气体在血液中的运输

三、气体在血液中的运输

O2和CO2在血液中的运输方式有物理溶解和化学结合两种,物理溶解的气体量少,化学结合的气体量多。但是气体必须先在血液中溶解后,才能发生化学结合,而结合状态的气体也必须分解成溶解状态后才能逸出血液,故物理溶解是实现化学结合运输所必需的环节。因此,物理溶解的气体和化学结合的气体之间总是处于动态平衡。

(一)O2的运输

1.物理溶解 气体的溶解量取决于该气体的溶解度和分压大小。分压高,溶解度高,溶解的气体量多;反之,则比较少。氧气在血液中的溶解度较低,动脉血PO2为13.3 kPa(100 mmHg)时,每100 mL血液中仅溶解0.3 mL O2,约占血液运输O2总量的1.5%。

2.化学结合 化学结合是指O2与红细胞内血红蛋白(Hb)的结合。正常成人每1000 mL动脉血中Hb结合的O2约为200 mL,约占血液运输O2总量的98.5%。

血液中的O2主要以HbO2形式运输。O2与Hb的结合有以下一些重要特征。

(1)反应快,可逆,不需酶的催化,受PO2的影响。当血液流经PO2高的肺部时,Hb与O2结合,形成HbO2,当血液流经PO2低的组织时,HbO2迅速解离,释放O2,成为去氧Hb。

(2)Fe2+与O2结合后仍是二价铁,所以该反应是氧合,而不是氧化。

(3)1分子Hb可以结合4分子O2。100 mL血液中,Hb所能结合的最大O2量称为Hb的氧容量,而Hb实际结合的O2量称为Hb的氧含量。Hb的氧含量主要受PO2的影响。Hb氧含量与氧容量的百分比为Hb的氧饱和度。一般动脉血氧饱和度为98%,静脉血氧饱和度约为75%。HbO2呈鲜红色,去氧Hb呈紫蓝色。当血液中去氧Hb含量达5 g/100 mL以上时,皮肤、黏膜呈浅蓝色,这种现象称为发绀。

CO可与Hb结合,占据Hb分子中O2的结合位点,使血液中HbO2的含量减少。CO与Hb的亲和力是O2的210倍,这意味着在极低的PCO下,CO就可以从HbO2中取代O2。此外,CO还有一种极为有害的效应,即当CO与Hb分子中1个血红素结合后,将增加其余3个血红素对O2的亲和力,使氧解离曲线左移,妨碍O2的解离。所以CO中毒既妨碍Hb与O2的结合,又妨碍O2的解离,其危害极大。

(二)CO2的运输(https://www.daowen.com)

1.物理溶解 血液中物理溶解的CO2约占血液中CO2总量的5%。

2.化学结合 化学结合的CO2占95%。CO2化学结合的形式主要是碳酸氢盐和氨基甲酸血红蛋白,碳酸氢盐形式占CO2总运输量的88%,氨基甲酸血红蛋白形式占7%。从组织扩散入血的CO2首先溶解于血浆中,在血浆中溶解的CO2绝大部分扩散进入红细胞,在红细胞内以碳酸氢盐和氨基甲酸血红蛋白的形式运输。

(1)碳酸氢盐:从组织扩散进入血液的大部分CO2,在红细胞内与水反应生成H2CO3,H2CO3解离成图示和H+,反应极为迅速并且可逆。红细胞内含有较高浓度的碳酸酐酶,在其催化下,上述反应可加快5000倍,不到1s即达平衡。在此反应过程中,红细胞内图示?浓度不断增加图示便顺着浓度梯度通过红细胞膜扩散进入血浆。为维持红细胞内电荷平衡,Cl-便由血浆扩散进入红细胞,这一现象称为氯转移。这样图示便不会在红细胞内堆积,有利于CO2的运输。在红细胞内图示与K+结合,在血浆中则与Na+结合,生成碳酸氢盐。上述反应中产生的H+大部分与Hb结合而被缓冲。在肺部,反应进行方向与血液中相反。因为肺泡气的PCO2比静脉血的低,血浆中溶解的CO2首先扩散进入肺泡,红细胞内的与H+生成H2CO3,碳酸酐酶又加速H2CO3分解成CO2和H2O,CO2从红细胞扩散进入血浆,而血浆中的图示便进入红细胞以补充消耗了的图示,Cl-则扩散出红细胞。这样,以图示形式运输的CO2,在肺部被释放出来。

(2)氨基甲酸血红蛋白:一部分CO2与Hb的氨基结合生成氨基甲酸血红蛋白,这一反应无需酶的催化,而且迅速、可逆。该反应的主要因素是氧合作用。HbO2与CO2结合形成氨基甲酸血红蛋白的能力比去氧Hb小,因此O2与Hb结合可促使CO2释放,而O2与血红蛋白解离则促进Hb与CO2结合。在组织,HbO2解离释放出O2,部分HbO2变成去氧Hb,与CO2结合生成氨基甲酸血红蛋白。在肺部,HbO2的生成增多,促使氨基甲酸血红蛋白解离,释放CO2和H+。上述调节具有重要的意义,虽然以氨基甲酸血红蛋白形式运输的CO2仅约占CO2总运输量的7%,但在肺部排出的CO2中却有17.5%是从氨基甲酸血红蛋白中释放出来的。

点滴积累

(1)呼吸的基本环节包括外呼吸、气体在血液中的运输、内呼吸。

(2)外呼吸包括肺通气和肺换气。

(3)呼吸肌的舒缩运动是肺通气的原动力,肺内压与大气压的压力差是气体进出肺的直接动力。

(4)O2和CO2在血液中的运输形式均包括物理溶解和化学结合,其中以化学结合为主。