Πληροφορίες

Πώς γίνεται η ανταλλαγή οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα από την αιμοσφαιρίνη;

Πώς γίνεται η ανταλλαγή οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα από την αιμοσφαιρίνη;


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Το οξυγόνο μεταφέρεται από την αιμοσφαιρίνη από τους πνεύμονες στους ιστούς, ενώ το διοξείδιο του άνθρακα μεταφέρεται από την αιμοσφαιρίνη από τους ιστούς στους πνεύμονες. Πώς διαμεσολαβείται αυτή η ρυθμιζόμενη αμφίδρομη μεταφορά;


Υπό συνθήκες υψηλού CO2 (σε ιστούς όπως οι μύες) και ως εκ τούτου η αιμοσφαιρίνη υψηλής οξύτητας δεσμεύει κατά προτίμηση το CO2, μεσολαβώντας έτσι την CO2 μετακίνηση. Υπό συνθήκες χαμηλού CO2 (υψηλό pH) και υψηλό Ο2 (συνθήκες που πληρούνται στους πνεύμονες), δεσμεύει κατά προτίμηση το O2, απελευθερώνοντας έτσι CO2. Ως εκ τούτου, τα ειδικά χαρακτηριστικά της αιμοσφαιρίνης επιτρέπουν το CO2 πρόσληψη στο σώμα και Ο2 πρόσληψη και CO2 απελευθέρωση στους πνεύμονες. Πληροφορίες από τη wikipedia για την αιμοσφαιρίνη


Περίγραμμα-4, BIO 3360, Αναπνοή V – Μεταφορά οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα στο αίμα

—Συγγένεια είναι το οξυγόνο που έλκεται από την αιμοσφαιρίνη και μόλις προσκολληθούν μεταξύ τους, χρησιμοποιούμε τον όρο κορεσμός και λέμε ότι η αιμοσφαιρίνη είναι κορεσμένη με οξυγόνο. Το οξυγόνο θα κορεστεί την αιμοσφαιρίνη όπου τα επίπεδα οξυγόνου είναι υψηλά – όπως στους πνεύμονες.

— Η διάσπαση είναι το οξυγόνο που απομακρύνεται από την αιμοσφαιρίνη και με αυτόν τον τρόπο δεν προσκολλάται και δεν μπορεί να εισέλθει σε έναν ιστό που απαιτεί οξυγόνο. Το οξυγόνο θα διαχωριστεί από την αιμοσφαιρίνη στους ιστούς όταν τα επίπεδα οξυγόνου είναι χαμηλά – όπως ένας μυς του ποδιού που ασκείται.

1. Η μερική πίεση του οξυγόνου είναι ο μεγαλύτερος καθοριστικός παράγοντας για τη διάσταση του οξυγόνου και της αιμοσφαιρίνης (αποχώρηση μεταξύ τους) ή τον κορεσμό (προσκόλληση μεταξύ τους)

2. Οι ιστοί που χρειάζονται οξυγόνο το παίρνουν, ενώ το οξυγόνο και η αιμοσφαιρίνη συνδέονται εκεί που οι ιστοί δεν χρειάζονται το οξυγόνο

3. Μετατόπιση της καμπύλης προς τα αριστερά –υψηλότερη συγγένεια μεταξύ οξυγόνου και αιμοσφαιρίνης υψηλότερο pH, χαμηλότερο επίπεδο διοξειδίου του άνθρακα, χαμηλότερη θερμοκρασία

4. Εφέ Bohr: Μετατόπιση της καμπύλης προς τα δεξιά –χαμηλότερη συγγένεια μεταξύ οξυγόνου και αιμοσφαιρίνης χαμηλότερο pH, υψηλότερα επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα, υψηλότερη θερμοκρασία, υψηλότερα επίπεδα μεταβολικών υποπροϊόντων (όπως DPG)

5. Επίδραση ρίζας:Η αύξηση του διοξειδίου του άνθρακα και η μείωση του pH δεν προκαλούν μόνο ένα φαινόμενο Bohr αλλά και το φαινόμενο της ρίζας όταν υπάρχει μείωση της ικανότητας μεταφοράς οξυγόνου της αναπνευστικής χρωστικής ουσίας (αιμοσφαιρίνη). Αυτό μπορεί να απελευθερώσει οξυγόνο στο διάλυμα και είναι ο σημαντικός μηχανισμός για την πλήρωση της κύστης κολύμβησης με οξυγόνο. Εμφανίζεται σε ορισμένα ψάρια, κεφαλόποδα και καρκινοειδή

II Μεταφορά διοξειδίου του άνθρακα στα υγρά του σώματος

Α. Το διοξείδιο του άνθρακα διαχέεται από μια περιοχή υψηλότερης πίεσης σε χαμηλότερη πίεση, αλλά η κλίση πίεσης δεν είναι τόσο μεγάλη όσο με το οξυγόνο. Οι βάτραχοι αντισταθμίζουν αυτό έχοντας μια τεράστια επιφάνεια δέρματος για ανταλλαγή διοξειδίου του άνθρακα.

70%) μεταφέρονται ως διττανθρακικά ιόντα στο πλάσμα (Μερικά ελεύθερα στο πλάσμα, και μερικά προσκολλημένα στο τμήμα σφαιρίνης της αιμοσφαιρίνης)

CO 2 2O <–> H 2CO3 <–> H + + HCO3

Το ένζυμο για το σχηματισμό του ανθρακικού οξέος είναι η ανθρακική ανυδράση.

Δ. Καμπύλη ισορροπίας διοξειδίου του άνθρακα –ταχεία αύξηση του CO2 περιεχόμενο σε σχετικά χαμηλό PCO2στο αίμα και μια συνεχιζόμενη, αλλά πιο αργή αύξηση ως PCO2 ανεβαίνει. Το αίμα δεν κορεστεί με CO2όπως συμβαίνει με το Ο2

E. Haldane Effect –Το αποξυγονωμένο αίμα μπορεί να μεταφέρει περισσότερο CO2 παρά οξυγονωμένο αίμα. Το φαινόμενο Haldane είναι ότι η αποοξυγόνωση της αιμοσφαιρίνης στους ιστούς προάγει το CO2 πρόσληψη από το αίμα ενώ η οξυγόνωση της αιμοσφαιρίνης στην αναπνευστική επιφάνεια προάγει το CO2 εκφόρτωση. Η αποοξυγονωμένη αιμοσφαιρίνη ωθεί την εξίσωση που φαίνεται παραπάνω στο Β. προς τα δεξιά και αυξάνει την ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα που μπορεί να μεταφερθεί με τη μορφή διττανθρακικών ιόντων. Η οξυγονωμένη αιμοσφαιρίνη ωθεί την εξίσωση που φαίνεται παραπάνω στο Β. προς τα αριστερά, έτσι ώστε να παράγεται διοξείδιο του άνθρακα και να μπορεί να εκπνέεται.


BIO 140 - Human Biology I - Σχολικό βιβλίο

/>
Εκτός εάν αναφέρεται διαφορετικά, αυτό το έργο αδειοδοτείται με άδεια Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License..

Για να εκτυπώσετε αυτήν τη σελίδα:

Κάντε κλικ στο εικονίδιο του εκτυπωτή στο κάτω μέρος της οθόνης

Είναι η εκτύπωσή σας ελλιπής;

Βεβαιωθείτε ότι η εκτύπωση περιλαμβάνει όλο το περιεχόμενο της σελίδας. Εάν δεν είναι, δοκιμάστε να ανοίξετε αυτόν τον οδηγό σε διαφορετικό πρόγραμμα περιήγησης και να εκτυπώσετε από εκεί (μερικές φορές ο Internet Explorer λειτουργεί καλύτερα, μερικές φορές ο Chrome, μερικές φορές ο Firefox κ.λπ.).

Κεφάλαιο 30

Ανταλλαγή αερίου

  • Συγκρίνετε τη σύνθεση του ατμοσφαιρικού αέρα και του κυψελιδικού αέρα
  • Περιγράψτε τους μηχανισμούς που οδηγούν την ανταλλαγή αερίων
  • Συζητήστε τη σημασία του επαρκούς αερισμού και αιμάτωσης και πώς το σώμα προσαρμόζεται όταν αυτά είναι ανεπαρκή
  • Συζητήστε τη διαδικασία της εξωτερικής αναπνοής
  • Περιγράψτε τη διαδικασία της εσωτερικής αναπνοής

Ο σκοπός του αναπνευστικού συστήματος είναι να πραγματοποιήσει ανταλλαγή αερίων. Ο πνευμονικός αερισμός παρέχει αέρα στις κυψελίδες για αυτή τη διαδικασία ανταλλαγής αερίων. Στην αναπνευστική μεμβράνη, όπου συναντώνται το κυψελιδικό και το τριχοειδές τοίχωμα, τα αέρια κινούνται κατά μήκος των μεμβρανών, με το οξυγόνο να εισέρχεται στην κυκλοφορία του αίματος και το διοξείδιο του άνθρακα να εξέρχεται. Είναι μέσω αυτού του μηχανισμού που το αίμα οξυγονώνεται και το διοξείδιο του άνθρακα, το απόβλητο προϊόν της κυτταρικής αναπνοής, απομακρύνεται από το σώμα.

Ανταλλαγή αερίου

Για να κατανοήσουμε τους μηχανισμούς ανταλλαγής αερίων στον πνεύμονα, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε τις βασικές αρχές των αερίων και τη συμπεριφορά τους. Εκτός από το νόμο Boyle&rsquos, αρκετοί άλλοι νόμοι για τα αέρια βοηθούν στην περιγραφή της συμπεριφοράς των αερίων.

Νόμοι αερίων και σύνθεση αέρα

Τα μόρια αερίου ασκούν δύναμη στις επιφάνειες με τις οποίες έρχονται σε επαφή αυτή η δύναμη ονομάζεται πίεση. Στα φυσικά συστήματα, τα αέρια υπάρχουν κανονικά ως μίγμα διαφορετικών τύπων μορίων. Για παράδειγμα, η ατμόσφαιρα αποτελείται από οξυγόνο, άζωτο, διοξείδιο του άνθρακα και άλλα αέρια μόρια, και αυτό το αέριο μίγμα ασκεί μια ορισμένη πίεση που αναφέρεται ως ατμοσφαιρική πίεση (Πίνακας 1). Μερική πίεση (ΠΧ) είναι η πίεση ενός μόνο τύπου αερίου σε ένα μείγμα αερίων. Για παράδειγμα, στην ατμόσφαιρα, το οξυγόνο ασκεί μια μερική πίεση και το άζωτο μια άλλη μερική πίεση, ανεξάρτητα από τη μερική πίεση του οξυγόνου (Εικόνα 1). Η ολική πίεση είναι το άθροισμα όλων των μερικών πιέσεων ενός αέριου μείγματος. Ο νόμος Dalton&rsquos περιγράφει τη συμπεριφορά των μη αντιδρώντων αερίων σε ένα αέριο μείγμα και δηλώνει ότι ένας συγκεκριμένος τύπος αερίου σε ένα μείγμα ασκεί τη δική του πίεση, επομένως, η συνολική πίεση που ασκείται από ένα μείγμα αερίων είναι το άθροισμα των μερικών πιέσεων των αερίων στο μείγμα .

Πίνακας 1: Μερικές πιέσεις ατμοσφαιρικών αερίων

Αέριο Ποσοστό της συνολικής σύνθεσης Μερική πίεση
(mm Hg)
Άζωτο (Ν2) 78.6 597.4
Οξυγόνο (Ο2) 20.9 158.8
Νερό (Η2Ο) 0.4 3.0
Διοξείδιο του άνθρακα (CO2) 0.04 0.3
Οι υπολοιποι 0.06 0.5
Συνολική σύνθεση/ολική ατμοσφαιρική πίεση 100% 760.0

Σχήμα 1: Μερική πίεση είναι η δύναμη που ασκείται από ένα αέριο. Το άθροισμα των μερικών πιέσεων όλων των αερίων σε ένα μείγμα ισούται με τη συνολική πίεση.

