Scambi di gas nei polmoni e trasporto di gas nel sangue. Capacità di ossigeno nel sangue

Solo una piccola parte dell'O2 (circa il 2%) trasportato dal sangue viene disciolta nel plasma. La parte principale viene trasportata sotto forma di una debole connessione con l'emoglobina, che nei vertebrati è contenuta nei globuli rossi. Le molecole di questo pigmento respiratorio includono una proteina specie-specifica: globina e il gruppo prostetico, costruito equamente in tutti gli animali - eme, contenente ferro ferroso (Fig. 10.27).

Aggiunta di ossigeno all'emoglobina (ossigenazione dell'emoglobina) avviene senza variazione della valenza del ferro, cioè senza trasferimento di elettroni, che caratterizza la vera ossidazione. Tuttavia, l'emoglobina legata all'ossigeno viene solitamente chiamata ossidata (più correttamente - ossiemoglobina), e colui che ha rinunciato all'ossigeno viene ripristinato (più correttamente - desossiemoglobina).

1 g di emoglobina possono legare 1,36 ml di O 2 gassoso (a condizioni normali pressione atmosferica). Considerando ad esempio che il sangue umano contiene circa 150 g/l di emoglobina, 100 ml di sangue possono trasportare circa 21 ml di O 2. Questo è il cosiddetto capacità di ossigeno del sangue. L'ossigenazione dell'emoglobina (ovvero la percentuale con cui viene utilizzata la capacità di ossigeno del sangue) dipende dalla pressione parziale di 0 2 presente nell'ambiente con cui il sangue entra in contatto. Questa dipendenza è descritta curva di dissociazione dell'ossiemoglobina(Fig. 10.28). Complesso S La forma a forma di questa curva è spiegata dall'effetto cooperativo delle quattro catene polipeptidiche dell'emoglobina, le cui proprietà di legame con l'ossigeno (affinità per l'O2) sono diverse.

Grazie a questa caratteristica, il sangue venoso, passando nei capillari polmonari (P O2 cade sulla parte superiore della curva), viene ossigenato quasi completamente e il sangue arterioso nei capillari dei tessuti (dove Po 2 corrisponde alla parte ripida della curva) rilascia effettivamente O 2. Promuove il rilascio di ossigeno

La curva di dissociazione dell'ossiemoglobina si sposta verso destra all'aumentare della temperatura e all'aumentare della concentrazione di ioni idrogeno nel mezzo, che, a sua volta, dipende dalla Pco 2 (Effetto Verigo-Bohr). Pertanto si creano le condizioni per un rilascio più completo di ossigeno da parte dell'ossiemoglobina nei tessuti, soprattutto dove il tasso metabolico è più elevato, ad esempio nei muscoli che lavorano. Tuttavia, anche dentro sangue venoso una quota maggiore o minore (dal 40 al 70%) dell'emoglobina rimane in forma ossigenata. Quindi, nell’uomo, ogni 100 ml di sangue cede ai tessuti 5-6 ml di O2 (i cosiddetti differenza di ossigeno artero-venoso) e, naturalmente, sono arricchiti di ossigeno nei polmoni nella stessa quantità.

L'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno viene misurata dalla pressione parziale dell'ossigeno alla quale l'emoglobina è satura al 50% (P50) nell'uomo è normalmente 26,5 mmHg. Arte. Per sangue arterioso. Parametro R50 riflette la capacità del pigmento respiratorio di legare l'ossigeno. Questo parametro è più elevato per l'emoglobina degli animali che vivono in un ambiente povero di ossigeno, nonché per i cosiddetti emoglobina fetale, che è contenuto nel sangue del feto, che riceve ossigeno dal sangue materno attraverso la barriera placentare.

Scoiattoli (proteine, polipeptidi) sono i biopolimeri più numerosi, più diversi e di fondamentale importanza. Le molecole proteiche contengono atomi di carbonio, ossigeno, idrogeno, azoto e talvolta zolfo, fosforo e ferro.

I monomeri proteici lo sono aminoacidi, che (avendo gruppi carbossilici e amminici) hanno le proprietà di un acido e di una base (anfoternico).

Grazie a ciò, gli amminoacidi possono connettersi tra loro (il loro numero in una molecola può raggiungere diverse centinaia). A questo proposito, le molecole proteiche hanno grandi dimensioni e vengono chiamati macromolecole.

