معلومة

22.8: نقل ثاني أكسيد الكربون في الدم - علم الأحياء

22.8: نقل ثاني أكسيد الكربون في الدم - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

يتم نقل جزيئات ثاني أكسيد الكربون في الدم من أنسجة الجسم إلى الرئتين بإحدى الطرق الثلاث: الذوبان مباشرة في الدم ، أو الارتباط بالهيموجلوبين ، أو حمله كأيون بيكربونات. عندما يرتبط ثاني أكسيد الكربون بالهيموجلوبين ، يسمى الجزيء كاربامينوهيموغلوبين لقد تكون. لذلك ، عندما يصل ثاني أكسيد الكربون إلى الرئتين ، يمكن أن ينفصل بحرية عن الهيموجلوبين ويطرد من الجسم.

ثالثًا ، يتم نقل غالبية جزيئات ثاني أكسيد الكربون (85 بالمائة) كجزء من نظام عازلة بيكربونات. في هذا النظام ، ينتشر ثاني أكسيد الكربون في خلايا الدم الحمراء. أنهيدراز الكربونيك (كاليفورنيا) داخل خلايا الدم الحمراء يحول ثاني أكسيد الكربون بسرعة إلى حمض الكربونيك (H2كو3). حمض الكربونيك هو جزيء وسيط غير مستقر يتفكك على الفور أيونات بيكربونات والهيدروجين (H+) الأيونات. نظرًا لأن ثاني أكسيد الكربون يتحول بسرعة إلى أيونات بيكربونات ، فإن هذا التفاعل يسمح باستمرار امتصاص ثاني أكسيد الكربون في الدم أسفل تدرج تركيزه. كما ينتج عنه إنتاج H+الأيونات. إذا كان الكثير من H+ يمكن أن يغير درجة الحموضة في الدم. ومع ذلك ، يرتبط الهيموغلوبين بـ H+ الأيونات وبالتالي يحد من التحولات في الأس الهيدروجيني. يتم نقل أيون البيكربونات المركب حديثًا من خلايا الدم الحمراء إلى المكون السائل في الدم مقابل أيون الكلوريد (Cl) ؛ هذا يسمى تحول الكلوريد. عندما يصل الدم إلى الرئتين ، يتم نقل أيون البيكربونات مرة أخرى إلى خلايا الدم الحمراء مقابل أيون الكلوريد. يعمل H+ ينفصل أيون عن الهيموجلوبين ويرتبط بأيون البيكربونات. ينتج عن ذلك حمض الكربونيك الوسيط ، والذي يتم تحويله مرة أخرى إلى ثاني أكسيد الكربون من خلال التأثير الأنزيمي لـ CA. يتم طرد ثاني أكسيد الكربون الناتج من خلال الرئتين أثناء الزفير.

فائدة نظام عازلة البيكربونات هو أن ثاني أكسيد الكربون "يُمتص" في الدم مع تغيير طفيف في درجة الحموضة في النظام. هذا مهم لأنه لا يتطلب سوى تغيير بسيط في الرقم الهيدروجيني الكلي للجسم حتى تحدث الإصابة الشديدة أو الوفاة. يسمح وجود نظام عازلة البيكربونات للأشخاص بالسفر والعيش على ارتفاعات عالية: عندما يتغير الضغط الجزئي للأكسجين وثاني أكسيد الكربون على ارتفاعات عالية ، يتم ضبط نظام عازلة البيكربونات لتنظيم ثاني أكسيد الكربون مع الحفاظ على الرقم الهيدروجيني الصحيح في الجسم .

التسمم بأول أكسيد الكربون

في حين أن ثاني أكسيد الكربون يمكن أن يرتبط بسهولة وينفصل عن الهيموجلوبين ، فإن الجزيئات الأخرى مثل أول أكسيد الكربون (CO) لا يمكنها ذلك. أول أكسيد الكربون له انجذاب أكبر للهيموجلوبين من الأكسجين. لذلك ، عند وجود أول أكسيد الكربون ، فإنه يرتبط بالهيموجلوبين بشكل تفضيلي على الأكسجين. نتيجة لذلك ، لا يمكن للأكسجين الارتباط بالهيموجلوبين ، لذلك يتم نقل القليل جدًا من الأكسجين عبر الجسم (الشكل 1).

