Aims: The purpose of this study was 1) to investigate the prevalence of high PaO2 and its association with long- term functional outcomes in critically ill patients after CA and several types of brain injuries as well as investigate the association of oxygen and outcome with low blood pressure; 2) to determine the course of oxidative stress and the effect of arterial oxygen tensions on oxidative tissue injury after OHCA with biomarkers expressing lipid peroxidation; and 3) to determine the severity of hypoxic- ischaemic brain injury and functional outcomes after OHCA with glial fibrillary acidic protein (GFAp) and tau protein, two biomarkers specific to neuronal injury, as well as the biomarkers’ association with arterial oxygen tension. Materials and methods: This study consists of four substudies (Studies I-IV). Studies I and II are retrospective epidemiological studies using data from the Finnish Intensive Care Consortium (FICC) database. Study I includes adult patients on mechanical ventilation admitted to intensive care units (ICUs) of five university hospitals in Finland between 2003 and 2013 with several types of brain injuries (traumatic brain injury, hypoxic-ischaemic brain injury, and haemorrhagic and ischemic stroke). We defined oxygen exposure based on the PaO2 value recorded in connection with the lowest PaO2/fraction of inspired oxygen (FiO2) ratio and the patient haemodynamic condition based on the worst recorded mean arterial pressure (MAP) within the first 24h in the ICU. The study endpoint was one-year mortality. Study II consists of a sub-cohort from Study I, including all the CA patients treated in the ICUs of Helsinki University Hospital between 2005 and 2013. We determined severe hyperoxaemia as >40 kPa and moderate hyperoxaemia as 16– 40 kPa based on the first PaO2 sample obtained within two hours after the return of spontaneous circulation (ROSC). The study endpoint was one-year functional outcome defined according to the Cerebral Performance Category (CPC). We defined CPC scores of 3–5 as unfavourable, corresponding to severe cerebral disability or death. Studies III and IV utilized blood samples collected during the Carbon Dioxide, Oxygen, and Mean arterial pressure After Cardiac Arrest (COMACARE) – pilot trial (NCT02698917). This trial randomized comatose OHCA patients to different targets of arterial oxygen (PaO2 10–15 kPa vs 20– 25 kPa) during the first 36h in the ICU. In Study III, we determined the concentrations of four lipid peroxidation biomarkers (isoprostanes, isofurans, neuroprostanes, and neurofurans) and in Study IV, the concentrations of GFAp and tau protein on ICU admission (0h), and at 24 h, 48 h, and 72 h thereafter. The lipid peroxidation biomarker concentrations were compared with oxygen exposure prior to hospital admission (according to the first pre-hospital PaO2 sample obtained after ROSC) and between the PaO2 treatment target groups. We determined the ability of GFAp and tau to predict six- month functional outcome after OHCA (unfavourable outcomes defined as CPC 3–5). Main results: Study I included 8,290 patients of whom 3912 (47%) were dead at one year. The threshold for hyperoxaemia was >18.3 kPa according to the highest 10th percentile, and we grouped patients by worst MAP in equal-sized tertiles (68 mmHg). PaO2 was not associated with one- year mortality at any MAP level, however, higher MAP levels were associated with lower one-year mortality compared to MAP 68 mmHg it was 0.80 [ 0.69–0.92]). Study II included 1,110 patients after CA, of whom 11% were exposed to severe and 37% to moderate hyperoxaemia soon after ROSC. Of the study population in Study II 585 (53%) patients had unfavourable functional outcomes, but severe hyperoxaemia exposure was not associated with outcome. Studies III and IV included 112 patients after OHCA, of whom 39 (35%) had unfavourable functional outcome at six months. We found no associations between lipid peroxidation biomarker concentrations and PaO2 exposure prior to hospital admission or between the PaO2 treatment target groups. Both GFAp and tau predicted six-month functional outcome well 48h after OHCA with areas under the receiving operating characteristics curve (AUROCs) of 0.91 (95% confidence interval 0.85– 0.97) for GFAp