氧離解曲線 CO2離解曲線

1、 氧離解曲線 CO2離解曲線從肺泡擴(kuò)散入血液的O2必須通過(guò)血液循環(huán)運(yùn)送到各組織，從組織散入血液的CO2的也必須由血液循環(huán)運(yùn)送到肺泡。下述O2和CO2在血液中運(yùn)輸?shù)臋C(jī)制。 一、氧和二氧化碳在血液中存在的形式O2和CO2的都以兩種形式存在于血液：物理溶解的和化學(xué)結(jié)合的。氣體在溶液中溶解的量與分壓和溶解度成正比，和溫度成反比。溫度38時(shí)，1個(gè)大氣壓（760Hg,101.08kPa）的 O2和 CO2和在100ml血液中溶解的量分別是2.36ml和48ml。按此計(jì)算，靜脈血 PCO2和為6.12kPa(46mmHg)，則每100ml血液含溶解的CO2為（486.12）/101.08=2.9ml；動(dòng)脈血

2、PO2為13.3kPa(100mmHg),每100ml血液含溶解的O2為（2.3613.3）/101.08=0.31ml?？墒?，血液中實(shí)際的O2和O2為CO2含量比這數(shù)字大得多（表5-4），以溶解形式存在的O2、CO2比例極少，顯然單靠溶解形式來(lái)運(yùn)輸O2、CO2不能適應(yīng)機(jī)體代謝的需要。例如，安靜狀態(tài)下人體耗O2量約為250ml/min，如只靠物理溶解的O2來(lái)提供，則需大大提高心輸出量或提高肺泡內(nèi)的PO2，這對(duì)機(jī)體極其不利，所幸在進(jìn)化過(guò)程中形成了O2、CO2為極為有效地化學(xué)結(jié)合的運(yùn)輸形式，大大減輕了對(duì)心臟和呼吸器官的苛求。表5-4 血液O2和CO2的含量（ml/100ml 血液）物理溶解的動(dòng)脈血

3、化學(xué)結(jié)合的合計(jì)物理溶解的混合靜脈血化學(xué)結(jié)合的合計(jì)O2CO2雖然溶解形式的O2、CO2很少，但也很重要。因?yàn)樵诜位蚪M織進(jìn)行氣體交換時(shí)，進(jìn)入血液的O2、CO2都是先溶解，提高分壓，再出現(xiàn)化學(xué)結(jié)合；O2、CO2從血液釋放時(shí)，也是溶解的先逸出，分壓下降，結(jié)合的再分離出現(xiàn)補(bǔ)充所失去的溶解的氣體。溶解的和化學(xué)結(jié)合的兩者之間處于動(dòng)態(tài)平衡。二、氧的運(yùn)輸血液中的O2以溶解的和結(jié)合的兩種形式存在。溶解的量極少，僅占血液總O2含量的約1.5%，結(jié)合的占 98.5%左右。O2的結(jié)合形式是氧合血紅蛋白（HbO2）。血紅蛋白（hemoglobin,Hb）是紅細(xì)胞內(nèi)的色蛋白，它的分子結(jié)構(gòu)特征使之成為極好的運(yùn)O2工具。Hb還

4、參與CO2的運(yùn)輸，所以在血液氣體運(yùn)輸方面Hb占極為重要的地位。（一）Hb分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介每1Hb分子由1個(gè)珠蛋白和4個(gè)血紅素（又稱亞鐵原卟啉）組成（圖5-12）。每個(gè)血紅素又由4個(gè)吡咯基組成一個(gè)環(huán)，中心為一鐵原子。每個(gè)珠蛋白有4條多肽鏈，每條多肽鏈與1個(gè)血紅至少連接構(gòu)成Hb的單體或亞單位。Hb是由4個(gè)單體構(gòu)成的四聚體。不同Hb分子的珠蛋白的多肽鏈的組成不同。成年人Hb（HbA）的多肽鏈?zhǔn)?條鏈和2條鏈，為22結(jié)構(gòu)。胎兒Hb（HbF）是2條鏈和2條鏈，為22結(jié)構(gòu)。出生后不久HbF即為HbFA所取代。多肽鏈中氨基酸的排列順序已經(jīng)清楚。每條鏈含141個(gè)氨基酸殘基，每條鏈含146個(gè)氨在酸殘基。血紅素的Fe