Η μερική πίεση είναι εξαιρετικά σημαντική για την πρόβλεψη της κίνησης των αερίων. Θυμηθείτε ότι τα αέρια τείνουν να εξισώνουν την πίεσή τους σε δύο περιοχές που είναι συνδεδεμένες. Ένα αέριο θα μετακινηθεί από μια περιοχή όπου η μερική πίεση του είναι υψηλότερη σε μια περιοχή όπου η μερική του πίεση είναι χαμηλότερη. Επιπλέον, όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά μερικής πίεσης μεταξύ των δύο περιοχών, τόσο πιο γρήγορη είναι η κίνηση των αερίων.

Διαλυτότητα αερίων σε υγρά

Ο νόμος Henry&rsquos περιγράφει τη συμπεριφορά των αερίων όταν έρχονται σε επαφή με ένα υγρό, όπως το αίμα. Ο νόμος Henry&rsquos ορίζει ότι η συγκέντρωση του αερίου σε ένα υγρό είναι ευθέως ανάλογη με τη διαλυτότητα και τη μερική πίεση αυτού του αερίου. Όσο μεγαλύτερη είναι η μερική πίεση του αερίου, τόσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των μορίων αερίου που θα διαλυθούν στο υγρό. Η συγκέντρωση του αερίου σε ένα υγρό εξαρτάται επίσης από τη διαλυτότητα του αερίου στο υγρό. Για παράδειγμα, αν και υπάρχει άζωτο στην ατμόσφαιρα, πολύ λίγο άζωτο διαλύεται στο αίμα, επειδή η διαλυτότητα του αζώτου στο αίμα είναι πολύ χαμηλή. Η εξαίρεση σε αυτό συμβαίνει στους δύτες, η σύνθεση του πεπιεσμένου αέρα που αναπνέουν οι δύτες προκαλεί το άζωτο να έχει υψηλότερη μερική πίεση από την κανονική, με αποτέλεσμα να διαλύεται στο αίμα σε μεγαλύτερες ποσότητες από το κανονικό. Πάρα πολύ άζωτο στην κυκλοφορία του αίματος οδηγεί σε μια σοβαρή κατάσταση που μπορεί να είναι θανατηφόρα εάν δεν διορθωθεί. Τα μόρια αερίου δημιουργούν μια ισορροπία μεταξύ αυτών των μορίων διαλυμένων σε υγρό και εκείνων στον αέρα.

Η σύνθεση του αέρα στην ατμόσφαιρα και στις κυψελίδες διαφέρει. Και στις δύο περιπτώσεις, η σχετική συγκέντρωση αερίων είναι άζωτο & gt οξυγόνο & gt υδρατμοί & gt διοξείδιο του άνθρακα. Η ποσότητα υδρατμών που υπάρχει στον κυψελιδικό αέρα είναι μεγαλύτερη από αυτή στον ατμοσφαιρικό αέρα (Πίνακας 2). Θυμηθείτε ότι το αναπνευστικό σύστημα λειτουργεί για να υγραίνει τον εισερχόμενο αέρα, με αποτέλεσμα ο αέρας που υπάρχει στις κυψελίδες να έχει μεγαλύτερη ποσότητα υδρατμών από τον ατμοσφαιρικό αέρα. Επιπλέον, ο κυψελιδικός αέρας περιέχει μεγαλύτερη ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα και λιγότερο οξυγόνο από τον ατμοσφαιρικό αέρα. Αυτό δεν αποτελεί έκπληξη, καθώς η ανταλλαγή αερίων αφαιρεί το οξυγόνο από και προσθέτει διοξείδιο του άνθρακα στον κυψελιδικό αέρα. Τόσο η βαθιά όσο και η εξαναγκασμένη αναπνοή προκαλούν την αλλαγή της σύνθεσης του κυψελιδικού αέρα πιο γρήγορα από ό,τι κατά τη διάρκεια της ήρεμης αναπνοής. Ως αποτέλεσμα, οι μερικές πιέσεις του οξυγόνου και του διοξειδίου του άνθρακα αλλάζουν, επηρεάζοντας τη διαδικασία διάχυσης που μετακινεί αυτά τα υλικά κατά μήκος της μεμβράνης. Αυτό θα κάνει το οξυγόνο να εισέλθει και το διοξείδιο του άνθρακα να βγει πιο γρήγορα από το αίμα.

Πίνακας 2: Σύνθεση και μερικές πιέσεις κυψελιδικού αέρα

Σύνθεση και μερικές πιέσεις κυψελιδικού αέρα
Αέριο Ποσοστό της συνολικής σύνθεσης Μερική πίεση
(mm Hg)
Άζωτο (Ν2) 74.9 569
Οξυγόνο (Ο2) 13.7 104
Νερό (Η2Ο) 6.2 40
Διοξείδιο του άνθρακα (CO2) 5.2 47
Ολική σύνθεση/ολική κυψελιδική πίεση 100% 760.0
Αερισμός και αιμάτωση

Δύο σημαντικές πτυχές της ανταλλαγής αερίων στον πνεύμονα είναι ο αερισμός και η αιμάτωση. Ο αερισμός είναι η κίνηση του αέρα μέσα και έξω από τους πνεύμονες και η αιμάτωση είναι η ροή αίματος στα πνευμονικά τριχοειδή αγγεία. Για να είναι αποτελεσματική η ανταλλαγή αερίων, οι όγκοι που εμπλέκονται στον αερισμό και την αιμάτωση θα πρέπει να είναι συμβατοί. Ωστόσο, παράγοντες όπως οι επιδράσεις της τοπικής βαρύτητας στο αίμα, οι φραγμένοι κυψελιδικοί αγωγοί ή η ασθένεια μπορεί να προκαλέσουν ανισορροπία αερισμού και αιμάτωσης.

Η μερική πίεση οξυγόνου στον κυψελιδικό αέρα είναι περίπου 104 mm Hg, ενώ η μερική πίεση οξυγονωμένου αίματος στις πνευμονικές φλέβες είναι περίπου 100 mm Hg. Όταν ο αερισμός είναι επαρκής, το οξυγόνο εισέρχεται στις κυψελίδες με υψηλό ρυθμό και η μερική πίεση του οξυγόνου στις κυψελίδες παραμένει υψηλή. Αντίθετα, όταν ο αερισμός είναι ανεπαρκής, η μερική πίεση οξυγόνου στις κυψελίδες πέφτει. Χωρίς τη μεγάλη διαφορά στη μερική πίεση μεταξύ των κυψελίδων και του αίματος, το οξυγόνο δεν διαχέεται αποτελεσματικά στην αναπνευστική μεμβράνη. Το σώμα έχει μηχανισμούς που εξουδετερώνουν αυτό το πρόβλημα. Σε περιπτώσεις που ο αερισμός δεν επαρκεί για μια κυψελίδα, το σώμα ανακατευθύνει τη ροή του αίματος σε κυψελίδες που λαμβάνουν επαρκή αερισμό. Αυτό επιτυγχάνεται με τον περιορισμό των πνευμονικών αρτηριδίων που εξυπηρετούν τη δυσλειτουργική κυψελίδα, η οποία ανακατευθύνει το αίμα σε άλλες κυψελίδες που έχουν επαρκή αερισμό. Ταυτόχρονα, τα πνευμονικά αρτηρίδια που εξυπηρετούν τις κυψελίδες που λαμβάνουν επαρκή αερισμό διαστέλλονται αγγειοδιασταλτικά, γεγονός που φέρνει μεγαλύτερη ροή αίματος. Παράγοντες όπως το διοξείδιο του άνθρακα, το οξυγόνο και τα επίπεδα pH μπορούν όλοι να χρησιμεύσουν ως ερεθίσματα για τη ρύθμιση της ροής του αίματος στα τριχοειδή δίκτυα που σχετίζονται με τις κυψελίδες.

Ο εξαερισμός ρυθμίζεται από τη διάμετρο των αεραγωγών, ενώ η αιμάτωση ρυθμίζεται από τη διάμετρο των αιμοφόρων αγγείων. Η διάμετρος των βρογχιολίων είναι ευαίσθητη στη μερική πίεση του διοξειδίου του άνθρακα στις κυψελίδες. Μια μεγαλύτερη μερική πίεση διοξειδίου του άνθρακα στις κυψελίδες αναγκάζει τα βρογχιόλια να αυξήσουν τη διάμετρό τους όπως και ένα μειωμένο επίπεδο οξυγόνου στην παροχή αίματος, επιτρέποντας την εκπνοή του διοξειδίου του άνθρακα από το σώμα με μεγαλύτερο ρυθμό. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, μια μεγαλύτερη μερική πίεση οξυγόνου στις κυψελίδες προκαλεί τη διάταση των πνευμονικών αρτηριδίων, αυξάνοντας τη ροή του αίματος.

Ανταλλαγή αερίου

Η ανταλλαγή αερίων λαμβάνει χώρα σε δύο σημεία του σώματος: στους πνεύμονες, όπου συλλέγεται οξυγόνο και απελευθερώνεται διοξείδιο του άνθρακα στην αναπνευστική μεμβράνη, και στους ιστούς, όπου απελευθερώνεται οξυγόνο και λαμβάνεται διοξείδιο του άνθρακα. Η εξωτερική αναπνοή είναι η ανταλλαγή αερίων με το εξωτερικό περιβάλλον, και συμβαίνει στις κυψελίδες των πνευμόνων. Η εσωτερική αναπνοή είναι η ανταλλαγή αερίων με το εσωτερικό περιβάλλον και συμβαίνει στους ιστούς. Η πραγματική ανταλλαγή αερίων συμβαίνει λόγω της απλής διάχυσης. Δεν απαιτείται ενέργεια για τη μετακίνηση του οξυγόνου ή του διοξειδίου του άνθρακα στις μεμβράνες. Αντίθετα, αυτά τα αέρια ακολουθούν κλίσεις πίεσης που τους επιτρέπουν να διαχέονται. Η ανατομία του πνεύμονα μεγιστοποιεί τη διάχυση των αερίων: Η αναπνευστική μεμβράνη είναι εξαιρετικά διαπερατή στα αέρια, οι μεμβράνες του αναπνευστικού και των τριχοειδών αίματος είναι πολύ λεπτές και υπάρχει μεγάλη επιφάνεια σε όλους τους πνεύμονες.

Εξωτερική αναπνοή

Η πνευμονική αρτηρία μεταφέρει αποξυγονωμένο αίμα στους πνεύμονες από την καρδιά, όπου διακλαδίζεται και τελικά γίνεται το τριχοειδές δίκτυο που αποτελείται από πνευμονικά τριχοειδή αγγεία. Αυτά τα πνευμονικά τριχοειδή δημιουργούν την αναπνευστική μεμβράνη με τις κυψελίδες (Εικόνα 2). Καθώς το αίμα αντλείται μέσω αυτού του τριχοειδούς δικτύου, πραγματοποιείται ανταλλαγή αερίων. Αν και μια μικρή ποσότητα οξυγόνου είναι σε θέση να διαλυθεί απευθείας στο πλάσμα από τις κυψελίδες, το μεγαλύτερο μέρος του οξυγόνου συλλέγεται από ερυθροκύτταρα (ερυθρά αιμοσφαίρια) και συνδέεται με μια πρωτεΐνη που ονομάζεται αιμοσφαιρίνη, διαδικασία που περιγράφεται αργότερα σε αυτό το κεφάλαιο. Η οξυγονωμένη αιμοσφαιρίνη είναι κόκκινη, προκαλώντας τη συνολική εμφάνιση φωτεινού κόκκινου οξυγονωμένου αίματος, το οποίο επιστρέφει στην καρδιά μέσω των πνευμονικών φλεβών. Το διοξείδιο του άνθρακα απελευθερώνεται προς την αντίθετη κατεύθυνση του οξυγόνου, από το αίμα προς τις κυψελίδες. Μέρος του διοξειδίου του άνθρακα επιστρέφεται στην αιμοσφαιρίνη, αλλά μπορεί επίσης να διαλυθεί στο πλάσμα ή υπάρχει ως μετασχηματισμένη μορφή, εξηγείται επίσης λεπτομερέστερα αργότερα σε αυτό το κεφάλαιο.

Η εξωτερική αναπνοή συμβαίνει ως συνάρτηση των διαφορών μερικής πίεσης στο οξυγόνο και το διοξείδιο του άνθρακα μεταξύ των κυψελίδων και του αίματος στα πνευμονικά τριχοειδή αγγεία.