أول أكسيد الكربون هو غاز عديم اللون والرائحة ومن ثم يصعب اكتشافه. يتم إنتاجه بواسطة المركبات والأدوات التي تعمل بالغاز. يمكن أن يسبب أول أكسيد الكربون الصداع والارتباك والغثيان. يمكن أن يتسبب التعرض الطويل الأمد في تلف الدماغ أو الوفاة. إن إعطاء 100 في المائة من الأكسجين (النقي) هو العلاج المعتاد للتسمم بأول أكسيد الكربون. تؤدي إدارة الأكسجين النقي إلى تسريع فصل أول أكسيد الكربون عن الهيموغلوبين.

أهداف التعلم

يمكن نقل ثاني أكسيد الكربون عن طريق الدم بثلاث طرق. يذوب مباشرة في الدم ، ويرتبط ببروتينات البلازما أو الهيموجلوبين ، أو يتحول إلى بيكربونات.

يتم نقل غالبية ثاني أكسيد الكربون كجزء من نظام البيكربونات. ينتشر ثاني أكسيد الكربون في خلايا الدم الحمراء. في الداخل ، يقوم الأنهيدراز الكربوني بتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى حمض الكربونيك (H2كو3) ، والذي يتحلل لاحقًا إلى بيكربونات و ح+. يعمل H+ يرتبط أيون بالهيموجلوبين في خلايا الدم الحمراء ، ويتم نقل البيكربونات من خلايا الدم الحمراء في مقابل أيون الكلوريد. هذا يسمى تحول الكلوريد.

البيكربونات يترك خلايا الدم الحمراء ويدخل بلازما الدم. في الرئتين ، يتم نقل البيكربونات مرة أخرى إلى خلايا الدم الحمراء مقابل الكلوريد. يعمل H+ يتفكك من الهيموجلوبين ويتحد مع البيكربونات لتكوين حمض الكربونيك بمساعدة الأنهيدراز الكربوني ، والذي يحفز التفاعل لتحويل حمض الكربونيك مرة أخرى إلى ثاني أكسيد الكربون والماء. ثم يتم طرد ثاني أكسيد الكربون من الرئتين.


نقل الغاز في الدم

الأكسجين غير قابل للذوبان نسبيًا في البلازما (الجزء السائل من دم الفقاريات): 0.3 سم 3 فقط من الأكسجين لكل 100 سم 3 بلازما في الثدييات. بروتينات الكروم الخاصة المعروفة باسم أصباغ الجهاز التنفسي ربط الأكسجين بشكل عكسي ونقله.

الهيموجلوبين الفقاري

في الفقاريات ، يكون الصباغ أحمر اللون ويسمى الهيموجلوبين (Hb). يتكون Hb البشري من أربع سلاسل بروتين غلوبين ، كل منها مرتبط بهيم يحتوي على الحديد. يمكن أن يرتبط الحديد الموجود في كل هيم بجزيء أكسجين واحد: وبالتالي يمكن لكل جزيء Hb أن يحمل أربعة جزيئات من الأكسجين.

