ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΑΕΡΙΩΝ ΠΡΟΣ ΚΑΙ ΑΠΟ ΤΟΥΣ ΣΤΟΥΣ ΙΣΤΟΥΣ

Transcript

1

2 ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΑΕΡΙΩΝ ΠΡΟΣ ΚΑΙ ΑΠΟ ΤΟΥΣ ΣΤΟΥΣ ΙΣΤΟΥΣ

3 Μεταφορά οξυγόνου (Ο 2 ) από τον αέρα μέσω κυψελίδων στο αίμα και ιστούς Μεταφορά διοξειδίου άνθρακα (CO 2 ) από ιστούς σε κυψελίδες

4

5

6 Οι κλίσεις των μερικών πιέσεων του Ο 2 και του CO 2 είναι το κλειδί για τη μεταφορά αερίων

7

8

9 ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΟΞΥΓΟΝΟΥ ΑΠΟ ΠΝΕΥΜΟΝΕΣ ΠΡΟΣ ΤΟΥΣ ΙΣΤΟΥΣ

10 ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΟΞΥΓΟΝΟΥ 1. Σύνδεση με αιμοσφαιρίνη 2. Διαλυμένο στο πλάσμα

11 1 lt αρτηριακό αίμα περιέχει: 3 ml O 2 διαλυμένο 197 ml O 2 συνδεδεμένο με Hb Σύνολο: 200 ml O 2 Καρδιακή παροχή: 5 lt/min O 2 που μεταφέρεται στους ιστούς/min: ml O 2 /min

12 Μόλις το Οξυγόνο διαχυθεί από τις κυψελίδες στην πνευμονική κυκλοφορία, μεταφέρεται κατά κύριο λόγο δεσμευμένο από την αιμοσφαιρίνη στα τριχοειδή των ιστών, όπου και αποδίδεται για να χρησιμοποιηθεί από τα κύτταρα. Η παρουσία της αιμοσφαιρίνης στα ερυθρά αιμοσφαίρια παρέχει τη δυνατότητα στο αίμα να μεταφέρει 30 έως 100 φορές περισσότερο Οξυγόνο από αυτό που θα μπορούσε να μεταφερθεί απλώς με τη μορφή αιματικού διαλύματος Οξυγόνου. Στα κύτταρα των ιστών το Οξυγόνο αντιδρά με διάφορες ουσίες που προέρχονται από την τροφή, για να σχηματίσει μεγάλες ποσότητες CO 2, το οποίο με τη σειρά του εισέρχεται στα τριχοειδή των ιστών και μεταφέρεται πίσω στους πνεύμονες. Το CO 2 και αυτό θα συνδεθεί με διάφορες ουσίες που υπάρχουν στο αίμα και οι οποίες αυξάνουν τη μεταφορική του ικανότητα για το CO 2 κατά 15 έως 20 φορές.

13 Η ποσότητα του Ο 2 που μεταφέρεται στη συστηματική κυκλοφορία ανά λεπτό είναι το προϊόν της καρδιακής παροχής και της αρτηριακής συγκέντρωσης Ο 2. Η ικανότητα μεταφοράς του οξυγόνου στο σώμα εξαρτάται τόσο από το αναπνευστικό όσο και από το καρδιαγγειακό σύστημα. Το οξυγόνο που μεταφέρεται σε ένα συγκεκριμένο ιστό εξαρτάται από την ποσότητα του οξυγόνου που εισέρχεται στους πνεύμονες, την επάρκεια του μηχανισμού της ανταλλαγής αερίων στον πνεύμονα, την αιματική ροή στον ιστό και την ικανότητα του αίματος να μεταφέρει το οξυγόνο. Η αιματική ροή εξαρτάται από το βαθμό της αγγειοσύσπασης του δικτύου του ιστού και την καρδιακή παροχή.

14

15 Το ποσό του οξυγόνου στο αίμα καθορίζεται από την ποσότητα του διαλυμένου οξυγόνου, την ποσότητα της αιμοσφαιρίνης στο αίμα και τη συγγένεια της αιμοσφαιρίνης με το οξυγόνο.