Εικόνα 2: Στην εξωτερική αναπνοή, το οξυγόνο διαχέεται κατά μήκος της αναπνευστικής μεμβράνης από την κυψελίδα στο τριχοειδές, ενώ το διοξείδιο του άνθρακα διαχέεται έξω από το τριχοειδές στην κυψελίδα.

Αν και η διαλυτότητα του οξυγόνου στο αίμα δεν είναι υψηλή, υπάρχει μια δραστική διαφορά στη μερική πίεση του οξυγόνου στις κυψελίδες έναντι στο αίμα των πνευμονικών τριχοειδών αγγείων. Αυτή η διαφορά είναι περίπου 64 mm Hg: Η μερική πίεση οξυγόνου στις κυψελίδες είναι περίπου 104 mm Hg, ενώ η μερική πίεσή του στο αίμα του τριχοειδούς είναι περίπου 40 mm Hg. Αυτή η μεγάλη διαφορά στη μερική πίεση δημιουργεί μια πολύ ισχυρή κλίση πίεσης που προκαλεί το οξυγόνο να διασχίζει γρήγορα την αναπνευστική μεμβράνη από τις κυψελίδες στο αίμα.

Η μερική πίεση του διοξειδίου του άνθρακα είναι επίσης διαφορετική μεταξύ του κυψελιδικού αέρα και του αίματος του τριχοειδούς. Ωστόσο, η διαφορά μερικής πίεσης είναι μικρότερη από εκείνη του οξυγόνου, περίπου 5 mm Hg. Η μερική πίεση του διοξειδίου του άνθρακα στο αίμα του τριχοειδούς είναι περίπου 45 mm Hg, ενώ η μερική πίεση του στις κυψελίδες είναι περίπου 40 mm Hg. Ωστόσο, η διαλυτότητα του διοξειδίου του άνθρακα είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή του οξυγόνου&mdash με έναν παράγοντα περίπου 20&mdash τόσο στο αίμα όσο και στα κυψελιδικά υγρά. Ως αποτέλεσμα, οι σχετικές συγκεντρώσεις οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα που διαχέονται στην αναπνευστική μεμβράνη είναι παρόμοιες.

Εσωτερική αναπνοή

Η εσωτερική αναπνοή είναι η ανταλλαγή αερίων που συμβαίνει στο επίπεδο των ιστών του σώματος (Εικόνα 3). Παρόμοια με την εξωτερική αναπνοή, η εσωτερική αναπνοή εμφανίζεται επίσης ως απλή διάχυση λόγω μιας μερικής κλίσης πίεσης. Ωστόσο, οι βαθμίδες μερικής πίεσης είναι αντίθετες από αυτές που υπάρχουν στην αναπνευστική μεμβράνη. Η μερική πίεση οξυγόνου στους ιστούς είναι χαμηλή, περίπου 40 mm Hg, επειδή το οξυγόνο χρησιμοποιείται συνεχώς για την κυτταρική αναπνοή. Αντίθετα, η μερική πίεση του οξυγόνου στο αίμα είναι περίπου 100 mm Hg. Αυτό δημιουργεί μια κλίση πίεσης που προκαλεί το οξυγόνο να διαχωρίζεται από την αιμοσφαιρίνη, να διαχέεται από το αίμα, να διασχίζει τον διάμεσο χώρο και να εισέρχεται στον ιστό. Η αιμοσφαιρίνη που έχει λίγο οξυγόνο συνδεδεμένο με αυτήν χάνει μεγάλο μέρος της φωτεινότητάς της, έτσι ώστε το αίμα που επιστρέφει στην καρδιά να έχει πιο μπορντό χρώμα.

Λαμβάνοντας υπόψη ότι η κυτταρική αναπνοή παράγει συνεχώς διοξείδιο του άνθρακα, η μερική πίεση του διοξειδίου του άνθρακα είναι χαμηλότερη στο αίμα από ό, τι στον ιστό, προκαλώντας το διοξείδιο του άνθρακα να διαχέεται έξω από τον ιστό, να διασχίζει το διάμεσο υγρό και να εισέρχεται στο αίμα. Στη συνέχεια μεταφέρεται πίσω στους πνεύμονες είτε δεσμευμένο στην αιμοσφαιρίνη, διαλυμένο στο πλάσμα ή σε μετατρεπόμενη μορφή. Μέχρι τη στιγμή που το αίμα επιστρέφει στην καρδιά, η μερική πίεση του οξυγόνου έχει επιστρέψει στα περίπου 40 mm Hg και η μερική πίεση του διοξειδίου του άνθρακα έχει επιστρέψει στα 45 mm Hg. Το αίμα στη συνέχεια αντλείται πίσω στους πνεύμονες για να οξυγονωθεί ξανά κατά τη διάρκεια της εξωτερικής αναπνοής.

Εικόνα 3: Το οξυγόνο διαχέεται έξω από το τριχοειδές και στα κύτταρα, ενώ το διοξείδιο του άνθρακα διαχέεται έξω από τα κύτταρα και μέσα στο τριχοειδές.

Καθημερινή σύνδεση

Θεραπεία Υπερβαρικού Θαλάμου

Ένας τύπος συσκευής που χρησιμοποιείται σε ορισμένους τομείς της ιατρικής που εκμεταλλεύεται τη συμπεριφορά των αερίων είναι η θεραπεία με υπερβαρικό θάλαμο. Ένας υπερβαρικός θάλαμος είναι μια μονάδα που μπορεί να σφραγιστεί και να εκθέσει έναν ασθενή είτε σε 100 % οξυγόνο με αυξημένη πίεση είτε σε μίγμα αερίων που περιλαμβάνει υψηλότερη συγκέντρωση οξυγόνου από τον κανονικό ατμοσφαιρικό αέρα, επίσης σε υψηλότερη μερική πίεση από την ατμόσφαιρα. Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι θαλάμων: μονόχωρος και πολλαπλός. Οι μονότοποι θάλαμοι είναι τυπικά για έναν ασθενή και το προσωπικό που φροντίζει τον ασθενή παρατηρεί τον ασθενή έξω από τον θάλαμο (Εικόνα 4). Ορισμένες εγκαταστάσεις διαθέτουν ειδικούς υπερβαρικούς θαλάμους μονής θέσης που επιτρέπουν τη θεραπεία πολλαπλών ασθενών ταυτόχρονα, συνήθως σε καθιστή ή ανακλινόμενη θέση, για να διευκολύνει τα συναισθήματα απομόνωσης ή κλειστοφοβίας. Οι θάλαμοι πολλαπλών θέσεων είναι αρκετά μεγάλοι για τη θεραπεία πολλαπλών ασθενών ταυτόχρονα και το προσωπικό που παρακολουθεί αυτούς τους ασθενείς είναι παρόν μέσα στο θάλαμο. Σε έναν θάλαμο πολλαπλών θέσεων, οι ασθενείς αντιμετωπίζονται συχνά με αέρα μέσω μάσκας ή κουκούλας και ο θάλαμος είναι υπό πίεση.

Εικόνα 4: (πίστωση: &ldquokomunews&rdquo/flickr.com)

Η επεξεργασία του υπερβαρικού θαλάμου βασίζεται στη συμπεριφορά των αερίων. Όπως θυμάστε, τα αέρια μετακινούνται από μια περιοχή υψηλότερης μερικής πίεσης σε μια περιοχή χαμηλότερης μερικής πίεσης. Σε έναν υπερβαρικό θάλαμο, η ατμοσφαιρική πίεση αυξάνεται, προκαλώντας μεγαλύτερη ποσότητα οξυγόνου από το κανονικό να διαχέεται στην κυκλοφορία του αίματος του ασθενούς. Η θεραπεία με υπερβαρικό θάλαμο χρησιμοποιείται για τη θεραπεία ποικίλων ιατρικών προβλημάτων, όπως επούλωση πληγών και μοσχευμάτων, αναερόβιες βακτηριακές λοιμώξεις και δηλητηρίαση από μονοξείδιο του άνθρακα. Η έκθεση και η δηλητηρίαση από μονοξείδιο του άνθρακα είναι δύσκολο να αντιστραφεί, επειδή η συγγένεια αιμοσφαιρίνης και rsquos για το μονοξείδιο του άνθρακα είναι πολύ ισχυρότερη από τη συγγένειά της για το οξυγόνο, αναγκάζοντας το μονοξείδιο του άνθρακα να αντικαταστήσει το οξυγόνο στο αίμα. Η θεραπεία με υπερβαρικό θάλαμο μπορεί να αντιμετωπίσει τη δηλητηρίαση από μονοξείδιο του άνθρακα, επειδή η αυξημένη ατμοσφαιρική πίεση προκαλεί τη διάχυση περισσότερου οξυγόνου στην κυκλοφορία του αίματος. Σε αυτή την αυξημένη πίεση και αυξημένη συγκέντρωση οξυγόνου, το μονοξείδιο του άνθρακα εκτοπίζεται από την αιμοσφαιρίνη. Ένα άλλο παράδειγμα είναι η θεραπεία αναερόβιων βακτηριακών λοιμώξεων, οι οποίες δημιουργούνται από βακτήρια που δεν μπορούν ή προτιμούν να μην ζουν παρουσία οξυγόνου. Η αύξηση των επιπέδων οξυγόνου στο αίμα και στους ιστούς βοηθά να σκοτωθούν τα αναερόβια βακτήρια που ευθύνονται για τη μόλυνση, καθώς το οξυγόνο είναι τοξικό για τα αναερόβια βακτήρια. Για πληγές και μοσχεύματα, ο θάλαμος διεγείρει τη διαδικασία επούλωσης αυξάνοντας την παραγωγή ενέργειας που απαιτείται για την επισκευή. Η αύξηση της μεταφοράς οξυγόνου επιτρέπει στα κύτταρα να αυξάνουν την κυτταρική αναπνοή και συνεπώς την παραγωγή ATP, την ενέργεια που απαιτείται για την κατασκευή νέων δομών.

Επισκόπηση κεφαλαίου

Η συμπεριφορά των αερίων μπορεί να εξηγηθεί από τις αρχές του νόμου Dalton&rsquos και του νόμου Henry&rsquos, που και οι δύο περιγράφουν πτυχές της ανταλλαγής αερίων. Ο νόμος Dalton&rsquos ορίζει ότι κάθε συγκεκριμένο αέριο σε ένα μείγμα αερίων ασκεί δύναμη (τη μερική του πίεση) ανεξάρτητα από τα άλλα αέρια του μείγματος. Ο νόμος Henry&rsquos αναφέρει ότι η ποσότητα ενός συγκεκριμένου αερίου που διαλύεται σε ένα υγρό είναι συνάρτηση της μερικής πίεσης του. Όσο μεγαλύτερη είναι η μερική πίεση ενός αερίου, τόσο περισσότερο από αυτό το αέριο θα διαλυθεί σε ένα υγρό, καθώς το αέριο κινείται προς την ισορροπία. Τα μόρια αερίου κινούνται προς τα κάτω σε μια κλίση πίεσης με άλλα λόγια, το αέριο κινείται από μια περιοχή υψηλής πίεσης σε μια περιοχή χαμηλής πίεσης. Η μερική πίεση του οξυγόνου είναι υψηλή στις κυψελίδες και χαμηλή στο αίμα των πνευμονικών τριχοειδών αγγείων. Ως αποτέλεσμα, το οξυγόνο διαχέεται στην αναπνευστική μεμβράνη από τις κυψελίδες στο αίμα. Αντίθετα, η μερική πίεση του διοξειδίου του άνθρακα είναι υψηλή στα πνευμονικά τριχοειδή αγγεία και χαμηλή στις κυψελίδες. Επομένως, το διοξείδιο του άνθρακα διαχέεται στην αναπνευστική μεμβράνη από το αίμα στις κυψελίδες. Η ποσότητα οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα που διαχέεται στην αναπνευστική μεμβράνη είναι παρόμοια.

