Mechanismus
Es gibt drei Mittel, mit denen Kohlendioxid im Blutstrom von peripheren Geweben und zurück in die Lunge transportiert wird: (1) ein gelöstes Gas, (2) als Bicarbonat und (3) als Carbaminohämoglobin, das an Hämoglobin (und andere Proteine) gebunden ist. Wenn Kohlendioxid aus peripheren Geweben in den Blutkreislauf diffundiert, bleiben etwa 10% davon entweder im Plasma oder in der extrazellulären Flüssigkeitsmatrix des Blutes gelöst, bis zu einem Partialdruck von etwa 45 mmHg., Der größte Teil des Kohlendioxids, das durch die Kapillaren und letztendlich in die roten Blutkörperchen diffundiert, verbindet sich mit Wasser über eine chemische Reaktion, die durch das Enzym Kohlensäureanhydrase katalysiert wird und Kohlensäure bildet. Kohlensäure dissoziiert fast sofort in ein Bicarbonatanion (HCO3-) und ein Proton. Somit ist Bikarbonat das primäre Mittel, mit dem Kohlendioxid transportiert wird tritt im gesamten Blutkreislauf gemäß der Gleichung CO2 + H2O auf –> H2CO3 –> H+ + HCO3-.,
Da Kohlendioxid weiterhin von Geweben produziert wird, wird diese Reaktion in der Peripherie nach Le Chateliers Prinzip kontinuierlich vorangetrieben. Das durch diese Reaktion gebildete Proton wird durch Hämoglobin gepuffert, während das Bicarbonatanion aus den roten Blutkörperchen und in das Serum im Austausch für ein Chloridanion durch einen speziellen HCO3-/Cl – Transporter diffundiert. Somit hat venöses Blut dank dieser sogenannten Chloridverschiebung sowohl eine höhere Konzentration an Bicarbonat als auch eine niedrigere Konzentration an Chlorid., In den Lungen kehrt sich dieser Prozess um, wenn sowohl der HCO3- / Cl-Austauscher als auch das Carboanhydraseenzym in umgekehrter Richtung umkehren; Dies führt zu einem Zustrom von Bicarbonat in rote Blutkörperchen, einem Ausfluss von Chloridionen und der Erzeugung von zuerst Kohlensäure und dann Kohlendioxid. Das Kohlendioxid diffundiert aus den roten Blutkörperchen durch die Kapillarwände und wird in die Alveolarräume ausgeatmet., Schließlich bindet das verbleibende 10% des Kohlendioxids, das in den Blutkreislauf und anschließend in die roten Blutkörperchen diffundiert, an den Aminoterminus von Proteinen, vorwiegend Hämoglobin, um Carbaminohämoglobin zu bilden. Bemerkenswert ist, dass sich diese Seite von der unterscheidet, an die Sauerstoff bindet. Mehrere physiologische Phänomene sorgen dafür, dass dieser kontinuierliche Zyklus mit maximaler Effizienz abläuft.
Sauerstoffzufuhr und Kohlendioxidentfernung verbinden sich durch Prozesse, die durch die Bohr-und Haldane-Effekte beschrieben werden, intrinsisch miteinander., Obwohl hier nicht detailliert beschrieben, besagt der Bohr-Effekt, dass der Anstieg von Kohlendioxid im Blut in peripheren Geweben eine Rechtsverschiebung der Sauerstoff-Hämoglobin-Dissoziationskurve und folglich eine erhöhte Sauerstoffversorgung der Gewebe verursacht. Sobald das mit Kohlendioxid angereicherte Blut die Lunge erreicht, tritt jedoch auch das Gegenteil dieser Reaktion auf. Da der Zustrom von Sauerstoff die Hämoglobinsättigung erhöht, löst sich das Kohlendioxid eher ab und diffundiert zum Ausatmen in die Alveolen; Dies wird als Haldan-Effekt bezeichnet.,
Insbesondere beschreibt der Haldan-Effekt den Unterschied in der Kohlendioxidtragfähigkeit im sauerstoffhaltigen Blut im Vergleich zu sauerstoffhaltigem Blut. Bei einem gleichbleibenden Partialdruck von Kohlendioxid besagt der Haldan-Effekt, dass sauerstoffhaltiges (arterielles) Blut aufgrund einer Kombination einer beeinträchtigten Fähigkeit von Hämoglobin, das überschüssige Kohlendioxid zu puffern, weniger Kohlendioxid als sauerstoffhaltiges (venöses) Blut transportiert sowie eine verringerte Kapazität für Carbamino Beförderung. Wenn Sauerstoff an Hämoglobin bindet, wird das Hämoglobin saurer, was zwei Wirkungen hat., Erstens verringert es die Bindungsaffinität des Hämoglobins für Kohlendioxid, wodurch das Kohlendioxid wahrscheinlicher vom Hämoglobin dissoziiert und aus den roten Blutkörperchen in den Alveolarraum diffundiert. Zweitens kann saures Hämoglobin ein Proton freisetzen, das sich mit Bicarbonat zu Kohlensäure verbindet. Auch hier treibt Le Chateliers Prinzip die folgende Reaktion voran, wenn Blut durch die Alveolen fließt: H+ + HCO3- –> H2CO3 –> CO2 + H2O., Das hier produzierte Kohlendioxid diffundiert kontinuierlich in die Alveolen und wird ausgeatmet, was eine günstige Kinetik für die Reaktion gewährleistet. Somit erhöht der Haldan-Effekt die Menge an Kohlendioxid, die während eines bestimmten Zeitraums eliminiert werden kann. Grafisch wird der Haldan-Effekt durch eine Rechtsverschiebung dargestellt, die in der Kohlendioxid-Dissoziationskurve auftritt (siehe Grafik).
In peripheren Geweben, in denen der Sauerstoffgehalt niedrig ist, bindet Kohlendioxid an Hämoglobin, um Carbaminohämoglobin zu bilden., Wenn Blut in die Lunge zurückkehrt und der Sauerstoffpartialdruck zunimmt, verschiebt sich die Kohlendioxid-Dissoziationskurve nach rechts (siehe Pfeil, der die Abladung von Kohlendioxid mit zunehmender Sauerstoffversorgung anzeigt) und senkt den Gesamtkohlenstoffdioxidgehalt im Blutkreislauf. Obwohl also der Partialdruck von Kohlendioxid nur von 45 oder 46 mmHg auf der venösen Seite auf 40 mmHg auf der arteriellen Seite abnimmt, nimmt die Gesamtmenge an Kohlendioxid im Blutkreislauf um einen viel größeren Prozentsatz ab.