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临床生物化学/血液气体运输
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{{Hierarchy header}} '''(一)氧的运输''' ⒈氧的运输与Hbo<sub>2</sub>[[解离]]曲线氧气随空气一道经呼吸作用而进入肺部,目前认为大气中的氧进入[[肺泡]]及其[[毛细血管]]的过程为:①大气与肺泡间的压力差使大气中的氧通过[[呼吸道]]流入肺泡;②肺泡与肺毛细血管之间的[[氧分压]]差又命名氧穿过[[肺泡呼吸]]表面而弥散进入肺毛细血管,再进入[[血液]],其O<sub>2</sub>的大部分与[[Hb]]结合成氧合[[血红蛋白]](HbO<sub>2</sub>)的形式存在,并进行运送,少部分以[[物理]]溶解形式存在,均随血流送往全身各组织器官。 血液中O<sub>2</sub>和CO<sub>2</sub>只有极少量以物理溶解形式存在,大部分O<sub>2</sub>以Hb为载体在肺部和组织之间往返运送。 Hb是运输O<sub>2</sub>和Co<sub>2</sub>的主要物质,将O<sub>2</sub>由肺运送到组织,又将CO<sub>2</sub>从组织运到肺部,在O<sub>2</sub>和Co<sub>2</sub>运输的整个过程中,均有赖于Hb载体对O<sub>2</sub>和CO<sub>2</sub>亲和力的反比关系:当PO<sub>2</sub>升高时,促进O<sub>2</sub>与Hb结合,PO<sub>2</sub>降低时O<sub>2</sub>与Hb解离。 {{图片|gopityxz.jpg|}} 肺部PO<sub>2</sub>(13.3kPa)高,Hb与O<sub>2</sub>结合而释放CO<sub>2</sub>;相反,组织中PCO<sub>2</sub>高,PO<sub>2</sub>(2.66-7.32kPa)低,CO<sub>2</sub>与Hb作用使O<sub>2</sub>从HbO<sub>2</sub>中释放到组织细胞供利用。 1L[[血浆]]仅能溶解O<sub>2</sub>2.3ml,而97%-98%的O<sub>2</sub>是与Hb[[分子]]可逆性结合而运输,每gHb能结合O<sub>2</sub>1.34ml,若1L血液含140gHb,则能携带O<sub>2</sub>188ml,其携带O<sub>2</sub>能力要比血浆溶解的量高81倍。若不是依赖Hb运送氧,单靠血浆溶解状态的氧运输,血液就得循环81次才能达到与Hb载体同等的运输O<sub>2</sub>的能力,这是不现实的。 测定[[动脉血]]和静脉血中存在的这种形式的O<sub>2</sub>含量及其差值,可以说明血液的O<sub>2</sub>运输状况。 血液中Hb并未全部与O<sub>2</sub>结合,如将血液与大气接触,因为大气PO<sub>2</sub>为21.147kPa(159mmHg),远高于[[肺泡气]]的PO<sub>2</sub>13.566kPa(102mmHg),此时血液中所含的O<sub>2</sub>总量称为[[氧容量]],其中与Hb结合的部分称为氧结合量,氧结合量的多少决定于Hb量的多少。 Hb与O<sub>2</sub>可逆结合的本质及解离程度主要取决于血液的PO<sub>2</sub>。血液与不同的PO<sub>2</sub>的气体接触,待平衡时,其中与O<sub>2</sub>结合成为HbO<sub>2</sub>的量也不同,PO<sub>2</sub>越高,变成HbO<sub>2</sub>量就越多,反之亦然。血液中HbO<sub>2</sub>量与Hb总量(包括Hb和HbO<sub>2</sub>)之比称为[[血氧饱和度]]: 血氧饱和度=HbO<sub>2</sub>/(Hb+HbO<sub>2</sub>) 若以PO<sub>2</sub>值为横座标,血氧饱和度为纵座标作图,求得血液中HbO<sub>2</sub>的O<sub>2</sub>解离曲线,称为HbO<sub>2</sub>解离曲线。血氧饱和度达到50%时相应的PO<sub>2</sub>称为P<sub>50</sub>,如图5-5所示。 {{图片|gopiul54.jpg|正常人血红蛋白[[氧解离曲线]]}} 图5-5 正常人血红蛋白氧解离曲线 P<sub>50</sub>是表明Hb对O<sub>2</sub>亲和力大小或对O<sub>2</sub>较敏感的氧解离曲线的位置。P<sub>50</sub>正常参考值为3.54kPa。 ⒉影响O<sub>2</sub>运输的因素 ⑴pH值:当血液pH值由正常的7.40降至7.20时,Hb与O<sub>2</sub>的亲和力降低,氧解离曲线右移,释放O<sub>2</sub>增加。pH上升至7.6时,Hb对O<sub>2</sub>亲和力增加,曲线左移,这种因pH值改变而影响Hb携带O<sub>2</sub>能力的现象称为Bohr效应。反应式如下: {{图片|gopitvcb.jpg|}} ⑵PCO<sub>2</sub>:PCO<sub>2</sub>对O<sub>2</sub>运输的影响与pH作用相同,一方面是CO<sub>2</sub>可直接与Hb分子的某些基团结合并解离出H<sup>+</sup>: {{图片|gopiu1yo.jpg|}} 也可以是CO<sub>2</sub>与H<sub>2</sub>O结合形成H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>并解离出H<sup>+</sup>: {{图片|gopiubgk.jpg|}} 上述两方面因素增加了H<sup>+</sup>浓度,产生Bohr效应,影响Hb对O<sub>2</sub>的亲和力,并通过影响HbO<sub>2</sub>的生成与解离,来影响O<sub>2</sub>的运输。 ⑶温度:当温度升高时,Hb与O<sub>2</sub>亲和力变低,解离曲线右移,释放出O<sub>2</sub>;当温度降低时,Hb与O<sub>2</sub>结合更牢固,氧解曲线左移。 ⑷2,3二[[磷酸甘油酸]](2,3-DPG):2,3-DPG是[[红细胞]][[糖酵解]]中2,3-DPG侧支循环的产物。2,3-DPG浓度高低直接导致H的[[构象]]变化,从而影响Hb对O<sub>2</sub>亲和性。因为脱氧hb中各[[亚基]]间存在8个[[盐键]],使Hb分子呈紧密型(taut或tenseform,Tform,)即T型,当氧合时(HbO<sub>2</sub>),这些盐键可相继断裂,使HbO<sub>2</sub>呈松驰型(relaxedform,Rform)即R型,这种转变使O<sub>2</sub>与Hb的结合表现为协同作用(coordination)。Hb与O<sub>2</sub>的结合过程称为正协同作用(positivecooperation),当第一个O<sub>2</sub>与脱氧Hb结合后,可促进第二O<sub>2</sub>与第二个亚基相结合,依次类推直到形成Hb(O<sub>2</sub>)<sub>4</sub>为止。第四个O<sub>2</sub>与Hb的结合速度比第一个O<sub>2</sub>的结合速度快百倍之多。同样,O<sub>2</sub>与Hb的解离也现出负协同作用,反应式如下: {{图片|gopiu87g.jpg|}} 上式表明,H<sup>+</sup>、2,3DPG或CO<sub>2</sub>等物质浓度的变化对Hb[[氧合作用]]有相同的影响,其中任一物质浓度的变化都将影响Hb的R型与T型之间的平衡,从而改变Hb与O<sub>2</sub>的亲和力,反应式如下: {{图片|gopiuhp4.jpg|}} '''(二)CO<sub>2</sub>的运输''' 血液中CO<sub>2</sub>的存在形式有三种,即:①物理溶解;②HCO<sub>3</sub><sup>-</sup>结合;③与Hb结合成[[氨基甲酸]]血红蛋白(HbNHCOO<sub>3</sub><sup>-</sup>)。CO<sub>2</sub>在血液中的这三种存在形式,实际上也是其三种运输方式。动脉血中CO<sub>2</sub>含量比[[静脉血]]低,二者之差为2.17mmol/L,与O<sub>2</sub>恰好相反。因为组织细胞[[代谢]]过程中产生的CO<sub>2</sub>自[[细胞]]进入血液的[[静脉]]端毛细血管,使血浆中PCO<sub>2</sub>升高,其大部分CO<sub>2</sub>又扩散入红细胞,在红细胞内[[碳酸酐酶]](carbonicanhydrase,C.A)的作用下,生成H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>,再解离成H<sup>+</sup>和HCO<sub>3</sub><sup>-</sup>形式随循环进入肺部。因肺部PCO<sub>2</sub>低,PO<sub>2</sub>高,红细胞中HCO<sub>3</sub><sup>-</sup>+H<sup>+</sup>→H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>→CO<sub>2</sub>+H<sub>2</sub>O的方向生成CO<sub>2</sub>,并通过[[呼吸]]排出CO<sub>2</sub>到体外。红细胞中一部分CO<sub>2</sub>以R-NHCOO<sup>-</sup>形式运送,约占CO<sub>2</sub>运输总量的13%-15%,溶解状态运送的CO<sub>2</sub>仅占8.8%。 组织缺O<sub>2</sub>时,糖酵解加强,致使红细胞中2,3-DPG增加,降低了Hb与O<sub>2</sub>的亲和力,使HbO<sub>2</sub>在组织中释放出更多的O<sub>2</sub>,以适应机体的需要。CO<sub>2</sub>可以通过H<sup>+</sup>参与Bohr效应,还直接与Hb结合形成HbNHCOO<sup>-</sup>,有助于稳定T型构象,并在运输CO<sub>2</sub>中起有一定作用。 '''(三)PO<sub>2</sub>、PCO<sub>2</sub>、pH、2,3-DPG对Hb运输气体的影响''' 血红蛋白除作为O<sub>2</sub>及CO<sub>2</sub>的运载体外,还控制CO<sub>2</sub>运输过程中H<sup>+</sup>量的多少,作为缓冲CO<sub>2</sub>产生的H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>中起有重要的作用。H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>的60%是在Hb运载O<sub>2</sub>及CO<sub>2</sub>过程中释放出H<sup>+</sup>,进而成为[[弱碱]]以完成缓冲H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>的作用,即: {{图片|gopiu4um.jpg|}} 上式表明,Hb与O<sub>2</sub>或CO<sub>2</sub>发生的反应互相协调,并通过Bohr效应恰当地处理了来自CO<sub>2</sub>的H<sup>+</sup>,使pH值衡定在很狭小的范围。这一过程称为CO<sub>2</sub>的等氢(isohydric)运输,如图(5-6)所示。 {{图片|gopiuegv.jpg|2和CO2的等氢运输}} 图5-6 O<sub>2</sub>和CO<sub>2</sub>的等氢运输 {{Hierarchy footer}} {{临床生物化学图书专题}}
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