Znaczenie hemoglobiny
Tlen jest transportowany we krwi za pośrednictwem dwóch różnych mechanizmów: jego rozpuszczania w osoczu i wiązania się z hemoglobiną zawartą w czerwonych krwinkach lub erytrocytach.
Ponieważ tlen jest słabo rozpuszczalny w roztworach wodnych, przetrwanie organizmu ludzkiego zależy od obecności odpowiedniej ilości hemoglobiny. W rzeczywistości u zdrowego osobnika ponad 98% tlenu obecnego w danej objętości krwi jest wiązane z hemoglobiną i transportowane przez erytrocyty.
Związek między hemoglobiną a tlenem
Wiązanie tlenu z hemoglobiną jest odwracalne i zależne od ciśnienia cząstkowego tego gazu (PO2): w naczyniach włosowatych płuc, gdzie PO2 wzrasta w wyniku dyfuzji tlenu z pęcherzyków, hemoglobina wiąże się z tlenem; na obrzeżach, gdzie tlen jest wykorzystywany w metabolizmie komórkowym i spada PO2 w osoczu, hemoglobina przenosi tlen do tkanek.
Ale czym jest PO2?
Częściowe ciśnienie tlenu
Ciśnienie cząstkowe gazu, takiego jak tlen, wewnątrz ograniczonej przestrzeni (płuc) zawierającej mieszaninę gazów (powietrze atmosferyczne), definiuje się jako ciśnienie, jakie miałby ten gaz, gdyby zajmował samotnie rozważaną przestrzeń.
Aby uprościć koncepcję, wyobraźmy sobie ciśnienie cząstkowe jako ilość tlenu: im wyższe ciśnienie cząstkowe tlenu, tym wyższe jego stężenie. Jest to bardzo ważny aspekt, jeśli weźmiemy pod uwagę, że gaz ma tendencję do dyfuzji z punktu o wyższym stężeniu (wyższym ciśnieniu cząstkowym) do punktu o niższym stężeniu (niższe ciśnienie cząstkowe).
To prawo reguluje wymianę gazów w płucach i tkankach.
W rzeczywistości, na poziomie płucnym, gdzie powietrze pęcherzyków płucnych jest w bliskim kontakcie z bardzo cienkimi ściankami naczyń włosowatych krwi, cząsteczki tlenu przechodzą do krwi, ponieważ ciśnienie parcjalne tlenu w powietrzu pęcherzykowym jest wyższe niż PO2 krwi.
Dane na dłoni, PO2 krwi żylnej, która dociera do pomona w stanie spoczynku, wynosi w przybliżeniu 40 mmHg, podczas gdy na poziomie morza PO2 w pęcherzykach wynosi około 100 mmHg; w konsekwencji tlen dyfunduje zgodnie z własnym gradientem stężenia (ciśnienie cząstkowe) z pęcherzyków w kierunku naczyń włosowatych Koncepcyjnie, przejście zostanie zatrzymane, gdy PO2 we krwi tętniczej opuszczającej płuca zrówna się z atmosferycznym w pęcherzykach (100 mmHg).
Gdy krew tętnicza dociera do naczyń włosowatych tkanek, gradient stężenia ulega odwróceniu.W rzeczywistości w komórce w spoczynku wewnątrzkomórkowe PO2 wynosi średnio 40 mmHg; Ponieważ, jak widzieliśmy, krew w tętniczym końcu naczyń włosowatych ma PO2 100 mmHg, tlen dyfunduje z osocza do komórek.Dyfuzja zatrzymuje się, gdy żylna krew włośniczkowa osiąga takie samo ciśnienie parcjalne tlenu jak krew. środowisko wewnątrzkomórkowe tj. 40 mmHg (w stanie spoczynku) Podczas wysiłku fizycznego zmniejsza się stężenie tlenu w środowisku komórkowym, a wraz z nim ciśnienie parcjalne gazu (nawet do 20 mmHg); w konsekwencji uwalnianie tlenu z plazmy następuje szybciej i bardziej konsekwentnie.
