CHƯƠNG 41: Sự vận chuyển O2 CO2 máu mô kẽ UNIT VII Sau Oxy khuếch tán từ phế nang vào máu phổi, vận chuyển gần hoàn toàn tới mao mạch mô dạng gắn với hemoglobin Sự xuất Hb hồng cầu cho phép máu vận chuyển lượng O2 nhiều 30 đến 100 lần vận chuyển O2 hòa tan máu Trong tế bào mô thể, O2 phản ứng với nhiều chất để tạo CO2 Lượng CO2 vào mao mạch mô vận chuyển ngược trở lại phổi CO2, O2, kết hợp với chất hóa học máu làm tăng vận chuyển CO2lên 15-20 lần Chương trình bày nguyên lí vật lí hóa học chất lượng số lượng O2 CO2 vận chuyển máu mô kẽ VẬN CHUYỂN OXY TỪ PHỔI ĐẾN MÔ Trong chương 40, loại khí di chuyển từ nơi đến nơi khác cách khuếch tán nguyên nhân vận chuyển chênh lệch phân áp từ vị trí vị trí tiếp theo.Như vậy, O2 khuếch tán từ phế nang vào máu mao mạch phổi phân áp O2 (PO2) phế nang lớn PO2 máu mao mạch phổi Trong mô khác thể, PO2 máu mao mạch cao so với mô gây khuếch tán O2 vào tế bào Ngược lại, O2 chuyển hóa tế bào để tạo thành CO2, phân áp CO2 nội bào tăng lên, gây khuếch tán CO2 vào mao mạch mô Sau máu vào phổi, CO2 khuếch tán khỏi máu vào phế nang PCO2 máu mao mạch phổi lớn phế nang Như vậy, việc vận chuyển O2 CO2 máu phụ thuộc vào việc khuếch tán chúng lưu lượng dòng máu Bây xem xét yếu tố chịu trách nhiệm cho tác động SỰ KHUẾCH TÁN OXY TỪ PHẾ NANG VÀO MÁU Ở MAO MẠCH PHỔI Phần Hình 41-1, cho thấy phế nang liền kề với mao mạch phổi, minh họa khuếch tán O2 không khí phế nang máu phổi PO2 trung bình O2 dạng khí phế nang 104 mm Hg, p02 máu tĩnh mạch đổ vào mao mạch phổi phần cuối động mạch mức trung bình 40 mmHg, lượng lớn O2 rời khỏi máu qua mô ngoại vi Vì chênh lệch phân áp oxy ban đầu mà gây khuếch tán O2 vào mao mạch phổi 104 - 40, 64 mmHg Trong đồ thị phần hình vẽ trên, đường cong cho thấy gia tăng nhanh chóng PO2 máu máu qua mao mạch phổi, PO2 máu tăng gần po2 không khí lòng phế nang trước PO2 máu tăng khoảng gấp lần mao mạch, trở thành gần 104 mm Hg Hấp thu oxy vào máu phổi lúc lao động Trong thời gian lao động nặng, thể người yêu cầu nhiều 20 lần lượng oxy bình thường Ngoài ra, tăng cung lượng tim lao động, thời gian mà máu mao mạch phổi giảm xuống thấp nửa bình thường Tuy nhiên, nhờ hệ số an toàn cao cho khuếch tán O2 qua màng hô hấp, máu trở nên gần bão hòa với O2 trước rời khỏi mao mạch phổi Điều giải thích sau: Thứ nhất, chương 40 dung tích O2 hòa tan tăng gần gấp ba lần lao động; Kết chủ yếu tăng diện tích bề mặt mao mạch tham gia vào khuếch tán từ tỷ lệ thông khí-tưới máu nhiều gần lý tưởng phần phổi Thứ hai, lưu ý đường cong Hình 41-1 điều kiện không lao động, máu trở nên gần 527 Phần 7: Hô hấp Hòa trộn máu với shunt phổi Phế nang PO2 = 104 mm Hg 100 110 100 PO2 phế nang 90 80 PO2 (mm Hg) PO2 t r o n g m u ( m m Hg) Mao mạch phổi PO2 = 40 mm Hg PO2 = 104 mm Hg Cuối ĐM Cuối TM Máu TM hệ thống 60 Mao mạch phổi Máu ĐM hệ thống Máu TM Hệ thống Mao mạch hệ thống 40 20 70 60 50 Hình 41-2 Sự thay đổi PO2 máu mao mạch phổi, máu động mạch hệ thống máu hệ thống mao mạch, chứng minh ảnh hưởng hòa trộn máu tĩnh mạch 40 Hình 41-1 Sự hấp thu oxy vào máu mao mạch phổi (Dữ liệu Milhorn HT Jr, Pulley PE Jr: Nghiên cứu trao đổi khí phổi khí tĩnh mạch Biophys J 8:337, 1968.) Mao động mạch PO2 = 95 mm Hg bão hòa với O2 trước qua phần ba mao mạch phổi, O2 khuếch tán thêm vào máu hai phần ba cuối trình vận chuyển Điều có nghĩa là, máu thường nằm mao mạch phổi lâu khoảng ba lần thời gian cần thiết để cung cấp đủ O2 cho thể Do đó, lao động, chí với thời gian ngắn tiếp xúc mao mạch, máu gần đủ lượng oxy VẬN CHUYỂN O2 TRONG MÁU ĐỘNG MẠCH Khoảng 98 phần trăm lượng máu vào tâm nhĩ trái từ phổi vừa qua mao mạch phế nang oxy hóa, PO2 lên đến khoảng 104 mm Hg phần trăm lại máu chảy qua động mạch chủ vào tuần hoàn phổi nguồn cung cấp máu cho mô sâu phổi không tiếp xúc với