Czynniki wpływające na stan wysycenia hemoglobiny tlenem.

Stopień wysycenia hemoglobiny tlenem, czyli równowaga pomiędzy wiązaniem hemoglobiny z tlenem i uwalnianiem tlenu z oksyhemoglobiny, zależy od:

1. Prężności tlenu, (Po2)

2. Temperatury

3. Prężności dwutlenku węgla, (Pco2)

4. Stężenia jonów wodorowych we krwi, (pH)

5. Stężenia 2,3-difosfoglicerynianu (2,3-DPG) i ATP w erytrocytach

Pierwszym i najważniejszym czynnikiem wpływającym na wysycenie hemoglobiny tlenem jest prężność tlenu. Wraz ze wzrostem prężności tlenu we krwi wzrasta wysycenie hemoglobiny tlenem. Przy prężności tlenu we krwi, odpowiadającej 12,635 kPa (95 mm Hg) już 97,5% hemoglobiny jest całkowicie wysycane tlenem. Ciśnienie cząstkowe tlenu w powietrzu wdychanym wynosi 21,01 kPa (158 mm Hg).

Natomiast wzrost prężności dwutlenku węgla we krwi zmniejsza stopień wysycenia hemoglobiny tlenem.

Cząsteczki tlenu dyfundują ze światła pęcherzyków do krwi, ponieważ w powietrzu pęcherzykowym ciśnienie cząsteczkowe tlenu jest większe: P o2=100 mm Hg, we krwi dopływającej ze zbiornika tętniczego płucnego jest mniejsze: P o2=40 mm Hg. W przeciwnym kierunku dyfundują cząsteczki dwutlenku węgla. We krwi dopływającej do naczyń włosowatych pęcherzyków P co2=46 mm Hg, w powietrzu pęcherzykowym zaś P co2 =40 mm Hg.

Cząsteczki o2 muszą przedostać się przez barierę, jaką są ściany pęcherzyków płucnych i naczyń włosowatych. Po przejściu przez nie, tlen rozpuszcza się w osoczu wypełniającym naczynia włosowate na zasadzie rozpuszczalności fizycznej. Z osocza krwi o2 natychmiast dyfunduje do krwinek czerwonych.

Natomiast cząsteczki co2 dyfundują w kierunku przeciwnym niż cząsteczki o2, czyli z osocza krwi przepływającej przez naczynia włosowate do światła pęcherzyków płucnych.

Wartości średnie Po2 ( = 100 mm Hg) i Pco2 ( = 40 mm Hg) występują w powietrzu pęcherzykowym wypełniającym środkowe partie płuc. W górnych partiach płuc powietrze pęcherzykowe ma wyższe Po2 (czyli 130 mm Hg) i niższe Pco2 (=30 mm Hg) niż wartości średnie. Przeciwnie niż w partiach dolnych płuc, gdzie powietrze pęcherzykowe ma niższe Po2 (równe 90 mm Hg) i wyższe Pco2 (wynoszące 42 mm Hg). Różnice w ciśnieniu cząstkowym w powietrzu pęcherzykowym o2 i co2 zależą od ilości krwi przepływającej przez sieć naczyń włosowatych w górnych, środkowych i dolnych partiach płuc.

Rys.1. Wpływ dwutlenku węgla o różnej prężności na dysocjację hemoglobiny.

(Za: W. Z. Traczyk: „Fizjologia człowieka w zarysie”)

Hemoglobina ma zdolność wiązania tlenu w sposób odwracalny, zależny od ciśnienia cząsteczkowego tego gazu. W warunkach prawidłowych 1 g hemoglobiny może związać 1,39 ml tlenu, co dla 100 ml krwi zawierającej 15 g hemoglobiny wynosi 20,85 ml tlenu i jest to pojemność tlenowa krwi.

Rys.2. Krzywa wiązania tlenu we krwi.