Ο αερισμός είναι η διαδικασία που μετακινεί τον αέρα μέσα και έξω από τις κυψελίδες και η αιμάτωση επηρεάζει τη ροή του αίματος στα τριχοειδή αγγεία. Και τα δύο είναι σημαντικά στην ανταλλαγή αερίων, καθώς ο αερισμός πρέπει να είναι επαρκής για να δημιουργήσει υψηλή μερική πίεση οξυγόνου στις κυψελίδες. Εάν ο αερισμός είναι ανεπαρκής και η μερική πίεση του οξυγόνου πέφτει στον κυψελιδικό αέρα, το τριχοειδές συστέλλεται και η ροή του αίματος ανακατευθύνεται στις κυψελίδες με επαρκή αερισμό. Η εξωτερική αναπνοή αναφέρεται στην ανταλλαγή αερίων που συμβαίνει στις κυψελίδες, ενώ η εσωτερική αναπνοή αναφέρεται στην ανταλλαγή αερίων που συμβαίνει στον ιστό. Και οι δύο οδηγούνται από μερικές διαφορές πίεσης.


Φυσιολογικοί παράγοντες που μπορούν να μετατοπίσουν την οξυαιμοσφαιρίνη

Αλλαγές στο pH και το φαινόμενο Bohr

Οι αλλαγές στη θέση της καμπύλης με αλλαγές στη συγκέντρωση των ενδοκυτταρικών ιόντων υδρογόνου των ερυθρών αιμοσφαιρίων (RBC) αποτελούν το φαινόμενο Bohr. Οι μειώσεις του pH μετατοπίζουν την καμπύλη προς τα δεξιά, ενώ οι αυξήσεις μετατοπίζουν την καμπύλη προς τα αριστερά.

Εικόνα 4. Οι αλλαγές στο pH σχετίζονται με αλλαγές στη συγγένεια οξυγόνου της αιμοσφαιρίνης. Οι μειώσεις του pH μετατοπίζουν την καμπύλη προς τα δεξιά, ενώ οι αυξήσεις μετατοπίζουν την καμπύλη προς τα αριστερά.

Διοξείδιο του άνθρακα

Το διοξείδιο του άνθρακα αυξάνει τη συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου και μειώνει το pH των ιστών. Ως αποτέλεσμα, η συγγένεια της αιμοσφαιρίνης για το οξυγόνο μειώνεται και η απελευθέρωση οξυγόνου στους ιστούς διευκολύνεται. Στον πνεύμονα συμβαίνουν αντίθετες αλλαγές.

Εικόνα 5. Αλλαγές στο διοξείδιο του άνθρακα (CO2) σχετίζονται με αλλαγές στη συγγένεια της αιμοσφαιρίνης για το οξυγόνο. Αυξήσεις σε CO2 μειώνουν τον κορεσμό της αιμοσφαιρίνης, ενώ μειώνουν το CO2 αυξάνουν τον κορεσμό της αιμοσφαιρίνης.

Οργανοφωσφορικά

Κατά τη διάρκεια της γλυκόλυσης, τα ερυθρά αιμοσφαίρια παράγουν οργανοφωσφορικά, ιδιαίτερα 2,3-διφωσφογλυκερικό (2,3-DPG). Στα ερυθρά αιμοσφαίρια, λόγω της απουσίας μιτοχονδρίων, το 2,3-διφωσφογλυκερικό χρησιμοποιείται για την παραγωγή ενέργειας. Σε συνθήκες μειωμένης διαθεσιμότητας οξυγόνου (π.χ. αναιμία, απώλεια αίματος, χρόνια πνευμονοπάθεια, μεγάλο υψόμετρο ή παρακάμψεις από δεξιά προς τα αριστερά), η παραγωγή οργανοφωσφορικών στα ερυθρά αιμοσφαίρια αυξάνεται, μετατοπίζοντας την καμπύλη οξυαιμοσφαιρίνης προς τα δεξιά, διευκολύνοντας έτσι την εκφόρτωση οξυγόνου στους περιφερειακούς ιστούς.

Εικόνα 6. Τα αυξημένα οργανοφωσφορικά μετατοπίζουν την καμπύλη της οξυαιμοσφαιρίνης προς τα δεξιά, γεγονός που διευκολύνει την εκφόρτωση οξυγόνου στους περιφερειακούς ιστούς.

Αλλαγές στη θερμοκρασία

Η υπερθερμία μετατοπίζει την καμπύλη προς τα δεξιά. Αντίθετες αλλαγές συμβαίνουν με την υποθερμία.

Εικόνα 7. Οι αλλαγές στη θερμοκρασία συνδέονται με αλλαγές στη συγγένεια οξυγόνου της αιμοσφαιρίνης. Η υπερθερμία μετατοπίζει την καμπύλη προς τα δεξιά, ενώ η υποθερμία μετατοπίζει την καμπύλη προς τα αριστερά.

Επίπεδα μονοξειδίου του άνθρακα

Το μονοξείδιο του άνθρακα μετατοπίζει την καμπύλη διάστασης της οξυαιμοσφαιρίνης προς τα αριστερά, εμποδίζοντας την εκφόρτωση οξυγόνου στους περιφερειακούς ιστούς. Αυτή η επίδραση είναι επιπλέον της επίδρασης του μονοξειδίου του άνθρακα στη σύνδεση με την αιμοσφαιρίνη και στην πρόληψη της φόρτισης οξυγόνου στους πνεύμονες.

Εικόνα 8. Το μονοξείδιο του άνθρακα μετατοπίζει την καμπύλη διάστασης της οξυαιμοσφαιρίνης προς τα αριστερά, εμποδίζοντας την εκφόρτωση οξυγόνου στους περιφερειακούς ιστούς.

Μεθαιμοσφαιρίνη

Η μεθαιμοσφαιρίνη είναι το αποτέλεσμα της οξείδωσης του τμήματος σιδήρου της αιμοσφαιρίνης από τη σιδηρούχα στην κατάσταση σιδήρου. Οι ενδοκυτταρικές ενζυματικές αναγωγικές οδοί διατηρούν κανονικά τα επίπεδα μεθαιμοσφαιρίνης κάτω από το 3%.

Εικόνα 9. Η οξείδωση του τμήματος σιδήρου της αιμοσφαιρίνης από την κατάσταση σιδήρου σε σίδηρο οδηγεί σε μεθαιμοσφαιρίνη.

Με την παρουσία συγγενών ελλείψεων αναγωγικών ενζύμων ή παρουσία οξειδωτικών φαρμάκων (π.χ. ανθελονοσιακά, δαψόνη, τοπικά αναισθητικά), μπορεί να αναπτυχθεί μεθαιμοσφαιριναιμία.

Η μεθαιμοσφαιρίνη μετατοπίζει την καμπύλη της οξυαιμοσφαιρίνης προς τα αριστερά, μειώνοντας την απελευθέρωση οξυγόνου στους περιφερειακούς ιστούς.

Εικόνα 10. Η μεθαιμοσφαιριναιμία μετατοπίζει την καμπύλη της οξυαιμοσφαιρίνης προς τα αριστερά, μειώνοντας την απελευθέρωση οξυγόνου στους περιφερειακούς ιστούς.

Παρουσία μη φυσιολογικών αιμοσφαιρινών

Τέλος, η παρουσία μη φυσιολογικών αιμοσφαιρινών - όπως η εμβρυϊκή αιμοσφαιρίνη σε έναν ενήλικα - μπορεί να έχει επίδραση στην καμπύλη δέσμευσης οξυγόνου-αιμοσφαιρίνης. Η εμβρυϊκή αιμοσφαιρίνη, η αιμοσφαιρίνη F, αποτελείται από δύο αλυσίδες γάμμα που αντικαθιστούν τις κανονικές δύο βήτα αλυσίδες.

Η καμπύλη οξυαιμοσφαιρίνης μετατοπίζεται προς τα αριστερά παρουσία της αιμοσφαιρίνης F, ενισχύοντας τη συγγένεια της αιμοσφαιρίνης για το οξυγόνο, ένα πλεονέκτημα κατά τη διάρκεια της εμβρυϊκής ζωής όταν η αρτηριακή τάση οξυγόνου είναι χαμηλή.

Εικόνα 11. Η μη φυσιολογική αιμοσφαιρίνη μετατοπίζει την καμπύλη της οξυαιμοσφαιρίνης προς τα αριστερά, ενισχύοντας τη συγγένεια της αιμοσφαιρίνης για το οξυγόνο.


Μεταφορά διοξειδίου του άνθρακα στο αίμα

Η διάλυση, η δέσμευση της αιμοσφαιρίνης και το ρυθμιστικό σύστημα διττανθρακικών είναι τρόποι με τους οποίους το διοξείδιο του άνθρακα μεταφέρεται σε όλο το σώμα.

Στόχοι μάθησης

Εξηγήστε πώς μεταφέρεται το διοξείδιο του άνθρακα από τους ιστούς του σώματος στους πνεύμονες

Βασικά Takeaways

Βασικά σημεία

  • Το διοξείδιο του άνθρακα είναι πιο διαλυτό στο αίμα από το οξυγόνο περίπου 5 έως 7 τοις εκατό του συνόλου του διοξειδίου του άνθρακα είναι διαλυμένο στο πλάσμα.
  • Το διοξείδιο του άνθρακα έχει την ικανότητα να προσκολλάται στα μόρια της αιμοσφαιρίνης και θα αφαιρεθεί από το σώμα μόλις αποσυνδεθούν το ένα από το άλλο.
  • Στο ρυθμιστικό σύστημα διττανθρακικών, την πιο κοινή μορφή μεταφοράς διοξειδίου του άνθρακα στο αίμα, το διοξείδιο του άνθρακα τελικά αποβάλλεται από το σώμα μέσω των πνευμόνων κατά την εκπνοή.
  • Είναι σημαντικό ότι το ρυθμιστικό σύστημα διττανθρακικών επιτρέπει μικρή αλλαγή στο pH του συστήματος του σώματος και επιτρέπει στους ανθρώπους να ταξιδεύουν και να ζουν σε μεγάλα υψόμετρα επειδή το σύστημα μπορεί να προσαρμοστεί για να ρυθμίσει το διοξείδιο του άνθρακα διατηρώντας το σωστό pH στο σώμα.

Βασικοί Όροι

  • καρβαμινοαιμοσφαιρίνη: ένωση που αποτελείται από αιμοσφαιρίνη και διοξείδιο του άνθρακα μία από τις μορφές με τις οποίες υπάρχει διοξείδιο του άνθρακα στο αίμα
  • ανθρακική ανυδράση: μια οικογένεια ενζύμων που καταλύουν την ταχεία αλληλομετατροπή διοξειδίου του άνθρακα και νερού σε διττανθρακικά και πρωτόνια
  • μονοξείδιο του άνθρακα: άχρωμο, άοσμο, εύφλεκτο, εξαιρετικά τοξικό αέριο

Μεταφορά διοξειδίου του άνθρακα στο αίμα

Τα μόρια του διοξειδίου του άνθρακα μεταφέρονται στο αίμα από τους ιστούς του σώματος στους πνεύμονες με μία από τις τρεις μεθόδους:

  1. Διάλυση απευθείας στο αίμα
  2. Σύνδεση με την αιμοσφαιρίνη
  3. Μεταφέρεται ως διττανθρακικό ιόν

Αρκετές ιδιότητες του διοξειδίου του άνθρακα στο αίμα επηρεάζουν τη μεταφορά του. Πρώτον, το διοξείδιο του άνθρακα είναι πιο διαλυτό στο αίμα από το οξυγόνο. Περίπου το 5 έως 7 τοις εκατό του συνόλου του διοξειδίου του άνθρακα διαλύεται στο πλάσμα. Δεύτερον, το διοξείδιο του άνθρακα μπορεί να συνδεθεί με τις πρωτεΐνες του πλάσματος ή μπορεί να εισέλθει στα ερυθρά αιμοσφαίρια και να συνδεθεί με την αιμοσφαιρίνη. Αυτή η μορφή μεταφέρει περίπου το 10 τοις εκατό του διοξειδίου του άνθρακα. Όταν το διοξείδιο του άνθρακα συνδέεται με την αιμοσφαιρίνη, σχηματίζεται ένα μόριο που ονομάζεται καρβαμινοαιμοσφαιρίνη. Η δέσμευση του διοξειδίου του άνθρακα στην αιμοσφαιρίνη είναι αναστρέψιμη. Επομένως, όταν φτάσει στους πνεύμονες, το διοξείδιο του άνθρακα μπορεί ελεύθερα να διαχωριστεί από την αιμοσφαιρίνη και να αποβληθεί από το σώμα.

