O2和CO2在血液中运输的形式有两种,即物理溶解和化学结合。气体主要以化学结合的形式运输,物理溶解的量很少,但它是化学结合或释放的先决条件。进入血液的气体必须首先溶解,然后才能结合;气体释放时也必须从结合状态解离成溶解状态,才能离开血液。
(一)氧的运输
1.物理溶解 O2在血液中溶解的量极少,每升血液中仅溶解3ml,约占血液运输O2总量的1.5%。
2.化学结合 O2与红细胞内的血红蛋白(Hb)结合,形成氧合血红蛋白(HbO2)。它是O2在血液中运输的主要形式,占血液运输O2总量的98.5%。
血红蛋白与O2的结合反应快、可逆、不需酶的参与。血红蛋白与O2的结合和解离主要取决于O2分压。当血液流经O2分压高的肺部时,血红蛋白迅速与O2结合形成大量的HbO2;当血液流经O2分压低的组织时,HbO2迅速解离释放出O2,以供组织细胞利用,成为去氧血红蛋白。可用下式表示。
氧合血红蛋白(HbO2)呈鲜红色,而去氧血红蛋白呈暗红色。当毛细血管血液中的血红蛋白含量达5g/100ml以上时,皮肤、黏膜或甲床等部位可呈现暗紫色,称为发绀。出现发绀常表示机体缺O2,但也有例外。如红细胞增多症患者,可出现发绀而机体不一定缺O2。相反,严重贫血或CO中毒时,机体虽然缺O2却无发绀发生。
(二)二氧化碳的运输
1.物理溶解 CO2在血液中的溶解度比O2大,每升血液中可溶解30ml,约占血液运输CO2总量的5%。
2.化学结合 CO2的化学结合形式有两种,一是碳酸氢盐形式,约占总量的88%;二是氨基甲酸血红蛋白形式,约占总量的7%。
(1)碳酸氢盐:从组织扩散进入血液的CO2首先溶解于血浆,然后大部分扩散入红细胞,红细胞内含有丰富的碳酸酐酶,在碳酸酐酶的催化下,CO2和H2O迅速结合生成H2CO3,H2CO3再解离成H+和3(图5-6)。当红细胞内3的浓度升高时,3极易透过红细胞膜向血浆扩散。3小部分在红细胞内与K+生成KHCO3,大部分在血浆中与Na+生成NaHCO3。因为红细胞膜不允许正离子自由通过,而允许小的负离子通过,所以Cl-便由血浆扩散进入红细胞,以维持细胞内外的电位平衡,这一现象称为Cl-转移。上述反应中产生的H+,大部分与血红蛋白结合而被缓冲。在肺部,以上反应向相反方向进行,CO2释放入肺泡并排出体外。
图5-6 二氧化碳在血液中的运输
(2)氨基甲酸血红蛋白:在红细胞内,一部分CO2与血红蛋白的氨基结合,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,如下式所示。
CO2与血红蛋白的结合较为松散。在外周组织CO2分压较高,反应向右侧进行;在肺泡,CO2分压较低,反应向左侧进行。
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