(Za: http://matrix.wiml.waw.pl/pls/cza/img/03_ppml_2006_3_golec.pdf)

Zależność pomiędzy ciśnieniem cząstkowym tlenu i stopniem wysycenia hemoglobiny tlenem przedstawia krzywa dysocjacji oksyhemoglobiny. Krzywa ta staje się bardziej stroma w miarę obniżania się temperatury, wzrostu pH i obniżania się prężności dwutlenku węgla we krwi. Warunki, w których krzywa dysocjacji oksyhemoglobiny staje się bardziej stroma, panują w naczyniach włosowatych pęcherzyków płucnych. Przy tym samym Po2 więcej hemoglobiny wiąże się z tlenem. Zaś wręcz przeciwnie dzieje się w sieci naczyń włosowatych krążenia dużego, gdzie panują warunki spłaszczające krzywą dysocjacji hemoglobiny, sprzyjające uwalnianiu się cząsteczek tlenu ze związku z hemoglobiną.

Przebieg krzywej dysocjacji w kształcie litery „S” oznacza, że obniżenie prężności tlenu z 13,3 kPa do 8 kPa powoduje tylko znikome zmniejszenie wysycenia krwi tlenem, co utrzymuje należyty transport tlenu w stanach hipoksji, czyli niewystarczającego utlenowania tkanek. Środkowy, stromy odcinek krzywej dysocjacji, wskazuje natomiast na łatwe uwalnianie dużej objętości tlenu na poziomie tkanek przy niewielkich różnicach prężności tlenu we krwi i tkankach.

Kolejnym czynnikiem wpływającym na stan wysycenia hemoglobiny tlenem jest temperatura. Wraz ze spadkiem temperatury krwi, przy zachowanej tej samej prężności tlenu (Po2) wzrasta wiązanie hemoglobiny z tlenem.

Rys.3. Wpływ temperatury na dysocjację hemoglobiny.

(Za: W. Z. Traczyk: „Fizjologia człowieka w zarysie”)

Powinowactwo hemoglobiny do tlenu zależne jest również od kwasowości środowiska (pH). Wzrost stężenia wolnych jonów wodorowych we krwi, czyli obniżenie pH krwi zmniejsza stopień wysycenia hemoglobiny tlenem. W granicach pH 6,0-6,5 powinowactwo hemoglobiny do tlenu jest najmniejsze. Niewielkie zakwaszenie krwi spowodowane przemieszczeniem się dwutlenku węgla z tkanek, ułatwia dysocjację HbO2 i jest to efekt Bohra. Ma on duże znaczenie dla wymiany gazów i ich transportu w warunkach wysiłku fizycznego i przebywania na dużych wysokościach

Rys. 4. Krzywa dysocjacji hemoglobiny w zależności od pH krwi

(Za: http://www.mp.pl/artykuly/index.php?aid=11896&print=1)

Zwiększenie stężenia 2,3-difodforoglicerynianu (2,3-DPG) powoduje zmianę powinowactwa hemoglobiny do tlenu, czego wyrazem jest przesunięcie krzywej dysocjacji oksyhemoglobiny w prawo.

W warunkach laboratoryjnych możliwe jest uzyskanie oczyszczonej hemoglobiny, lecz wówczas jest ona pozbawiona naturalnie jej towarzyszącemu 2,3-difosforoglicerynianu. Oczyszczenie hemoglobiny z 2,3-DPG powoduje zwiększenie powinowactwa do tlenu i utrudnienie a nawet upośledzenie oddawania go do tkanek. Dochodzi wówczas do przesunięcia krzywej dysocjacji w lewo. Jak dotąd nie stosuje się przetaczania roztworów hemoglobiny, z powodu występowania zbyt wielu skutków ubocznych.

Zarówno 2,3 DPG jak i ATP są metabolitami krwinek czerwonych, które zmniejszają powinowactwo hemoglobiny do tlenu i tym samym ułatwiają jego odłączanie w tkankach.