không khí phổi Lưu lượng máu gọi "dòng shunt ", có nghĩa máu tắt qua vùng trao đổi khí Sau khỏi phổi, PO2 máu shunt xấp xỉ giá trị bình thường hệ thống tĩnh mạch, khoảng 40 mm Hg Khi máu tĩnh mạch phổi gặp máu giàu oxy từ mao mạch phế nang, gọi hòa lẫn máu tĩnh mạch làm cho PO2 máu vào tim trái bơm vào động mạch chủ giảm xuống khoảng 95 mm Hg Những thay đổi PO2 máu điểm khác hệ thống tuần hoàn thể Hình 41-2 SỰ KHUẾCH TÁN CỦA OXY TỪ MAO MẠCH NGOẠI VI VÀO KHOẢNG KẼ Khi mạch máu đến mô ngoại vi, PO2 mao mạch 95 mm Hg.Tuy nhiên thể 528 40 mm Hg 23 mm Hg Mao tĩnh mạch PO2 = 40 mm Hg Hình 41-3 Sự khuếch tán oxy từ mao mạch mô vào tế bào (PO2 khoảng kẽ  40 mm Hg, tế bào 23 mm Hg.) Hình 41-3, PO2 dịch kẽ xung quanh tế bào mô trung bình 40 mm Hg Như vậy, có chênh lệch phân áp ban đầu lớn gây khuếch tán O2 từ máu mao mạch vào mô cách nhanh chóng, PO2 mao mạch giảm nhanh xuống gần với 40 mm Hg – phân áp mô kẽ Do đó, PO2 máu rời khỏi mao mạch mô nhập vào tĩnh mạch toàn thân khoảng 40 mm Hg Tăng lưu lượng dòng máu tăng PO2 dịch kẽ Nếu lưu lượng máu qua mô cụ thể tăng lên, tăng số lượng O2 vận chuyển vào mô PO2 tăng cao tương ứng Hiệu ứng thể Hình 41-4 Lưu ý gia tăng lưu lượng máu đến 400 phần trăm thường tăng PO2 từ 40 mm Hg (tại điểm A hình) đến 66 mm Hg (điểm B) Tuy nhiên, giới hạn mà PO2 tăng lên, chí với lưu lượng máu tối đa, 95 mm Hg, phân áp O2 máu động mạch Ngược lại, lưu lượng máu qua mô giảm, PO2 mô giảm đi, thể điểm C Tăng chuyển hóa mô làm giảm PO2 dịch kẽ Nếu tế bào sử dụng nhiều O2 cho trao đổi chất so với bình thường, PO2 dịch kẽ giảm Hình 41-4 cho thấy hiệu ứng này, cho thấy giảm PO2 dịch kẽ mức tiêu thụ O2 tế bào tăng lên tăng PO2 mức tiêu thụ giảm Chương 41: Sự vận chuyển O2 CO2 máu mô kẽ UNIT VII Tóm lại, PO2 mô cân yếu tố sau: (1) tốc độ máu vận chuyển O2 đến mô (2) tốc độ mô tiêu thụ O2 SỰ KHUẾCH TÁN OXY TỪ CÁC MAO MẠCH NGOẠI VI VÀO CÁC TẾ BÀO Ở MÔ Các tế bào sử dụng oxy Do đó, ngoại vi, PO2 nội bào mô thấp so với PO2 mao mạch Ngoài ra, nhiều trường hợp, có khoảng cách sinh học đáng kể mao mạch tế bào Do đó, bình thường PO2 nội bào dao động từ 5- 40 mm Hg, trung bình 23 mm Hg (đo trực tiếp động vật thí nghiệm) Vì có 1-3 mm Hg phân áp O2 thường dùng để tham gia tất trình chuyển hóa sử dụng oxy tế bào, nên PO2 nội bào mức thấp -23 mm Hg đủ an toàn cho thể SỰ KHUẾCH TÁN CO2 TỪ TẾ BÀO VÀO MAO MẠCH Ở MÔ NGOẠI VI VÀ TỪ MAO MẠCH PHỔI VÀO PHẾ NANG Khi tế bào sử dụng O2, hầu hết tạo PO2, biến đổi làm tăng PCO2 nội bào; PCO2 nội bào tăng cao nên CO2 khuếch tán từ tế bào vào mao mạch sau vận chuyển máu đến phổi Tại phổi, CO2 khuếch tán từ mao mạch phổi vào phế nang thải Như vậy, vị trí chuỗi vận chuyển khí, CO2 khuếch tán theo hướng ngược lại hoàn toàn với khuếch tán O2 Tuy nhiên, có khác biệt lớn khuếch tán CO2 O2: CO2 khuyếch tán nhanh O2 khoảng 20 lần Vì vậy, trường hợp, chênh áp cần thiết để gây khuếch tán CO2 so với chênh áp cần thiết để gây khuếch tán O2 Sau phân áp CO2 vị trí khác nhau: PCO2 nội bào: 46 mm Hg; PCO2 mô kẽ: 45 mm Hg Như vậy, chênh áp mm Hg, thể Hình 41-5 PCO2 máu động mạch vào mô: 40 mm Hg; PCO2 máu tĩnh mạch khỏi mô: 45 mm Hg Thể Hình 41-5, máu mao mạch mô gần đạt đến trạng thái cân với PCO2 khoảng kẽ 45 mm Hg PCO2 vị trí cuối mao động mạch 45 mm Hg vào mao mạch phổi; PCO2 không khí lòng phế nang 40 mm Hg Như vậy, có chênh áp mm Hg cần cho khuếch tán CO2 khỏi mao mạch phổi vào phế nang Hơn nữa, Hình 41-6, PCO2 máu mao mạch phổi giảm xuống 40 mm Hg -gần PCO2 phế nang sau trải qua phần ba quãng đường qua mao mạch Hiệu ứng tương tự quan sát khuếch tán O2 trước đó, ngoại trừ việc khuếch tán O2 theo hướng ngược lại Ảnh hưởng lưu lượng máu chuyển hóa mô tới PCO2 khoảng kẽ Lưu lượng máu mao mạch chuyển hóa mô tác động tới PCO2 theo cách ngược lại