16 Η αιμοσφαιρίνη (Hb) είναι μια πρωτεΐνη αποτελούμενη από τέσσερις υπομονάδες. Στους φυσιολογικούς ενηλίκες τα περισσότερα μόρια της αιμοσφαιρίνης περιέχουν δύο α και δύο β αλυσίδες. Σε κάθε υπομονάδα συνδέεται ένα εμπλουτισμένο σε σίδηρο μόριο, η αίμη. Κάθε ένα από τα τέσσερα άτομα σιδήρου της Hb μπορεί να συνδεθεί αντιστρεπτά με ένα μόριο Ο 2. Ο 2 +Hb HbO 2

17

18

19 Κάθε Hb μεταφέρει 4 μόρια οξυγόνου

20 Η τεταρτοταγής δομή της αιμοσφαιρίνης καθορίζει τη συγγένειά της με το Ο 2. Στη μηοξυγονωμένη αιμοσφαιρίνη οι μονάδες σφαιρίνης είναι στενά συνδεδεμένες σε μια τεταμένη (Τ) διαμόρφωση, η οποία ελαττώνει τη συγγένεια της αίμης με το Ο 2. Όταν συνδέεται το πρώτο Ο 2, οι δεσμοί που συγκρατούν τις μονάδες σφαιρίνης αλλάζουν διάταξη λαμβάνοντας μια χαλαρή (R) διαμόρφωση, η οποία εκθέτει περισσότερες θέσεις δέσμευσης Ο 2. Το καθαρό αποτέλεσμα είναι μια αύξηση της συγγένειας με το Ο 2 κατά 500 φορές.

21 Μέγιστη ποσότητα οξυγόνου που μπορεί να συνδεθεί με αιμοσφαιρίνη αίματος Το αίμα ενός φυσιολογικού ατόμου περιέχει 15 g Hb ανά 100 ml αίματος. Κάθε g Hb μπορεί να συνδέεται με ένα μέγιστο ποσό οξυγόνου 1.34 ml περίπου. Αρα, η Hb 100 ml αίματος συνδέεται με συνολική ποσότητα οξυγόνου της τάξης των 20 ml όταν η Hb είναι κορεσμένη 100%. (15x1.34=20)

22 Το ποσό του οξυγόνου που αποδίδεται από την Hb μέσω της συστηματικής κυκλοφορίας στους ιστούς Στο φλεβικό αίμα σε κατάσταση ηρεμίας η αιμοσφαιρίνη είναι κορεσμένη κατά 75% και το ολικό περιεχόμενο του οξυγόνου είναι περίπου 15,2 ml/dl: 0,12 ml διαλυμένο και 15,1 ml συνδεδεμένο με την αιμοσφαιρίνη. Έτσι, σε κατάσταση ηρεμίας οι ιστοί λαμβάνουν περίπου 4,6 ml Ο 2, από κάθε δέκατο του λίτρου αίματος που ρέει μέσα σε αυτούς. Τα 0,17 ml του ολικού ποσού αντιπροσωπεύει το O 2 που είναι διαλυμένο στο αίμα και το υπόλοιπο αντιπροσωπεύει το O 2 που ελευθερώνεται από την αιμοσφαιρίνη. Με αυτό τον τρόπο σε κατάσταση ηρεμίας 250 ml O 2 ανά λεπτό μεταφέρονται από το αίμα στους ιστούς.

23 Η καμπύλη αποδέσμευσης οξυγόνου - αιμοσφαιρίνης συσχετίζει το ποσοστό (%) της κορεσμένης Hb (κάθετος άξονας) με την PO 2 (οριζόντιος άξονας). Αυτή η καμπύλη έχει μια χαρακτηριστική σιγμοειδή μορφή λόγω της T- R μετατροπής

24

25 Σιγμοειδής καμπύλη Μεγάλες μεταβολές της PaO2 συνδυάζονται με μικρές μεταβολές κορεσμού

26 Σημαντικό εργαλείο στο να κατανοήσουμε πως το αίμα (η Hb) μεταφέρει και απελευθερώνει το οξυγόνο στους ιστούς

