Значення гемоглобіну
Кисень транспортується в кров за допомогою двох різних механізмів: його розчинення в плазмі і зв'язування з гемоглобіном, що міститься в еритроцитах або еритроцитах.
Оскільки кисень малорозчинний у водних розчинах, виживання людського організму залежить від наявності достатньої кількості гемоглобіну. Насправді, у здорової людини більше 98% кисню, присутніх у певному об’ємі крові, зв’язано з гемоглобіном і транспортується еритроцитами.
Зв'язок між гемоглобіном і киснем
Зв’язування кисню з гемоглобіном є оборотним і залежить від парціального тиску цього газу (РО2): у легеневих капілярах, де РО2 плазми зростає за рахунок дифузії кисню з альвеол, гемоглобін зв’язується з киснем; на периферії, де кисень використовується для клітинного метаболізму і краплі PO2 у плазмі крові, гемоглобін переносить кисень до тканин.
Але що таке PO2?
Частковий тиск кисню
Парціальний тиск такого газу, як кисень, всередині обмеженого простору (легені), що містить суміш газів (атмосферне повітря), визначається як тиск, який цей газ мав би, якби займав окремо розглянутий простір.
Для спрощення концепції уявімо парціальний тиск як кількість кисню: чим вище парціальний тиск кисню, тим вище його концентрація.Це дуже важливий аспект, якщо врахувати, що газ має тенденцію дифундувати від точки з більшою концентрацією (вищий парціальний тиск) до точки з меншою концентрацією (нижчий парціальний тиск).
Цей закон регулює обмін газами в легенях і тканинах.
Насправді, на легеневому рівні, де повітря альвеол тісно контактує з дуже тонкими стінками капілярів крові, молекули кисню переходять у кров, оскільки парціальний тиск кисню в альвеолярному повітрі вище, ніж PO2 крові.
Дані з кисті, PO2 венозної крові, яка досягає помону в умовах спокою, приблизно дорівнює 40 мм рт.ст., тоді як на рівні моря альвеолярний PO2 дорівнює приблизно 100 мм рт. отже, кисень дифундує відповідно до власного градієнта концентрації (парціального тиску) від альвеол до капілярів.Концептуально проходження припиняється, коли РО2 в артеріальній крові, що виходить з легенів, дорівнює атмосферному в альвеолах (100 мм рт.ст.).
Коли артеріальна кров досягає капілярів тканини, градієнт концентрації змінюється. Фактично, у спокійній клітині внутрішньоклітинний РО2 становить у середньому 40 мм рт. Оскільки, як ми бачили, кров у артеріальному кінці капіляра має PO2 100 мм рт.ст., кисень дифундує з плазми до клітин.Дифузія припиняється, коли венозна капілярна кров досягає такого ж парціального тиску кисню, як і кров. внутрішньоклітинне середовище, тобто 40 мм рт.ст. (в умовах спокою) .Під час фізичних навантажень концентрація кисню в клітинному середовищі зменшується, а разом з ним і парціальний тиск газу (навіть до 20 мм рт. ст.); отже, вивільнення кисню з плазми відбувається швидше і послідовніше.
Як ми бачили, адекватне надходження кисню кров’ю, що тече в легеневих капілярах, суворо залежить від парціального тиску повітря, що упаковується в альвеолярні мішки; ми також бачили, як тут альвеолярний PO2 у нормі (на рівні моря) дорівнює 100 мм рт. якщо це значення надмірно знижується, дифузія кисню з повітря до крові є недостатньою, і виникає небезпечний стан, відомий як гіпоксія.
Гіпоксія: мало кисню в крові
Парціальний тиск альвеолярного повітря може падати на великих висотах (через зниження атмосферного тиску) або при недостатній легеневій вентиляції (як це відбувається при наявності легеневих захворювань, таких як хронічний обструктивний бронхіт, астма, фіброзні захворювання легенів, набряк легенів) і емфізема).
Така ж ситуація виникає, коли стінка альвеол потовщується або площа їх поверхні зменшується. Швидкість дифузії кисню з повітря до крові фактично прямо пропорційна площі наявної альвеолярної поверхні і обернено пропорційна товщині альвеолярної мембрани.
Емфізема, дегенеративне захворювання легенів, головним чином викликане сигаретним димом, руйнує альвеоли, зменшуючи площу поверхні, доступну для газообміну; при фіброзі легенів, навпаки, відкладення рубцевої тканини збільшує товщину альвеолярної мембрани. В обох випадках дифузія кисню через стінки альвеол відбувається набагато повільніше, ніж зазвичай.
Гіпоксія також може бути наслідком зниження концентрації гемоглобіну в артеріальній крові.Захворювання, які зменшують кількість гемоглобіну в еритроцитах або їх кількість, негативно впливають на здатність крові переносити кисень. В крайніх випадках, наприклад, у осіб, які втратили значну кількість крові, концентрація гемоглобіну може бути недостатньою для задоволення потреб клітин у кисні; в цих випадках єдиним рішенням для порятунку життя пацієнта є переливання крові.
Крива дисоціації гемоглобіну
Фізичний зв’язок між РО2 у плазмі крові та кількістю кисню, пов’язаного з гемоглобіном, вивчався in vitro і представлений характеристикою крива дисоціації гемоглобіну.
Спостерігаючи криву, показану на малюнку, можна побачити, що при РО2, що дорівнює 100 мм рт.
Зверніть увагу, що при значеннях, що перевищують 100 мм рт. з тієї ж причини, поки альвеолярний PO2 залишається вище 60 мм рт. ст., гемоглобін насичується більш ніж на 90%, тому він зберігає майже нормальну здатність транспортувати кисень у крові. Для отримання додаткової інформації див. Статтю, присвячену гемоглобіну та ефекту Бора.
Усі фактори, перелічені у статті, можна оцінити за допомогою простих аналізів крові, таких як кількість еритроцитів, дозування гемоглобіну та насичення крові киснем (відсоток насиченого киснем гемоглобіну порівняно із загальною кількістю гемоглобіну в крові).