với ảnh hưởng tới PO2 mô Hình 41-7 cho thấy ảnh hưởng sau: 529 Phần VII Hô hấp Đồ thị phân ly Oxy- Hemoglobin Sự giảm lưu lượng máu từ bình thường (điểm A) đến phần tư bình thường (điểm B) tăng PCO2 mô ngoại vi so với giá trị bình thường 45 mm Hg đến mức cao 60 mm Hg Ngược lại, mao mạch mô, tăng lưu lượng máu đến sáu lần bình thường (điểm C) giảm PCO2 khoảng kẽ từ giá trị bình thường 45 mm Hg xuống 41 mm Hg, xuống đến mức độ gần với PCO2 máu động mạch (40 mm Hg) Chuyển hóa mô tăng gấp 10 lần làm tăng đáng kể PCO2 dịch kẽ mức lưu lượng máu, giảm trình chuyển hóa phần tư mức bình thường làm cho PCO2 dịch kẽ tụt xuống khoảng 41 mm Hg, gần đạt tới giá trị máu động mạch 40 mm Hg VAI TRÒ CỦA HB TRONG VẬN CHUYỂN OXY Bình thường, khoảng 97 % lượng oxy vận chuyển từ phổi đến mô gắn với hemoglobin hồng cầu Còn lại % vận chuyển dạng hoà tan huyết tương tế bào máu Do đó, điều kiện bình thường, gần toàn oxy vận chuyển đến mô hemoglobin SỰ KẾT HỢP THUẬN NGHỊCH CỦA OXY VÀ HEMOGLOBIN Bản chất hóa học hemoglobin trình bày Chương 33, phân tử O2 gắn lỏng lẻo thuận nghịch với phần heme hemoglobin Khi PO2 cao, mao mạch phổi, O2 gắn với hemoglobin, PO2 thấp, mao mạch mô, O2 giải phóng từ hemoglobin Đây sở cho hầu hết vận chuyển O2 từ phổi đến mô 530 Hình 41-8 thể đồ thị phân ly Oxy-hemoglobin, chứng tỏ tăng dần tỷ lệ hemoglobin gắn với O2 PO2 máu tăng, tỷ lệ gọi độ bão hòa hemoglobin Vì máu rời phổi vào động mạch hệ thống thường có PO2 khoảng 95 mm Hg, nhìn thấy từ đồ thị rằng: điều kiện bình thường, O2 bão hòa động mạch hệ thống trung bình chiếm 97 % Ngược lại, máu tĩnh mạch PO2 lấy từ mô ngoại vi bình thường khoảng 40 mm Hg, độ bão hòa hemoglobin trung bình 75% Lượng oxy tối đa kết hợp với Hemoglobin máu Máu người bình thường chứa khoảng 15 gam hemoglobin 100 ml máu, gam hemoglobin mang tối đa 1,34 ml O2 (1,39 ml hemoglobin dạng hóa học túy, tạp chất như: methemoglobin giảm vận chuyển O2) Vì vậy: 15 nhân với 1,34 20,1 Điều có nghĩa là: trung bình 15 gam hemoglobin 100 ml máu mang tổng cộng khoảng 20 ml O2 độ bão hòa hemoglobin 100% Điều thường thể 20 % thể tích Đồ thị phân ly oxy-hemoglobin cho người bình thường thể qua mức phần trăm thể tích O2, thể thang đo bên phải Hình 41-8, thay phần trăm bão hòa hemoglobin Lượng oxy phân li từ Hemoglobin máu động mạch hệ thống qua mô Bình thường, tổng lượng O2 gắn với hemoglobin máu động mạch hệ thống ( với độ bão hòa 97 %) khoảng 19,4 ml 100 ml máu, thể Hình 41-9 Sau qua mao mạch mô, trung bình lượng O2 bị giảm xuống 14,4 ml (PO2 PO2 40 mm Hg, 75 % hemoglobin bão hòa) Do đó, điều kiện bình thường, khoảng ml O2 vận chuyển từ phổi đến mô 100 mililít máu chảy qua HEMOGLOBIN “HỆ ĐỆM” CHO PO2 Ở MÔ Mặc dù hemoglobin cần thiết cho việc vận chuyển O2 đến mô, thực chức thiết yếu cho sống- chức hệ thống "mô đệm oxy" Đó là: hemoglobin máu chịu trách nhiệm chủ yếu cho việc ổn định PO2 mô Điều giải thích sau Hemoglobin giúp trì PO2 gần ổn định mô Sự vận chuyển oxy tăng cách rõ rệt lao động nặng Khi lao động nặng, tế bào sử dụng O2 với tốc độ nhanh chóng, đó: hoàn cảnh khắc nghiệt, gây PO2 dịch kẽ giảm xuống từ bình thường 40 mm Hg tới mức thấp 15 mm Hg Ở phân áp O2 thấp vậy, có 4,4 ml O2 gắn với hemoglobin 100 ml máu, thể Hình 41-9 Do đó: 19,4 – 4,4; 15 ml, lượng O2 thực cung cấp cho mô 100 mililít máu lưu thông, lượng O2 nhiều gấp ba lần so với lượng O2 bình thường thể tích máu vận chuyển qua mô Hãy nhớ cung lượng tim tăng 6-7 lần bình thường vận động viên marathon đào tạo tốt Do đó, phép tính nhân gia tăng cung lượng tim (gấp - lần) với gia tăng O2 vận chuyển thể tích máu (gấp lần) cho ta gia tăng gấp 20 lần vận chuyển O2 đến mô Chúng ta thấy phần sau chương số yếu tố khác tạo điều kiện thuận lợi cho vận chuyển O2 vào lao động, PO2 mô thường giảm