transport dwutlenku węgla

dwutlenek węgla jest wytwarzany przez metabolizm komórkowy w mitochondriach. Ilość wytwarzana zależy od tempa metabolizmu i względnych ilości węglowodanów, tłuszczu i białka metabolizowanych. Ilość ta wynosi około 200 ml min-1 podczas odpoczynku i spożywania diety mieszanej; wykorzystuje to 80% zużywanego tlenu, co daje iloraz oddechowy 0,8 (iloraz oddechowy = szybkość produkcji dwutlenku węgla podzielona przez szybkość zużycia tlenu). Dieta węglowodanowa daje iloraz 1, a dieta tłuszczowa 0,7.,

transport dwutlenku węgla we krwi

dwutlenek węgla jest transportowany we krwi z tkanki do płuc na trzy sposoby:1 (i) rozpuszczony w roztworze; (ii) buforowany wodą w postaci kwasu węglowego; (iii) związany z białkami, zwłaszcza hemoglobiną.

około 75% dwutlenku węgla transportuje się w erytrocytach, a 25% w osoczu. Stosunkowo niewielka ilość w osoczu wynika z braku anhydrazy węglanowej w osoczu, więc skojarzenie z wodą jest powolne; osocze odgrywa niewielką rolę w buforowaniu, a połączenie z białkami osocza jest słabe.,

Istnieje różnica między odsetkiem całkowitego dwutlenku węgla w każdej postaci a odsetkiem wydychanym z nich. Na przykład 5% całości znajduje się w roztworze, ale 10% wydychanego dwutlenku węgla pochodzi z tego źródła; 10% wiąże się z białkami, szczególnie z hemoglobiną, ale dostarcza to 30% wydychanej ilości.

rozpuszczony dwutlenek węgla

dwutlenek węgla jest 20 razy bardziej rozpuszczalny niż tlen; przestrzega prawa Henry ' ego, które mówi, że liczba cząsteczek w roztworze jest proporcjonalna do ciśnienia cząstkowego na powierzchni cieczy., Współczynnik rozpuszczalności dwutlenku węgla wynosi 0,0308 mmol litra-1 mm Hg-1 lub 0,231 mmol litra-1 kPa-1 w 37°C. (Rozpuszczalność wzrasta wraz ze spadkiem temperatury.) Odpowiada to 0,5 ml kPa−1 dwutlenku węgla w 100 ml krwi w temperaturze 37°C. ciśnienie cząstkowe dwutlenku węgla wynosi 5,3 pKa we krwi tętniczej i 6,1 kPa w mieszanej krwi żylnej; dlatego krew tętnicza zawiera około 2,5 ml na 100 ml rozpuszczonego dwutlenku węgla, a krew żylna 3 ml na 100 ml. Pojemność serca 5 litrów min-1 przenosi 150 ml rozpuszczonego dwutlenku węgla do płuc, z czego 25 ml zostanie wydychane., Ze względu na wysoką rozpuszczalność i zdolność dyfuzyjną ciśnienie cząstkowe dwutlenku węgla w pęcherzykach płucnych i krwi kapilarnej jest praktycznie takie samo. Nawet duża Boczka wynosząca 50% spowoduje tylko gradient dwutlenku węgla w kapilarze/tętnicy płucnej o wartości około 0,4 kPa.

kwas węglowy

dwutlenek węgla i woda dyfundują swobodnie do krwinek czerwonych i są przekształcane w kwas węglowy, który dysocjuje do jonów wodorowych i wodorowęglanowych. Jony wodorowe nie przechodzą przez błony komórkowe, ale dwutlenek węgla przechodzi łatwo., Sytuacja ta nie może być utrzymana, ponieważ wewnątrzkomórkowe stężenie jonów wodorowych i wodorowęglanów, osmolarność i rozmiar komórki będą rosły i pękały. Jon wodorowęglanowy dyfunduje do osocza, aby wymienić go na jony chlorkowe. Jest to znane jako przesunięcie chlorkowe (równowaga Gibbsa–Donnana lub efekt hamburgera). Białko transportera wymiany jonowej w błonie komórkowej zwane Band 3 dla

ułatwia przesuwanie chlorków.,

nagromadzenie jonów wodorowych w krwinkach czerwonych zapobiegłoby również dalszej konwersji i produkcji jonów wodorowęglanowych . Jednak jony wodorowe łatwo wiążą się ze zmniejszoną hemoglobiną, która jest dostępna po uwolnieniu tlenu; dlatego wolne jony wodorowe są usuwane z roztworu. Zmniejszenie stężenia hemoglobiny jest mniej kwaśne niż stężenie hemoglobiny utlenionej. Jest to inny sposób na określenie efektu Haldane ' a, który wyjaśnia, że w dowolnym danym

