Važnost hemoglobina
Kisik se u krvi prenosi kroz dva različita mehanizma: njegovim otapanjem u plazmi i vezanjem za hemoglobin koji se nalazi u crvenim krvnim zrncima ili eritrocitima.
Budući da je kisik slabo topiv u vodenim otopinama, opstanak ljudskog organizma ovisi o prisutnosti odgovarajućih količina hemoglobina. Zapravo, kod zdravog pojedinca više od 98% kisika prisutnog u određenom volumenu krvi vezano je za hemoglobin i transportirano eritrocitima.
Veza između hemoglobina i kisika
Vezanje kisika na hemoglobin je reverzibilno i ovisi o parcijalnom tlaku ovog plina (PO2): u plućnim kapilarama, gdje se PO2 u plazmi povećava zbog difuzije kisika iz alveola, hemoglobin se veže za kisik; na periferiji, gdje se kisik koristi u staničnom metabolizmu i pad PO2 u plazmi, hemoglobin prenosi kisik u tkiva.
Ali što je PO2?
Djelomični tlak kisika
Parcijalni tlak plina, poput kisika, unutar ograničenog prostora (pluća) koji sadrži smjesu plinova (atmosferski zrak), definira se kao tlak koji bi ovaj plin imao da zauzima sam prostor koji se razmatra.
Radi pojednostavljenja koncepta zamislimo parcijalni tlak kao količinu kisika: što je veći parcijalni tlak kisika, veća je njegova koncentracija. Ovo je vrlo važan aspekt ako uzmemo u obzir da plin ima tendenciju difuzije iz točke s većom koncentracijom (veći parcijalni tlak) u točku s nižom koncentracijom (niži parcijalni tlak).
Ovaj zakon uređuje razmjenu plinova u plućima i tkivima.
Zapravo, na plućnoj razini, gdje je zrak alveola u bliskom kontaktu s vrlo tankim stijenkama krvnih kapilara, molekule kisika prelaze u krv jer je parcijalni tlak kisika u alveolarnom zraku veći od PO2 krvi.
Podaci na ruci, PO2 venske krvi koja dospije u pomone u uvjetima mirovanja približno je jednaka 40 mmHg, dok je na razini mora alveolarni PO2 jednak približno 100 mmHg; stoga se kisik difundira prema vlastitom gradijentu koncentracije (parcijalni tlak) iz alveola prema kapilarama.Konceptualno, prolaz će se zaustaviti kada se PO2 u arterijskoj krvi koja napušta pluća izjednači s atmosferskim u alveolama (100 mmHg).
Kako arterijska krv doseže tkivne kapilare, gradijent koncentracije se mijenja. Zapravo, u stanici u mirovanju unutarstanični PO2 je u prosjeku 40 mmHg; Budući da, kao što smo vidjeli, krv na arterijskom kraju kapilare ima PO2 od 100 mmHg, kisik se difundira iz plazme u stanice.Difuzija prestaje kada venska kapilarna krv dosegne isti parcijalni tlak kisika kao i krv. unutarstanično okruženje, tj. 40 mmHg (u uvjetima mirovanja) .Tijekom fizičkog napora smanjuje se koncentracija kisika u staničnom okruženju, a s njim i parcijalni tlak plina (čak i do 20 mmHg); stoga se oslobađanje kisika iz plazme događa brže i dosljedno.
Kao što smo vidjeli, odgovarajući unos kisika krvlju koja teče u plućnim kapilarama strogo ovisi o parcijalnom tlaku zraka koji se pakira u alveolarne vrećice; vidjeli smo i kako je ovdje alveolarni PO2 normalno (na razini mora) jednak 100 mmHg; ako se ta vrijednost pretjerano smanji, difuzija kisika iz zraka u krv nije dovoljna i javlja se opasno stanje poznato kao hipoksija.
Hipoksija: malo kisika u krvi
Parcijalni tlak alveolarnog zraka može pasti na velikoj nadmorskoj visini (jer je atmosferski tlak smanjen) ili kada je plućna ventilacija neadekvatna (što se događa u prisutnosti plućnih bolesti, poput kroničnog opstruktivnog bronhitisa, astme, fibrotičnih plućnih bolesti, plućnog edema i emfizem).
Ista situacija nastaje kada se stijenka alveola zadeblja ili se smanji površina njihove površine .. Brzina difuzije kisika iz zraka u krv zapravo je izravno proporcionalna površini alveolarne površine koja je na raspolaganju i obrnuto proporcionalna debljini alveolarne membrane.
Emfizem, degenerativna bolest pluća uglavnom uzrokovana dimom cigareta, uništava alveole smanjujući površinu dostupnu za izmjenu plinova; s plućne fibroze, s druge strane, taloženjem ožiljnog tkiva povećava se debljina alveolarne membrane. U oba slučaja, difuzija kisika kroz stijenke alveola je mnogo sporija od normalne.
Hipoksija također može biti posljedica smanjene koncentracije hemoglobina u arterijskoj krvi.Bolesti koje smanjuju količinu hemoglobina u crvenim krvnim zrncima ili njihov broj negativno utječu na sposobnost krvi da prenosi kisik. U ekstremnim slučajevima, primjerice kod osoba koje su izgubile značajne količine krvi, koncentracija hemoglobina može biti nedovoljna da zadovolji potrebe stanica za kisikom; u tim je slučajevima jedino rješenje za spas života pacijenta transfuzija krvi.
Krivulja disocijacije hemoglobina
Fizički odnos između PO2 u plazmi i količine kisika povezane s hemoglobinom proučavan je in vitro i predstavljen je karakterističnim svojstvima krivulja disocijacije hemoglobina.
Promatrajući krivulju prikazanu na slici, može se vidjeti da je pri PO2 jednakom 100 mmHg (vrijednost koja se normalno bilježi u alveolarnom području) 98% hemoglobina vezano za kisik.
Imajte na umu da se pri vrijednostima većim od 100 mmHg postotak zasićenja hemoglobinom ne povećava dalje, što dokazuje spljoštavanje krivulje; iz istog razloga, sve dok alveolarni PO2 ostaje iznad 60 mmHg, hemoglobin je zasićen za više od 90%, stoga održava gotovo normalnu sposobnost transporta kisika u krvi. Za dodatne informacije pogledajte članak posvećen hemoglobinu i Bohrovom učinku.
Svi čimbenici navedeni u članku mogu se procijeniti jednostavnim krvnim pretragama, kao što su broj crvenih krvnih stanica, doza hemoglobina i zasićenost krvi kisikom (postotak hemoglobina zasićenog kisikom u odnosu na ukupnu količinu hemoglobina prisutnu u krvi).