thấp bình thường gắng sức Hệ số sử dụng Tỷ lệ phần trăm máu cung cấp O2 qua mao mạch mô gọi hệ số sử dụng Giá trị bình thường hệ số khoảng 25 % Rõ ràng từ thảo luận trước, 25 % hemoglobin gắn với oxy giải phóng O2 cho mô Trong thời gian gắng sức, hệ số sử dụng toàn thể tăng lên tới 75 - 85 % Tại vùng có lưu lượng máu chảy chậm tỷ lệ trao đổi chất cao, hệ số sử dụng gần 100 % ghi nhận, tất lượng O2 cần thiết đưa đến mô Dưới chuyển hóa bản, mô cần khoảng ml O2 từ 100 mililít máu qua mao mạch mô Đề cập đến đồ thị phân ly O2-hemoglobin Hình 41-9, thấy bình thường để có ml O2 giải phóng cho 100 ml máu chảy qua mô , PO2 phải giảm xuống tới khoảng 40 mm Hg Vì vậy, PO2 mô bình thường vượt lên mức 40 mm Hg Vì vậy, lượng O2 cần thiết mô không giải phóng từ hemoglobin Bằng cách này, hemoglobin thường tạo giới hạn cho PO2 mô khoảng 40 mmHg Ngược lại, gắng sức, lượng O2 cần thêm nhiều 20 lần bình thường phải cung cấp từ hemoglobin cho mô Tuy nhiên, điều đạt mà PO2 gần không giảm nhiều mô vì: (1) sườn dốc đồ thị phân ly (2) gia tăng lưu lượng máu qua mô PO2 giảm dẫn đến giảm sút nhỏ PO2, tạo lượng lớn O2 giải phóng thêm từ hemoglobin vào máu Như vậy, hemoglobin máu tự động cung cấp O2 cho mô phân áp O2 khoảng hẹp từ 15-40 mm Hg Khi nồng độ oxy khí thay đổi cách rõ rệt, hệ đệm Hb trì PO2 gần ổn định máu Bình thường, PO2 phế nang khoảng 104 mm Hg, leo lên núi lên máy bay, PO2 dễ dàng giảm xuống nửa Ngoài ra, người vào khu vực khí nén, chẳng hạn lặn sâu biển phòng áp lực, PO2 tăng lên đến 10 lần mức Mặc dù vậy, mô, PO2 không thay đổi Có thể nhìn thấy từ đồ thị phân ly oxy- hemoglobin Hình 41-8: PO2 phế nang bị giảm xuống mức thấp 60 mm Hg, độ bão hòa hemoglobin động mạch 89 %-chỉ giảm % mức bão hòa bình thường 97 % Hơn nữa, mô phải không dùng đến khoảng ml O2 từ 100 mililít máu qua mô; để loại bỏ O2 này, PO2 máu tĩnh mạch giảm xuống 35 mm Hg - thấp mm Hg so với giá trị bình thường 40 mm Hg Như vậy, PO2 mô không thay đổi, bất chấp sụt giảm đáng kể PO2 phế nang từ 104 xuống 60 mm Hg 531 PhânfVII Hô hấp Ngược lại, PO2 phế nang tăng cao tới 500 mm Hg, độ bão hòa oxy tối đa hemoglobin không vượt lên 100 %- 3% mức bình thường 97 % Chỉ lượng nhỏ O2 hòa tan thêm vào máu, điều thảo luận sau Sau đó, máu qua mao mạch mô lượng lớn O2 cho mô, làm giảm PO2 máu mao mạch xuống giá trị lớn vài ml so với bình thường 40 mm Hg Do phế nang, dù O2 thay đổi đáng kể, từ 60 đến 500 mm Hg, PO2 mô ngoại vi không thay đổi nhiều vài mmHg so với bình thường, điều chứng minh rõ vai trò "đệm oxy" mô hệ thống hemoglobin máu CÁC YẾU TỐ THAY ĐỔI ĐỒ THỊ PHÂN LY OXY- HEMOGLOBIN VAI TRÒ QUAN TRỌNG CỦA CHÚNG TỚI SỰ VẬN CHUYỂN OXY Đồ thị phân ly oxy- hemoglobin Hình 41-8 41-9 điều kiện thể máu bình thường Tuy nhiên, số yếu tố chuyển dịch đồ thị phân ly theo hướng khác thể Hình 41-10 Hình cho thấy máu trở nên có tính axit, pH giảm giá trị bình thường từ 7,4 xuống tới 7,2; đồ thị phân ly Oxy- hemoglobin chuyển sang phải trung bình khoảng 15 % Ngược lại, gia tăng pH từ bình thường 7,4 lên tới7,6 đường cong chuyển sang trái lượng tương tự Ngoài thay đổi pH, số yếu tố khác biết chuyển dịch đồ thị Ba số này, tất chuyển hướng đồ thị sang phải, (1) nồng độ CO2 tăng, (2) nhiệt độ máu tăng lên, (3) tăng 2,3biphosphoglycerate (BPG)- hợp chất phosphate quan trọng cho chuyển hóa, xuất máu nồng độ khác điều kiện chuyển hóa khác TĂNG VẬN CHUYỂN OXY TỚI MÔ KHI CO2 VÀ ION TĂNG LÀM THAY ĐỔI ĐỒ THỊ PHÂN LY OXY- HEMOGLOBIN - HIỆU ỨNG BOHR Sự chuyển dịch sang phải đồ thị phân ly Oxyhemoglobin đáp ứng với gia tăng CO2 máu ion có tác động đáng kể làm tăng cường việc giải phóng O2 từ máu vào mô tăng cường gắn oxy vào hemoglobin phổi Đây gọi hiệu ứng Bohr, giải thích sau: Khi máu qua mô, CO2 khuếch tán từ tế bào mô vào máu, khuếch tán làm