5、2+均連接在多肽鏈的組氨基酸殘基上，這個(gè)組氨酸殘基若被其它氨基酸取代，或其鄰近的氨基酸有所改變，都會(huì)影響Hb的功能?？梢?jiàn)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能密切相關(guān)。Hb的4個(gè)單位之間和亞單位內(nèi)部由鹽鍵連接。Hb與O2的結(jié)合或解離將影響鹽鍵的形成或斷裂，使Hb四級(jí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)型發(fā)生改變，Hb與O2的親和力也隨之而變，這是Hb氧離曲線呈S形和波爾效應(yīng)的基礎(chǔ)（見(jiàn)下文）。圖5-12 血紅蛋白組成示意圖（二）Hb與O2結(jié)合的特征血液中的O2主要以氧合Hb（HbO2）形式運(yùn)輸。O2與Hb的結(jié)合有以下一些重要特征：1反應(yīng)快、可逆、不需酶的催化、受PO2的影響。當(dāng)血液流經(jīng)PO2高的肺部時(shí)，Hb與 O2結(jié)合，形成HbO2；當(dāng)血液流經(jīng)

6、PO2低的組織時(shí)，HbO2迅速解離，釋放O2，成為去氧Hb：2Fe2+與O2結(jié)合后仍是二價(jià)鐵，所以該反應(yīng)是氧合（oxygenation），不是氧化（oxidation）。31分子Hb可以結(jié)合4分子O22，視Hb純度而異。100ml血液中，Hb所能結(jié)合的最大O2量稱為Hb的氧容量。此值受Hb濃度的影響；而實(shí)際結(jié)合的O2量稱為Hb的氧含量，其值可受PO2的影響。Hb氧含量和氧容量的百分比為Hb氧飽和度。例如，Hb濃度在15g/100ml血液時(shí)，Hb的氧容量=151.34=Hb 20.1ml/100ml血液，如Hb的氧含量是20.1ml，則Hb氧飽和度是100%。如果Hb氧含量實(shí)際是15ml，則Hb

7、氧飽和度=15/20100%=75%。通常情況下，溶解的O2極少，故可忽略不計(jì)，因此，Hb氧容量，Hb氧含量和Hb氧飽和度可分別視為血氧容量（osygen capacity）、血氧含量（oxygen content）和血氧飽和度（oxygen saturatino）。HbO2呈鮮紅色，去氧Hb呈紫藍(lán)色，當(dāng)體表表淺毛細(xì)血管床血液中去氧Hb 含量達(dá)5g/100ml血液以上時(shí)，皮膚、粘膜呈淺藍(lán)色，稱為紫紺。4Hb與O2的結(jié)合或解離曲線呈S形，與Hb的變構(gòu)效應(yīng)有關(guān)。當(dāng)前認(rèn)為Hb有兩種構(gòu)型：去氧Hb為緊密型（tense form,T型），氧合Hb為疏松型（relaxed form,R型）。當(dāng)O2與Hb的

8、Fe2+結(jié)合后，鹽鍵逐步斷裂，Hb 分子逐步由T型變?yōu)镽型，對(duì)O2的親和力逐步增加，R型的O2親和力為T型的數(shù)百倍。也就是說(shuō)，Hb 的4個(gè)亞單位無(wú)論在結(jié)合O2或釋放O2時(shí)，彼此間有協(xié)同效應(yīng)，即1個(gè)亞單位與O2結(jié)合后，由于變構(gòu)效應(yīng)的結(jié)果，其它亞單位更易與O2結(jié)合；反之，當(dāng)HbO2的1個(gè)亞單位釋出O2后，其它亞單位更易釋放O2。因此，Hb氧離曲線呈S形。（三）氧離曲線氧離曲線（oxygen dissociation curve）或氧合血紅蛋白解離曲線是表示PO2與Hb 氧結(jié)合量或Hb氧飽和度關(guān)系的曲線（圖5-13）。該曲線既表示不同PO2時(shí)，O2與Hb 的結(jié)合情況。上面已經(jīng)提到的曲線呈S形，是Hb

9、變構(gòu)效應(yīng)所致。同時(shí)曲線的S形還有重要的生理意義，下面分析氧離曲線各段的特點(diǎn)及其功能意義。圖5-13 氧離曲線（實(shí)線，在Ph7.4,PCO2 40mmHg,溫度37時(shí)測(cè)定的）同時(shí)示溶解的O2和在Hb濃度為15g/100ml血液時(shí)的總血O2含量（1mmHg=0.133kPa）1氧離曲線的上段 相當(dāng)于PO27.98-13.3kPa(60-100mmHg)，即PO2較高的水平，可以認(rèn)為是Hb與O2結(jié)合的部分。這段曲線較平坦，表明PO2的變化對(duì)Hb氧飽和度影響不大。例如PO2為13.3kPa(100mmHg)時(shí)（相當(dāng)于動(dòng)脈血PO2），Hb氧飽和度為97.4%，血O2含量約為19.4ml%；如將吸入氣PO