Struttura di una molecola proteica

Sotto struttura di una molecola proteica capirla composizione aminoacidica, la sequenza dei monomeri e il grado di torsione della molecola proteica.

Ci sono solo 20 tipi di amminoacidi diversi nelle molecole proteiche e viene creata un'enorme varietà di proteine a causa delle loro diverse combinazioni.

La sequenza degli amminoacidi in una catena polipeptidica è struttura primaria delle proteine(è unico per qualsiasi proteina e ne determina la forma, le proprietà e le funzioni). La struttura primaria di una proteina è unica per qualsiasi tipo di proteina e determina la forma della sua molecola, le sue proprietà e funzioni.
Una lunga molecola proteica si piega e come risultato della formazione assume dapprima l'aspetto di una spirale legami di idrogeno tra i gruppi -CO e -NH di diversi residui amminoacidici di una catena polipeptidica (tra il carbonio del gruppo carbossilico di un amminoacido e l'azoto del gruppo amminico di un altro amminoacido). Questa spirale è struttura secondaria delle proteine.
Struttura terziaria delle proteine- “impacchettamento” spaziale tridimensionale della catena polipeptidica nella forma globuli(palla). La forza della struttura terziaria è assicurata da una varietà di legami che si formano tra i radicali di amminoacidi (legami idrofobici, idrogeno, ionici e disolfuro S-S).
Alcune proteine (ad esempio l'emoglobina umana) hanno struttura quaternaria. Nasce come risultato della combinazione di diverse macromolecole con una struttura terziaria in un complesso complesso. La struttura quaternaria è tenuta insieme da deboli legami ionici, idrogeno e idrofobici.

La struttura delle proteine può essere interrotta (sottoposta a denaturazione) quando riscaldato, trattato con alcuni sostanze chimiche, irradiazione, ecc. Con un impatto debole, solo la struttura quaternaria si disintegra, con una più forte: la terziaria e quindi la secondaria, e la proteina rimane sotto forma di catena polipeptidica. Come risultato della denaturazione, la proteina perde la capacità di svolgere la sua funzione.

La distruzione delle strutture quaternarie, terziarie e secondarie è reversibile. Questo processo si chiama rinaturazione.

Distruzione struttura primaria irreversibile.

Oltre alle proteine semplici costituite solo da aminoacidi, esistono anche proteine complesse, che possono includere carboidrati ( glicoproteine), grassi ( lipoproteine), acidi nucleici (nucleoproteine) e così via.

Funzioni delle proteine

Funzione catalitica (enzimatica). Proteine speciali - enzimi- capace di accelerare le reazioni biochimiche nelle cellule decine e centinaia di milioni di volte. Ogni enzima accelera una ed una sola reazione. Gli enzimi contengono vitamine.

Funzione strutturale (costruzione).- una delle funzioni principali delle proteine (le proteine fanno parte delle membrane cellulari; la proteina cheratina forma capelli e unghie; le proteine collagene ed elastina formano cartilagine e tendini).

Funzione di trasporto- Le proteine forniscono il trasporto attivo degli ioni attraverso le membrane cellulari (proteine di trasporto nella membrana esterna delle cellule), il trasporto dell'ossigeno e diossido di carbonio(emoglobina nel sangue e mioglobina muscolare), trasporti acidi grassi(le proteine del siero promuovono il trasferimento di lipidi e acidi grassi, varie sostanze biologicamente attive).

Funzione di segnale. Ricevere segnali da ambiente esterno e il trasferimento di informazioni nella cellula avviene grazie alle proteine integrate nella membrana che sono in grado di cambiare la loro struttura terziaria in risposta all'azione di fattori ambientali.
Funzione contrattile (motoria).- fornito dalle proteine contrattili - actina e miosina (grazie alle proteine contrattili, ciglia e flagelli si muovono nei protozoi, i cromosomi si muovono durante la divisione cellulare, i muscoli si contraggono negli organismi multicellulari e altri tipi di movimento negli organismi viventi vengono migliorati).

Funzione protettiva- forniscono gli anticorpi protezione immunitaria corpo; fibrinogeno e fibrina proteggono il corpo dalla perdita di sangue formando un coagulo di sangue.

