue, pain, diaphoresis, restlessness, 

use of accessory muscles 

 

 

 

 

 

Primary Acid-base Disorders: 
 

1.  Respiratory alkalosis - A primary disorder where the first change is a lowering of 

PaCO

2

, resulting in an elevated pH.   Compensation (bringing the pH  back down 

toward normal) is a secondary lowering of  bicarbonate (HCO

3

) by the kidneys; this 

reduction in HCO

3

-

 is not metabolic acidosis, since it is not a primary process. 

 

 

Primary Event       

 

 Compensatory Event 

 

 

 

    HCO

3

-

  

 

               ↓HCO

3

-

  

 

                ↑ pH ~  -------                            ↑ pH ~   -------- 

 

 

 

 ↓ PaCO

 

                       

 

PaCO

2

 


background image

10

 

 

2.  Respiratory acidosis - A primary disorder where the first change is an elevation of 

PaCO

2

,  resulting  in  decreased  pH.    Compensation (bringing  pH  back  up  toward 

normal) is a secondary retention of bicarbonate by the kidneys; this elevation of 
HCO

3

-

 is not metabolic alkalosis since it is not a primary process. 

 

 

Primary Event Compensatory Event 

 

 

 

 HCO

3

-   

     

     

 

HCO

3

-

  

 

                  ↓ pH ~ ---------  

↓ pH ~  --------- 

 

 

 

↑PaCO

 

       

 

PaCO

2

 

 

3.  Metabolic  acidosis  -  A  primary  acid-base  disorder  where  the  first  change  is  a 

lowering of HCO

3

-

, resulting in decreased pH.  Compensation (bringing pH back up 

toward  normal)  is  a  secondary  hyperventilation;  this  lowering  of  PaCO

is  not 

respiratory alkalosis since it is not a primary process. 

 

 

Primary Event  

Compensatory Event 

 

 

 

  ↓ HCO

3

-

  

  

   ↓HCO

3

 

 

             ↓ pH ~  ------------                  ↓ pH ~  ------------ 

 

 

 

    PaCO

     

    

 

PaCO

2

 

  

4.  Metabolic  alkalosis -  A  primary acid-base disorder where the first  change is  an 

elevation  of  HCO

3

-

,  resulting  in  increased  pH.    Compensation  is  a  secondary 

hypoventilation (increased PaCO

2

), which is not respiratory acidosis since it is not 

a primary process.  Compensation for metabolic alkalosis (attempting to bring pH 
back down toward normal) is less predictable than for the other three acid-base 
disorders. 

 

 

Primary Event                   Compensatory Event 

 

 

  ↑

 

HCO

3

-

  

           ↑HCO

3

-

 

 

             ↑ pH ~------------                               ↑ pH ~  --------- 

 

 

  PaCO

2

           ↑PaCO

2

 

 
 

 

 

 


background image

11

 

 

Some Clinical Causes 

METABOLIC ACIDOSIS      

 

↓HCO

3

-

  & ↓

 

pH  

a.  Increased anion gap 

•  lactic  acidosis;  ketoacidosis;  drug  poisonings 

(e.g., aspirin, ethylene glycol, methanol) 

b.  Normal anion gap 

•  diarrhea;  some  kidney  problems  (e.g.,  renal 

tubular acidosis, interstitial nephritis)  

 

METABOLIC ALKALOSIS  

 

 ↑ HCO

3

-

  & ↑

 

pH  

a.  Chloride  responsive  (responds  to  NaCl  or  KCl  therapy):    contraction 

alkalosis, diuretics, corticosteroids, gastric suctioning, vomiting  

b.  Chloride  resistant:    any  hyperaldosterone  state  (e.g.,  Cushing’s 

syndrome, Bartter’s syndrome, severe K

+

 depletion) 

 

RESPIRATORY ACIDOSIS    

↑PaCO

2  

& ↓

 

pH  

a.  Central nervous system depression (e.g., drug overdose) 
b.  Chest 

bellows 

dysfunction 

(e.g., 

Guillain-Barré 

syndrome, 

 

myasthenia gravis)  

c.  Disease  of  lungs  and/or  upper  airway  (e.g.,  chronic  obstructive  lung 

 

disease, severe asthma attack, severe pulmonary edema) 

RESPIRATORY ALKALOSIS     ↓PaCO

2  

&

 

 

pH  

a.  Hypoxemia (includes altitude) 
b.  Anxiety 
c.  Sepsis 
d.  Any acute pulmonary insult (e.g., pneumonia, mild asthma attack, early 

pulmonary edema, pulmonary embolism) 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 15 عضواً و 197 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل