TRANSPORT O₂ A CO₂ KRVÍ

U zdravého dospělého člověka 34% váhy erytrocytů zaujímá hemoglobin. Hematokrit je objem erytrocytů vyjádřený v procentech celkového objemu krve. Jeho hodnota je zhruba 46% (ml erytrocytů / ml krve, vyjádřeno v %). Tedy je-li zhruba 34% váhy erytrocytů hemoglobin a je-li 46% erytrocytů v krvi, pak platí, že v litru krve je 0.34 .0.45 .1000 (ml/l) = 156 g hemoglobinu. Jedna molekula Hb se váže se 4 molekulami kyslíku (viz chemie) a tak vzniká HbO₂. Teoreticky tedy 1 g Hb může vázat 1.39 ml (STPD) kyslíku, prakticky však určitá část Hb existuje jako methemoglobin, sulfhemoglobin a carboxyhemoglobin a tyto nejsou schopné vázat kyslík. Tedy hodnota 1.3 (STPD) ml O₂ je asi reálná hodnota množství kyslíku, který se může vázat na jeden gram hemoglobinu.

Je-li 156 g Hb/l krve a váže-li 1 g Hb 1.3 ml kyslíku pak platí: 156 . 1.3 = 204 ml O₂/l krve.

K tomu je nutno přičíst množství, které je fyzikálně rozpuštěné (8.5 ml O₂/l krve). Tedy hodnota O₂ dodaná při normálním minutovém výdeji srdečním celkově přesahuje množství kyslíku, které utilizují periferní tkáně. Je ale nereálné, že by se při metabolismu využíval veškerý kyslík obsažený v krvi. Jeho uvolnění z krve závisí na parciálním tlaku kyslíku. Čím je parciální tlak kyslíku v okolní tkáni nižší, tím víc kyslíku se uvolní z hemoglobinu do plazmy a pak difunduje podle koncentračního gradientu do periferních tkání.

Množství kyslíku, které se váže na hemoglobin není lineárně závislé na koncentraci kyslíku v roztoku (na parciálním tlaku kyslíku, P_aO₂) (obr. 1). Jak řečeno výše, maximálně se může navázat 204 ml O₂/l krve při plné saturaci he-moglobinu (PO₂ = 100 torr a výše). Dále se O₂ pouze rozpouští v plazmě podle již ukázané závislosti.

1. Je usnadňována vazba O₂ na Hb v plicních kapilárách (vazba poslední, čtvrté molekuly O₂ na hemoglobin, je rychlá).
   
   
2. Snížení afinity ke kyslíku při nízké koncentraci kyslíku usnadňuje uvolnění kyslíku z hemoglobinu v periferních kapilárách. Jak se kyslík uvolňuje z hemoglobinu, afinita hemoglobinu ke kyslíku se snižuje a to umožňuje další a snadnější uvolňování kyslíku z hemoglobinu (srovnejte A a B na obr. 2, který ukazuje kolik ml kyslíku se uvolní ze 100 ml krve při snížení pO₂ ze 100 na 90 torr (A) a ze 50 na 40 torr (B).

Zvýšení teploty posunuje disociační křivku doprava, tedy snižuje afinitu hemoglobinu ke kyslíku. Snížení teploty působí opačně.

Změna PCO₂ ovlivní disociační křivku podstatně. Zvýšení PCO₂ z 10 na 40 torr ztrojnásobí množství kyslíku uvolněného z hemoglobinu při PO₂ = 40 torr.

Výsledkem je známá reakce

H₂O + CO₂ = H₂CO₃ = H⁺ + HCO₃^-

Působení zvýšené koncentrace CO₂ svázáno s příslušnou změnou pH krve (při zvýšení pCO₂ se pH sníží). Oxyhemoglobin je silnější kyselinou než deoxyhemoglobin. Tedy zvýšení koncentrace H⁺ (pokles pH) bude působit zvýšení vazby H⁺ na Hb a snížení afinity ke kyslíku.

HbO₂ +H⁺ = HbH + O₂

Bohrův efekt má důležitý fysiologický význam. Disociační křivka kyslíku se posune doprava ve tkáních s vyšším PCO₂. Tento posun bude usnadňovat uvolnění O₂ do tkáně a akcentovat výhodu strmé části disociační křivky při nižších PO₂.

2,3 - DPG je "vedlejší produkt" metabolismu glukózy v erytrocytech. Je to, mimo hemoglobinu, hlavní aniont erytrocytů, který špatně prochází buněčnou membránou. Molekula 2,3 - DPG se může vázat na jednu molekulu tetramerického (4 molekuly) deoxy - hemoglobinu a tedy bude stabilizovat deoxy formu hemoglobinu na úkor oxyhemoglobinu. Vzhledem k tomu, že koncentrace 2,3 - DPG v erytrocytech je vysoká, další její zvýšení bude nejen působit zvýšení vazby 2,3 - DPG na Hb, ale i stabilizace deoxy Hb a snížení afinity Hb ke kyslíku. Tedy jeho snazší uvolňování kyslíku. Zdá se, že účinek 2,3 - DPG je zprostředkován změnou pH v erythrocytech. Zvýšení koncentrace neprostupných aniontů (2,3 - DPG) působí cestou Donnanovy rovnováhy zvýšení koncentrace prostupných aniontů v buňce (H⁺).

Kysličník uhelnatý se pravděpodobně váže na hemoglobin stejným způsobem jako kyslík s tím rozdílem, že jeho afinita k Hb je 280x vyšší. Příčinou je podstatně pomalejší uvolňování CO z Hb, než uvolňování O₂. Tedy CO stabilizuje oxy - formu hemoglobinu a uvolnění kyslíku ve tkáních je znemožněno. Těžcí kuřáci mají až 50% hemoglobinu ve formě karboxy-hemoglobinu. To působí výrazný posun disociační křivky Hb doleva.

U zdravého člověka v klidu je produkováno přibližně 200 ml (STPD)/min CO₂ a RQ je tedy přibližně 200/250 = 0,8. Je-li klidový minutový výdej srdeční 5 l/min, pak je krví transportováno ve venózní krvi přibližně 40 ml CO₂/l krve do plic a zde je ventilací vyloučeno. Kdyby se CO₂ transportoval pouze rozpuštěný v plazmě, musela by být arterioveózní diference PCO₂ 55 torr (40 ml/(1000 x0,55) = 0,073 Atm, t.j. 0,073 x760 = 55 torr, kde 0,55 je koeficient rozpustnosti CO₂ v krvi).

CO₂ reaguje s vodou na H₂CO₃, která disociuje na H⁺ a HCO₃^-. Z toho vyplývají následující problémy:

1. transport CO₂, který by byl závislý pouze na fyzikální rozpustnosti CO₂ bude působit velké změny pH krve
2. mnohem závažnější je však skutečnost, že hydratace CO₂ a dehydratace H₂CO₃ je v krvi poměrně pomalý proces, který je neschopen uvolnit dostatečné množství CO₂ při jednom průchodu krve plicními kapilárami.

Obr. 4:

Kvantitativní aspekty transportu CO₂

Rozložení frakcí CO₂ v arteriální krvi zdravého člověka je znázorněno v následující tabulce, která ukazuje absolutní obsah různých forem CO₂ v plazmě a v erytrocytech na 1 litr za předpokladu, že hematokrit je 45%, v krvi je 150 g hemoglobinu/1 l krve a kyslíková extrakce je 50 ml (STPD)/1 l krve (250 ml spotřeby kyslíku/5 l minutového objemu krve), při RQ = 0.8.