Τρίτον, η πλειοψηφία των μορίων διοξειδίου του άνθρακα (85 τοις εκατό) μεταφέρονται ως μέρος του ρυθμιστικού συστήματος διττανθρακικών. Σε αυτό το σύστημα, το διοξείδιο του άνθρακα διαχέεται στα ερυθρά αιμοσφαίρια. Η καρβονική ανυδράση (CA) μέσα στα ερυθρά αιμοσφαίρια μετατρέπει γρήγορα το διοξείδιο του άνθρακα σε ανθρακικό οξύ (H2CO3). Το ανθρακικό οξύ είναι ένα ασταθές, ενδιάμεσο μόριο που διασπάται αμέσως σε διττανθρακικά ιόντα (HCO3 − ) και ιόντα υδρογόνου (H + ). Δεδομένου ότι το διοξείδιο του άνθρακα μετατρέπεται γρήγορα σε διττανθρακικά ιόντα, αυτή η αντίδραση επιτρέπει τη συνεχή πρόσληψη διοξειδίου του άνθρακα στο αίμα, κάτω από τη βαθμίδα συγκέντρωσής του. Έχει επίσης ως αποτέλεσμα την παραγωγή ιόντων Η+. Εάν παράγεται πολύ H +, μπορεί να αλλάξει το pH του αίματος. Ωστόσο, η αιμοσφαιρίνη συνδέεται με τα ελεύθερα ιόντα H +, περιορίζοντας τις μετατοπίσεις του pH. Το πρόσφατα συντιθέμενο διττανθρακικό ιόν μεταφέρεται έξω από τα ερυθρά αιμοσφαίρια στο υγρό συστατικό του αίματος με αντάλλαγμα ένα ιόν χλωρίου (Cl-) που ονομάζεται μετατόπιση χλωρίου. Όταν το αίμα φτάσει στους πνεύμονες, το διττανθρακικό ιόν μεταφέρεται πίσω στα ερυθρά αιμοσφαίρια με αντάλλαγμα το ιόν χλωρίου. Το ιόν Η+ διασπάται από την αιμοσφαιρίνη και συνδέεται με το διττανθρακικό ιόν. Αυτό παράγει το ενδιάμεσο ανθρακικό οξύ, το οποίο μετατρέπεται ξανά σε διοξείδιο του άνθρακα μέσω της ενζυματικής δράσης του CA. Το παραγόμενο διοξείδιο του άνθρακα αποβάλλεται μέσω των πνευμόνων κατά την εκπνοή.

Το πλεονέκτημα του ρυθμιστικού συστήματος διττανθρακικών είναι ότι το διοξείδιο του άνθρακα “ απορροφάται” στο αίμα με μικρή αλλαγή στο pH του συστήματος. Αυτό είναι σημαντικό γιατί χρειάζεται μόνο μια μικρή αλλαγή στο συνολικό pH του σώματος για να προκληθεί σοβαρός τραυματισμός ή θάνατος. Η παρουσία αυτού του ρυθμιστικού συστήματος διττανθρακικών επιτρέπει επίσης στους ανθρώπους να ταξιδεύουν και να ζουν σε μεγάλα υψόμετρα. Όταν η μερική πίεση του οξυγόνου και του διοξειδίου του άνθρακα αλλάζει σε μεγάλα υψόμετρα, το ρυθμιστικό σύστημα διττανθρακικών προσαρμόζεται για να ρυθμίζει το διοξείδιο του άνθρακα ενώ διατηρεί το σωστό pH στο σώμα.

Δηλητηρίαση από μονοξείδιο του άνθρακα

Ενώ το διοξείδιο του άνθρακα μπορεί εύκολα να συσχετιστεί και να διαχωριστεί από την αιμοσφαιρίνη, άλλα μόρια, όπως το μονοξείδιο του άνθρακα (CO), δεν μπορούν. Το μονοξείδιο του άνθρακα έχει μεγαλύτερη συγγένεια με την αιμοσφαιρίνη από το οξυγόνο. Επομένως, όταν υπάρχει μονοξείδιο του άνθρακα, συνδέεται με την αιμοσφαιρίνη κατά προτίμηση έναντι του οξυγόνου. Ως αποτέλεσμα, το οξυγόνο δεν μπορεί να συνδεθεί με την αιμοσφαιρίνη, επομένως πολύ λίγο οξυγόνο μεταφέρεται σε όλο το σώμα. Το μονοξείδιο του άνθρακα είναι ένα άχρωμο, άοσμο αέριο που είναι δύσκολο να ανιχνευθεί. Παράγεται από οχήματα και εργαλεία που κινούνται με αέριο. Το μονοξείδιο του άνθρακα μπορεί να προκαλέσει πονοκεφάλους, σύγχυση και ναυτία Η μακροχρόνια έκθεση μπορεί να προκαλέσει εγκεφαλική βλάβη ή θάνατο. Η χορήγηση 100 τοις εκατό (καθαρού) οξυγόνου είναι η συνήθης θεραπεία για τη δηλητηρίαση από μονοξείδιο του άνθρακα, καθώς επιταχύνει το διαχωρισμό του μονοξειδίου του άνθρακα από την αιμοσφαιρίνη.

Δηλητηρίαση από μονοξείδιο του άνθρακα: Όταν το μονοξείδιο του άνθρακα (CO) στο σώμα αυξάνεται, ο κορεσμός του οξυγόνου της αιμοσφαιρίνης μειώνεται καθώς η αιμοσφαιρίνη θα δεσμευτεί πιο εύκολα στο CO παρά στο οξυγόνο. Επομένως, η έκθεση σε CO οδηγεί σε θάνατο λόγω της μειωμένης μεταφοράς οξυγόνου στο σώμα.


Ο ρόλος του αίματος στο σώμα

Το αίμα, όπως και το ανθρώπινο αίμα που απεικονίζεται στο σχήμα (PageIndex<1>) είναι σημαντικό για τη ρύθμιση των συστημάτων του σώματος και της ομοιόστασης. Το αίμα βοηθά στη διατήρηση της ομοιόστασης σταθεροποιώντας το pH, τη θερμοκρασία, την οσμωτική πίεση και εξαλείφοντας την υπερβολική θερμότητα. Το αίμα υποστηρίζει την ανάπτυξη διανέμοντας θρεπτικά συστατικά και ορμόνες και απομακρύνοντας τα απόβλητα. Το αίμα παίζει προστατευτικό ρόλο μεταφέροντας παράγοντες πήξης και αιμοπετάλια για την πρόληψη της απώλειας αίματος και μεταφέροντας τους παράγοντες καταπολέμησης της νόσου ή τα λευκά αιμοσφαίρια στα σημεία μόλυνσης.

Εικόνα (PageIndex<1>): Εμφανίζονται τα κύτταρα και τα κυτταρικά συστατικά του ανθρώπινου αίματος. Τα ερυθρά αιμοσφαίρια παρέχουν οξυγόνο στα κύτταρα και απομακρύνουν το διοξείδιο του άνθρακα. Τα λευκά αιμοσφαίρια&mdash, συμπεριλαμβανομένων των ουδετερόφιλων, των μονοκυττάρων, των λεμφοκυττάρων, των ηωσινόφιλων και των βασεόφιλων εμπλέκονται στην ανοσολογική απόκριση. Τα αιμοπετάλια σχηματίζουν θρόμβους που εμποδίζουν την απώλεια αίματος μετά από τραυματισμό.

Ερυθρά αιμοσφαίρια

Τα ερυθρά αιμοσφαίρια ή ερυθροκύτταρα (ερυθρο- = &ldquored&rdquo -κύτταρο = &ldquocell&rdquo), είναι εξειδικευμένα κύτταρα που κυκλοφορούν μέσω του σώματος παρέχοντας οξυγόνο στα κύτταρα που σχηματίζονται από βλαστοκύτταρα του μυελού των οστών. Στα θηλαστικά, τα ερυθρά αιμοσφαίρια είναι μικρά αμφίκυρτα κύτταρα που στην ωριμότητα δεν περιέχουν πυρήνα ή μιτοχόνδρια και έχουν μέγεθος μόνο 7&ndash8 µ. Στα πτηνά και στα ερπετά που δεν είναι πτηνά, ένας πυρήνας εξακολουθεί να διατηρείται στα ερυθρά αιμοσφαίρια.

Ο κόκκινος χρωματισμός του αίματος προέρχεται από την πρωτεΐνη αιμοσφαιρίνη που περιέχει σίδηρο, που απεικονίζεται στο Σχήμα (PageIndex<2>)a. Η κύρια δουλειά αυτής της πρωτεΐνης είναι να μεταφέρει οξυγόνο, αλλά μεταφέρει επίσης και διοξείδιο του άνθρακα. Η αιμοσφαιρίνη συσκευάζεται στα ερυθρά αιμοσφαίρια με ρυθμό περίπου 250 εκατομμυρίων μορίων αιμοσφαιρίνης ανά κύτταρο. Κάθε μόριο αιμοσφαιρίνης δεσμεύει τέσσερα μόρια οξυγόνου έτσι ώστε κάθε ερυθρό αιμοσφαίριο να μεταφέρει ένα δισεκατομμύριο μόρια οξυγόνου. Υπάρχουν περίπου 25 τρισεκατομμύρια ερυθρά αιμοσφαίρια στα πέντε λίτρα αίματος στο ανθρώπινο σώμα, τα οποία θα μπορούσαν να μεταφέρουν έως και 25 εξάξιο (25 & επί 10 21 ) μόρια οξυγόνου στο σώμα ανά πάσα στιγμή. Στα θηλαστικά, η έλλειψη οργανιδίων στα ερυθροκύτταρα αφήνει περισσότερο χώρο για τα μόρια της αιμοσφαιρίνης και η έλλειψη μιτοχονδρίων εμποδίζει επίσης τη χρήση του οξυγόνου για τη μεταβολική αναπνοή. Μόνο τα θηλαστικά έχουν ερυθρά αιμοσφαίρια με πυρήνες, και ορισμένα θηλαστικά (για παράδειγμα οι καμήλες) έχουν ακόμη και πυρήνα ερυθρά αιμοσφαίρια. Το πλεονέκτημα των εμπύρηνων ερυθρών αιμοσφαιρίων είναι ότι αυτά τα κύτταρα μπορούν να υποστούν μίτωση. Τα ερυθρά αιμοσφαίρια μεταβολίζονται αναερόβια (χωρίς οξυγόνο), κάνοντας χρήση μιας πρωτόγονης μεταβολικής οδού για την παραγωγή ATP και την αύξηση της αποτελεσματικότητας της μεταφοράς οξυγόνου.

Δεν χρησιμοποιούν όλοι οι οργανισμοί την αιμοσφαιρίνη ως μέθοδο μεταφοράς οξυγόνου. Τα ασπόνδυλα που χρησιμοποιούν αιμολέμφο αντί για αίμα χρησιμοποιούν διαφορετικές χρωστικές για να συνδεθούν με το οξυγόνο. Αυτές οι χρωστικές χρησιμοποιούν χαλκό ή σίδηρο στο οξυγόνο. Τα ασπόνδυλα έχουν μια ποικιλία άλλων αναπνευστικών χρωστικών. Η αιμοκυανίνη, μια μπλε-πράσινη πρωτεΐνη που περιέχει χαλκό, που απεικονίζεται στο Σχήμα (PageIndex<2>)b βρίσκεται σε μαλάκια, καρκινοειδή και μερικά από τα αρθρόποδα. Η χλωροκρουορίνη, μια πράσινη χρωστική ουσία που περιέχει σίδηρο, βρίσκεται σε τέσσερις οικογένειες πολυχαιτικών σωληνοσκώληκων. Η Hemerythrin, μια κόκκινη πρωτεΐνη που περιέχει σίδηρο βρίσκεται σε ορισμένα σκουλήκια πολυχαίτη και annelids και απεικονίζεται στο σχήμα (PageIndex<2>)c. Παρά το όνομα, η αιμερυθρίνη δεν περιέχει ομάδα αίμης και η ικανότητά της να μεταφέρει οξυγόνο είναι φτωχή σε σύγκριση με την αιμοσφαιρίνη.