Funzione normativa inerente alle proteine - ormoni(non tutti gli ormoni sono proteine!). Mantengono costanti le concentrazioni di sostanze nel sangue e nelle cellule, partecipano alla crescita, alla riproduzione e ad altre funzioni vitali. processi importanti(ad esempio, l'insulina regola lo zucchero nel sangue).
Funzione energetica- A lungo digiuno le proteine possono essere utilizzate come fonte aggiuntiva di energia dopo che sono stati consumati carboidrati e grassi (con la completa scomposizione di 1 g di proteine nei prodotti finali, vengono rilasciati 17,6 kJ di energia). Gli amminoacidi rilasciati quando le molecole proteiche vengono scomposte vengono utilizzati per costruire nuove proteine.

(negli organismi unicellulari) e tra cellule diverse organismo multicellulare. Le proteine di trasporto possono essere integrate nella membrana o proteine idrosolubili secrete dalla cellula, situate nello spazio peri- o citoplasmatico, nel nucleo o negli organelli degli eucarioti.

I principali gruppi di proteine di trasporto:

proteine chelanti;
proteine di trasporto

Funzione di trasporto delle proteine

La funzione di trasporto delle proteine è la partecipazione delle proteine al trasferimento di sostanze dentro e fuori le cellule, ai loro movimenti all'interno delle cellule, nonché al loro trasporto attraverso il sangue e altri fluidi in tutto il corpo.

Mangiare tipi diversi trasporto, che viene effettuato con l'aiuto delle proteine.

Trasporto di sostanze attraverso la membrana cellulare

Il trasporto passivo è fornito anche dalle proteine canale. Le proteine che formano canali formano pori acquosi nella membrana attraverso i quali (quando aperti) possono passare le sostanze. famiglie speciali di proteine che formano canali (connessine e pannexine) formano giunzioni attraverso le quali le sostanze a basso peso molecolare possono essere trasportate da una cellula all'altra (tramite pannexine e nelle cellule dall'ambiente esterno).

I microtubuli, strutture costituite da proteine tubulina, vengono utilizzati anche per trasportare sostanze all'interno delle cellule. I mitocondri e le vescicole di membrana con carico (vescicole) possono muoversi lungo la loro superficie. Questo trasporto è effettuato dalle proteine motrici. Si dividono in due tipi: dineine citoplasmatiche e chinesine. Questi due gruppi di proteine differiscono in base all'estremità del microtubulo da cui spostano il carico: le dineine dall'estremità + all'estremità - e le chinesine nella direzione opposta.

Trasporto di sostanze in tutto il corpo

Il trasporto di sostanze in tutto il corpo avviene principalmente attraverso il sangue. Il sangue trasporta ormoni, peptidi, ioni da ghiandole endocrine ad altri organi, trasferisce i prodotti finali del metabolismo agli organi emuntori, trasporta nutrienti ed enzimi, ossigeno e anidride carbonica.

La proteina di trasporto più conosciuta che trasporta le sostanze in tutto il corpo è l'emoglobina. Trasporta ossigeno e anidride carbonica sistema circolatorio dai polmoni agli organi e ai tessuti. Negli esseri umani, circa il 15% dell’anidride carbonica viene trasportata ai polmoni dall’emoglobina. Nei muscoli scheletrici e cardiaci, il trasporto dell'ossigeno viene effettuato da una proteina chiamata

Emoglobina pigmentata rossa (Hb)è costituito da una parte proteica (globina) e dal pigmento stesso (eme). Le molecole sono composte da quattro subunità proteiche, ciascuna delle quali attacca un gruppo eme con un atomo di ferro bivalente situato al centro. Nei polmoni, ogni atomo di ferro attacca una molecola di ossigeno. L'ossigeno viene trasferito ai tessuti dove viene separato. L'aggiunta di O 2 è detta ossigenazione (saturazione con ossigeno), mentre il suo distacco è detto deossigenazione.

Trasporto di CO2

Circa il 10% di anidride carbonica (CO 2), prodotto finale metabolismo ossidativo nelle cellule dei tessuti, trasportato dal sangue disciolto fisicamente e per il 90% chimicamente forma correlata. La maggior parte l'anidride carbonica si diffonde prima dalle cellule dei tessuti al plasma e da lì ai globuli rossi. Lì le molecole di CO 2 vengono legate chimicamente e convertite dagli enzimi negli ioni bicarbonato molto più solubili (HCO 3 -), che vengono trasportati nel plasma sanguigno. La formazione di CO 2 da HCO 3 viene notevolmente accelerata dall'enzima anidrasi carbonica presente nei globuli rossi.

La maggior parte (circa il 50-60%) degli ioni bicarbonato formati vengono rilasciati dai globuli rossi nel plasma in cambio di ioni cloruro. Vengono trasportati ai polmoni e rilasciati durante l'espirazione dopo essere stati convertiti in CO 2 . Entrambi i processi - la formazione di HCO 3 - e il rilascio di CO 2 - sono rispettivamente associati all'ossigenazione e alla deossigenazione dell'emoglobina. La deossiemoglobina è una base notevolmente più forte dell'ossiemoglobina e può legare più ioni H + (la funzione tampone dell'emoglobina), promuovendo così la formazione di HCO 3 - nei capillari dei tessuti. Nei capillari dei polmoni, HCO 3 - passa nuovamente dal plasma sanguigno ai globuli rossi, si combina con gli ioni H + e si trasforma nuovamente in CO 2. Questo processo è confermato dal fatto che il sangue ossigenato rilascia più protoni H+. Una percentuale molto minore di CO 2 (circa 5-10%) è legata direttamente all'emoglobina e viene trasportata come carbamminoemoglobina.

Emoglobina e monossido di carbonio

Monossido di carbonio ( monossido di carbonio,CO)è un gas incolore e inodore che si forma durante la combustione incompleta e, come l'ossigeno, può legarsi in modo reversibile all'emoglobina. Tuttavia, l’affinità del monossido di carbonio per l’emoglobina è notevolmente maggiore di quella dell’ossigeno. Pertanto, anche quando il contenuto di CO nell'aria inalata è dello 0,3%, l'80% dell'emoglobina è legato al monossido di carbonio (HbCO). Poiché il monossido di carbonio viene rilasciato dal legame con l’emoglobina 200-300 volte più lentamente dell’ossigeno, effetto tossico determinato dal fatto che l’emoglobina non può più trasportare ossigeno. Nei fumatori accaniti, ad esempio, il 5-10% dell'emoglobina è presente come HbCO, mentre i sintomi compaiono al 20%. avvelenamento acuto (mal di testa, vertigini, nausea) e il 65% può essere fatale.

Spesso per valutare l'emopoiesi o per riconoscere varie forme l'anemia è determinata dal contenuto medio di emoglobina in un eritrocito (AHE). Si calcola con la formula:

Il contenuto medio di emoglobina in un globulo rosso è compreso tra 38 e 36 picogrammi (pg) (1 pg = 10ˉ¹² g). I globuli rossi con SGE normale sono chiamati normocromici (ortocromici). Se la FSE è bassa (ad esempio a causa di perdita cronica di sangue o carenza di ferro), i globuli rossi sono detti ipocromici; se l'SGE è elevato (ad esempio nell'anemia perniciosa da carenza di vitamina B 12), sono detti ipercromici.

Forme di anemia

Anemiaè definita come una carenza (diminuzione del numero) di globuli rossi o un ridotto contenuto di emoglobina nel sangue. La diagnosi di anemia viene solitamente posta in base al contenuto di emoglobina, il limite inferiore della norma raggiunge 140 g/l negli uomini e 120 g/l nelle donne. In quasi tutte le forme di anemia, un sintomo affidabile della malattia è colore pallido pelle e mucose. Spesso durante attività fisica aumenta notevolmente battito cardiaco(aumento della velocità della circolazione sanguigna) e una diminuzione dell'ossigeno nei tessuti porta a mancanza di respiro. Inoltre, si verificano vertigini e lieve affaticamento.

Tranne anemia da carenza di ferro e perdita di sangue cronica, ad esempio dovuta a ulcere sanguinanti o tumori tratto gastrointestinale(anemia ipocromica), l'anemia può verificarsi con una carenza di vitamina B 12. acido folico o eritropoietina. La vitamina B 12 e l'acido folico partecipano alla sintesi del DNA nelle cellule immature del midollo osseo e influenzano quindi in modo significativo la divisione e la maturazione dei globuli rossi (eritropoiesi). Con la loro carenza, si formano meno globuli rossi, ma sono notevolmente ingranditi a causa alto contenuto emoglobina (macrociti (megalociti), precursori: megaloblasti), quindi il contenuto di emoglobina nel sangue praticamente non cambia (anemia ipercromica, megaloblastica, macrocitica).

