Важность гемоглобина
Кислород транспортируется в крови посредством двух различных механизмов: его растворения в плазме и связывания с гемоглобином, содержащимся в красных кровяных тельцах или эритроцитах.
Поскольку кислород плохо растворяется в водных растворах, выживание человеческого организма зависит от наличия достаточного количества гемоглобина. Фактически, у здорового человека более 98% кислорода, присутствующего в данном объеме крови, связано с гемоглобином и транспортируется эритроцитами.
Связь между гемоглобином и кислородом
Связывание кислорода с гемоглобином обратимо и зависит от парциального давления этого газа (PO2): в легочных капиллярах, где PO2 в плазме увеличивается из-за диффузии кислорода из альвеол, гемоглобин связывается с кислородом; на периферии, где кислород используется в клеточном метаболизме, а РО2 в плазме падает, гемоглобин переносит кислород в ткани.
Но что такое РО2?
Парциальное давление кислорода
Парциальное давление газа, такого как кислород, внутри ограниченного пространства (легких), содержащего смесь газов (атмосферный воздух), определяется как давление, которое этот газ имел бы, если бы он занимал только рассматриваемое пространство.
Чтобы упростить концепцию, представим парциальное давление как количество кислорода: чем выше парциальное давление кислорода, тем выше его концентрация. Это очень важный аспект, если учесть, что газ имеет тенденцию диффундировать из точки с более высокой концентрацией (более высокое парциальное давление) в точку с более низкой концентрацией (более низкое парциальное давление).
Этот закон регулирует газообмен в легких и тканях.
Фактически, на уровне легких, где воздух альвеол находится в тесном контакте с очень тонкими стенками кровеносных капилляров, молекулы кислорода проходят в кровь, потому что парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе выше, чем PO2. крови.
Данные о руке, PO2 венозной крови, которая достигает помона в условиях покоя, приблизительно равно 40 мм рт. Ст., В то время как на уровне моря альвеолярное PO2 составляет приблизительно 100 мм рт. следовательно, кислород диффундирует в соответствии со своим собственным градиентом концентрации (парциальным давлением) из альвеол в направлении капилляров. По идее, проход прекращается, когда PO2 в артериальной крови, покидающей легкие, сравняется с атмосферным в альвеолах (100 мм рт. ст.).
Когда артериальная кровь достигает тканевых капилляров, градиент концентрации меняется на противоположный. Фактически, в клетке в состоянии покоя внутриклеточное PO2 в среднем составляет 40 мм рт. Поскольку, как мы видели, кровь на артериальном конце капилляра имеет РО2 100 мм рт. внутриклеточная среда, то есть 40 мм рт. следовательно, выделение кислорода из плазмы происходит быстрее и стабильнее.
Как мы видели, адекватное потребление кислорода кровью, протекающей по легочным капиллярам, строго зависит от парциального давления воздуха, упакованного в альвеолярные мешочки; мы также видели, как здесь альвеолярное PO2 обычно (на уровне моря) равно 100 мм рт. если это значение чрезмерно снижено, диффузия кислорода из воздуха в кровь недостаточна и возникает опасное состояние, известное как гипоксия.
Гипоксия: мало кислорода в крови
Парциальное давление альвеолярного воздуха может падать на большой высоте (из-за пониженного атмосферного давления) или при недостаточной вентиляции легких (как это происходит при заболеваниях легких, таких как хронический обструктивный бронхит, астма, фиброзные заболевания легких, отек легких. и эмфизема).
Такая же ситуация возникает, когда стенка альвеол утолщается или площадь их поверхности уменьшается.Скорость диффузии кислорода из воздуха в кровь фактически прямо пропорциональна площади доступной альвеолярной поверхности и обратно пропорциональна толщине альвеолярной мембраны.
Эмфизема, дегенеративное заболевание легких, в основном вызываемое сигаретным дымом, разрушает альвеолы, уменьшая площадь поверхности, доступную для газообмена; с другой стороны, при легочном фиброзе отложение рубцовой ткани увеличивает толщину альвеолярной мембраны. В обоих случаях диффузия кислорода через стенки альвеол происходит намного медленнее, чем обычно.
Гипоксия также может быть результатом снижения концентрации гемоглобина в артериальной крови. Заболевания, при которых снижается количество гемоглобина в эритроцитах или их количество, отрицательно влияет на способность крови переносить кислород. В крайних случаях, например, у субъектов, потерявших значительное количество крови, концентрация гемоглобина может быть недостаточной для удовлетворения потребности клеток в кислороде; в этих случаях единственным решением для спасения жизни пациента является переливание крови.
Кривая диссоциации гемоглобина
Физическая взаимосвязь между PO2 в плазме и количеством кислорода, связанного с гемоглобином, была изучена in vitro и представлена характеристикой кривая диссоциации гемоглобина.
Наблюдая за кривой, показанной на рисунке, можно увидеть, что при РО2, равном 100 мм рт. Ст. (Значение, обычно регистрируемое в альвеолярной области), 98% гемоглобина связано с кислородом.
Обратите внимание, что при значениях выше 100 мм рт. Ст. Процент насыщения гемоглобина не увеличивается, о чем свидетельствует сглаживание кривой; по той же причине, пока альвеолярное PO2 остается выше 60 мм рт.ст., гемоглобин насыщается более чем на 90%, поэтому он поддерживает почти нормальную способность переносить кислород в крови. Для получения дополнительной информации см. Статью, посвященную гемоглобину и эффекту Бора.
Все факторы, перечисленные в статье, можно оценить с помощью простых анализов крови, таких как количество эритроцитов, дозировка гемоглобина и сатурация крови кислородом (процент насыщенного кислородом гемоглобина по сравнению с общим количеством гемоглобина, присутствующего в крови).