Jak widzieliśmy, odpowiedni pobór tlenu przez krew płynącą w naczyniach włosowatych płuc jest ściśle uzależniony od ciśnienia parcjalnego powietrza upakowanego w pęcherzykach płucnych; widzieliśmy również, jak tutaj pęcherzykowe PO2 jest normalnie (na poziomie morza) równe 100 mmHg; jeśli ta wartość zostanie nadmiernie zmniejszona, dyfuzja tlenu z powietrza do krwi jest niewystarczająca i powstaje niebezpieczny stan zwany niedotlenieniem.
Niedotlenienie: trochę tlenu we krwi
Ciśnienie parcjalne powietrza pęcherzykowego może spaść na dużych wysokościach (ponieważ ciśnienie atmosferyczne jest obniżone) lub przy niedostatecznej wentylacji płuc (jak to ma miejsce w przypadku chorób płuc, takich jak przewlekłe obturacyjne zapalenie oskrzeli, astma, choroby zwłóknieniowe płuc, obrzęk płuc i rozedma).
Ta sama sytuacja ma miejsce, gdy ściana pęcherzyków ulega pogrubieniu lub zmniejsza się powierzchnia ich powierzchni.Szybkość dyfuzji tlenu z powietrza do krwi jest w rzeczywistości wprost proporcjonalna do dostępnej powierzchni pęcherzyków i odwrotnie proporcjonalna do grubości błony wyrostka zębodołowego.
Rozedma płuc, choroba zwyrodnieniowa płuc spowodowana głównie dymem papierosowym, niszczy pęcherzyki, zmniejszając powierzchnię dostępną do wymiany gazowej; z kolei w zwłóknieniu płuc odkładanie się tkanki bliznowatej zwiększa grubość błony wyrostka zębodołowego. W obu przypadkach dyfuzja tlenu przez ściany pęcherzyków jest znacznie wolniejsza niż normalnie.
Niedotlenienie może również wynikać ze zmniejszonego stężenia hemoglobiny we krwi tętniczej.Choroby, które zmniejszają ilość hemoglobiny w czerwonych krwinkach lub ich liczbę, negatywnie wpływają na zdolność krwi do przenoszenia tlenu. W skrajnych przypadkach, na przykład u osób, które utraciły znaczne ilości krwi, stężenie hemoglobiny może być niewystarczające do zaspokojenia zapotrzebowania komórek na tlen; w takich przypadkach jedynym rozwiązaniem ratującym życie pacjenta jest transfuzja krwi.
Krzywa dysocjacji hemoglobiny
Fizyczny związek między PO2 w osoczu a ilością tlenu związanego z hemoglobiną został zbadany in vitro i jest reprezentowany przez charakterystykę krzywa dysocjacji hemoglobiny.
Obserwując krzywą pokazaną na rysunku, można zauważyć, że przy PO2 równym 100 mmHg (wartość normalnie rejestrowana w obszarze pęcherzyków płucnych) 98% hemoglobiny wiąże się z tlenem.
Należy zauważyć, że przy wartościach wyższych niż 100 mmHg procent wysycenia hemoglobiny nie wzrasta dalej, o czym świadczy spłaszczenie krzywej; z tego samego powodu, dopóki pęcherzykowe PO2 utrzymuje się powyżej 60 mmHg, hemoglobina jest wysycona w ponad 90%, a zatem zachowuje prawie normalną zdolność transportu tlenu we krwi. Więcej informacji można znaleźć w artykule poświęconym hemoglobinie i efektowi Bohra.
Wszystkie czynniki wymienione w artykule można ocenić za pomocą prostych badań krwi, takich jak liczba krwinek czerwonych, dawka hemoglobiny i nasycenie krwi tlenem (procent hemoglobiny nasyconej tlenem w porównaniu do całkowitej ilości hemoglobiny obecnej we krwi).
