Tlen we krwi

Znaczenie hemoglobiny

Tlen jest transportowany we krwi poprzez dwa różne mechanizmy: jego rozpuszczenie w osoczu i jego połączenie z hemoglobiną zawartą w czerwonych krwinkach lub erytrocytach.

Ponieważ tlen jest słabo rozpuszczalny w roztworach wodnych, przeżycie organizmu ludzkiego jest podporządkowane obecności odpowiednich ilości hemoglobiny. W rzeczywistości u zdrowego osobnika ponad 98% tlenu obecnego w danej objętości krwi wiąże się z hemoglobiną i jest transponowane przez erytrocyty.

Związek między hemoglobiną a tlenem

Wiązanie tlenu z hemoglobiną jest odwracalne i zależy od ciśnienia cząstkowego tego gazu (PO ₂ ): w naczyniach włosowatych płuc, gdzie poziom PO _{2 w} osoczu wzrasta z powodu dyfuzji tlenu z pęcherzyków płucnych, hemoglobina wiąże się z tlenem ; na przedmieściach, gdzie tlen jest wykorzystywany w metabolizmie komórkowym i PO ₂ spada, hemoglobina przenosi tlen do tkanek.

Ale co to jest PO ₂ ?

Częściowe ciśnienie tlenu

Ciśnienie cząstkowe gazu, takiego jak tlen, w ograniczonej przestrzeni (płucach) zawierającej mieszaninę gazu (powietrze atmosferyczne), definiuje się jako ciśnienie, które ten gaz miałby, gdyby zajmował przestrzeń uważaną za samą.

Aby uprościć koncepcję, wyobrażamy sobie ciśnienie cząstkowe jako ilość tlenu: im wyższe ciśnienie cząstkowe tlenu, tym większe jego stężenie. Jest to bardzo ważny aspekt, jeśli weźmiemy pod uwagę, że gaz ma tendencję do rozprzestrzeniania się z punktu o większym stężeniu (wyższe ciśnienie cząstkowe) do punktu o niższym stężeniu (niższe ciśnienie cząstkowe).

To prawo reguluje wymianę gazu na poziomie płuc i tkanek.

W rzeczywistości, na poziomie płuc, gdzie powietrze pęcherzyków jest w bliskim kontakcie z bardzo cienkimi ścianami naczyń włosowatych, cząsteczki tlenu przechodzą do krwi, ponieważ ciśnienie cząstkowe tlenu w powietrzu pęcherzykowym jest wyższe niż PO ₂ krwi.

Dostępne dane, PO2 krwi żylnej, która dociera do pomone w warunkach spoczynku, jest w przybliżeniu równa 40 mmHg, podczas gdy na poziomie morza pęcherzykowa PO ₂ jest równa około 100 mmHg; w konsekwencji tlen dyfunduje zgodnie ze swoim gradientem stężenia (ciśnienie cząstkowe) z pęcherzyków w kierunku naczyń włosowatych. Pojęciowo, przejście zatrzyma się, gdy PO2 w krwi tętniczej opuszczającej płuca będzie równe temu atmosferycznemu w pęcherzykach płucnych (100 mmHg).

Gdy krew tętnicza dociera do naczyń włosowatych, gradient stężenia jest odwrócony. W rzeczywistości w komórce spoczynkowej wewnątrzkomórkowa PO2 wynosi średnio 40 mmHg; ponieważ, jak widzieliśmy, krew na końcu tętniczym kapilary ma PO ₂ 100 mmHg, tlen dyfunduje z plazmy do komórek, a dyfuzja zatrzymuje się, gdy krew naczyń żylnych osiągnie to samo częściowe ciśnienie tlenu środowisko wewnątrzkomórkowe, tj. 40 mmHg (w warunkach spoczynku). Podczas wysiłku fizycznego stężenie tlenu w środowisku komórkowym maleje, a wraz z nim ciśnienie cząstkowe gazu (nawet do 20 mmHg); w konsekwencji transfer tlenu z plazmy zachodzi szybciej i konsekwentnie.

Jak widzieliśmy, odpowiednie spożycie tlenu przez krew płynącą w naczyniach włosowatych płuc zależy ściśle od ciśnienia cząstkowego powietrza w pęcherzykach płucnych; widzieliśmy również, jak w tym miejscu pęcherzyk PO ₂ jest zwykle (na poziomie morza) równy 100 mmHg; jeśli ta wartość jest nadmiernie zmniejszona, dyfuzja tlenu z powietrza do krwi jest niewystarczająca i powstaje niebezpieczny stan znany jako niedotlenienie .

Hipoksja: niski poziom tlenu we krwi

Ciśnienie cząstkowe powietrza pęcherzykowego może spaść na dużej wysokości (ponieważ ciśnienie atmosferyczne jest zmniejszone) lub gdy wentylacja płuc jest niewystarczająca (jak to ma miejsce w przypadku chorób płuc, takich jak przewlekłe obturacyjne zapalenie oskrzeli, astma, zwłóknieniowe choroby płuc, obrzęk płuc i rozedma płuc).

Ta sama sytuacja występuje, gdy ściana pęcherzyków zgrubia lub zmniejsza obszar ich powierzchni. Szybkość dyfuzji tlenu z powietrza do krwi jest w rzeczywistości wprost proporcjonalna do powierzchni dostępnej powierzchni pęcherzykowej i odwrotnie proporcjonalna do grubości błony pęcherzykowej.

Rozedma płuc, choroba zwyrodnieniowa płuc spowodowana głównie przez dym papierosowy, niszczy pęcherzyki płucne, zmniejszając powierzchnię dostępną do wymiany gazowej; w zwłóknieniu płuc, z drugiej strony, odkładanie tkanki bliznowatej zwiększa grubość błony pęcherzykowej. 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 zmniejszające ilość hemoglobiny w krwinkach czerwonych lub ich liczbę negatywnie wpływają na zdolność krwi do przenoszenia tlenu. W skrajnych przypadkach, takich jak u osób, które utraciły ważne ilości krwi, stężenie hemoglobiny może być niewystarczające do zaspokojenia zapotrzebowania komórki na tlen; w takich przypadkach jedynym rozwiązaniem ratującym życie pacjenta jest transfuzja krwi.

Krzywa dysocjacji hemoglobiny

Fizyczny związek między PO _{2 w} osoczu a ilością tlenu związanego z hemoglobiną badano in vitro i jest on reprezentowany przez charakterystyczną krzywą 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 powyżej 100 mmHg procent nasycenia hemoglobiny nie wzrasta dalej, o czym świadczy spłaszczenie krzywej; z tego samego powodu, dopóki pęcherzykowa PO ₂ pozostaje powyżej 60 mmHg, hemoglobina jest nasycona przez ponad 90%, dlatego utrzymuje prawie normalną zdolność do przenoszenia tlenu we krwi. Aby uzyskać więcej informacji, zobacz artykuł na temat hemoglobiny i efektu Bohra.

Wszystkie czynniki wymienione w artykule można ocenić za pomocą prostych badań krwi, takich jak liczba krwinek czerwonych, dawka hemoglobiny i nasycenie tlenem we krwi (procent hemoglobiny nasyconej tlenem w porównaniu z całkowitą ilością hemoglobiny obecny we krwi).