Εικόνα ( PageIndex <2> ): Στα περισσότερα σπονδυλωτά, (α) η αιμοσφαιρίνη παρέχει οξυγόνο στο σώμα και αφαιρεί μέρος του διοξειδίου του άνθρακα. Η αιμοσφαιρίνη αποτελείται από τέσσερις πρωτεϊνικές υπομονάδες, δύο άλφα αλυσίδες και δύο αλυσίδες βήτα και μια ομάδα αίμης που σχετίζεται με σίδηρο. Ο σίδηρος συνδέεται αναστρέψιμα με το οξυγόνο και με αυτόν τον τρόπο οξειδώνεται από Fe 2+ σε Fe 3+. Στα περισσότερα μαλάκια και μερικά αρθρόποδα, (β) η αιμοκυανίνη παρέχει οξυγόνο. Σε αντίθεση με την αιμοσφαιρίνη, η αιμολέμφος δεν μεταφέρεται στα κύτταρα του αίματος, αλλά επιπλέει ελεύθερη στην αιμολέμφο. Ο χαλκός αντί για σίδηρος δεσμεύει το οξυγόνο, δίνοντας στην αιμολέμφο ένα μπλε-πράσινο χρώμα. Στα annelids, όπως ο γαιοσκώληκας, και μερικά άλλα ασπόνδυλα, (γ) η αιμερυθρίνη μεταφέρει οξυγόνο. Όπως η αιμοσφαιρίνη, η αιμοσφαιρίνη μεταφέρεται στα κύτταρα του αίματος και έχει σίδηρο που σχετίζεται με αυτήν, αλλά παρά το όνομά της, η αιμερυθρίνη δεν περιέχει αίμη.

Το μικρό μέγεθος και η μεγάλη επιφάνεια των ερυθρών αιμοσφαιρίων επιτρέπει την ταχεία διάχυση οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα σε όλη την πλασματική μεμβράνη. Στους πνεύμονες, απελευθερώνεται διοξείδιο του άνθρακα και το οξυγόνο προσλαμβάνεται από το αίμα. Στους ιστούς, το οξυγόνο απελευθερώνεται από το αίμα και το διοξείδιο του άνθρακα δεσμεύεται για μεταφορά πίσω στους πνεύμονες. Μελέτες έχουν βρει ότι η αιμοσφαιρίνη δεσμεύει επίσης το υποξείδιο του αζώτου (NO). Το ΝΟ είναι ένα αγγειοδιασταλτικό που χαλαρώνει τα αιμοφόρα αγγεία και τα τριχοειδή αγγεία και μπορεί να βοηθήσει στην ανταλλαγή αερίων και τη διέλευση των ερυθρών αιμοσφαιρίων μέσω στενών αγγείων. Η νιτρογλυκερίνη, ένα καρδιακό φάρμακο για τη στηθάγχη και τις καρδιακές προσβολές, μετατρέπεται σε ΝΟ για να βοηθήσει στη χαλάρωση των αιμοφόρων αγγείων και στην αύξηση της ροής του οξυγόνου μέσω του σώματος.

Ένα χαρακτηριστικό των ερυθρών αιμοσφαιρίων είναι η γλυκολιπιδική και γλυκοπρωτεϊνική τους επικάλυψη, αυτά είναι λιπίδια και πρωτεΐνες που έχουν μόρια υδατανθράκων συνδεδεμένα. Στον άνθρωπο, οι επιφανειακές γλυκοπρωτεΐνες και τα γλυκολιπίδια στα ερυθρά αιμοσφαίρια ποικίλλουν μεταξύ των ατόμων, παράγοντας τους διαφορετικούς τύπους αίματος, όπως Α, Β και Ο. Τα ερυθρά αιμοσφαίρια έχουν μέση διάρκεια ζωής 120 ημέρες, οπότε διασπώνται και ανακυκλώνεται στο ήπαρ και τον σπλήνα από φαγοκυτταρικά μακροφάγα, έναν τύπο λευκών αιμοσφαιρίων.

Λευκά αιμοσφαίρια

Τα λευκά αιμοσφαίρια, που ονομάζονται επίσης λευκοκύτταρα (λευκό = λευκό), αποτελούν περίπου το ένα τοις εκατό κατ 'όγκο των κυττάρων στο αίμα. Ο ρόλος των λευκών αιμοσφαιρίων είναι πολύ διαφορετικός από αυτόν των ερυθρών αιμοσφαιρίων: εμπλέκονται κυρίως στην ανοσολογική απόκριση για τον εντοπισμό και τη στόχευση παθογόνων μικροοργανισμών, όπως βακτηρίων, ιών και άλλων ξένων οργανισμών. Τα λευκά αιμοσφαίρια σχηματίζονται συνεχώς, μερικά ζουν μόνο για ώρες ή ημέρες, αλλά μερικά ζουν για χρόνια.

Η μορφολογία των λευκών αιμοσφαιρίων διαφέρει σημαντικά από τα ερυθρά αιμοσφαίρια. Έχουν πυρήνες και δεν περιέχουν αιμοσφαιρίνη. Οι διαφορετικοί τύποι λευκών αιμοσφαιρίων αναγνωρίζονται από τη μικροσκοπική τους εμφάνιση μετά από ιστολογική χρώση και το καθένα έχει διαφορετική εξειδικευμένη λειτουργία. Οι δύο κύριες ομάδες, που απεικονίζονται και οι δύο στο Σχήμα (PageIndex<3>) είναι τα κοκκιοκύτταρα, τα οποία περιλαμβάνουν τα ουδετερόφιλα, τα ηωσινόφιλα και τα βασεόφιλα, και τα ακοκκιοκύτταρα, τα οποία περιλαμβάνουν τα μονοκύτταρα και τα λεμφοκύτταρα.

Εικόνα (PageIndex<3>): (α) Τα κοκκιοκύτταρα&mdash συμπεριλαμβανομένων των ουδετερόφιλων, των ηωσινόφιλων και των βασεόφιλων&mdash χαρακτηρίζονται από έναν λοβωτό πυρήνα και κοκκώδη εγκλείσματα στο κυτταρόπλασμα. Τα κοκκιοκύτταρα είναι τυπικά πρώτοι που ανταποκρίνονται κατά τη διάρκεια τραυματισμού ή μόλυνσης. (β) Τα ακοκκιοκύτταρα περιλαμβάνουν λεμφοκύτταρα και μονοκύτταρα. Τα λεμφοκύτταρα, συμπεριλαμβανομένων των Β και Τ κυττάρων, είναι υπεύθυνα για την προσαρμοστική ανοσοαπόκριση. Τα μονοκύτταρα διαφοροποιούνται σε μακροφάγα και δενδριτικά κύτταρα, τα οποία με τη σειρά τους ανταποκρίνονται σε μόλυνση ή τραυματισμό.

Τα κοκκιοκύτταρα περιέχουν κόκκους στο κυτταρόπλασμά τους και τα ακοκκιοκύτταρα ονομάζονται έτσι λόγω της έλλειψης κόκκων στο κυτταρόπλασμά τους. Μερικά λευκοκύτταρα γίνονται μακροφάγα που είτε μένουν στο ίδιο σημείο είτε κινούνται μέσω της κυκλοφορίας του αίματος και συγκεντρώνονται σε σημεία μόλυνσης ή φλεγμονής όπου έλκονται από χημικά σήματα από ξένα σωματίδια και κατεστραμμένα κύτταρα. Τα λεμφοκύτταρα είναι τα πρωτεύοντα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος και περιλαμβάνουν Β κύτταρα, Τ κύτταρα και φυσικά κύτταρα δολοφόνους. Τα κύτταρα Β καταστρέφουν τα βακτήρια και αδρανοποιούν τις τοξίνες τους. Παράγουν επίσης αντισώματα. Τα Τ κύτταρα επιτίθενται σε ιούς, μύκητες, ορισμένα βακτήρια, μεταμοσχευμένα κύτταρα και καρκινικά κύτταρα. Τα Τ κύτταρα επιτίθενται στους ιούς απελευθερώνοντας τοξίνες που σκοτώνουν τους ιούς. Τα φυσικά δολοφονικά κύτταρα επιτίθενται σε μια ποικιλία μολυσματικών μικροβίων και ορισμένων κυττάρων όγκου.

Ένας λόγος που ο HIV θέτει σημαντικές προκλήσεις διαχείρισης είναι επειδή ο ιός στοχεύει άμεσα τα Τ κύτταρα αποκτώντας είσοδο μέσω ενός υποδοχέα. Μόλις εισέλθει στο κύτταρο, ο HIV στη συνέχεια πολλαπλασιάζεται χρησιμοποιώντας τον δικό του γενετικό μηχανισμό των κυττάρων Τ&rsquos. Μετά την αναπαραγωγή του ιού HIV, μεταδίδεται απευθείας από το μολυσμένο Τ κύτταρο στα μακροφάγα. Η παρουσία του HIV μπορεί να παραμείνει μη αναγνωρισμένη για μεγάλο χρονικό διάστημα πριν εμφανιστούν πλήρη συμπτώματα της νόσου.

Αιμοπετάλια και Παράγοντες Πήξης

Το αίμα πρέπει να πήξει για να επουλώσει τις πληγές και να αποτρέψει την υπερβολική απώλεια αίματος. Μικρά κυτταρικά θραύσματα που ονομάζονται αιμοπετάλια (θρομβοκύτταρα) έλκονται στη θέση του τραύματος όπου προσκολλώνται επεκτείνοντας πολλές προεξοχές και απελευθερώνοντας το περιεχόμενό τους. Αυτά τα περιεχόμενα ενεργοποιούν άλλα αιμοπετάλια και επίσης αλληλεπιδρούν με άλλους παράγοντες πήξης, οι οποίοι μετατρέπουν το ινωδογόνο, μια υδατοδιαλυτή πρωτεΐνη που υπάρχει στον ορό του αίματος σε φιμπρίνη (μια μη υδατοδιαλυτή πρωτεΐνη), προκαλώντας πήξη του αίματος. Πολλοί από τους παράγοντες πήξης απαιτούν τη βιταμίνη Κ για να δράσει και η ανεπάρκεια βιταμίνης Κ μπορεί να οδηγήσει σε προβλήματα με την πήξη του αίματος. Πολλά αιμοπετάλια συγκλίνουν και κολλούν μεταξύ τους στο σημείο του τραύματος σχηματίζοντας ένα βύσμα αιμοπεταλίων (ονομάζεται επίσης θρόμβος ινώδους), όπως φαίνεται στο Σχήμα (PageIndex<4>)b. Το βύσμα ή ο θρόμβος διαρκεί για αρκετές ημέρες και σταματά την απώλεια αίματος. Τα αιμοπετάλια σχηματίζονται από τη διάσπαση μεγαλύτερων κυττάρων που ονομάζονται μεγακαρυοκύτταρα, όπως αυτό που φαίνεται στο Σχήμα (PageIndex<4>)a. Για κάθε μεγακαρυοκύτταρο, σχηματίζονται 2000&ndash3000 αιμοπετάλια με 150.000 έως 400.000 αιμοπετάλια σε κάθε κυβικό χιλιοστό αίματος. Κάθε αιμοπετάλιο έχει σχήμα δίσκου και διάμετρο 2&ndash4 &mum. Περιέχουν πολλά μικρά κυστίδια αλλά δεν περιέχουν πυρήνα.

Εικόνα (PageIndex<4>): (α) Τα αιμοπετάλια σχηματίζονται από μεγάλα κύτταρα που ονομάζονται μεγακαρυοκύτταρα. Το μεγακαρυοκύτταρο διασπάται σε χιλιάδες θραύσματα που γίνονται αιμοπετάλια. (β) Τα αιμοπετάλια απαιτούνται για την πήξη του αίματος. Τα αιμοπετάλια συγκεντρώνονται σε ένα σημείο του τραύματος σε συνδυασμό με άλλους παράγοντες πήξης, όπως το ινωδογόνο, για να σχηματίσουν έναν θρόμβο ινώδους που εμποδίζει την απώλεια αίματος και επιτρέπει στην πληγή να επουλωθεί.