منحنى تفكك الأكسجين والهيموجلوبين

يؤدي الجمع بين الهيم الأول والأكسجين إلى زيادة تقارب الهيم الثاني للأكسجين ، وهكذا. إذا تم رسم منحنى يوضح النسبة المئوية لتشبع الأكسجين لـ Hb مقابل توترات الأكسجين المختلفة (أو الضغوط الجزئية: أي محتوى الأكسجين في الدم) ، فإن السيني تفكك الأكسجين والهيموغلوبين منحنى يتم الحصول عليها: الشكل S يرجع إلى الزيادة التدريجية في تقارب Hb المرتبط بالأكسجين. يسمح Hb المؤكسج بالكامل للجسم بحمل 70 ضعف كمية الأكسجين التي تحملها البلازما وحدها. يعتمد ما إذا كان الأكسجين يتم امتصاصه أو إطلاقه على توتر الأكسجين (pO2) للبلازما المحيطة: توتر الأكسجين في البلازما الشعرية السنخية مرتفع ، لذلك يميل الهيموجلوبين إلى تحميل الأكسجين في الشعيرات السنخية في الأنسجة ، فهو منخفض لذا يفرغ الهيموغلوبين . في الشعيرات الدموية للأنسجة ، يكون توتر الأكسجين على هذا النحو بحيث لا يتم تفريغ Hb بالكامل ويمكن الاحتفاظ بالأكسجين في احتياطي لطفرات النشاط.

تحول بوهر

ينتقل منحنى تفكك الأكسجين - الهيموجلوبين إلى اليمين بفعل الحموضة في الدم (هذا هو تحول بوهر. وبالتالي يتم التخلص من الأكسجين بسهولة أكبر في الأنسجة ، وهي ميزة عندما يؤدي العمل العضلي إلى تراكم مستقلبات الحمض (بما في ذلك اللاكتات أثناء التمثيل الغذائي اللاهوائي) وبالتالي هناك حاجة لمزيد من الأكسجين.

الهيموجلوبين الجنيني

يحتوي الجنين على هيموغلوبين مختلف (HbF) الذي لديه تقارب أعلى للأكسجين من الهيموجلوبين البالغ (بشكل رئيسي HbA في البشر مع حوالي 2.5 ٪ HbA2 - تمتلك الهيموجلوبينات المختلفة سلاسل غلوبين مختلفة). وهكذا يقع منحنى HbF على يسار منحنى HbA: وهذا يساعد على نقل الأكسجين من الأم إلى جنينها. (تم العثور على الهيموجلوبين متعدد الأشكال المماثل في الفقاريات الأخرى ، مثل الشرغوف والهيموجلوبين البالغ في الضفادع).

نقل ثاني أكسيد الكربون

ثاني أكسيد الكربون أكثر قابلية للذوبان من الأكسجين في البلازما ، ويتم نقل حوالي 7٪ منه ببساطة في محلول ، ويرتبط حوالي 23٪ من ثاني أكسيد الكربون بكريات الهيموغلوبين. يُنقل معظم ثاني أكسيد الكربون في الدم مع الماء لتكوين أيونات بيكربونات (HCO3 -). يتم تعزيز هذا عن طريق الإنزيم أنهيدراز الكربونيك في الخلايا الحمراء:

يتكون حمض الكربونات البيكربونات والبروتونات أولاً وينفصل بشكل ضعيف إلى أيونات البيكربونات والبروتونات. يتم تخزين البروتونات (أيونات الهيدروجين) عن طريق الدمج مع الهيموجلوبين غير المؤكسج:

تسهل الزيادة في أيونات البيكربونات انتشارها في البلازما: حيث يتم فقدانها من خلايا الدم الحمراء ، يتم تعزيز تفكك حمض الكربونيك. يتم تكوين المزيد من حمض الكربونيك من ثاني أكسيد الكربون وهذا يفضل امتصاص المزيد من غازات العادم من الأنسجة. [تتدفق أيونات الكلوريد إلى الخلايا الحمراء لتصحيح إزالة أيونات البيكربونات سالبة الشحنة (تحول الكلوريد).] في الرئتين يتم عكس هذه العمليات. لاحظ الاختلافات بين نقل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون.

ميوغلوبين

توجد هذه الصبغة الحمراء في العضلات الهيكلية للفقاريات ولها سلسلة غلوبين واحدة مع وحدة هيم واحدة. يتميز منحنى التفكك المستطيل الخاص به بصبغة التخزين ، ويعني التقارب العالي للأكسجين أنه سوف يلتقط الأكسجين من Hb ويفقده فقط عند توترات الأكسجين المنخفضة جدًا.