10、2提高到19.95kPa(150mmHg)，Hb氧飽和度為100%，只增加了2.6% ,這就解釋了為何VA/Q不匹配時(shí)，肺泡通氣量的增加幾乎無(wú)助于O2的攝??；反之，如使PO2下降到9.31kPa(70mmHg)，Hb氧飽和度為94%，也不過(guò)只降低了3.4%。因此，即使吸入氣或肺泡氣PO2有所下降，如在高原、高空或某些呼吸系統(tǒng)疾病時(shí)，但只要PO2不低于7.98kPa(60mmHg)，Hb氧飽和度仍能保持在90%以上，血液仍可攜帶足夠量的O2，不致發(fā)生明顯的低血氧癥。2氧離曲線的中段 該段曲線較陡，相當(dāng)于PO25.32-7.98kPa(40-60mmHg)，是HbO2釋放O2的部分。PO25.32

11、kPa(40mmHg)，相當(dāng)于混合靜脈血的PO2，此時(shí)Hb氧飽和度約為75%，血O2含量約14.4ml%，也即是每100ml血液流過(guò)組織時(shí)釋放了5mlO2。血液流經(jīng)組織液時(shí)釋放出的O2容積所占動(dòng)脈血O2含量的百分?jǐn)?shù)稱為O2的利用系數(shù)，安靜時(shí)為25%左右。以心輸出量5L計(jì)算，安靜狀態(tài)下人體每分耗O2量約為250ml。3氧離曲線的下段 相當(dāng)于PO22-5,32kPa(15-40mmHg)，也是H bO2與O2解離的部分，是曲線坡度最陡的一段，意即PO2稍降，HbO2就可大大下降。在組織活動(dòng)加強(qiáng)時(shí)，PO2可降至2kPa(15mmHg)，HbO2進(jìn)一步解離，Hb氧飽和度降至更低的水平，血氧含量?jī)H約4.

12、4ml%，這樣每100ml血液能供給組織15mlO2，O2的利用系數(shù)提高到75%，是安靜時(shí)的3倍?？梢?jiàn)該段曲線代表O2貯備。（四）影響氧離曲線的因素Hb與O2的結(jié)合和解離可受多種因素影響，使氧離曲線的位置偏移，亦即使Hb對(duì)O2的親和力發(fā)生變化。通常用P50表示Hb對(duì)O2的親和力。P50是使Hb氧飽和度達(dá)50%時(shí)的PO2，正常為3.52 kPa(26.5mmHg)。P50增大，表明Hb對(duì)O2的親和力降低，需更高的PO2才能達(dá)到50%的Hb氧飽和度，曲線右移；P50降低，指示Hb對(duì)O2的親和力增加，達(dá)50%Hb氧飽和度所需的PO2降低，曲線左移。影響Hb與O2親和力或P50的因素有血液的Ph、PC

13、O2、溫度和有機(jī)磷化物（圖5-14）。2的影響pH降低或升PCO2升高，Hb對(duì)O2的親和力降低，P50增大，曲線右移； pH升高或PCO2降低，Hb對(duì)O2的親和力增加，P50降低，曲線左移。酸度對(duì)Hb氧親和力的這種影響稱為波爾效應(yīng)（Bohr effect）。波爾效應(yīng)的機(jī)制，與 pH改變時(shí)h b構(gòu)型變化有關(guān)。酸度增加時(shí)，H+與Hb多肽鏈某些氨基酸殘基的基團(tuán)結(jié)合，促進(jìn)鹽鍵形成，促使Hb分子構(gòu)型變?yōu)門型，從而降低了對(duì)O2的親和力，曲線右移；酸度降低時(shí)，則促使鹽鍵斷裂放出H+，Hb變?yōu)镽型，對(duì)O2的親和力增加，曲線左移。PCO2的影響，一方面是通過(guò)PCO2改變時(shí)，pH也改變間接效應(yīng)，一方面也通過(guò)CO2

14、與Hb結(jié)合而直接影響Hb與O2的親和力，不過(guò)后一效應(yīng)極小。波爾效應(yīng)有重要的生理意義，它既可促進(jìn)肺毛細(xì)血管的氧合，又有利于組織毛細(xì)血管血液釋放O2。當(dāng)血液流經(jīng)肺時(shí)，CO2從血液向肺泡擴(kuò)散，血液PCO2下降，H+也降低，均使Hb對(duì)O2的親和力增加，曲線左移，在任一PO2下Hb氧飽和度均增加，血液運(yùn)O2量增加。當(dāng)血液流經(jīng)組織時(shí)，CO2從組織擴(kuò)散進(jìn)入血液，血液PCO2和H+升高，Hb對(duì)O2的親和力降低，曲線右移，促使HbO2解離向組織釋放更多的O2。圖5-14 影響氧離曲線位置的主要因素（1mmHg=0.133kPa）2溫度的影響 溫度升高，氧離曲線右移，促使O2釋放；溫度降低，曲線左移，不利于O2的

