Význam hemoglobínu
Kyslík sa v krvi transportuje dvoma odlišnými mechanizmami: jeho rozpustením v plazme a väzbou na hemoglobín obsiahnutý v červených krvinkách alebo erytrocytoch.
Pretože je kyslík vo vodných roztokoch málo rozpustný, prežitie ľudského organizmu závisí od prítomnosti adekvátneho množstva hemoglobínu. V skutočnosti je u zdravého jedinca viac ako 98% kyslíka prítomného v danom objeme krvi viazaných na hemoglobín a transportovaných erytrocytmi.
Spojenie medzi hemoglobínom a kyslíkom
Väzba kyslíka na hemoglobín je reverzibilná a závisí od parciálneho tlaku tohto plynu (PO2): v pľúcnych kapilárach, kde sa plazmatický PO2 zvyšuje v dôsledku difúzie kyslíka z alveol, hemoglobín sa viaže na kyslík; na periférii, kde sa kyslík používa v bunkovom metabolizme a plazmatické kvapky PO2, hemoglobín prenáša kyslík do tkanív.
Čo je to však PO2?
Čiastočný tlak kyslíka
Parciálny tlak plynu, akým je kyslík, vo vnútri obmedzeného priestoru (pľúca) obsahujúceho zmes plynov (atmosférický vzduch), je definovaný ako tlak, ktorý by tento plyn mal, ak by sám zaberal uvažovaný priestor.
Na zjednodušenie koncepcie si predstavme parciálny tlak ako množstvo kyslíka: čím vyšší je parciálny tlak kyslíka, tým vyššia je jeho koncentrácia. Toto je veľmi dôležitý aspekt, ak vezmeme do úvahy, že plyn má tendenciu difundovať z bodu s vyššou koncentráciou (vyšší parciálny tlak) do bodu s nižšou koncentráciou (nižší parciálny tlak).
Tento zákon upravuje výmenu plynov v pľúcach a tkanivách.
V skutočnosti na pľúcnej úrovni, kde je vzduch alveol v tesnom kontakte s veľmi tenkými stenami krvných kapilár, molekuly kyslíka prechádzajú do krvi, pretože parciálny tlak kyslíka v alveolárnom vzduchu je vyšší ako PO2 krvi.
Údaje o ruke, PO2 venóznej krvi, ktorá sa v pokojových podmienkach dostane do pomónu, sa približne rovná 40 mmHg, zatiaľ čo na úrovni mora sa alveolárny PO2 rovná približne 100 mmHg; následne kyslík difunduje podľa svojho vlastného koncentračného gradientu (parciálneho tlaku) z alveol smerom ku kapiláram. Koncepčne sa priechod zastaví, keď sa PO2 v arteriálnej krvi opúšťajúcej pľúca vyrovná atmosférickému v alveolách (100 mmHg).
Keď sa arteriálna krv dostane do tkanivových kapilár, koncentračný gradient sa obráti. V skutočnosti je v pokojovej bunke intracelulárny PO2 v priemere 40 mmHg; Pretože, ako sme videli, krv na arteriálnom konci kapiláry má PO2 100 mmHg, kyslík difunduje z plazmy do buniek. Difúzia sa zastaví, keď venózna kapilárna krv dosiahne rovnaký parciálny tlak kyslíka ako krv. intracelulárne prostredie, tj. 40 mmHg (v pokojových podmienkach) .Pri fyzickej námahe klesá koncentrácia kyslíka v bunkovom prostredí a s ním aj parciálny tlak plynu (dokonca až do 20 mmHg); v dôsledku toho dochádza k uvoľňovaniu kyslíka z plazmy rýchlejšie a dôslednejšie.
Ako sme videli, adekvátny príjem kyslíka krvou prúdiacou v pľúcnych kapilárach striktne závisí od parciálneho tlaku vzduchu zabaleného do alveolárnych vakov; taktiež sme videli, ako sa tu alveolárny PO2 normálne (na hladine mora) rovná 100 mmHg; ak je táto hodnota nadmerne znížená, difúzia kyslíka zo vzduchu do krvi je nedostatočná a vzniká nebezpečný stav známy ako hypoxia.
Hypoxia: malý kyslík v krvi
Čiastočný tlak alveolárneho vzduchu môže klesnúť vo vysokých nadmorských výškach (pretože je znížený atmosférický tlak) alebo vtedy, keď je pľúcna ventilácia neadekvátna (ako sa to deje v prítomnosti pľúcnych chorôb, ako je chronická obštrukčná bronchitída, astma, fibrotické pľúcne choroby, pľúcny edém a emfyzém).
Rovnaká situácia nastáva, keď sa stena alveol zahustí alebo sa zmenší plocha ich povrchu. Rýchlosť difúzie kyslíka zo vzduchu do krvi je v skutočnosti priamo úmerná dostupnej ploche alveolárneho povrchu a nepriamo úmerné hrúbke alveolárnej membrány.
Emfyzém, degeneratívne ochorenie pľúc spôsobené predovšetkým cigaretovým dymom, ničí alveoly a zmenšuje povrchovú plochu, ktorá je k dispozícii na výmenu plynov; pri pľúcnej fibróze naopak ukladanie jazvového tkaniva zvyšuje hrúbku alveolárnej membrány. V oboch prípadoch je difúzia kyslíka alveolárnymi stenami oveľa pomalšia ako normálne.
Hypoxia môže byť tiež dôsledkom zníženej koncentrácie hemoglobínu v arteriálnej krvi. Choroby, ktoré znižujú množstvo hemoglobínu v červených krvinkách alebo ich počet, negatívne ovplyvňujú schopnosť krvi prenášať kyslík. V extrémnych prípadoch, ako napríklad u subjektov, ktoré stratili značné množstvo krvi, môže byť koncentrácia hemoglobínu nedostatočná na splnenie požiadaviek kyslíka na bunky; v týchto prípadoch je jediným riešením na záchranu života pacienta transfúzia krvi.
Disociačná krivka hemoglobínu
Fyzikálny vzťah medzi plazmou PO2 a množstvom kyslíka spojeného s hemoglobínom bol študovaný in vitro a je reprezentovaný charakteristikou disociačná krivka hemoglobínu.
Pozorovaním krivky znázornenej na obrázku je zrejmé, že pri PO2 rovnajúcom sa 100 mmHg (hodnota bežne zaznamenaná v alveolárnej oblasti) je 98% hemoglobínu viazaného na kyslík.
Všimnite si toho, že pri hodnotách vyšších ako 100 mmHg sa percento saturácie hemoglobínu ďalej nezvyšuje, o čom svedčí sploštenie krivky; z rovnakého dôvodu, pokiaľ alveolárny PO2 zostáva nad 60 mmHg, je hemoglobín nasýtený na viac ako 90%, preto si zachováva takmer normálnu kapacitu na prenos kyslíka v krvi. Ďalšie informácie nájdete v článku venovanom hemoglobínu a Bohrovmu efektu.
Všetky faktory uvedené v článku je možné vyhodnotiť pomocou jednoduchých krvných testov, ako je počet červených krviniek, dávka hemoglobínu a nasýtenie krvi kyslíkom (percento hemoglobínu nasýteného kyslíkom v porovnaní s celkovým množstvom hemoglobínu prítomným v krvi).