أصباغ الجهاز التنفسي اللافقارية

جزء الهيم [يتكون من أربع حلقات بيرول مرتبطة بمجموعات الميثان لتشكيل حلقة فائقة مع أيون الحديديك (Fe3 +) في المركز المتصل بالنيتروجين البيرول] ثابت لجميع الهيموغلوبين ، على الرغم من اختلاف الكرياتين. يبدو أن Hbs قد تطورت بشكل مستقل عدة مرات (توجد في البكتيريا): قد تكون الآلية المحتملة من السيتوكرومات - يُظهر وجود أوكسيديز السيتوكروم أن جميع الحيوانات يمكنها الجمع بين الميتالوبورفيرينات والأكسجين. ومع ذلك ، لا توجد أكسدة للأيونات الحديدية (Fe2 +) إلى Fe3 + ، ولا توجد إنزيمات متضمنة في تكوين أوكسي هيموغلوبين. غالبًا ما يطلق على جزيئات اللافقاريات من نوع Hb إريثروكورينات: بعضها هائل. في الديدان الحلقي متعدد الشعيرات Arenicola sp. ، يحتوي الجزيء على 180 وحدة فرعية (على عكس Hbs الفقارية الرباعية) ويتم حمله في محلول في البلازما بدلاً من خلايا الدم الحمراء من ناحية أخرى ، وهو polychaete Glycera sp. يحتوي على إريثروكورين قاتمة.

كلوروكورين

هذا الميتالوبورفيرين الأخضر متحالف مع Hb ويوجد في أربع عائلات من الحلقات متعددة الأشواك. في Serpula sp. ، يوجد كل من Hb و chlorocruorin ، حيث يكون الأول أكثر انتشارًا في الديدان الأصغر سنًا في Potamilla sp. ، و Hb موجود في العضلات و chlorocruorin في الدم.

هيمريثرين

تم العثور على هذا الصباغ التنفسي غير المعدني ، والأرجواني والأحمر ، المحتوي على الحديد في عدد من مجموعات اللافقاريات ، بما في ذلك brachiopod lampshell Lingula sp. عادة ما يكون في محلول في الدم. في Golfingia sp. ، يوجد نوعان من تعدد الأشكال (متغيرات) للجزيء. تتحد ستة عشر ذرة من الحديد مع ثمانية جزيئات أكسجين ويتأكسد الحديد من الحديد إلى الشكل الحديدي.

الهيموسيانين

هذه الصبغة التنفسية الهامة ذات اللون الأزرق الرمادي هي بروتين غير هيم ، يعتمد على النحاس. توجد في الرخويات ومفصليات الأرجل ، لا سيما في الأعضاء الأكثر تقدمًا من الشعب. ولاد Buccinium sp. يحتوي على خضاب الدم في العضلات والهيموسيانين في الدم. تحتوي وحدات الهيموسيانين على ذرة نحاس واحدة مع ما يقرب من 200 سلسلة بروتين من الأحماض الأمينية المرفقة. هناك حاجة إلى ذرتين من النحاس لكل جزيء أكسجين ، لذلك يكون الثنائيات موجودًا دائمًا ، وبعض الهيموسيانين عبارة عن مولدات عملاقة على سبيل المثال ، الحلزون Helix sp. يحتوي على الهيموسيانين بوزن جزيئي حوالي 6.65 × 106. في deoxyhemocyanin ، يوجد دائمًا أكسدة الهيموسيانين في النحاس النحاسي. تقارب الهيموسيانين للأكسجين أقل من تقارب الهيموسيانين ، ولكن يمكن إثبات تحول بوهر في ظل الظروف الحمضية.


طرق النقل

كو2 ينتقل في الدم بثلاث طرق على هيئة كربونات الهيدروجين (HCO3 - )، كما كاربامينو المركبات وكأول أكسيد الكربون المذاب.

مركبات الكاربامينو

حوالي 30٪ من إجمالي ثاني أكسيد الكربون2 يتم نقله كمركبات كاربامينو. عند التركيزات العالية يرتبط ثاني أكسيد الكربون مباشرة أحماض أمينية ومجموعات الهيموجلوبين الأمينية لتكوين الكاربامينوهايموغلوبين. يكون تكوين الكاربامينو أكثر فاعلية في الأطراف حيث يكون ثاني أكسيد الكربون2 الإنتاج مرتفع بسبب التنفس الخلوي.