tăng PCO2 máu, làm tăng H2CO3 máu (axit cacbonic) nồng độ ion Hiệu ứng làm chuyển dịch đồ thị phân ly oxy- hemoglobin sang bên phải xuống, thể Hình 41-10, buộc O2 phải khỏi hemoglobin tăng lượng O2 vận chuyển tới mô Những hiệu ứng ngược lại hoàn toàn xảy phổi, nơi CO2 khuếch tán từ máu vào phế nang Sự khuếch tán làm giảm PCO2 máu làm giảm nồng độ ion làm chuyển hướng đồ thị phân ly oxy- hemoglobin sang bên trái lên Do đó, số lượng O2 gắn với hemoglobin phân áp oxy phế nang tăng lên cách đáng kể, cho phép lượng lớn O2 vận chuyển tới mô ẢNH HƯỞNG CỦA BPG ĐẾN SỰ THAY ĐỔI ĐỒ THỊ PHÂN LY OXY-HEMOGLOBIN Bình thường, BPG máu làm đường cong phân ly O2-hemoglobin dịch chuyển nhẹ sang phải thời điểm Trong điều kiện thiếu oxy kéo dài vài giờ, lượng BPG máu tăng lên đáng kể, chuyển dịch đồ thị phân ly sang phải cách đáng kể bình thường Sự thay đổi dẫn đến O2 giải phóng đến mô nhiều 10mmHg, phân áp oxy mô cao trường hợp tăng BPG Do đó, số trạng thái định, chế BPG quan trọng thích nghi với tình trạng thiếu oxy, đặc biệt tình trạng thiếu oxy lưu lượng máu qua mô thấp ĐỒ THỊ PHÂN LY OXY-HEMOGLOBIN CHUYẾN DỊCH SANG BÊN PHẢI KHI LAO ĐỘNG NẶNG Trong lao động, số yếu tố chuyển dịch đồ thị phân ly sang phải cách đáng kể Do cung cấp thêm O2 cho hoạt động, co Các co giải phóng lượng lớn khí CO2; lượng CO2 số axit khác bị giải phóng co làm tăng nồng độ ion máu mao mạch Ngoài ra, nhiệt độ thường tăng 2°C - 3°C tăng lượng O2 vận chuyển tới nhiều Tất yếu tố tạo chuyển dịch đồ thị phân li oxyhemoglobin sang phải cách đáng kể Sự chuyển dịch sang phải đồ thị giúp cho O2 giải phóng từ hemoglobin vào mức cao 40mmHg, chí có 70 % O2 giải phóng khỏi hemoglobin Sau đó, phổi, thay đổi xảy theo hướng ngược lại, cho phép lấy thêm nhiều O2 từ phế nang CHUYỂN HÓA SỬ DỤNG OXY CỦA TẾ BÀO Ảnh hưởng PO2 nội bào lên tốc độ sử dụng oxy Chỉ cần lượng nhỏ oxy cho phản ứng hóa học tế bào diễn bình thường Lý cho tượng nhờ hệ thống enzym hô hấp tế bào, enzyme thảo luận Chương 68, chúng dùng để PO2 tế bào lớn mm Hg, lượng O2 sẵn có không yếu tố ức chế tốc độ phản ứng hóa học, thay vào đó, yếu tố ức chế nồng độ adenosine diphosphate (ADP) nội bào Hiệu ứng thể Hình 41-11, cho thấy mối quan hệ PO2 nội bào tốc độ sử dụng O2 nồng độ ADP khác Có thể thấy PO2 nội bào mm Hg, tốc độ sử dụng O2 không thay đổi với nồng độ ADP nội bào Ngược lại, nồng độ ADP bị thay đổi, tốc độ sử dụng O2 thay đổi tương ứng với thay đổi nồng độ ADP Như giải thích Chương 3, adenosine triphos-phate (ATP) sử dụng tế bào để cung cấp lượng, chuyển đổi thành ADP Càng tăng nồng độ ADP làm tăng chuyển hóa sử dụng O2 (vì kết hợp với chất dinh dưỡng tế bào khác nhau) tăng giải phóng lượng nhờ chuyển đổi ADP thành ATP Trong điều kiện hoạt động bình thường, yếu tố cuối ảnh hưởng đến tốc độ sử dụng O2 tốc độ tiêu tốn lượng tế bào, tốc độ mà ADP tạo thành từ ATP which ADP is formed from ATP đến tế bào trở nên thấp mà PO2 nội bào giảm xuống mức cần thiết để trì trao đổi chất tế bào Do đó, trạng thái này, tế bào bị khuếch tán giới hạn mức sử dụng oxy không xác định số lượng ADP nội bào Tuy nhiên, trường hợp không xảy ra, ngoại trừ tình trạng bệnh lý Ảnh hưởng lưu lượng máu lên sử dụng oxy cho chuyển hóa Tổng lượng O2 có sẵn phút để sử dụng mô xác định (1)lượng O2 vận chuyển đến mô 100 mililít máu (2) tốc độ dòng máu Nếu tốc độ chảy máu giảm xuống không, số lượng O2 sử dụng giảm xuống không Như vậy, có trường hợp tốc độ máu chảy qua mô thấp mà PO2 mô giảm xuống mm Hg- mức cần thiết cho chuyển hóa tế bào Dưới tình trạng này, tốc độ sử dụng O2 mô lưu lượng máu giới hạn Cả tình trạng hạn chế khuếch tán tình trạng hạn chế lưu lượng máu kéo dài tế bào nhận O2 mức cần để trì sống cho tế bào Tuy nhiên, người hít O2 mức PO2 phế nang cao, lượng O2 vận chuyển trạng