Przeczytaj
W transporcie gazów oddechowych, czyli tlenu i dwutlenku węgla uczestniczy osocze krwi oraz erytrocyty. Osocze przenosi jedynie niecałe 3% rozpuszczonego w nim tlenu. Resztę, czyli 97% transportuje hemoglobinahemoglobina, czerwony barwnik krwi. Natomiast dwutlenek węgla jest w większości transportowany przez osocze.
Nośnikiem tlenu jest hemoglobina
Hemoglobina wykazuje niezwykłą zdolność do odwracalnego tworzenia wiązań z tlenem. Cząsteczki tlenu po przejściu przez ściany pęcherzyka płucnego i włosowatego naczynia krwionośnego rozpuszczają się w osoczu, a następnie dyfundują do erytrocytów, gdzie łączą się z hemoglobiną.
Budowa hemoglobiny
Proces wiązania tlenu z hemoglobiną nazywany jest utlenowaniem (nie mylić z utlenianiem), ponieważ cząsteczki tlenu przyłączają się na tyle nietrwale, że nie zmieniają wartościowości żelaza. Związana z tlenem hemoglobina przekształca się w oksyhemoglobinę (HbOIndeks dolny 22)oksyhemoglobinę (HbOIndeks dolny 22), która przybiera kolor jasnoczerwony. To jej właśnie zawdzięcza swą barwę krew tętnicza. Łączenie się hemoglobiny z tlenem jest procesem odwracalnym, dzięki czemu przyłączony tlen w miarę potrzeby może być uwalniany. Odtlenowana hemoglobina jest ciemnoczerwona, co nadaje barwę krwi żylnej.
Wiązanie tlenu przez hemoglobinę opisuje krzywa dysocjacji hemoglobiny.
-
ciśnienie_cząsteczkowe_tlenu : 0
wysycenie : 0
-
ciśnienie_cząsteczkowe_tlenu : 10
wysycenie : 15
-
ciśnienie_cząsteczkowe_tlenu : 20
wysycenie : 40
-
ciśnienie_cząsteczkowe_tlenu : 30
wysycenie : 60
-
ciśnienie_cząsteczkowe_tlenu : 40
wysycenie : 75
-
ciśnienie_cząsteczkowe_tlenu : 50
wysycenie : 85
-
ciśnienie_cząsteczkowe_tlenu : 60
wysycenie : 90
-
ciśnienie_cząsteczkowe_tlenu : 70
wysycenie : 95
-
ciśnienie_cząsteczkowe_tlenu : 80
wysycenie : 97
-
ciśnienie_cząsteczkowe_tlenu : 90
wysycenie : 98
-
ciśnienie_cząsteczkowe_tlenu : 100
wysycenie : 100
Jej kształt jest zbliżony do spłaszczonej litery S (krzywa S-kształtna), co jest wynikiem współdziałania ze sobą poszczególnych czterech cząsteczek hemoglobiny, z których każda wiąże jedną cząsteczkę tlenu. Przyłączenie pierwszej cząsteczki tlenu przez pierwszą cząsteczkę hemoglobiny powoduje nieznaczną zmianę budowy przestrzennej całej hemoglobiny, co zwiększa jej powinowactwo do tlenu. Przyłączanie kolejnych cząsteczek tlenu staje się coraz łatwiejsze, co na wykresie wyraża się charakterystycznym załamaniem, „przyspieszeniem” przebiegu krzywej. Przy pO2 równym 40 mmHg, charakterystycznym dla sąsiedztwa tkanek znajdujących się w spoczynku, hemoglobina jest wysycona w 70%. W płucach, gdzie ciśnienie parcjalne tlenu wynosi około 100 mmHg, hemoglobina jest całkowicie wysycona tlenem.
Zastanów się i określ miejsca w organizmie człowieka, w których procentowe wysycenie hemoglobiny tlenem we krwi jest najniższe. Jak sądzisz, jakie stężenie dwutlenku węgla jest dla nich charakterystyczne?
Tkanki naszego ciała charakteryzują się zróżnicowanym zapotrzebowaniem na tlen. Podczas wysiłku 100 gramów serca może potrzebować aż 70 ml tlenu na minutę, natomiast podczas spoczynku zaledwie 8 ml. Fragment nerek o tej samej masie wymaga zalewie 5 ml na minutę.
Hemoglobina nie tylko transportuje tlen. Pomaga również w transporcie dwutlenku węgla, a absorbując jony wodorowe, współdziała w utrzymaniu odpowiedniego pH, czyli równowagi kwasowo‑zasadowej organizmu.
Transport dwutlenku węgla
Cząsteczki dwutlenku węgla powstałe podczas oddychania komórkowego przenikają z tkanek do krwi, skąd transportowane są do płuc w różnej postaci.
- Dwutlenek węgla jest transportowany w postaci rozpuszczonej w osoczu; Wartość: 7; Udział procentowy: 7%
- Dwutlenek węgla przenika do erytrocytów i przyłącza się do aminowych końców łańcuchów polipeptydowych hemoglobiny; Wartość: 23; Udział procentowy: 23%
- Dwutlenek węgla dyfunduje do erytrocytów i przekształca się w jony wodorowęglanowe; Wartość: 70; Udział procentowy: 70%
-
Label : Dwutlenek węgla jest transportowany w postaci rozpuszczonej w osoczu
Value : 7%
-
Label : Dwutlenek węgla przenika do erytrocytów i przyłącza się do aminowych końców łańcuchów polipeptydowych hemoglobiny
Value : 23%
-
Label : Dwutlenek węgla dyfunduje do erytrocytów i przekształca się w jony wodorowęglanowe
Value : 70%
Hemoglobina wykazuje duże powinowactwo do tlenku węgla, zwanego potocznie czadem. Łączy się z nim, tworząc karboksyhemoglobinę (HbCO) – związek słabo dysocjujący, bardziej trwały niż połączenie tlenu z hemoglobiną. Tlenek węgla(II) wysyca w cząsteczce hemoglobiny te wiązania, które łączą się z tlenem, a więc erytrocyt traci zdolność do przenoszenia tlenu. Nadmiar karboksyhemoglobiny powoduje niedotlenienie organizmu objawiające się zmęczeniem i zawrotami głowy. Wzrost jej stężenia do 20% daje objawy zatrucia, a przy stężeniu powyżej 60% następuje utrata świadomości i najczęściej śmierć przez tzw. zatrucie tlenkiem węgla(II) (zaczadzenie).