ال هالدين يساهم التأثير أيضًا في تكوين مركبات الكاربامين. يحدث هذا حيث O2 التركيز أقل (كما هو الحال في الأطراف النشطة حيث O2 يتم استهلاكه) ومن ثم CO2 زيادة القدرة الاستيعابية للدم. هذا بسبب الإفراج عن O2 من Hb يعزز ربط CO2.

يحقق تكوين مركبات الكاربامين هدفين:

  • استقرار الرقم الهيدروجيني - كو2 غير قادر على ترك خلايا الدم للمساهمة في تغيرات في درجة الحموضة
  • بوهر التأثير - يعمل على استقرار الحالة T للهيموجلوبين ، مما يعزز إطلاق O2 من الوحدات الفرعية الأخرى للهيموجلوبين إلى الأنسجة الأكثر نشاطًا ، والتي تخضع لأكبر قدر من التنفس وتنتج أكبر قدر من ثاني أكسيد الكربون2

عندما تصل خلايا الدم إلى مناطق عالية من O2 تركيزات مرة أخرى (مثل الرئتين) ، فإنه يربط بشكل تفضيلي O2 تكرارا. يعمل هذا على استقرار حالة R ، مما يعزز إطلاق ثاني أكسيد الكربون2 (تأثير هالدين) يسمح بمزيد من O2 ليتم التقاطها ونقلها في الدم.

HCO3 - أيونات

60٪ من إجمالي ثاني أكسيد الكربون2 يتم نقلها من خلال إنتاج HCO3 - الأيونات في خلايا الدم الحمراء. هذا موضح في الرسم البياني أدناه (الشكل 2). كو2 ينتشر في خلايا الدم الحمراء ويتحول إلى H + و HCO3 - بواسطة إنزيم يسمى فحمي الأنهيدراز. هذا HCO3 - يتم نقله مرة أخرى إلى الدم عن طريق مبادل كلوريد البيكربونات (المعروف أيضًا باسم مبادل الأنيون / AE). HCO3 - يمكن أن يعمل الآن كعازل ضد أي هيدروجين في بلازما الدم.

يرتبط H + الناتج عن تفاعل الأنهيدراز الكربوني في خلايا الدم الحمراء بالهيموغلوبين لإنتاج ديوكسي هيموجلوبين. هذا يساهم في تأثير Bohr كـ O2 يتم تعزيز التحرر من الهيموجلوبين في الأنسجة النشطة حيث يكون تركيز H + أعلى. كما أنه يمنع دخول الهيدروجين إلى الدم لخفض درجة الحموضة ، مما يؤدي إلى استقرار درجة الحموضة.

عندما تصل خلايا الدم الحمراء إلى الرئتين ، يرتبط الأكسجين بالهيموجلوبين ويعزز دولة ص، مما يسمح بإطلاق H + أيونات. تصبح أيونات الهيدروجين حرة في التفاعل مع أيونات البيكربونات لإنتاج ثاني أكسيد الكربون2 ­و ح2يا حيث CO2 يتم الزفير. وبالتالي فإن ارتفاع O2 تركيزات تقلل من ثاني أكسيد الكربون2 القدرة الاستيعابية للدم ، وفقًا لتأثير هالدين.

الشكل 2 - رسم بياني يوضح طرق نقل ثاني أكسيد الكربون في الدم. يظهر التفاعل المنتج للبيكربونات داخل خلايا الدم الحمراء.

مذاب في البلازما

حوالي 10٪ من إجمالي ثاني أكسيد الكربون2 مذاب في البلازما. تعتمد كمية الغاز المذاب في السائل على قابليته للذوبان والضغط الجزئي للغاز. كو2 قابل للذوبان في الماء بشدة (23 مرة أكثر ذوبانًا من O2) والضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون المستوحى2 يكون

40 مم زئبق. على الرغم من قابليته للذوبان ، إلا أن أ أقلية من إجمالي ثاني أكسيد الكربون2 في الدم يتم نقله مذابًا في البلازما.