La carenza di vitamina B 12 si verifica spesso a causa di un ridotto assorbimento della vitamina nell'intestino, meno spesso a causa di apporto insufficiente con cibo. Questo cosiddetto anemia perniciosa molto spesso il risultato infiammazione cronica nella mucosa intestinale con una diminuzione della formazione di succo gastrico.

La vitamina B 12 viene assorbita nell'intestino solo in forma rilegata con un fattore in succo gastrico « fattore interno(Kastla)", che lo protegge dalla distruzione da parte dei succhi digestivi nello stomaco. Poiché il fegato può immagazzinare un gran numero di vitamina B 12, potrebbero essere necessari 2-5 anni prima che uno scarso assorbimento nell'intestino influisca sulla formazione dei globuli rossi. Come nel caso della carenza di vitamina B12, la carenza di acido folico, un’altra vitamina del gruppo B, porta ad un’alterata eritropoiesi nel midollo osseo.

Ci sono altre due cause di anemia. Uno di questi è la distruzione del midollo osseo (aplasia del midollo osseo) da parte delle radiazioni radioattive (ad esempio, dopo un incidente a centrale nucleare) o come risultato di reazioni tossiche ai farmaci (ad esempio, citostatici) (anemia aplastica). Un altro motivo è la diminuzione della durata di vita dei globuli rossi a causa della loro distruzione o della loro maggiore degradazione (anemia emolitica). In forma grave anemia emolitica(ad esempio dopo una trasfusione di sangue non riuscita), oltre al pallore si può osservare un cambiamento del colore della pelle e delle mucose in giallastro. Questo ittero (ittero emolitico) è causato dalla crescente degradazione dell'emoglobina in bilirubina (pigmento biliare giallo) nel fegato. Quest'ultimo porta ad un aumento del livello di bilirubina nel plasma e alla sua deposizione nei tessuti.

Un esempio di anemia derivante da disturbo ereditario serve la sintesi dell'emoglobina, clinicamente manifestata come emolitica anemia falciforme. In questa malattia, che si verifica praticamente solo nei rappresentanti delle popolazioni nere, c'è un disturbo molecolare che porta alla sostituzione dell'emoglobina normale con un'altra forma di emoglobina (HbS). Nell'HbS, l'amminoacido valina è sostituito da acido glutammico. Un eritrocita contenente tale emoglobina anormale, in uno stato deossigenato, assume la forma di una falce. I globuli rossi a forma di falce sono più rigidi e non passano bene attraverso i capillari.

Una malattia ereditaria negli omozigoti (la proporzione di HbS nell'emoglobina totale è del 70-99%) porta al blocco dei piccoli vasi e, quindi, a danni permanenti agli organi. Le persone affette da questa malattia di solito raggiungono la maturità solo quando trattamento intensivo(ad esempio, sostituzione parziale del sangue, assunzione di analgesici, evitando l'ipossia ( carenza di ossigeno) e talvolta un trapianto di midollo osseo). In alcune regioni dell'Africa tropicale con un'alta percentuale di malaria, il 40% della popolazione è portatore eterozigote di questo gene (quando il contenuto di HbS è inferiore al 50%) e non presenta tali sintomi. Il gene alterato conferisce resistenza all'infezione malarica (vantaggio selettivo).

Regolazione della formazione dei globuli rossi

La formazione dei globuli rossi è regolata dall'ormone renale eritropoietina. Il corpo ha un aspetto semplice, ma molto sistema efficace regolazione per mantenere relativamente costante il contenuto di ossigeno e allo stesso tempo il numero di globuli rossi. Se il livello di ossigeno nel sangue scende al di sotto di un certo livello, ad esempio dopo una grande perdita di sangue o in alta quota, la formazione di eritropoietina viene costantemente stimolata. Di conseguenza, aumenta la formazione di globuli rossi nel midollo osseo, che aumenta la capacità del sangue di trasportare ossigeno. Quando la carenza di ossigeno viene superata aumentando il numero di globuli rossi, la formazione di eritropoietina diminuisce nuovamente. Pazienti che necessitano di dialisi (purificazione artificiale del sangue dai prodotti metabolici), con funzionalità renale compromessa (ad esempio, con insufficienza renale) sono spesso marcatamente carenti di eritropoietina e quindi soffrono quasi sempre di concomitante anemia.