, zawartość dwutlenku węgla w odtlenionej krwi jest większa niż w utlenionej krwi.,

w wyniku przesunięcia jonów chlorkowych do krwinek czerwonych i buforowania jonów wodorowych na zmniejszoną hemoglobinę, osmolarność międzykomórkowa nieznacznie wzrasta, a woda dostaje się powodując pęcznienie komórki. Można to zmierzyć jako zwiększenie średniej objętości korpusu (MCV). Proces odwrotny występuje jako czerwone krwinki przechodzi przez płuca.

związany z hemoglobiną i innymi białkami

ilość dwutlenku węgla we krwi w postaci karbamino jest niewielka, ale stanowi jedną trzecią różnicy między zawartością dwutlenku węgla w układzie żylnym i tętniczym., Efekt Haldane ' a odzwierciedla różnicę w zawartości dwutlenku węgla pomiędzy tlenem a obniżoną hemoglobiną przy tym samym

. Działanie to można częściowo przypisać zdolności hemoglobiny do buforowania jonów wodorowych, a częściowo ze względu na fakt, że zmniejszona hemoglobina jest 3, 5 razy skuteczniejsza w łączeniu z dwutlenkiem węgla niż oksyhemoglobina.

różne hemoglobiny różnią się powinowactwem do dwutlenku węgla, tlenku węgla i tlenu., Dwutlenek węgla łatwo łączy się z hemoglobiną, tworząc wiązanie karbamino przy niższym ciśnieniu cząstkowym niż tlen, ale hemoglobina przenosi mniej niż jedną czwartą ilości dwutlenku węgla w porównaniu z tlenem. Natomiast hemoglobina płodowa, wskutek zastąpienia łańcucha β łańcuchami γ, łączy się z tlenem przy niższym ciśnieniu cząstkowym. Tlenek węgla ma większe powinowactwo do hemoglobiny, a więc wypiera tlen.

transport dwutlenku węgla w tkance

transport dwutlenku węgla w tkance podsumowano na rysunku 1. Łączy się z wodą, tworząc kwas węglowy., Reakcja ta jest bardzo powolna w osoczu, ale szybka w krwinkach czerwonych dzięki obecności enzymu anhydrazy węglanowej. Kwas węglowy (H2CO3) dysocjuje do H + I

jonów; zatem stężenie zarówno H+, jak i

zwiększa się liczba krwinek czerwonych.

może dyfundować z krwinek czerwonych do osocza, podczas gdy H+ nie może., W celu zachowania neutralności elektrycznej jony chlorkowe dyfundują do krwinek czerwonych z osocza jako

dyfuzje. Jony wodorowe są pobierane przez obniżoną hemoglobinę. Grupa imidazolowa aminokwasu histydyny daje hemoglobinie bardzo znaczącą zdolność buforową, nieobecną w innych aminokwasach., Zdolność buforowania jest możliwa dzięki temu, że każdy tetramer hemoglobiny zawiera 38 reszt histydyny, a na stałą dysocjacji grup imidazolowych czterech reszt histydyny, do których przyłączone są grupy haem, wpływa stan utlenienia haem. W stanie kwaśnym wiązanie tlenu ulega osłabieniu, natomiast zmniejszenie stężenia hemoglobiny powoduje, że grupa imidazolowa staje się bardziej zasadowa., W tkankach kwaśna forma grupy imidazolowej osłabia siłę wiązania tlenu w tym samym czasie, gdy jony wodorowe są buforowane przez bardziej zasadową hemoglobinę.

transport dwutlenku węgla w płucach

uwalnianie H+ przesuwa równowagę na rzecz tworzenia i eliminacji dwutlenku węgla.,

concentration decreases as carbon dioxide is formed and eliminated (Fig. 2).

Carbon dioxide dissociation curves

Carbon dioxide dissociation curves relate

(kPa or mm Hg) to the amount of carbon dioxide (ml) carried in blood (Fig. 3)., Ilość rozpuszczonego dwutlenku węgla i wodorowęglanu różni się od

, ale mają niewielki wpływ na stan hemoglobiny. Jednak na ilość hemoglobiny karbamino duży wpływ ma stan utlenienia hemoglobiny, mniej przez

.

w mieszanej krwi żylnej,

wynosi 6,1 kPa (46 mm Hg), a we krwi tętniczej

wynosi 5,3 kPa (40 mm Hg). Całkowity dwutlenek węgla we krwi żylnej wynosi 52 ml na 100 ml, a we krwi tętniczej 48 ml na 100 ml. W konsekwencji krzywa jest bardziej liniowa niż krzywa dysocjacji O2Hb.