15、釋放。臨床低溫麻醉手術(shù)時(shí)應(yīng)考慮到這一點(diǎn)。溫度對(duì)氧離曲線的影響，可能與溫度影響了H+活度有關(guān)。溫度升高H+活度增加，降低了Hb對(duì)O2的親和力。當(dāng)組織代謝活躍是局部組織溫度升高，CO2和酸性代謝產(chǎn)物增加，都有利于Hb02解離，活動(dòng)組織可獲得更多的O2以適應(yīng)其代謝的需要。32，3-二磷酸甘油酸 紅細(xì)胞中含有很多有機(jī)磷化物，特別是2，3-二磷酸甘油酸（2.3-diphospoglyceric acid,2,3-DPG），在調(diào)節(jié)Hb和O2的親和力中起重要作用。2,3-DPG濃度升高，Hb對(duì)O2親和力降低，氧離曲線右移：2,3-DPG濃度升降低，Hb對(duì)O2的親和力增加，曲線左移。其機(jī)制可能是2,3-DPG

16、與Hb鏈形成鹽鍵，促使Hb變成T型的緣故。此外，2,3-DPG可以提高H+，由波爾效應(yīng)來(lái)影響Hb對(duì)O2的親和力。2,3-DPG是紅細(xì)胞無(wú)氧糖酵解的產(chǎn)物。高山缺O(jiān)2，糖酵解加強(qiáng)，紅細(xì)胞 2,3-DPG增加，氧離曲線右移，有利于O2的釋放，曾認(rèn)為這可能是能低O2適應(yīng)的重要機(jī)制?？墒?，這時(shí)肺泡PO2也降低，紅細(xì)胞內(nèi)過(guò)多的2,3-DPG也妨礙了Hb與O2的結(jié)合。所以缺O(jiān)2時(shí)，2,3-DPG使氧離曲線右移是否有利，是值得懷疑的。4Hb自身性質(zhì)的影響 除上述因素外，Hb與O2的結(jié)合還為其自身性質(zhì)所影響。Hb的Fe2+氧化成Fe3+，失去運(yùn)O2能力。胎兒Hb和O2的親和力大，有助于胎兒血液流經(jīng)胎盤時(shí)從母體攝

17、取O2。異常Hb 也降低運(yùn)O2功能。CO與Hb結(jié)合，占據(jù)了O2的結(jié)合位點(diǎn)，HbO2下降。CO與Hb的親和力是O2的250倍，這意味著極低的PCO，CO就可以從HbO2中取代O2，阻斷其結(jié)合位點(diǎn)。此外，CO還有一極為有害的效應(yīng)，即當(dāng)CO與Hb分子中某個(gè)血紅素結(jié)合后，將增加其余3個(gè)血紅素對(duì)O2的親和力，使氧離曲線左移，妨礙O2的解離。所以CO中毒既妨礙Hb與O2的結(jié)合，又妨礙O2的解離，危害極大?？傊?，血液Hb的運(yùn)O2量可受多種因素影響：包括PO2、Hb本身的性質(zhì)和含量、pH、PCO2、溫度、2,3-DPG和CO等，pH降低，PCO2升高，溫度升高，2,3-DPG增高，氧離曲線右移；pH升高，PC

18、O2、溫度、2,3-DPG降低和CO中毒，曲線左移。三、二氧化碳的運(yùn)輸（一）CO2的運(yùn)輸血液中CO2也 以溶解和化學(xué)結(jié)合的兩種形式運(yùn)輸?；瘜W(xué)結(jié)合的CO2主要是碳酸氫鹽和氨基甲酸血紅蛋白。表5-5示血液中各種形式CO2的含量（ml/100ml 血液）、運(yùn)輸量（%）和釋出量（%）。溶解的CO2約占總運(yùn)輸量的5%，結(jié)合的占95%（碳酸氫鹽形式的占88%，氨基甲酸血紅蛋白形式占7%）。從組織擴(kuò)散入血CO2首先溶解于血漿，一小部分溶解的CO2緩慢地和水結(jié)合生成碳酸，碳酸又解離成碳酸氫根和氫離子，H+被血漿緩沖系統(tǒng)緩沖，pH無(wú)明顯變化。溶解的CO2也與血漿蛋白的游離氨基反應(yīng)，生成打官司基甲酸血漿蛋白，但形