L'ossigeno viene trasportato dal sangue arterioso in due forme: legato all'emoglobina all'interno dei globuli rossi e disciolto nel plasma.

Il globulo rosso ha origine dal tessuto del midollo osseo indifferenziato. Quando una cellula matura, perde il nucleo, i ribosomi e i mitocondri. Di conseguenza, il globulo rosso non è in grado di svolgere funzioni come divisione cellulare, fosforilazione ossidativa e sintesi proteica. La fonte di energia per gli eritrociti è prevalentemente il glucosio, che viene metabolizzato nel ciclo Embden-Mierhof, o shunt dell'esoso monofosfato. La proteina intracellulare più importante per garantire il trasporto di O2 e CO2 è l'emoglobina, che è un composto complesso di ferro e porfirina. Un massimo di quattro molecole di O2 si legano a una molecola di emoglobina. L'emoglobina completamente carica di O2 è chiamata ossiemoglobina, mentre l'emoglobina senza O2 o che ha attaccate meno di quattro molecole di O2 è chiamata emoglobina deossigenata.

La principale forma di trasporto dell’O2 è l’ossiemoglobina. Ogni grammo di emoglobina può legare al massimo 1,34 ml di O2. Di conseguenza, la capacità di ossigeno del sangue dipende direttamente dal contenuto di emoglobina:

Capacità sanguigna di O2 = ? 1,34 O2 /gHb/100 ml di sangue (3.21).

U persone sane con un contenuto di emoglobina di 150 g/l, la capacità di ossigeno del sangue è di 201 ml di O2 nel sangue.

Il sangue contiene una piccola quantità di ossigeno, non legato all'emoglobina, ma disciolto nel plasma. Secondo la legge di Henry, la quantità di O2 disciolto è proporzionale alla pressione dell'O2 e al suo coefficiente di solubilità. La solubilità dell'O2 nel sangue è molto bassa: solo 0,0031 ml si dissolvono in 0,1 litro di sangue per 1 mmHg. Arte. Quindi, ad una tensione di ossigeno di 100 mmHg. Arte. 100 ml di sangue contengono solo 0,31 ml di O2 disciolto.

CaO2 = [(1,34)(SaO2)] + [(Pa)(0,0031)] (3,22).

Curva di dissociazione dell'emoglobina. L'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno aumenta man mano che le molecole di O2 si legano in sequenza, conferendo alla curva di dissociazione dell'ossiemoglobina una forma sigmoide o a S (Fig. 3.14).

Parte in alto la curva (PaO2?60 mmHg) è piatta. Ciò indica che la SaO2, e quindi la CaO2, rimane relativamente costante nonostante le fluttuazioni significative della PaO2. Un aumento del trasporto di CaO2 o O2 può essere ottenuto aumentando il contenuto di emoglobina o la dissoluzione del plasma (ossigenazione iperbarica).

La PaO2, alla quale l'emoglobina è saturata con ossigeno del 50% (a 370 pH = 7,4), è nota come P50. Questa è una misura generalmente accettata dell'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno. Il valore P50 del sangue umano è 26,6 mmHg. Arte. Tuttavia, può cambiare in vari processi metabolici e condizioni farmacologiche, influenzando il processo di legame dell'ossigeno da parte dell'emoglobina. Questi includono i seguenti fattori: concentrazione di ioni idrogeno, tensione di anidride carbonica, temperatura, concentrazione di 2,3-difosfoglicerato (2,3-DPG), ecc.