27 Οι φυσιολογικές τιμές είναι 95-98%

28 Tο ανώτερο οριζόντιο τμήμα της απαντάται στα πνευμονικά τριχοειδή όπου η Hb είναι κορεσμένη σχεδόν πλήρως (98 %) επειδή η PO 2 είναι 100 mmhg Ακόμα και σε παθολογικές καταστάσεις (PO 2 μέχρι και 60 mmhg), ο κορεσμός θα παραμείνει σε σχετικά υψηλά επίπεδα

29 Στο κατακόρυφο τμήμα της καμπύλης και όταν το PO 2 < 50 mmhg, η συγγένεια της Hb με το O 2 ελαττώνεται δραματικά και το O 2 απελευθερώνεται στους ιστούς.

30

31

32

33 Τρεις σημαντικές καταστάσεις επηρεάζουν την καμπύλη αποδέσμευσης οξυγόνου αιμοσφαιρίνης: - Το ph - Η Θερμοκρασία - Η συγκέντρωση του 2,3-διφωσφογλυκερινικού (DPG 2,3-DPG) Η αύξηση της θερμοκρασίας, ή μείωση του ph και η αύξηση του 2, 3- DPG μετατοπίζουν την καμπύλη προς τα δεξιά, οπότε απαιτείται υψηλότερη PO 2, για να δεσμεύσει η αιμοσφαιρίνη ένα δεδομένο ποσό O 2 (μικρότερη συγγένεια της αιμοσφαιρίνης με το Ο 2, μεγαλύτερη απελευθέρωση οξυγόνου από Hb) Αντίστροφα, η πτώση της θερμοκρασίας ή η αύξηση του ph μετατοπίζει την καμπύλη προς τα αριστερά και απαιτείται χαμηλότερη PO 2, για να δεσμεύσει το δεδομένο ποσό O 2 (μεγαλύτερη συγγένεια της αιμοσφαιρίνης με το Ο 2, λιγότερη απελευθέρωση οξυγόνου από Hb)

34

35

36 ph και καμπύλη

37 P50 Η μερική πίεση του οξυγόνου στο αίμα (περίπου 27 mmhg) κατά την οποία η Hb είναι κορεσμένη κατά 50%, ονομάζεται P50. Αποτελεί δείκτη της συγγένειας της Hb με οξυγόνο. Μετατόπιση προς δεξιά ή αριστερά του P50.

38 P50

39 P50 Αυξημένο P50 Μετατόπιση της καμπύλης προς τα δεξιά Απαιτείται περισσότερο PO 2 για να έχουμε 50% κορεσμό της Hb Χαμηλό P50 Μετατόπιση της καμπύλης προς τα αριστερά Απαιτείται λιγότερο PO 2 για να έχουμε 50% κορεσμό της Hb Όσο μεγαλύτερη είναι η Ρ 50, τόσο μικρότερη είναι η συγγένεια της αιμοσφαιρίνης με Ο 2

40

41

42 Η 2,3-DPG είναι άφθονη στα ερυθρά αιμοσφαίρια. Σχηματίζεται από την 3-φωσφογλυκεραλδεΰδη, η οποία είναι ένα προϊόν της γλυκόλυσης, το οποίο είναι ένα υψηλά φορτισμένο ανιόν που συνδέεται με τις β αλυσίδες της μη-οξυγονωμένης αιμοσφαιρίνης. 1 mole μη-οξυγονωμένης αιμοσφαιρίνης συνδέεται με 1 mole 2,3-DPG. HbO 2 + 2,3-DPG Hb - 2,3-DPG + O 2 Σε αυτή την εξίσωση μια αύξηση της συγκέντρωσης του 2,3-DPG μετακινεί την εξίσωση προς τα δεξιά προκαλώντας απελευθέρωση περισσότερου Ο 2. Επειδή η οξέωση αναστέλλει τη γλυκόλυση στα ερυθρά αιμοσφαίρια, η συγκέντρωση της 2,3-DPG ελαττώνεται, όταν το ph είναι χαμηλό. Αντίστροφα, οι θυροειδικές ορμόνες, οι αυξητικές ορμόνες και τα ανδρογόνα μπορούν να αυξήσουν τη συγκέντρωση του 2,3-DPG και την P 50.

