Meccanismo
Ci sono tre mezzi con cui l’anidride carbonica viene trasportata nel sangue dai tessuti periferici e torna ai polmoni: (1) un gas disciolto, (2) come bicarbonato e (3) come carbaminoemoglobina legata all’emoglobina (e altre proteine). Poiché l’anidride carbonica si diffonde nel flusso sanguigno dai tessuti periferici, circa il 10% di esso rimane disciolto nel plasma o nella matrice fluida extracellulare del sangue, ad una pressione parziale di circa 45 mmHg., La maggior parte dell’anidride carbonica che si diffonde attraverso i capillari e infine nei globuli rossi si combina con l’acqua attraverso una reazione chimica catalizzata dall’enzima anidrasi carbonica catalizza, formando acido carbonico. L’acido carbonico si dissocia quasi immediatamente in un anione bicarbonato (HCO3-) e un protone. Pertanto, il bicarbonato è il mezzo principale con cui l’anidride carbonica viene trasportata attraverso il flusso sanguigno secondo l’equazione CO2 + H2O id> H2CO3 <> H+ + HCO3-.,
Poiché l’anidride carbonica continua ad essere prodotta dai tessuti, questa reazione viene continuamente spinta in avanti nella periferia, secondo il principio di Le Chatelier. Il protone formato da questa reazione viene tamponato dall’emoglobina, mentre l’anione bicarbonato si diffonde dal globulo rosso e nel siero in cambio di un anione cloruro attraverso uno speciale trasportatore HCO3-/Cl. Pertanto, il sangue venoso ha sia una maggiore concentrazione di bicarbonato che una minore concentrazione di cloruro grazie a questo cosiddetto spostamento del cloruro., Nei polmoni, questo processo inverte sia come HCO3 – / Cl-scambiatore e direzioni inversa enzima anidrasi carbonica; ciò si traduce in un afflusso di bicarbonato nei globuli rossi, un efflusso di ioni cloruro, e la generazione di acido carbonico prima e poi anidride carbonica. L’anidride carbonica si diffonde dai globuli rossi, attraverso le pareti dei capillari e negli spazi alveolari esalati., Infine, il restante 10% dell’anidride carbonica che si diffonde nel flusso sanguigno e, successivamente, nei globuli rossi, si lega al terminale amminico delle proteine, prevalentemente emoglobina, per formare carbaminoemoglobina. Da notare, questo sito è diverso da quello a cui si lega l’ossigeno. Molteplici fenomeni fisiologici assicurano che questo ciclo continuo funzioni con la massima efficienza.
L’erogazione dell’ossigeno e la rimozione dell’anidride carbonica sono intrinsecamente collegate tra loro attraverso processi descritti dagli effetti di Bohr e Haldane., Anche se non dettagliato qui, l’effetto Bohr afferma che l’aumento di anidride carbonica nel sangue nei tessuti periferici provoca uno spostamento corretto nella curva di dissociazione ossigeno-emoglobina e, di conseguenza, una maggiore ossigenazione dei tessuti. Una volta che il sangue arricchito di anidride carbonica raggiunge i polmoni, tuttavia, si verificherà anche il contrario di questa reazione. Poiché l’afflusso di ossigeno aumenta la saturazione dell’emoglobina, è più probabile che l’anidride carbonica si distacchi e si diffonda negli alveoli per l’espirazione; questo è chiamato effetto Haldane.,
In particolare, l’effetto Haldane descrive la differenza nella capacità di carico dell’anidride carbonica nel sangue ossigenato rispetto al sangue deossigenato. A una pressione parziale costante di anidride carbonica, l’effetto Haldane afferma che il sangue ossigenato (arterioso) porterà meno anidride carbonica del sangue deossigenato (venoso) a causa di una combinazione di una ridotta capacità dell’emoglobina di tamponare l’eccesso di anidride carbonica e una ridotta capacità di trasporto di carbamino. Poiché l’ossigeno si lega all’emoglobina, l’emoglobina diventa più acida, il che ha due effetti., In primo luogo, riduce l’affinità di legame dell’emoglobina per l’anidride carbonica, rendendo più probabile che l’anidride carbonica si dissocia dall’emoglobina e si diffonda dal globulo rosso nello spazio alveolare. In secondo luogo, l’emoglobina acida può rilasciare un protone che si combinerà con il bicarbonato per formare acido carbonico. Ancora una volta, il principio di Le Chatelier spinge in avanti la seguente reazione mentre il sangue passa attraverso gli alveoli: H + + HCO3 – < >H2CO3< > CO2 + H2O., L'anidride carbonica prodotta qui si diffonde continuamente negli alveoli e viene espirata, garantendo cinetica favorevole per la reazione di procedere. Pertanto, l'effetto Haldane aumenta la quantità di anidride carbonica che può essere eliminata durante un determinato periodo di tempo. Graficamente, l'effetto Haldane è rappresentato da uno spostamento a destra che si verifica nella curva di dissociazione dell'anidride carbonica (vedi grafico).
Nei tessuti periferici, dove il contenuto di ossigeno è basso, l’anidride carbonica si lega all’emoglobina per formare carbaminoemoglobina., Quando il sangue ritorna ai polmoni e la pressione parziale dell’ossigeno aumenta, la curva di dissociazione dell’anidride carbonica si sposta a destra (vista dalla freccia che mostra lo scarico dell’anidride carbonica all’aumentare dell’ossigenazione), abbassando il contenuto totale di anidride carbonica nel flusso sanguigno. Pertanto, sebbene la pressione parziale dell’anidride carbonica diminuisca solo da 45 o 46 mmHg sul lato venoso a 40 mmHg sul lato arterioso, la quantità totale di anidride carbonica nel sangue diminuisce di una percentuale molto maggiore.