HbCO może się rozkładać pod wpływem podwyższonego stężenia OIndeks dolny 22, jednak jest to proces bardzo długi i nie zawsze możliwy.
Mechanizm transportu gazów oddechowych we krwi
Wytworzony w tkankach dwutlenek węgla (CO2) dyfunduje do krwi. Ponad 90% CO2 przenika do erytrocytów, a tylko 7% pozostaje w niezmienionej postaci rozpuszczone w osoczu. Część tego gazu tworzy nietrwałe karbaminiany z hemoglobiną (HbCO2). Większość CO2 zawartego w erytrocytach, w reakcji katalizowanej przez anhydrazę węglanową, reaguje z wodą i tworzy kwas węglowy (H2CO3). Kwas ten jako związek nietrwały natychmiast dysocjuje na kationy wodorowe (H+) i aniony wodorowęglanowe (HCO3-). Większość jonów H+ wiąże hemoglobina (HHb), nie dopuszczając do zakwaszenia krwi. Aniony HCO3- również w większości przenikają do osocza, stanowiąc podstawową formę transportową dwutlenku węgla. Obecność anionów wodorowęglanowych w osoczu zapewnia wraz z innymi czynnikami utrzymanie równowagi kwasowo-zasadowej organizmu. Dla zachowania równowagi jonowej do erytrocytów wnikają jony chlorkowe (Cl-).
Aniony wodorowęglanowe (HCO3-) dyfundują z osocza do erytrocytów, gdzie łączą się z kationami H+ uwolnionymi z hemoglobiny, tworząc cząsteczki kwasu węglowego (H2CO3). Te z kolei są rozkładane przez anhydrazę węglanową na wodę i dwutlenek węgla. Ubytek jonów wodorowęglanowych w erytrocytach powoduje ich napływ do wnętrza komórki, równoważony wypływem jonów chlorkowych na zewnątrz, co dodatkowo napędza reakcję. Odtworzony dwutlenek węgla przenika przez błony komórkowe erytrocytu i pęcherzyków płucnych do płuc. Jednocześnie tlen dyfundujący z płuc do osocza wiąże się z hemoglobiną, wypierając związane z nią protony (H+). Karbaminohemoglobina zawarta w erytrocytach uwalnia dwutlenek węgla, który przenika swobodnie na drodze dyfuzji do światła pęcherzyków płucnych, podobnie jak cząsteczki tego gazu rozpuszczone w osoczu.
Wzrost stężenia dwutlenku węgla we krwi w postaci kwasu węglowego lub jonów wodorowęglanowych spowodowany utrudnieniem usuwania tych substancji z krwi do pęcherzyków płucnych (np. podczas zapalenia płuc) prowadzi do stanu nazywanego kwasicą oddechową (acydozą). Niedobór dwutlenku węgla, spowodowany zwiększoną wentylacją płuc, prowadzi do wzrostu zasadowości krwi i tzw. zasadowicy oddechowej (alkalozy). Zarówno kwasica, jak i zasadowica zakłócają równowagę kwasowo‑zasadową organizmu.
Słownik
enzym z klasy liaz katalizujący odwracalną reakcję powstawania jonu wodorowęglanowego HCOIndeks górny 3-3- z wody i dwutlenku węgla (COIndeks dolny 22); występuje powszechnie u ssaków: w erytrocytach, trzustce, błonie śluzowej żołądka oraz nerkach; jej działanie jest związane m.in. z wydalaniem dwutlenku węgla, tworzeniem kwasu solnego w soku żołądkowym i regulacją odczynu moczu; w roślinach anhydraza węglanowa bierze udział w transporcie dwutlenku węgla podczas procesu fotosyntezy
ciśnienie cząsteczkowe jednego gazu w mieszaninie gazów
hemoproteina zbudowana z czterech łańcuchów polipeptydowych (globiny), z których każdy zawiera związaną grupę hemową; jej funkcją jest wiązanie i transport tlenu oraz jonów wodorowych i dwutlenku węgla we krwi
stan, w trakcie którego zwiększona ilość powietrza wnika do pęcherzyków płucnych, powodując zmniejszenie ciśnienia cząsteczkowego COIndeks dolny 22 i prowadząc do rozwoju zasadowicy (alkalozy) oddechowej
stan, w którym dochodzi do zmniejszenia wentylacji pęcherzyków płucnych do poziomu, który nie wystarcza do usunięcia COIndeks dolny 22 produkowanego w procesach oddychania komórkowego, co powoduje zwiększenie ciśnienia cząsteczkowego COIndeks dolny 22 i prowadzi do kwasicy oddechowej
nietrwały kompleks dwutlenku węgla z grupami aminowymi podjednostek alfa i beta hemoglobiny
nietrwałe połączenie hemoglobiny z tlenem; powstaje w płucach, skąd transportowana jest przez krew do tkanek, gdzie oddaje tlen i zmienia się w hemoglobinę; barwnik oddechowy o jasnoczerwonej barwie; składnik krwi utlenowanej