19、成的量極少，而且動(dòng)靜脈中的含量相同，表明它對(duì)CO2的運(yùn)輸不起作用。在血漿中溶解的CO2絕大部分?jǐn)U散進(jìn)入紅細(xì)胞內(nèi)，在紅細(xì)胞內(nèi)主要以下述結(jié)合形式存在：表5-5 血液中各種形式CO2的含量（ml/100ml血液）、運(yùn)輸量（%）和釋出量（%）動(dòng)脈血靜脈血差值釋出量含量運(yùn)輸量含量運(yùn)輸量（動(dòng)、靜脈血間）CO2總量10052,5100100溶解的CO2HCO3 形式的CO275氨基甲酸血紅蛋白的CO2運(yùn)輸量（%）是指各種形式的CO2含量/CO2總含量100%釋放量（%）是指各種形式的CO2在肺釋放量/CO2總釋放量100%1碳酸氫鹽 從組織擴(kuò)散進(jìn)入血液的大部分CO2，在紅細(xì)胞內(nèi)與水反應(yīng)生成碳酸，碳酸又解離成

20、碳酸氫根和氫離子，反應(yīng)極為迅速，可逆（圖5-15）。這是因?yàn)榧t細(xì)胞內(nèi)含有較高濃度的碳酸酐酶，在其催化下，使反應(yīng)加速5000倍，不到1s即達(dá)平衡。在此反應(yīng)過(guò)程中紅細(xì)胞內(nèi)碳酸氫根濃度不斷增加，碳酸氫根便順濃度梯度紅細(xì)胞膜擴(kuò)散進(jìn)入血漿。紅細(xì)胞負(fù)離子的減少應(yīng)伴有同等數(shù)量的正離子的向外擴(kuò)散，才能維持電平衡?？墒羌t細(xì)胞膜不允許正離子自由通過(guò)，小的負(fù)離子可以通過(guò)，于是，氯離子便由血漿擴(kuò)散進(jìn)入紅細(xì)胞，這一現(xiàn)象稱為氯離子轉(zhuǎn)移（chloride shift）。在紅細(xì)胞膜上有特異的HCO3CI-載體，運(yùn)載這兩類離子跨膜交換。這樣，碳酸氫根便不會(huì)在紅細(xì)胞內(nèi)堆積，有利于反應(yīng)向右進(jìn)行和CO2的運(yùn)輸。在紅細(xì)胞內(nèi)，碳酸氫根與

21、K+結(jié)合，在血漿中則與Na+結(jié)合成碳酸氫鹽。上述反應(yīng)中產(chǎn)生的H+，大部分和Hb結(jié)合，Hb 是強(qiáng)有力的緩沖劑。圖5-15 CO2在血液中的運(yùn)輸示意圖在肺部，反應(yīng)向相反方向（左）進(jìn)行。因?yàn)榉闻輾釶CO2比靜脈血的低，血漿中溶解的CO2首先擴(kuò)散入肺泡，紅細(xì)胞內(nèi)的HCO3+H+生成H2CO3，碳酸酐酶又催化H2CO3分解成CO2和H2O，CO2又從紅細(xì)胞擴(kuò)散入血漿，而血漿中的HCO3便進(jìn)入紅細(xì)胞以補(bǔ)充消耗的HCO3，CI-則出紅細(xì)胞。這樣以HCO3形式運(yùn)輸?shù)腃O2，在肺部又轉(zhuǎn)變成CO2釋出。2氨基甲酸血紅蛋白 一部分CO2與Hb的氨基結(jié)合生成氨基甲酸血紅蛋白（carbaminohemoglobin），這一反應(yīng)無(wú)需酶的催化、迅速、可逆，主要調(diào)節(jié)因素是氧合作用。HbO2與CO2結(jié)合形成HbNHCOOH的能力比去氧Hb的小。在組織里，解離釋出O2，部分HbO2變成去氧Hb，與CO2結(jié)合生成HbNHCOOH。此外，去氧Hb 酸性較HbO2弱，去氧Hb和H+結(jié)合，也促進(jìn)反應(yīng)向右側(cè)進(jìn)行，并緩沖了pH的變化。在肺的HbO2生成增多，促使HHbNHCOOH解離釋放CO2和H+，反應(yīng)向左進(jìn)行。氧合作用的調(diào)節(jié)有重要意義，從表5-5可以看出，雖然以氨基甲酸血紅蛋白形式運(yùn)輸?shù)腃O2僅占總運(yùn)輸量的7%，但在肺排出的CO2中卻有17