Pomen hemoglobina
Kisik se v krvi prenaša po dveh različnih mehanizmih: raztaplja se v plazmi in se veže na hemoglobin v rdečih krvnih celicah ali eritrocitih.
Ker je kisik v vodnih raztopinah komaj topen, je preživetje človeškega organizma odvisno od prisotnosti ustreznih količin hemoglobina. Pravzaprav je pri zdravem posamezniku več kot 98% kisika v dani količini krvi vezano na hemoglobin in ga prenašajo eritrociti.
Povezava med hemoglobinom in kisikom
Vezava kisika na hemoglobin je reverzibilna in odvisna od parcialnega tlaka tega plina (PO2): v pljučnih kapilarah, kjer se zaradi razpršitve kisika iz alveolov plazemski PO2 veže, se hemoglobin veže na kisik; na obrobju, kjer se kisik uporablja pri celični presnovi in padec PO2 v plazmi, hemoglobin prenaša kisik v tkiva.
Kaj pa je PO2?
Delni tlak kisika
Parcialni tlak plina, kot je kisik, v omejenem prostoru (pljuča), ki vsebuje mešanico plinov (atmosferski zrak), je opredeljen kot tlak, ki bi ga imel ta plin, če bi zasedel sam obravnavani prostor.
Za poenostavitev koncepta si predstavljajmo parcialni tlak kot količino kisika: višji kot je parcialni tlak kisika, večja je njegova koncentracija. To je zelo pomemben vidik, če upoštevamo, da se plin difundira iz točke z višjo koncentracijo (višji parcialni tlak) v točko z nižjo koncentracijo (nižji parcialni tlak).
Ta zakon ureja izmenjavo plinov v pljučih in tkivih.
Pravzaprav na pljučni ravni, kjer je zrak alveolov v tesnem stiku z zelo tankimi stenami krvnih kapilar, molekule kisika preidejo v kri, ker je delni tlak kisika v alveolarnem zraku višji od PO2 krvi.
Podatki na roki: PO2 venske krvi, ki v pogojih počitka doseže pomone, je približno enak 40 mmHg, medtem ko je na morski gladini alveolarni PO2 enak približno 100 mmHg; posledično se kisik difundira glede na lastni koncentracijski gradient (parcialni tlak) iz alveolov proti kapilaram.Konceptivno se bo prehod ustavil, ko bo PO2 v arterijski krvi, ki zapusti pljuča, enak atmosferskemu v alveolih (100 mmHg).
Ko arterijska kri doseže tkivne kapilare, se koncentracijski gradient obrne. Pravzaprav je v mirovalni celici znotrajcelični PO2 v povprečju 40 mmHg; Ker ima, kot smo videli, kri na arterijskem koncu kapilare PO2 100 mmHg, se kisik razprši iz plazme v celice.Difuzija se ustavi, ko venska kapilarna kri doseže enak parcialni tlak kisika kot kri. znotrajcelično okolje, to je 40 mmHg (v mirovanju) .Med fizičnim naporom se koncentracija kisika v celičnem okolju zmanjša in s tem parcialni tlak plina (tudi do 20 mmHg); posledično se sproščanje kisika iz plazme dogaja hitreje in dosledneje.
Kot smo videli, je ustrezen vnos kisika s krvjo, ki teče v pljučnih kapilarah, strogo odvisna od parcialnega tlaka zraka, ki je pakiran v alveolarne vrečke; videli smo tudi, kako je tu alveolarni PO2 normalno (na morski gladini) enak 100 mmHg; če se ta vrednost pretirano zmanjša, je difuzija kisika iz zraka v kri nezadostna in nastane nevarno stanje, znano kot hipoksija.
Hipoksija: malo kisika v krvi
Delni tlak alveolarnega zraka lahko pade na velikih nadmorskih višinah (ker se atmosferski tlak zmanjša) ali kadar je pljučno prezračevanje nezadostno (kot se zgodi v prisotnosti pljučnih bolezni, kot so kronični obstruktivni bronhitis, astma, fibrotične pljučne bolezni, pljučni edem in emfizem).
Do iste situacije pride, ko se stena alveolov odebeli ali pa se zmanjša površina njihove površine.Hitrost difuzije kisika iz zraka v kri je pravzaprav neposredno sorazmerna s površino razpoložljive alveolarne površine in obratno sorazmerna z debelino alveolarne membrane.
Emfizem, degenerativna pljučna bolezen, ki jo večinoma povzroča cigaretni dim, uničuje alveole, kar zmanjšuje površino, ki je na voljo za izmenjavo plinov; pri pljučni fibrozi pa odlaganje brazgotinastega tkiva povečuje debelino alveolarne membrane. V obeh primerih je difuzija kisika skozi alveolarne stene veliko počasnejša od običajne.
Hipoksija je lahko tudi posledica zmanjšane koncentracije hemoglobina v arterijski krvi.Bolezni, ki zmanjšujejo količino hemoglobina v rdečih krvnih celicah ali njihovo število, negativno vplivajo na sposobnost krvi, da prenaša kisik. V skrajnih primerih, na primer pri osebah, ki so izgubile precejšnjo količino krvi, koncentracija hemoglobina morda ni zadostna, da bi zadostila potrebam celic po kisiku; v teh primerih je edina rešitev za reševanje bolnikovega življenja transfuzija krvi.
Krivulja disociacije hemoglobina
Fizično razmerje med PO2 v plazmi in količino kisika, povezanega s hemoglobinom, so proučevali in vitro in ga predstavljajo značilnosti krivulja disociacije hemoglobina.
Če opazimo krivuljo, prikazano na sliki, lahko vidimo, da je pri PO2, ki je enak 100 mmHg (vrednost, ki je običajno zabeležena v alveolarnem območju), 98% hemoglobina vezano na kisik.
Upoštevajte, da se pri vrednostih, večjih od 100 mmHg, odstotek nasičenosti hemoglobina ne poveča več, kar dokazuje izravnavanje krivulje; iz istega razloga, dokler alveolarni PO2 ostane nad 60 mmHg, je hemoglobin nasičen za več kot 90%, zato ohranja skoraj normalno sposobnost prenosa kisika v krvi. Za dodatne informacije glejte članek, posvečen hemoglobinu in Bohrovemu učinku.
Vse dejavnike, navedene v članku, je mogoče oceniti s preprostimi preiskavami krvi, kot so število rdečih krvnih celic, odmerek hemoglobina in nasičenost s kisikom v krvi (odstotek hemoglobina, nasičenega s kisikom, v primerjavi s skupno količino hemoglobina v krvi).