Πλάσμα και ορός

Το υγρό συστατικό του αίματος ονομάζεται πλάσμα και διαχωρίζεται με περιστροφή ή φυγοκέντρηση του αίματος σε υψηλές περιστροφές (3000 rpm ή υψηλότερες). Τα κύτταρα του αίματος και τα αιμοπετάλια διαχωρίζονται με φυγόκεντρες δυνάμεις στον πυθμένα ενός σωλήνα δείγματος. Το ανώτερο υγρό στρώμα, το πλάσμα, αποτελείται από 90 τοις εκατό νερό μαζί με διάφορες ουσίες που απαιτούνται για τη διατήρηση του σώματος & ρquos pH, το οσμωτικό φορτίο και την προστασία του σώματος. Το πλάσμα περιέχει επίσης τους παράγοντες πήξης και τα αντισώματα.

Το συστατικό πλάσματος του αίματος χωρίς τους παράγοντες πήξης ονομάζεται ορός. Ο ορός είναι παρόμοιος με το διάμεσο υγρό στο οποίο η σωστή σύνθεση των ιόντων -κλειδιών που λειτουργούν ως ηλεκτρολύτες είναι απαραίτητη για τη φυσιολογική λειτουργία των μυών και των νεύρων. Άλλα συστατικά στον ορό περιλαμβάνουν πρωτεΐνες που βοηθούν στη διατήρηση του pH και της οσμωτικής ισορροπίας, ενώ παράλληλα δίνουν ιξώδες στο αίμα. Ο ορός περιέχει επίσης αντισώματα, εξειδικευμένες πρωτεΐνες που είναι σημαντικές για την άμυνα ενάντια σε ιούς και βακτήρια. Τα λιπίδια, συμπεριλαμβανομένης της χοληστερόλης, μεταφέρονται επίσης στον ορό, μαζί με διάφορες άλλες ουσίες, όπως θρεπτικά συστατικά, ορμόνες, μεταβολικά απόβλητα, καθώς και εξωτερικές ουσίες, όπως φάρμακα, ιοί και βακτήρια.

Η ανθρώπινη λευκωματίνη ορού είναι η πιο άφθονη πρωτεΐνη στο ανθρώπινο πλάσμα αίματος και συντίθεται στο ήπαρ. Η λευκωματίνη, η οποία αποτελεί περίπου το ήμισυ της πρωτεΐνης του ορού του αίματος, μεταφέρει ορμόνες και λιπαρά οξέα, ρυθμίζει το pH και διατηρεί τις οσμωτικές πιέσεις. Η ανοσοσφαιρίνη είναι ένα πρωτεϊνικό αντίσωμα που παράγεται στην επένδυση του βλεννογόνου και παίζει σημαντικό ρόλο στην ανοσία που προκαλείται από αντισώματα.

Σύνδεση Εξέλιξης: Τύποι αίματος

Σχετικές με πρωτεΐνες στην επιφάνεια των ερυθρών αιμοσφαιρίων Τα ερυθρά αιμοσφαίρια είναι επικαλυμμένα με αντιγόνα που αποτελούνται από γλυκολιπίδια και γλυκοπρωτεΐνες. Η σύνθεση αυτών των μορίων καθορίζεται από τη γενετική, η οποία έχει εξελιχθεί με την πάροδο του χρόνου. Στον άνθρωπο, τα διαφορετικά επιφανειακά αντιγόνα ομαδοποιούνται σε 24 διαφορετικές ομάδες αίματος με περισσότερα από 100 διαφορετικά αντιγόνα σε κάθε ερυθρό αιμοσφαίριο. Οι δύο πιο γνωστές ομάδες αίματος είναι το ABO, που φαίνεται στο Σχήμα (PageIndex<5>), και τα συστήματα Rh. Τα επιφανειακά αντιγόνα στην ομάδα αίματος ABO είναι γλυκολιπίδια, που ονομάζονται αντιγόνο Α και αντιγόνο Β. Τα άτομα με ομάδα αίματος Α έχουν αντιγόνο Α, αυτά με ομάδα αίματος Β έχουν αντιγόνο Β, αυτά με ομάδα αίματος ΑΒ έχουν και τα δύο αντιγόνα και τα άτομα με ομάδα αίματος O δεν έχουν κανένα αντιγόνο. Τα αντισώματα που ονομάζονται agglutinougens βρίσκονται στο πλάσμα του αίματος και αντιδρούν με τα αντιγόνα Α ή Β, εάν τα δύο αναμειχθούν. Όταν ο τύπος αίματος Α και ο τύπος Β συνδυάζονται, η συγκόλληση (συσσωματώσεις) του αίματος συμβαίνει λόγω των αντισωμάτων στο πλάσμα που συνδέονται με το αντίθετο αντιγόνο και αυτό προκαλεί θρόμβους που πήζουν στο νεφρό προκαλώντας νεφρική ανεπάρκεια. Το αίμα του τύπου Ο δεν έχει ούτε αντιγόνα Α ούτε Β, και ως εκ τούτου, το αίμα τύπου Ο μπορεί να δοθεί σε όλους τους τύπους αίματος. Το αίμα αρνητικού τύπου Ο είναι ο παγκόσμιος δότης. Το θετικό αίμα τύπου ΑΒ είναι ο καθολικός αποδέκτης επειδή έχει αντιγόνο Α και Β. Οι ομάδες αίματος ABO ανακαλύφθηκαν το 1900 και το 1901 από τον Karl Landsteiner στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης.

Η ομάδα αίματος Rh ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά σε πιθήκους Rhesus. Οι περισσότεροι άνθρωποι έχουν το αντιγόνο Rh (Rh+) και δεν έχουν αντισώματα κατά του Rh στο αίμα τους. Τα λίγα άτομα που δεν έχουν το αντιγόνο Rh και είναι Rh&ndash μπορούν να αναπτύξουν αντισώματα κατά της Rh εάν εκτεθούν σε αίμα Rh+. Αυτό μπορεί να συμβεί μετά από μετάγγιση αίματος ή αφού μια γυναίκα Rh&ndash αποκτήσει μωρό Rh+. Η πρώτη έκθεση συνήθως δεν προκαλεί αντίδραση, ωστόσο, στη δεύτερη έκθεση, αρκετά αντισώματα έχουν συσσωρευτεί στο αίμα για να δημιουργήσουν μια αντίδραση που προκαλεί συγκόλληση και διάσπαση των ερυθρών αιμοσφαιρίων. Μια ένεση μπορεί να αποτρέψει αυτή την αντίδραση.

Εικόνα (PageIndex<5>): Τα ανθρώπινα ερυθρά αιμοσφαίρια μπορεί να έχουν γλυκοπρωτεΐνες τύπου Α ή Β στην επιφάνειά τους, και οι δύο γλυκοπρωτεΐνες συνδυασμένες (AB) ή καμία (Ο). Οι γλυκοπρωτεΐνες χρησιμεύουν ως αντιγόνα και μπορούν να προκαλέσουν ανοσοαπόκριση σε ένα άτομο που λαμβάνει μετάγγιση που περιέχει άγνωστα αντιγόνα. Το αίμα τύπου Ο, το οποίο δεν έχει αντιγόνα Α ή Β, δεν προκαλεί ανοσοαπόκριση όταν εγχέεται σε άτομο οποιασδήποτε ομάδας αίματος. Έτσι, ο Ο θεωρείται ο καθολικός δότης. Τα άτομα με ομάδα αίματος ΑΒ μπορούν να δεχτούν αίμα από οποιαδήποτε ομάδα αίματος και ο τύπος ΑΒ θεωρείται ο καθολικός αποδέκτης.

Παίξτε ένα παιχνίδι προσδιορισμού τύπων αίματος στον ιστότοπο του βραβείου Νόμπελ για να ενισχύσετε την κατανόησή σας για τις ομάδες αίματος.


Υπερκαπνία και Υπερκαπνία

Μεταφορά CO2 στο Αίμα

Ο τεράστιος όγκος του CO2 παράγεται στα μιτοχόνδρια, όπου το κυτταρικό CO2 οι συγκεντρώσεις είναι υψηλότερες. Το μονοπάτι για τη μεταφορά, που περιλαμβάνει σταδιακά μειώσεις του CO2 μερικής διαβάθμισης πίεσης, προέρχεται από τα μιτοχόνδρια και προχωρά μέσω του κυτταροπλάσματος, των κυτταρικών μεμβρανών, των τριχοειδών αγγείων, των φλεβιδίων, των μεγαλύτερων φλεβών και τελικά στο μικτό φλεβικό αίμα πριν την αποβολή μέσω των κυψελίδων.

Μεταφορά CO2 στο αίμα επιτυγχάνεται μέσω τριών διαφορετικών μηχανισμών με τις ακριβείς αναλογίες που φέρει ο κάθε μηχανισμός να ποικίλλουν ανάλογα με το αν πρόκειται για αρτηριακό ή φλεβικό αίμα. 32 Διαλυμένο CO2 στο πλάσμα, που αναφέρεται ως αρτηριακό P co 2 (δηλαδή, η μερική πίεση) αντιπροσωπεύει μόνο το 5% έως το 10% του συνολικού CO2 μεταφέρεται στο αίμα. Σχεδόν το 90% του συνολικού CO2 στο αίμα μετατρέπεται σε διττανθρακικά ιόντα ( ), σχεδόν όλα καταλύονται από την ανθρακική ανυδράση στα ερυθρά αιμοσφαίρια. Το υπόλοιπο (5% έως 10%) μεταφέρεται ως καρβαμινο-αιμοσφαιρίνη, στην οποία το CO2 δεσμεύεται σε τερματικές αμινομάδες στο αιμοσφαιρίνη (Hb) μόρια. 32 Η συνήθης ποσότητα CO2 στο αρτηριακό αίμα είναι 21,5 mmol ανά λίτρο αίματος, με λίγο περισσότερο (23,3 mmol/L) στο φλεβικό αίμα. Συνολικά, περισσότερο από το 80% του CO2 μεταφέρεται μέσα στα ερυθρά αιμοσφαίρια.

Υπερκαπνία που προκαλείται από οξυγόνο

CO2 Η μεταφορά στο αίμα μεταβάλλεται από το οξυγόνο, οδηγώντας σε αυξημένο P co 2 αυτή η επαγόμενη από το οξυγόνο υπερκαπνία παρατηρείται σε ασθενείς με πνευμονική νόσο τελικού σταδίου που εισπνέουν συμπληρωματικό O2. Ο μηχανισμός της επαγόμενης από οξυγόνο υπερκαπνίας πιστευόταν παλαιότερα ότι είναι η επαγόμενη από το οξυγόνο αναστολή της αναπνευστικής ώθησης σε ασθενείς που πιστεύεται ότι εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την υποξική αναπνευστική ώθηση. Στην πραγματικότητα, ο λεπτός αερισμός δεν μειώνεται σε τέτοιους ασθενείς. 33,34 Ο μηχανισμός είναι πλέον καλύτερα κατανοητός ότι έχει τρία βασικά συστατικά: το φαινόμενο Haldane, την εξασθενημένη υποξική πνευμονική αγγειοσύσπαση και την αδυναμία αύξησης του μικροσκοπικού αερισμού. 35

ο Φαινόμενο Haldane 36 είναι ο όρος που δίνεται στο φαινόμενο κατά το οποίο η αύξηση του αρτηριακού P o 2 μειώνει την ικανότητα του αίματος να αποθηκεύει CO2 (ως δεσμευμένο σε Hb, καρβαμινο Hb ή ως ), αυξάνοντας έτσι το CO2 μερική πίεση. Υπάρχουν δύο στοιχεία στο φαινόμενο Haldane. Πρώτον, αυξημένο αρτηριακό P o 2 μειώνει το σχηματισμό καρβαμινικών ενώσεων και μειώνει την ποσότητα του CO2 δεσμεύεται στην Hb, αυξάνοντας έτσι το διαλυμένο CO2 (P co 2). Second, histidine is important for the buffering properties of Hb it contains an imidazole group that, at physiologic pH, is an effective buffer of H + ions but is also an important molecular link between heme groups and the Hb chains. Elevated P o 2 results in greater quantities of O2 bound to Hb, which causes allosteric modifications of the Hb confirmation. These conformational changes impact the heme-linked histidine and reduce its ability to buffer H + ion with less H + buffering by Hb, there is more H + binding to and release of stored CO2.