43

44

45

46

47 Η μυοσφαιρίνη, μια χρωμοπρωτεΐνη που περιέχει σίδηρο και βρίσκεται στους σκελετικούς μύες, προσομοιάζει στην αιμοσφαιρίνη, αλλά κάθε mole της συνδέεται με 1 αντί για 4 mole O 2. Η έλλειψη της συνεργατικής δέσμευσης αντικατοπτρίζεται στην καμπύλη αποδέσμευσής, η οποία παίρνει τη μορφή ορθογώνιας παραβολής παρά μιας σιγμοειδούς καμπύλης.

48 καμπύλη αποδέσμευσης οξυγόνου μυοσφαιρίνης

49 καμπύλη αποδέσμευσης οξυγόνου μυοσφαιρίνης

50 καμπύλη αποδέσμευσης οξυγόνου μυοσφαιρίνης

51 καμπύλη αποδέσμευσης οξυγόνου μυοσφαιρίνης

52 καμπύλη αποδέσμευσης οξυγόνου μυοσφαιρίνης Η προς τα αριστερά μετατόπιση σε σύγκριση με Hb μεγαλύτερη συγγένεια με το Ο 2 Η απότομη κλίση της καμπύλης δείχνει ότι το Ο 2 απελευθερώνεται μόνο σε χαμηλές τιμές του PO 2 (πχ κατά την άσκηση)

53 ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ ΑΠΟ ΙΣΤΟΥΣ ΣΤΟΥΣ ΠΝΕΥΜΟΝΕΣ

54 ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ Το CO 2 μεταφέρεται από τους ιστούς στους πνεύμονες από όπου και αποβάλλεται Η μεταφορά γίνεται με το πλάσμα (διαλυμένο) και τα ερυθρά αιμοσφαίρια (διττανθρακικά HbCO 2 )

55

56 ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ ΑΠΌ ΙΣΤΟΥΣ ΣΕ ΠΝΕΥΜΟΝΕΣ Η μεταφορά του CO 2 με τρείς τρόπους (1)Υπό διαλυμένη μορφή (10%) (2) Με τη μορφή διττανθρακικών (60%) (3) Συνδεδεμένο με Hb και άλλες πρωτείνες (30%)

57 ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ

58 ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ (1) Υπό διαλυμένη μορφή Η διαλυτότητα του διοξειδίου στο αίμα είναι 20 φορές μεγαλύτερη από την αντίστοιχη του οξυγόνου, ώστε επι ίσων πιέσεων των δύο αερίων σε ένα διάλυμα υπάρχει περισσότερο CO 2 παρά O ml CO 2 ανά 100 ml αίματος Αυτή η αντίδραση ευθύνεται για το 10% του διοξειδίου που μεταφέρεται από τους ιστούς στους πνεύμονες

59 ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ (2) με τη μορφή διττανθρακικών Το CO 2 που διαχέεται στο αίμα γρήγορα ενυδατώνεται σε Η 2 CO 3 (ανθρακικό οξύ) λόγω της παρουσίας της καρβονικής ανυδράσης. Το Η 2 CO 3 διασπάται σε Η + και HCO 3 - (διττανθρακικά) και τα Η + ρυθμίζονται αρχικά από την αιμοσφαιρίνη, ενώ τα HCO 3 - εξέρχονται στο πλάσμα. Αυτή η αντίδραση ευθύνεται για το 70% του διοξειδίου που μεταφέρεται από τους ιστούς στους πνεύμονες.

60 ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ (3) σύνδεση με Hb / πρωτείνες CO 2 + Hb = HbCO 2 (καρβαμινοαιμοσφαιρίνη) Η σύνδεση αυτή είναι χαλαρή, έτσι ώστε το PCO 2 να αποδίδεται εύκολα στις κυψελίδες Αυτή η αντίδραση ευθύνεται για το 30% του διοξειδίου που μεταφέρεται από τους ιστούς στους πνεύμονες