Mechanizm
istnieją trzy sposoby, za pomocą których dwutlenek węgla jest transportowany w krwiobiegu z tkanek obwodowych iz powrotem do płuc: (1) rozpuszczony Gaz, (2) jako wodorowęglan i (3) jako karbaminohemoglobina związana z hemoglobiną (i inne białka). Ponieważ dwutlenek węgla dyfunduje do krwiobiegu z tkanek obwodowych, około 10% pozostaje rozpuszczone w osoczu lub macierzy płynu pozakomórkowego krwi, do ciśnienia cząstkowego około 45 mmHg., Większość dwutlenku węgla dyfunduje przez naczynia włosowate i ostatecznie do czerwonych krwinek łączy się z wodą w reakcji chemicznej katalizowanej przez enzym anhydrazę węglanową, tworząc kwas węglowy. Kwas węglowy prawie natychmiast dysocjuje się do anionu wodorowęglanowego (HCO3 -) i protonu. Tak więc wodorowęglan jest podstawowym środkiem, za pomocą którego dwutlenek węgla jest transportowany w krwiobiegu zgodnie z równaniem CO2 + H2O –> H2CO3 –> H+ + HCO3-.,
ponieważ dwutlenek węgla jest nadal wytwarzany przez tkanki, reakcja ta jest nieustannie napędzana na obwodzie, zgodnie z zasadą Le Chateliera. Proton utworzony w wyniku tej reakcji jest buforowany przez hemoglobinę, podczas gdy anion wodorowęglanowy dyfunduje z krwinek czerwonych i do surowicy w zamian za anion chlorkowy przez specjalny transporter HCO3-/CL. Tak więc krew żylna ma zarówno wyższe stężenie wodorowęglanów, jak i niższe stężenie chlorków dzięki tak zwanej przesunięciu chlorków., W płucach proces ten odwraca się, ponieważ zarówno wymiennik HCO3-/Cl, jak i enzym anhydrazy węglanowej odwracają Kierunki; powoduje to napływ wodorowęglanów do czerwonych krwinek, wypływ jonów chlorkowych i wytwarzanie najpierw kwasu węglowego, a następnie dwutlenku węgla. Dwutlenek węgla dyfunduje z czerwonych krwinek, przez ściany naczyń włosowatych i do przestrzeni pęcherzykowych f wydychane., Wreszcie, pozostałe 10% dwutlenku węgla, który dyfunduje do krwiobiegu, a następnie do czerwonych krwinek, wiąże się z aminowym końcem białek, głównie hemoglobiny, tworząc karbaminohemoglobinę. Warto zauważyć, że to miejsce różni się od tego, z którym wiąże się tlen. Liczne zjawiska fizjologiczne zapewniają, że ten ciągły cykl przebiega z maksymalną wydajnością.
dostarczanie tlenu i usuwanie dwutlenku węgla nierozerwalnie łączą się ze sobą poprzez procesy opisane przez efekty Bohra i Haldane., Chociaż nie szczegółowo tutaj, efekt Bohr stwierdza, że wzrost dwutlenku węgla we krwi w tkankach obwodowych powoduje właściwe przesunięcie w krzywej dysocjacji tlenu i hemoglobiny, a tym samym zwiększone natlenienie tkanek. Gdy krew wzbogacona dwutlenkiem węgla dotrze do płuc, jednak nastąpi również odwrotna reakcja. Ponieważ napływ tlenu zwiększa nasycenie hemoglobiną, dwutlenek węgla jest bardziej narażony na oderwanie i dyfuzję do pęcherzyków płucnych w celu wydechu; nazywa się to efektem Haldane ' a.,
w szczególności efekt Haldane opisuje różnicę w zdolności przenoszenia dwutlenku węgla w utlenionej krwi w porównaniu z odtlenioną krwią. Przy stałym ciśnieniu cząstkowym dwutlenku węgla, efekt Haldane stwierdza, że utleniona (tętnicza) krew będzie przenosić mniej dwutlenku węgla niż deoksygenowana (żylna) krew z powodu połączenia upośledzonej zdolności hemoglobiny do buforowania nadmiaru dwutlenku węgla, a także zmniejszonej zdolności do przenoszenia karbamino. Ponieważ tlen wiąże się z hemoglobiną, hemoglobina staje się bardziej kwaśna, co ma dwa efekty., Po pierwsze, zmniejsza powinowactwo wiązania hemoglobiny do dwutlenku węgla, dzięki czemu dwutlenek węgla jest bardziej podatny na dysocjację z hemoglobiny i dyfuzję z krwinek czerwonych do przestrzeni pęcherzykowej. Po drugie, kwaśna hemoglobina może uwolnić proton, który połączy się z wodorowęglanem, tworząc kwas węglowy. Ponownie, zasada Le Chateliera napędza następującą reakcję, gdy krew przechodzi przez pęcherzyki płucne: H+ + HCO3 – — >H2CO3 –> CO2 + H2O., Wytwarzany tutaj dwutlenek węgla nieustannie dyfunduje do pęcherzyków płucnych i jest wydychany, zapewniając korzystną kinetykę reakcji. W ten sposób efekt Haldane zwiększa ilość dwutlenku węgla, która może być wyeliminowana w danym przedziale czasowym. Graficznie efekt Haldane ' a jest reprezentowany przez prawe przesunięcie, które występuje w krzywej dysocjacji dwutlenku węgla (patrz wykres).
w tkankach obwodowych, gdzie zawartość tlenu jest niska, dwutlenek węgla wiąże się z hemoglobiną, tworząc karbaminohemoglobinę., Gdy krew powraca do płuc, a ciśnienie cząstkowe tlenu wzrasta, krzywa dysocjacji dwutlenku węgla przesuwa się w prawo (widziana przez strzałkę pokazującą odciążenie dwutlenku węgla, gdy zwiększa się natlenienie), obniżając całkowitą zawartość dwutlenku węgla w krwiobiegu. Tak więc, chociaż ciśnienie cząstkowe dwutlenku węgla spada tylko z 45 lub 46 mmHg po stronie żylnej do 40 mmHg po stronie tętniczej, całkowita ilość dwutlenku węgla w krwiobiegu zmniejsza się o znacznie większy procent.