Riso. 3.14. Spostamenti nella curva di dissociazione dell'ossiemoglobina con cambiamenti di pH, temperatura corporea e concentrazione di 2,3-difosfoglicerato (2,3-DPG) negli eritrociti

I cambiamenti nell'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno, causati dalle fluttuazioni della concentrazione intracellulare degli ioni idrogeno, sono chiamati effetto Bohr. Una diminuzione del pH sposta la curva a destra, un aumento del pH sposta la curva a sinistra. La forma della curva di dissociazione dell'ossiemoglobina è tale che questo effetto è più pronunciato nel sangue venoso che nel sangue arterioso. Questo fenomeno facilita il rilascio di ossigeno nei tessuti, senza praticamente alcun effetto sul consumo di ossigeno (in assenza di grave ipossia).

L'anidride carbonica ha un duplice effetto sulla curva di dissociazione dell'ossiemoglobina. Da un lato, il contenuto di CO2 influisce sul pH intracellulare (effetto Bohr). D'altra parte, l'accumulo di CO2 provoca la formazione di composti carbammici dovuti alla sua interazione con i gruppi amminici dell'emoglobina. Questi composti di carbammina fungono da effettori allosterici della molecola di emoglobina e influenzano direttamente il legame dell'O2. Bassi livelli di composti di carbammina causano uno spostamento della curva verso destra e una diminuzione dell'affinità dell'emoglobina per l'O2, che è accompagnata da un aumento del rilascio di O2 nei tessuti. All’aumentare della PaCO2, il conseguente aumento dei composti carbamminici sposta la curva verso sinistra, aumentando il legame dell’O2 con l’emoglobina.

I fosfati organici, in particolare il 2,3-difosfoglicerato (2,3-DPG), si formano negli eritrociti durante la glicolisi. La produzione di 2,3-DPG aumenta durante l'ipossiemia, che è un importante meccanismo di adattamento. Una serie di condizioni provocandone una diminuzione O2 nei tessuti periferici come anemia, perdita di sangue acuta, insufficienza cardiaca congestizia, ecc. caratterizzato da un aumento della produzione di fosfati organici negli eritrociti. Allo stesso tempo, l'affinità dell'emoglobina per l'O2 diminuisce e aumenta il suo rilascio nei tessuti. E viceversa, per alcuni condizioni patologiche, ad esempio shock settico e ipofosfatemia, osservati basso livello 2,3-DPG, che porta ad uno spostamento della curva di dissociazione dell'ossiemoglobina verso sinistra.

La temperatura corporea influenza la curva di dissociazione dell'ossiemoglobina in modo meno pronunciato e clinicamente significativo rispetto ai fattori sopra descritti. L’ipertermia provoca un aumento di P50, cioè uno spostamento della curva verso destra, che è una reazione adattativa favorevole e non un aumento della richiesta di ossigeno da parte delle cellule durante le condizioni febbrili. L’ipotermia, al contrario, riduce la P50, cioè sposta la curva di dissociazione verso sinistra.

La CO, legandosi all'emoglobina (formando carbossiemoglobina), altera l'ossigenazione dei tessuti periferici attraverso due meccanismi. Innanzitutto, la CO riduce direttamente la capacità di ossigeno del sangue. In secondo luogo, riducendo la quantità di emoglobina disponibile per il legame dell’O2; La CO riduce la P50 e sposta la curva di dissociazione dell'ossiemoglobina a sinistra.

L'ossidazione della porzione ferrosa dell'emoglobina in ferro ferrico porta alla formazione di metaemoglobina. Normalmente, nelle persone sane, la metaemoglobina costituisce meno del 3% dell’emoglobina totale. Il suo basso livello è mantenuto dai meccanismi di recupero degli enzimi intracellulari. La metaemoglobinemia può verificarsi come conseguenza di un deficit congenito di questi enzimi riducenti o della formazione di molecole di emoglobina anomale resistenti alla riduzione enzimatica (p. es., emoglobina M).

Il rilascio di ossigeno (DO2) è la velocità di trasporto dell'ossigeno da parte del sangue arterioso, che dipende dal flusso sanguigno e dal contenuto di O2 del sangue arterioso. L'apporto sistemico di ossigeno (DO2) è calcolato come:

DO2 = CaO2 x Qt (ml/min) o

DO2 = ([(Hb) ?1,34?% saturazione] + sarà del 25%, cioè 5 ml/20 ml. Pertanto, normalmente il corpo consuma solo il 25% dell'ossigeno trasportato dall'emoglobina. Quando il fabbisogno di O2 supera la possibilità della sua erogazione, allora il coefficiente di estrazione diventa superiore al 25%. Al contrario, se l'erogazione di O2 supera la domanda, allora il coefficiente di estrazione scende al di sotto del 25%.