thái hoà tan lớn nhiều, tình trạng O2 vượt mức giới hạn bình thường xuất mô, "ngộ độc O2" xảy sau Ảnh hưởng lưu lượng máu lên sử dụng oxy cho chuyển hóa Tổng lượng O2 có sẵn phút để sử dụng mô xác định (1)lượng O2 vận chuyển đến mô 100 mililít máu (2) tốc độ dòng máu Nếu tốc độ chảy máu giảm xuống không, số lượng O2 sử dụng giảm xuống không Như vậy, có trường hợp tốc độ máu chảy qua mô thấp mà PO2 mô giảm xuống mm Hg- mức cần thiết cho chuyển hóa tế bào Dưới tình trạng này, tốc độ sử dụng O2 mô lưu lượng máu giới hạn Cả tình trạng hạn chế khuếch tán tình trạng hạn chế lưu lượng máu kéo dài tế bào nhận O2 mức cần để trì sống cho tế bào Sự vận chuyển O2 dạng hòa tan Ảnh hưởng khoảng cách khuếch tán từ mao mạch tới tế bào việc sử dụng oxy Các tế bào mô có khoảng cách xa 50 micromet tới mao mạch, bình thường O2 khuyếch tán dễ dàng từ mao mạch tới tế bào đủ cho chuyển hóa Tuy nhiên, thỉnh thoảng, tế bào nằm xa mao mạch bình thường, tỷ lệ O2 khuếch tán Bình thường, PO2 động mạch 95 mm Hg, khoảng 0,29 ml O2 hòa tan 100 ml máu, PO2 máu giảm xuống 40 mm Hg – giá trị bình thường mao mạch mô, trì 0,12 ml O2 hòa tan Nói cách khác, 100 mililít máu động mạch lưu thông thường vận chuyển 0,17 ml oxy dạng hoà tan vào mô Con số so sánh với gần ml O2 vận chuyển hemoglobin hồng cầu Vì vậy, lượng O2 vận chuyển đến mô trạng thái hoà tan thường ít, khoảng % tổng số dạng vận chuyển, 97% vận chuyển hemoglobin Trong lao động nặng, hemoglobin giải phóng O2 đến mô tăng gấp ba lần, lượng O2 tương ứng vận chuyển trạng thái hoà tan giảm xuống 1,5 % Tình trạng thường dẫn đến rối loạn ý thức chí tử vong, điều thảo luận Chương 45 liên quan với việc thở không khí có phân áp oxy cao số thợ lặn biển sâu Carbon Monoxide chỗ oxy gắn vào Hemoglobin Carbon monoxide (CO) kết hợp với hemoglobin vị trí phân tử hemoglobin giống O2; thay O2 để gắn với hemoglobin, qua làm giảm khả vận chuyển O2 máu Hơn nữa, liên kết chặt O2 khoảng 250 lần, điều chứng minh đồ thị phân ly COhemoglobin Hình 41-12 Đồ thị gần giống hệt với đồ thị phân ly Oxy-hemoglobin, ngoại trừ phân áp CO, hiển thị trục hoành, 1/250 phân áp oxy đồ thị phân ly oxy-hemoglobin Hình 41-8 Do đó, với phân áp CO 0,4 mm Hg phế nang- 1/250 phân áp O2 bình thường phế nang (100 mmHg PO2) cho phép CO cạnh tranh bình đẳng với O2 việc gắn với hemoglobin dẫn đến nửa hemoglobin máu bị gắn với CO thay phải gắn với O2 Do đó, phân áp CO 0,6 mm Hg (nồng độ thể tích phần nghìn không khí) gây chết người Mặc dù thể tích O2 máu giảm đáng kể ngộ độc CO, PO2 máu bình thường Tình trạng làm cho việc ngộ độc CO đặc biệt nguy hiểm máu có màu đỏ tươi dấu hiệu rõ ràng thiếu oxy máu, chẳng hạn xanh ngón tay môi (chứng xanh tím) Ngoài ra, PO2 không giảm, chế feedback thông thường nhằm kích thích tăng tần số hô hấp để đáp ứng với thiếu O2 (thường phản ánh PO2 thấp) không xảy Vì não quan bị ảnh hưởngbởi tình trạng thiếu oxy, người bệnh trở nên phương hướng bất tỉnh trước nhận nguy hiểm Một bệnh nhân bị ngộ độc CO nặng điều trị cách dùng O2 nguyên chất phân áp O2 cao phế nang thay nhanh chóng nhờ kết hợp với hemoglobin Cũng có ích cho bệnh nhân cho ngửi CO2 5% kích thích mạnh mẽ trung tâm hô hấp, làm tăng thông khí phổi dẫn tới làm giảm CO phế nang Với O2 cao áp liệu pháp CO2, CO gỡ bỏ khỏi máu nhanh 10 lần so với không điều trị VẬN CHUYỂN CARBON DIOXIDE TRONG MÁU Sự vận chuyển CO2 máu thường không phức tạp vận chuyển O2 điều kiện bất thường nhất, CO2 vận chuyển với số lượng lớn nhiều so với O2 Tuy nhiên, lượng lớn CO2 có vai trò tạo nên cân axit-bazơ chất dịch thể, điều thảo luận Chương 31 Dưới điều kiện bình thường nghỉ ngơi, 100 ml máu trung bình có 4ml CO2 vận chuyển từ mô tới phổi CÁC DẠNG VẬN CHUYỂN CO2 Để bắt đầu trình vận chuyển CO2, CO2 khuếch tán khỏi tế bào mô dạng