Wewnątrzkomórkowe stężenie organicznych fosforanów, które w około 80% znajdują się w 2,3 difosfoglicerynianu i adenozynotrójfosforanie jest ważnym czynnikiem zwiększającym dowóz tlenu do tkanek. 2,3 DPG odgrywa największą rolę, ponieważ jego stężenie molarne wewnątrz erytrocytu jest około czterech razy wyższe od stężenia ATP i mniej więcej takie same jak stężenie hemoglobiny. I tak wysokie stężenie 2,3 DPG występuje jedynie w krwinkach czerwonych. W stanach, w których występuje niskie ciśnienie parcjalne tlenu we krwi tętniczej, np. w hipoksemii obserwuje się wzrost stężenia 2,3 DPG w erytrocytach. Do tych stanów należą: wrodzone wady serca, choroby obturacyjne płuc, różne postacie niedokrwistości, adaptacja do dużych wysokości oraz również wysiłek fizyczny.1 Powinowactwo hemoglobiny do tlenu jest z reguły odwrotnie proporcjonalne do wewnątrzkomórkowego stężenia 2,3 DPG. Wysokie stężenie tego metabolitu powoduje przesunięcie krzywej dysocjacji tlenu w prawo i w ten sposób ułatwia oddawanie tlenu w tkankach. Kilka czynników wpływa na wewnątrzkomórkowe stężenie 2,3 DPG. Jego synteza wzrasta przy zmianie pH na bardziej zasadowe.

Zarówno ATP jak i 2,3 DPG są związkami wysokoenergetycznymi mogą one poprawiać utlenowanie tkanek czy to przez wpływ na powinowactwo hemoglobiny do tlenu czy też przez wpływ na równowagę hemodynamiczną i morfologiczną krwinek czerwonych.

Zarówno oksyhemoglobina jak i odtlenowana hemoglobina pod wpływem różnych czynników mogą przeistaczać się w ich pochodne, jak np. hemoglobina tlenkowęglowa (HbCO), methemoglobina (MetHb), sulfhemoglobina (SHb), hemoglobina tlenkoazotkowa (HbNO), czy cyjanomethemoglobina (Cyjan-MetHb). Wszystkie powyższe połączenia hemoglobiny upośledzają lub nawet uniemożliwiają transport tlenu przez erytrocyty.

Oksyhemoglobina łatwo wchodzi w reakcję z tlenkiem węgla, tworząc hemoglobinę tlenkowęglowa (HbCO), mniemającą zdolności przenoszenia tlenu. Szybkość reakcji oksyhemoglobiny z tlenkiem węgla jest około 210 razy większa od szybkości reakcji hemoglobiny z tlenem. Dlatego też zatrucie tlenkiem węgla występuje już przy niedużych jego stężeniach w powietrzu i często jest śmiertelne.

Rys.6.Zależność krzywej wiązania tlenu od: pH, co2, 2,3-DPG i temperatury.

(Za: http://matrix.wiml.waw.pl/pls/cza/img/03_ppml_2006_3_golec.pdf)

Podsumowując

- wraz ze wzrostem prężności tlenu we krwi wzrasta wysycenie hemoglobiny tlenem,

- spadek temperatury krwi, przy zachowanej tej samej prężności tlenu (Po2) powoduje wzrost wiązania hemoglobiny z tlenem (i odwrotnie),

-wzrost prężności dwutlenku węgla we krwi utrudnia wiązanie hemoglobiny z tlenem

- obniżenie pH krwi zmniejsza stopień wysycenia hemoglobiny tlenem.

- a wzrost stężenia 2,3-DPG i ATP w erytrocytach powoduje utrudnienie wiązania hemoglobiny z tlenem.

Bibliografia:

„Fizjologiczne podstawy wysiłku fizycznego” red. Jan Górski

„Fizjologia człowieka w zarysie” Władysław Z. Traczyk Wyd. PZWL

http://matrix.wiml.waw.pl/pls/cza/img/03_ppml_2006_3_golec.pdf

http://www.mp.pl/artykuly/index.php?aid=11896&print=1

http://www.farmacja.e-lama.pl/biofarmacja/biofarm_17.pdf

http://www.bioter.pl/bemer/spodaryk2.htm

2

Rys.5. Wpływ 2,3-difosforoglicerynianu na krzywą dysocjacji oksyhemoglobiny.

(Za: Jan Górski „Fizjologiczne podstawy wysiłku fizycznego”

---