Se l'apporto di ossigeno è moderatamente ridotto, il consumo di ossigeno non cambia a causa dell'aumentata estrazione di O2 (la saturazione di ossigeno dell'emoglobina nel sangue venoso misto è ridotta). In questo caso, il VO2 è indipendente dall'erogazione. Man mano che il DO2 diminuisce ulteriormente, viene raggiunto un punto critico in cui il VO2 diventa direttamente proporzionale al DO2. Una condizione in cui il consumo di ossigeno dipende dal parto è caratterizzata da acidosi lattica progressiva dovuta all'ipossia cellulare. Livelli critici di DO2 si osservano in varie situazioni cliniche. Ad esempio, il suo valore di 300 ml/(min*m2) è stato rilevato dopo interventi sotto circolazione artificiale e in pazienti con insufficienza respiratoria acuta.

La tensione di anidride carbonica nel sangue venoso misto (PvCO2) è normalmente di circa 46 mm Hg. Art., che è risultato finale mescolando il sangue che scorre da tessuti con diversi livelli di attività metabolica. La tensione venosa dell'anidride carbonica nel sangue venoso è inferiore nei tessuti con bassa attività metabolica (ad esempio, la pelle) e maggiore negli organi con elevata attività metabolica (ad esempio, il cuore).

L'anidride carbonica si diffonde facilmente. La sua capacità di diffusione è 20 volte maggiore di quella dell'ossigeno. La CO2, formandosi durante il metabolismo cellulare, si diffonde nei capillari e viene trasportata ai polmoni in tre forme principali: come CO2 disciolta, come anione bicarbonato e sotto forma di composti carbamminici.

La CO2 si dissolve molto bene nel plasma. La quantità di frazione disciolta è determinata dal prodotto della pressione parziale della CO2 e del coefficiente di solubilità (? = 0,3 ml/l di sangue/mm Hg). Circa il 5% dell'anidride carbonica totale nel sangue arterioso è sotto forma di gas disciolto.

L'anione bicarbonato è la forma predominante di CO2 (circa il 90%) nel sangue arterioso. L'anione bicarbonato è il prodotto della reazione della CO2 con l'acqua per formare H2CO3 e della sua dissociazione:

CO2 + H2O?H2CO3?H+ + HCO3- (3.25).

La reazione tra CO2 e H2O avviene lentamente nel plasma e molto rapidamente nei globuli rossi, dove è presente l'enzima intracellulare idrasi carbonica. Facilita la reazione tra CO2 e H2O per formare H2CO3. La seconda fase dell'equazione avviene rapidamente senza catalizzatore.

Quando l'HCO3- si accumula all'interno dell'eritrocita, l'anione si diffonde membrana cellulare nel plasma. La membrana eritrocitaria è relativamente impermeabile agli H+, così come ai cationi in generale, per cui gli ioni idrogeno rimangono all'interno della cellula. La neutralità elettrica della cellula durante la diffusione della CO2 nel plasma garantisce un afflusso di ioni cloro dal plasma negli eritrociti, che forma il cosiddetto spostamento del cloro (spostamento di Hamburger). Parte degli H+ rimasti nei globuli rossi vengono tamponati, combinandosi con l'emoglobina. Nei tessuti periferici, dove la concentrazione di CO2 è elevata e quantità significative L'H+ si accumula nei globuli rossi e il legame dell'H+ è facilitato dalla deossigenazione dell'emoglobina. L’emoglobina ridotta si lega ai protoni meglio dell’emoglobina ossigenata. Pertanto, la deossigenazione del sangue arterioso nei tessuti periferici favorisce il legame degli H+ attraverso la formazione di emoglobina ridotta.

CO2 + H2O + HbO2 > HbH+ + HCO3+ O2 (3.26).

Questo aumento del legame della CO2 con l’emoglobina è noto come effetto Haldane. Nei polmoni il processo avviene nella direzione opposta. L'ossigenazione dell'emoglobina lo migliora proprietà acide, e il rilascio di ioni idrogeno sposta l’equilibrio prevalentemente verso la formazione di CO2:

O2 + HCO3- + HbH+ > CO2 + H2O + HbO2