phân tử CO2 hòa tan Khi vào mao mạch mô, lập tức, CO2 khởi động lượng lớn phản ứng hóa học vật lí, thể Hình 41-13, phản ứng cần thiết cho vận chuyển CO2 Vận chuyển CO2 dạng hòa tan Một phần nhỏ CO2 vận chuyển dạng hoà tan đến phổi Nhớ lại PCO2 máu tĩnh mạch 45 mm Hg máu động mạch 40 mm Hg Lượng CO2 hòa tan máu phân áp 45 mm Hg khoảng 2,7 ml/dl (2,7% thể tích) Lượng hòa tan phân áp 40 mm Hg khoảng 2,4 ml, hay khác biệt 0,3 ml Do đó, có khoảng 0,3 ml CO2 vận chuyển dạng hòa tan 100 ml máu chảy Nó chiếm khoảng % lượng CO2 vận chuyển Chương 41: Vận chuyển o2 co2 máu mô kẽ Vận chuyển CO2 dạng ion Bicarbonate( HCO3-) Phản ứng Dioxide Carbon bên hồng cầu.-Tác động Carbonic Anhydrase Lượng CO2 vận chuyển từ mô ngoại vi đến phổi nhờ carbamino gắn với hemoglobin protein CO2 không hòa tan máu phản ứng với nước để tạo thành acid carbonic Phản ứng xảy chậm, bên hồng cầu có enzyme đóng vai trò quan trọng carbonic anhydrase xúc tác cho phản ứng CO2 nước hồng cầu làm tăng tốc tốc độ phản ứng lên khoảng 5000 lần Do đó, thay cần thời gian dài để xảy phản ứng huyết tương, phản ứng xảy nhanh hồng cầu đạt trạng thái cân gần hoàn toàn khoảng thời gian ngắn Hiện tượng cho phép lượng lớn CO2 phản ứng bên hồng cầu, trước máu qua mao mạch mô Sự phân ly acid carbonic thành ion Bicarbonate ion Trong giây lát, acid carbonic (H2CO3) tạo hồng cầu phân ly thành ion ion Hầu hết lượng ion kết hợp với hemoglobin hồng cầu hemoglobin hệ đệm acid- base mạnh Đổi lại, khuếch tán từ hồng cầu vào huyết tương, ion clorua khuếch tán từ huyết tương vào hồng cầu để chỗ Sự khuếch tán thực có mặt loại protein mang bicarbonate-chloride đặc biệt màng hồng cầu, mà nhờ trao đổi qua lại ion theo hướng ngược vận chuyển cách nhanh chóng Như vậy, di chuyển ion chloride hồng cầu máu tĩnh mạch lớn động mạch, tượng gọi di chuyển ion chloride Dạng thuận nghịch CO2 bên hồng cầu tác động enzyme anhydrase carbonic chiếm khoảng 70 % lượng CO2 vận chuyển từ mô đến phổi Do dạng vận chuyển CO2 quan trọng Thật vậy, ức chế anhydrase thực động vật để ngăn chặn phản ứng anhydrase carbonic hồng cầu, vận chuyển CO2 từ mô trở nên mà PCO2 mô tăng lên đến 80 mm Hg thay mức bình thường 45 mm Hg Sự vận chuyển CO2 dạng kết hợp với hemoglobin protein huyết tương Carbaminohemoglobin Ngoài phản ứng với nước, CO2 phản ứng trực tiếp với gốc amin phân tử hemoglobin để tạo thành hợp chất carbaminohemoglobin (CO2Hgb) Sự kết hợp CO2 hemoglobin phản ứng thuận nghịch xảy với gắn kết lỏng lẻo, CO2 dễ dàng giải phóng vào phế nang, nơi PCO2 thấp so với mao mạch phổi Một lượng nhỏ CO2 phản ứng theo cách tương tự với protein huyết tương mao mạch mô Phản ứng thực ý nghĩa việc vận chuyển CO2 số lượng protein máu phần tư số lượng hemoglobin huyết tương chiếm khoảng 30 % tổng số lượng CO2 vận chuyển-thông thường khoảng 1,5 ml CO2 100 ml máu Tuy nhiên, phản ứng chậm nhiều so với phản ứng CO2 bên hồng cầu nên thực nghi ngờ điều kiện bình thường chế carbamino vận chuyển 20 % tổng số CO2 ĐỒ THỊ PHÂN LY CARBON DIOXIDE Đường cong thể Hình 41-14 gọi đồ thị phân ly carbon-dioxide (CO2) -mô tả phụ thuộc tổng lượng CO2 máu tất dạng vận chuyển vào PCO2 Lưu ý giới hạn PCO2 máu bình thường dao động phạm vi hẹp, 40 mm Hg máu động mạch 45 mm Hg máu tĩnh mạch Cũng lưu ý bình thường nồng độ CO2 máu tất dạng khác chiếm khoảng 50% thể tích, có 4% trao đổi trình vận chuyển bình thường CO2 từ mô đến phổi Do nồng độ CO2 tăng lên đến khoảng 52 % thể tích máu qua mô giảm xuống khoảng 48% thể tích qua phổi KHI OXY GẮN VỚI HEMOGLOBIN, CARBON DIOXIDE ĐƯỢC GIẢI PHÓNG (HIỆU ỨNG HALDANE) LÀM TĂNG SỰ VẬN CHUYỂN CO2 Ở chương trước, gia tăng CO2 máu gây giải phóng O2 từ hemoglobin (hiệu ứng Bohr), yếu tố quan trọng việc tăng vận chuyển O2 Điều ngược lại đúng: việc O2 gắn với hemoglobin