In patients with end-stage lung disease, hypoxic pulmonary vasoconstriction is an important mechanism to divert pulmonary artery blood from poorly ventilated regions (see Chapters 4 and 6 ). Increasing arterial P o 2 inhibits hypoxic pulmonary vasoconstriction, thus pulmonary artery blood containing CO2 is diverted to less well-ventilated regions, and the efficiency of CO2 excretion is impaired. Finally, while most patients would easily compensate for the increased P co 2 with minimal increases in minute ventilation, this is not possible in many patients with end-stage lung disease.


Exchanging Oxygen and Carbon Dioxide

The primary function of the respiratory system is to take in oxygen and eliminate carbon dioxide. Inhaled oxygen enters the lungs and reaches the alveoli. The layers of cells lining the alveoli and the surrounding capillaries are each only one cell thick and are in very close contact with each other. This barrier between air and blood averages about 1 micron ( 1 /10,000 of a centimeter, or 0.000039 inch) in thickness. Oxygen passes quickly through this air-blood barrier into the blood in the capillaries. Similarly, carbon dioxide passes from the blood into the alveoli and is then exhaled.

Oxygenated blood travels from the lungs through the pulmonary veins and into the left side of the heart, which pumps the blood to the rest of the body (see Function of the Heart). Oxygen-deficient, carbon dioxide-rich blood returns to the right side of the heart through two large veins, the superior vena cava and the inferior vena cava. Then the blood is pumped through the pulmonary artery to the lungs, where it picks up oxygen and releases carbon dioxide.

The function of the respiratory system is to add oxygen to the blood and remove carbon dioxide. The microscopically thin walls of the alveoli allow inhaled oxygen to move quickly and easily from the lungs to the red blood cells in the surrounding capillaries. At the same time, carbon dioxide moves from the blood in the capillaries into the alveoli.

To support the absorption of oxygen and release of carbon dioxide, about 5 to 8 liters (about 1.3 to 2.1 gallons) of air per minute are brought in and out of the lungs, and about three tenths of a liter (about three tenths of a quart) of oxygen is transferred from the alveoli to the blood each minute, even when the person is at rest. At the same time, a similar volume of carbon dioxide moves from the blood to the alveoli and is exhaled. During exercise, it is possible to breathe in and out more than 100 liters (about 26 gallons) of air per minute and extract 3 liters (a little less than 1 gallon) of oxygen from this air per minute. The rate at which oxygen is used by the body is one measure of the rate of energy expended by the body. Breathing in and out is accomplished by respiratory muscles.

Gas Exchange Between Alveolar Spaces and Capillaries

The function of the respiratory system is to move two gases: oxygen and carbon dioxide. Gas exchange takes place in the millions of alveoli in the lungs and the capillaries that envelop them. As shown below, inhaled oxygen moves from the alveoli to the blood in the capillaries, and carbon dioxide moves from the blood in the capillaries to the air in the alveoli.


Xx.2 Pulmonary Ventilation (Breathing)

Breathing can be described as the movement of air into (inspiration/inhalation) and out of the lungs (expiration/exhalation). The major mechanism that drive breathing is differences between atmospheric pressure and the air pressure within the lungs.

Relationship Between Pressure and Volume

Inspiration (or inhalation) and expiration (or exhalation) are dependent on the differences in pressure between the atmosphere and the lungs. In a gas, pressure is a force created by the movement of gas molecules that are confined. For example, a certain number of gas molecules in a two-liter container has more room than the same number of gas molecules in a one-liter container (Figure). In this case, the force exerted by the movement of the gas molecules against the walls of the two-liter container is lower than the force exerted by the gas molecules in the one-liter container. Therefore, the pressure is lower in the two-liter container and higher in the one-liter container. At a constant temperature, changing the volume occupied by the gas changes the pressure, as does changing the number of gas molecules. Boyle’s law describes the relationship between volume and pressure in a gas at a constant temperature. Boyle discovered that the pressure of a gas is inversely proportional to its volume: If volume increases, pressure decreases. Likewise, if volume decreases, pressure increases. Pressure and volume are inversely related (Π = k/V). Therefore, the pressure in the one-liter container (one-half the volume of the two-liter container) would be twice the pressure in the two-liter container. Boyle’s law is expressed by the following formula:

Σε αυτόν τον τύπο, Π1 represents the initial pressure and V1 represents the initial volume, whereas the final pressure and volume are represented by Π2 και V2, αντίστοιχα. If the two- and one-liter containers were connected by a tube and the volume of one of the containers were changed, then the gases would move from higher pressure (lower volume) to lower pressure (higher volume).

In a gas, pressure increases as volume decreases.

Atmospheric pressure is the amount of force that is exerted by gases in the air surrounding any given surface, such as the body. Atmospheric pressure can be expressed in millimeters of mercury (mm Hg), which is similar to the phrase “inches of mercury” used to describe atmospheric pressure on weather reports. 760 mm Hg is the atmospheric pressure at sea level under highly specific parameters of latitude and temperature.

How Changes in Volume and Pressure are Accomplished During Breathing

In addition to the differences in pressures, breathing is also dependent upon the contraction and relaxation of muscle fibers of both the diaphragm and thorax. The lungs themselves are passive during breathing, meaning they are not involved in creating the movement that helps inspiration and expiration. Contraction and relaxation of the diaphragm and intercostal muscles (found between the ribs) cause most of the pressure changes that result in inspiration and expiration. These muscle movements and subsequent pressure changes cause air to either rush in or be forced out of the lungs.

Κατά τη διάρκεια της έμπνευσης, το διάφραγμα και οι εξωτερικοί μεσοπλεύριοι μύες συστέλλονται, προκαλώντας την επέκταση και κίνηση του θωρακικού κλωβού προς τα έξω και τη διεύρυνση της θωρακικής κοιλότητας και του όγκου των πνευμόνων. Αυτό δημιουργεί χαμηλότερη πίεση στον πνεύμονα από αυτή της ατμόσφαιρας, προκαλώντας την εισαγωγή αέρα στους πνεύμονες. Κατά τη διάρκεια της λήξης, το διάφραγμα και οι μεσοπλεύριοι χαλαρώνουν, προκαλώντας την ανατροπή του θώρακα και των πνευμόνων. Η πίεση του αέρα μέσα στους πνεύμονες αυξάνεται πάνω από την πίεση της ατμόσφαιρας, με αποτέλεσμα ο αέρας να εξαναγκάζεται να βγει από τους πνεύμονες.

Respiratory Rate

Breathing usually occurs without thought, although at times you can consciously control it, such as when you swim under water, sing a song, or blow bubbles. The respiratory rate is the total number of breaths, or respiratory cycles, that occur each minute. Respiratory rate can be an important indicator of disease, as the rate may increase or decrease during an illness or in a disease condition. The respiratory rate is controlled by the respiratory center located within the brain, which responds primarily to changes in carbon dioxide, oxygen, and pH levels in the blood.

The normal respiratory rate of a child decreases from birth to adolescence. A child under 1 year of age has a normal respiratory rate between 30 and 60 breaths per minute, but by the time a child is about 10 years old, the normal rate is closer to 18 to 30. By adolescence, the normal respiratory rate is similar to that of adults, 12 to 18 breaths per minute.

Επισκόπηση κεφαλαίου

The process of breathing is driven by pressure differences between the lungs and the atmosphere. Η ατμοσφαιρική πίεση είναι η δύναμη που ασκείται από τα αέρια που υπάρχουν στην ατμόσφαιρα. Pressure is determined by the volume of the space occupied by a gas. Ο αέρας ρέει όταν δημιουργείται μια κλίση πίεσης, από χώρο υψηλότερης πίεσης σε χώρο χαμηλότερης πίεσης. Ο νόμος του Boyle περιγράφει τη σχέση μεταξύ έντασης και πίεσης. Ένα αέριο βρίσκεται σε χαμηλότερη πίεση σε μεγαλύτερο όγκο, επειδή τα μόρια του αερίου έχουν περισσότερο χώρο για να κινηθούν. Η ίδια ποσότητα αερίου σε μικρότερο όγκο έχει ως αποτέλεσμα τα μόρια του αερίου να συνωστίζονται, προκαλώντας αυξημένη πίεση.

Ο πνευμονικός αερισμός αποτελείται από τη διαδικασία της εισπνοής (ή της εισπνοής), όπου ο αέρας εισέρχεται στους πνεύμονες και της εκπνοής (ή της εκπνοής), όπου ο αέρας φεύγει από τους πνεύμονες. Κατά τη διάρκεια της έμπνευσης, το διάφραγμα και οι εξωτερικοί μεσοπλεύριοι μύες συστέλλονται, προκαλώντας την επέκταση και κίνηση του θωρακικού κλωβού προς τα έξω και τη διεύρυνση της θωρακικής κοιλότητας και του όγκου των πνευμόνων. Αυτό δημιουργεί χαμηλότερη πίεση στον πνεύμονα από αυτή της ατμόσφαιρας, προκαλώντας την εισαγωγή αέρα στους πνεύμονες. Κατά τη διάρκεια της λήξης, το διάφραγμα και οι μεσοπλεύριοι χαλαρώνουν, προκαλώντας την ανατροπή του θώρακα και των πνευμόνων. Η πίεση του αέρα μέσα στους πνεύμονες αυξάνεται πάνω από την πίεση της ατμόσφαιρας, με αποτέλεσμα ο αέρας να εξαναγκάζεται να βγει από τους πνεύμονες.

Τόσο ο αναπνευστικός ρυθμός όσο και το βάθος ελέγχονται από τα αναπνευστικά κέντρα του εγκεφάλου, τα οποία διεγείρονται από παράγοντες όπως οι χημικές και οι αλλαγές του pH στο αίμα. Η αύξηση του διοξειδίου του άνθρακα ή η μείωση των επιπέδων οξυγόνου στο αίμα διεγείρει την αύξηση του αναπνευστικού ρυθμού και του βάθους.


Exchanging Oxygen and Carbon Dioxide

The primary function of the respiratory system is to take in oxygen and eliminate carbon dioxide. Inhaled oxygen enters the lungs and reaches the alveoli. The layers of cells lining the alveoli and the surrounding capillaries are each only one cell thick and are in very close contact with each other. This barrier between air and blood averages about 1 micron ( 1 /10,000 of a centimeter, or 0.000039 inch) in thickness. Oxygen passes quickly through this air-blood barrier into the blood in the capillaries. Similarly, carbon dioxide passes from the blood into the alveoli and is then exhaled.

Oxygenated blood travels from the lungs through the pulmonary veins and into the left side of the heart, which pumps the blood to the rest of the body (see Function of the Heart). Oxygen-deficient, carbon dioxide-rich blood returns to the right side of the heart through two large veins, the superior vena cava and the inferior vena cava. Then the blood is pumped through the pulmonary artery to the lungs, where it picks up oxygen and releases carbon dioxide.

The function of the respiratory system is to add oxygen to the blood and remove carbon dioxide. The microscopically thin walls of the alveoli allow inhaled oxygen to move quickly and easily from the lungs to the red blood cells in the surrounding capillaries. At the same time, carbon dioxide moves from the blood in the capillaries into the alveoli.

To support the absorption of oxygen and release of carbon dioxide, about 5 to 8 liters (about 1.3 to 2.1 gallons) of air per minute are brought in and out of the lungs, and about three tenths of a liter (about three tenths of a quart) of oxygen is transferred from the alveoli to the blood each minute, even when the person is at rest. At the same time, a similar volume of carbon dioxide moves from the blood to the alveoli and is exhaled. During exercise, it is possible to breathe in and out more than 100 liters (about 26 gallons) of air per minute and extract 3 liters (a little less than 1 gallon) of oxygen from this air per minute. The rate at which oxygen is used by the body is one measure of the rate of energy expended by the body. Breathing in and out is accomplished by respiratory muscles.

Gas Exchange Between Alveolar Spaces and Capillaries

The function of the respiratory system is to move two gases: oxygen and carbon dioxide. Gas exchange takes place in the millions of alveoli in the lungs and the capillaries that envelop them. As shown below, inhaled oxygen moves from the alveoli to the blood in the capillaries, and carbon dioxide moves from the blood in the capillaries to the air in the alveoli.