Rysunek 4 ilustruje różnicę między zawartością tlenu we krwi i dwutlenku węgla ze zmianą ciśnienia cząstkowego., Podkreśla, że zawartość dwutlenku węgla wzrasta podczas wzrostu ciśnienia cząstkowego. Zawartość tlenu wzrasta bardziej gwałtownie, aż do momentu, w którym stężenie hemoglobiny jest w pełni nasycone. Następnie wzrost jest niewielki ze względu na niewielką zwiększoną ilość roztworu.

różnice między krwią żylną i tętniczą

każda cząsteczka dwutlenku węgla dodana do krwinek czerwonych zwiększa wewnątrzkomórkowe ciśnienie osmotyczne poprzez wzrost

lub CL-jony. Dlatego liczba czerwonych krwinek wzrasta, a hematokryt krwi żylnej jest o około 3% większy niż krew tętnicza. Stężenie jonów chlorkowych w osoczu jest niższe, ale stężenie jonów wodorowęglanowych jest większe.,

pH krwinek czerwonych

całkowite zmniejszenie stężenia hemoglobiny prowadziłoby do zwiększenia pH krwi o 0, 03. Przy 25% desaturacji pH wzrasta o 0,007 (przy stałej

). If the

wzrasta o 0,8 kPa (6 mm Hg), tzn. różnica między mieszaną krwią żylną i tętniczą, pH zmniejszy się o 0,04. Efektem netto jest spadek pH o 0,033 z 7,4 do 7,36.,

zmiany w czerwonych ciałkach krwi podczas przechodzenia przez płuca

we krwi kapilarnej płucnej czerwone ciałka krwi uwalnia dwutlenek węgla i zwiększa się powinowactwo hemoglobiny do tlenu. Oksydowana hemoglobina wiąże mniej jonów wodorowych, co czyni ją bardziej kwaśną, ale spadek w

, a przesunięcie jonów chlorkowych i wodorowęglanowych sprawia, że czerwone krwinki są mniej kwaśne. Przesunięcie wody na zewnątrz daje mniejszy MCV i zmniejszony hematokryt. Krzywa dysocjacji tlenu przesunie się w lewo (efekt Bohra)., Stężenie jonów chlorkowych w osoczu jest wyższe w tętnicach w porównaniu z krwią żylną; stężenie wodorowęglanów jest niższe.

rola dwutlenku węgla w eliminacji kwasu

co minutę wydychane jest 200 ml dwutlenku węgla, co odpowiada 12-13 mol jonów wodorowych w ciągu 24 h. 1 pH moczu waha się od 4,5 do 8,0. PH 4,0 stanowi 10-4 mol-1 jonów wodorowych., W związku z tym, Przejście 3 litrów moczu stanowi stosunkowo niewielką ilość eliminacji jonów wodorowych w ciągu 24 h; jednak obejmuje to jony fosforanowe i siarczanowe, których nie można przekształcić w dwutlenek węgla.

wpływ bezdechu

całkowita zawartość dwutlenku węgla w organizmie, w tym jonów wodorowęglanowych, wynosi 120 litrów lub 100 razy więcej niż zawartość tlenu. Jeśli występuje bezdech i cały dwutlenek węgla jest zatrzymywany w organizmie,

wzrośnie o 0,4 do 0,8 kPa min-1 (3-6 mm Hg)., Gaz pęcherzykowy szybko zrównuje się z krwią żylną, dając pęcherzykowy

wzrost od 5,3 do 6,1 kPa i a

spadek z 14 do 5.3 kPa w 1 min. W związku z tym pacjent szybko ulega hipoksemii. Jeśli pacjent jest wstępnie natleniony 100% tlenem, napięcie tętnicze tlenu pozostanie powyżej 13 kPa i 100% nasycenie utrzymuje się przez kilka minut, ponieważ 250 ml min-1 tlenu jest zużywane z wysokiego ciśnienia cząstkowego w płucach., Jednak

będzie stale rosnąć; po 5 minutach będzie zbliżać się do 10 kPa z towarzyszącym spadkiem pH.