có xu hướng chỗ CO2 máu Thật vậy, hiệu ứng này, gọi hiệu ứng Haldane, vai trò quan trọng việc thúc đẩy vận chuyển CO2 nhiều so với hiệu ứng Bohr việc thúc đẩy vận chuyển O2 Phần VII Hô hấp Thay đổi tính acid máu trình vận chuyển CO2 Axit carbonic hình thành CO2 vào máu mô ngoại biên làm giảm pH máu Tuy nhiên, phản ứng axit với hệ đệm acid-base máu ngăn nồng độ tăng cao (pH giảm nhiều) Bình thường, máu động mạch có pH khoảng 7, 41, máu nhận CO2 từ mao mạch mô, pH máu giảm xuống đến giá trị máu tĩnh mạch khoảng 7.37 Nói cách khác, thay đổi pH 0, 04 đơn vị diễn Điều ngược lại xảy CO2 giải phóng từ máu vào phổi, với độ pH tăng lên đến giá trị máu động mạch 7, 41 Trong lao động nặng điều kiện khác cần hoạt động trao đổi chất cao, tốc độ máu chảy qua mô chậm, việc giảm pH máu mô (và mô) có thể nhiều 0,5, khoảng 12 lần bình thường, gây nhiễm toan nặng mô TỶ LỆ TRAO ĐỔI HÔ HẤP( THƯƠNG SỐ HÔ HẤP) Kết hiệu ứng Haldane từ thực tế đơn giản là: kết hợp O2 với hemoglobin phổi dẫn đến hemoglobin để trở thành axit mạnh đẩy CO2 khỏi máu vào phế nang theo hai cách Đầu tiên, hemoglobin có tính acid cao nên có khuynh hướng kết hợp với CO2 để tạo thành carbaminohemoglobin, đẩy CO2 dạng carbamin khỏi máu Thứ hai, hemoglobin tăng tính axit gây dư thừa ion mức, ion liên kết với để tạo thành axit cacbonic, sau phân ly thành nước CO2 CO2 giải phóng từ máu vào phế nang, cuối không khí Hình 41-15 cho thấy ảnh hưởng đáng kể hiệu ứng Haldane lên vận chuyển CO2 từ mô đến phổi Đồ thị cho thấy phần đồ thị phân ly CO2: (1) PO2 =100 mm Hg mao mạch máu phổi, (2) PO2 = 40 mmHg mao mạch mô Điểm A cho thấy PCO2 = 45 mmHg mô bình thường chiếm 52 % thể tích CO2 máu Ngay sau vào phổi, PCO2 giảm xuống 40 mm Hg PO2 tăng lên đến 100 mm Hg Nếu đường cong CO2 phân ly không thay đổi hiệu ứng Haldane, thể tích CO2 máu giảm xuống 50 % thể tích, điều làm tổn thất 2% thể tích CO2 Tuy nhiên, gia tăng PO2 phổi làm giảm đường cong phân ly CO2 từ đường cong phía cao xuống đường cong phía thấp hình, thể tích CO2 giảm đến 48 % thể tích (điểm B) Điều thể có thêm % thể tích co2 Như vậy, hiệu ứng Haldane làm tăng khoảng gấp đôi lượng CO2 giải phóng từ máu vào phổi khoảng gấp đôi vận chuyển CO2 mô Bình thường vận chuyển thường xuyên O2 từ phổi đến mô 100 ml máu khoảng ml, vận chuyển CO2 từ mô đến phổi khoảng ml Do đó, điều kiện nghỉ bình thường, có khoảng 82 % lượng CO2 giải phóng phổi O2 nhận vào từ phổi Tỷ lệ lượng CO2 thải O2 nhận vào gọi tỷ lệ trao đổi hô hấp (R) R= Giá trị R thay đổi điều kiện chuyển hóa khác Khi người sử dụng Carbohydrate cho chuyển hóa thể, R tăng lên đến 1,00 Ngược lại, người sử dụng chất béo cho chuyển hóa lượng, R giảm xuống mức thấp 0.7 Lý cho khác biệt O2 chuyển hóa với carbohydrate, phân tử CO2 hình thành cho phân tử O2 bị tiêu thụ; O2 phản ứng với chất béo, phần lớn O2 kết hợp với nguyên tử H+ từ chất béo để tạo thành H2O thay CO2 Nói cách khác, chất béo chuyển hóa, thương số hô hấp phản ứng hóa học mô khoảng 0.70 thay 1.00 (Các thương số mô hô hấp thảo luận Chương 72.) Đối với người với chế độ ăn uống bình thường tiêu thụ lượng trung bình carbohydrate, chất béo protein, giá trị trung bình R coi 0,825 536 ... ứng này, cho thấy giảm PO2 dịch kẽ mức tiêu thụ O2 tế bào tăng lên tăng PO2 mức tiêu thụ giảm Chương 41: Sự vận chuyển O2 CO2 máu mô kẽ UNIT VII Tóm lại, PO2 mô cân yếu tố sau: (1) tốc độ máu... hemoglobin SỰ KẾT HỢP THUẬN NGHỊCH CỦA OXY VÀ HEMOGLOBIN Bản chất hóa học hemoglobin trình bày Chương 33, phân tử O2 gắn lỏng lẻo thuận nghịch với phần heme hemoglobin Khi PO2 cao, mao mạch phổi,... chuyển thể tích máu (gấp lần) cho ta gia tăng gấp 20 lần vận chuyển O2 đến mô Chúng ta thấy phần sau chương số yếu tố khác tạo điều kiện thuận lợi cho vận chuyển O2 vào lao động, PO2 mô thường giảm