and 0.93 (0.86 –0.99) for tau. Conclusions: About 10% of the study’s CA population were exposed to early hyperoxaemia after ROSC. We did not find an association between early post-arrest hyperoxaemia and unfavourable one-year outcome. Our study showed no benefit of hyperoxemia exposure in patients with hypotension after several types of brain injuries. The levels of lipid peroxidation biomarkers were similar, irrespective of PaO2 levels in the pre-hospital setting and during the initial ICU care, suggesting that moderate differences in PaO2 tension do not influence the burden of oxidative stress after OHCA. GFAp and tau demonstrated good accuracy in predicting functional outcome after OHCA. Sydänpysähdyksen aikana elimistön verenkierto sekä hapensaanti pysähtyvät. Elimistön hapenpuute johtaa nopeasti elinvaurioihin. Erityisen vahingollista hapenpuute on aivoille, lisähapen anto onkin elvytystilanteessa tärkeää. Kudoksissa ylimääräiset happimolekyylit muodostavat solun rakenteita vaurioittavia happiradikaaleja ja liiallinenkin hapensaanti voi olla haitallista. Happiradikaaleja muodostuu runsaasti hapen palatessa hapenpuutteesta kärsineeseen kudokseen. Onnistuneen elvytyksen jälkeen palautuva verenkierto (reperfuusio) laajentaakin hapenpuutteen aikana muodostunutta kudosvauriota. Kirjallisuudessa on viitteitä, että lisähappea antamalla saavutettu korkea valtimoveren happiosapaine onnistuneen elvytyksen jälkeen hankaloittaa syntyvää reperfuusiovauriota ja huonontaa potilaan toipumisennustetta, mutta tutkimusnäyttö on ristiriitaista. Selvitimme valtimoveren korkean happiosapaineen ilmenemistä teho-osastolla hoidetuilla potilailla varhaisessa vaiheessa sydänpysähdyksen ja onnistuneen elvytyksen jälkeen sekä korkean valtimoveren happiosapaineen ja potilaan huonon toipumisen välistä yhteyttä. Lisäksi määritimme happiradikaalien aiheuttamaa soluvauriota kuvaavien kudosmerkkiaineiden pitoisuuksia elvytetyillä potilailla kolmen ensimmäisen tehohoitovuorokauden aikana ja tutkimme näiden merkkiaineiden ja valtimoveren happiosapaineen välistä yhteyttä. Lopuksi tutkimme sydänpysähdyksen jälkeisen aivovaurion laajuutta kahden eri verestä mitattavan hermokudosvauriota kuvaavan kudosmerkkiaineen avulla ja määritimme, kuinka näiden merkkiaineiden pitoisuudet ennustavat sydänpysähdyspotilaan pitkäaikaista toipumista. Tutkimus pohjautui kahteen eri Suomen Tehohoitokonsortion potilasaineistoon sekä verinäytteisiin, jotka olivat kerätty kliinisen satunnaistetun tutkimukseen aikana. Satunnaistettu kliininen tutkimus sisälsi sairaalan ulkopuolella sydänpysähdyksen saaneita onnistuneesti elvytettyjä tehohoitopotilaita, jotka olivat 36 ensimmäisen tehohoitotunnin ajan satunnaistettu kahteen eri ryhmään valtimoveren happiosapaineen suhteen (normaali 10–15 kPa ja lievästi korkea 20–25 kPa). Rekisteriaineistossa hyvin korkean valtimoveren happiosapaineen ilmaantuvuus pian elvytyksen jälkeen oli noin 10 %. Huono toipuminen todettiin noin 50 %:lla potilaista tarkoittaen lievimmillään kyvyttömyyttä selviytyä itsenäisesti arjen toimista tai vakavimmillaan kuolemaa. Korkea valtimoveren happiosapaine ei ollut yhteydessä huonomman pitkäaikaistoipumisen kanssa. Happiradikaalien aiheuttamaa soluvauriota kuvaavilla kudosmerkkiaineilla suurimmat pitoisuudet ilmenivät noin 24 tuntia sydänpysähdyksen jälkeen ja valtimoveren happiosapaine ei ollut yhteydessä kudosmerkkiaineiden pitoisuuksiin. Hermokudoksen vauriota kuvaavien kudosmerkkiaineiden pitoisuudet ennustivat sydänpysähdyspotilaan pitkäaikaista toipumista hyvin. Rekisteriaineistossamme korkean valtimoveren happiosapaineen ilmaantuvuus oli jokseenkin matalampi verrattuna aiemmin esitettyyn, kuitenkin kirjallisuudessa ilmaantuvuus vaihtelee suuresti mittaushetkestä ja potilasaineistosta riippuen. Löydöstemme perusteella päättelimme, että lyhytkestoisella korkealla tai pitkäkestoisemmalla lievästi kohonneella valtimoveren happiosapaineella ei ole vahvaa yhteyttä potilaan pitkäaikaistoipumisen kanssa. Hermokudoksen vauriota kuvaavien kudosmerkkiaineiden pitoisuudet korreloivat vahvasti potilaan pitkäaikaisen toipumisennusteen kanssa, joten näiden kudosmerkkiaineiden pitoisuudet kuvastavat sydänpysähdyksen jälkeisen aivovaurion laajuutta ja voivat olla apuna elvytetyn potilaan toipumisen ennustamisessa.