ومع ذلك ، يكون الضغط الجزئي أعلى في الأطراف حيث تنتج الأنسجة ثاني أكسيد الكربون2 وأقل في الحويصلات الهوائية حيث CO2 يتم إطلاق سراحه. هذا يسمح بمزيد من ثاني أكسيد الكربون2 يذوب في المحيط بينما يتم إطلاقه في الطور الغازي في الحويصلات الهوائية حيث تكون الضغوط الجزئية أقل.


نقل ثاني أكسيد الكربون في الدم

يتم نقل جزيئات ثاني أكسيد الكربون في الدم من أنسجة الجسم إلى الرئتين بإحدى الطرق الثلاث: الذوبان مباشرة في الدم ، أو الارتباط بالهيموغلوبين ، أو حمله كأيون بيكربونات. تؤثر العديد من خصائص ثاني أكسيد الكربون في الدم على انتقاله. أولاً ، ثاني أكسيد الكربون أكثر قابلية للذوبان في الدم من الأكسجين. يذوب حوالي 5 إلى 7 في المائة من ثاني أكسيد الكربون في البلازما. ثانيًا ، يمكن لثاني أكسيد الكربون أن يرتبط ببروتينات البلازما أو يمكن أن يدخل خلايا الدم الحمراء ويرتبط بالهيموجلوبين. هذا النموذج ينقل حوالي 10 بالمائة من ثاني أكسيد الكربون. عندما يرتبط ثاني أكسيد الكربون بالهيموغلوبين ، يتشكل جزيء يسمى كاربامينوهيموغلوبين. يمكن عكس ارتباط ثاني أكسيد الكربون بالهيموجلوبين. لذلك ، عندما يصل ثاني أكسيد الكربون إلى الرئتين ، يمكن أن ينفصل بحرية عن الهيموجلوبين ويطرد من الجسم.

ثالثًا ، يتم نقل غالبية جزيئات ثاني أكسيد الكربون (85 بالمائة) كجزء من نظام عازلة البيكربونات. في هذا النظام ، ينتشر ثاني أكسيد الكربون في خلايا الدم الحمراء. الأنهيدراز الكربوني (CA) داخل خلايا الدم الحمراء يحول ثاني أكسيد الكربون بسرعة إلى حمض الكربونيك (H2كو3). حمض الكربونيك هو جزيء وسيط غير مستقر يتفكك على الفور إلى أيونات البيكربونات (HCO3 & # 8211) وأيونات الهيدروجين (H +). نظرًا لأن ثاني أكسيد الكربون يتحول بسرعة إلى أيونات بيكربونات ، فإن هذا التفاعل يسمح باستمرار امتصاص ثاني أكسيد الكربون في الدم أسفل تدرج تركيزه. كما ينتج عنه إنتاج أيونات H +. إذا تم إنتاج الكثير من H + ، يمكن أن يغير درجة الحموضة في الدم. ومع ذلك ، يرتبط الهيموغلوبين بأيونات H + وبالتالي يحد من التحولات في الأس الهيدروجيني. يتم نقل أيون البيكربونات المركب حديثًا من خلايا الدم الحمراء إلى المكون السائل في الدم في مقابل أيون الكلوريد (Cl & # 8211) وهذا ما يسمى تحول الكلوريد. عندما يصل الدم إلى الرئتين ، يتم نقل أيون البيكربونات مرة أخرى إلى خلايا الدم الحمراء مقابل أيون الكلوريد. ينفصل أيون H + عن الهيموجلوبين ويرتبط بأيون البيكربونات. ينتج عن ذلك حمض الكربونيك الوسيط ، والذي يتم تحويله مرة أخرى إلى ثاني أكسيد الكربون من خلال التأثير الأنزيمي لـ CA. يتم طرد ثاني أكسيد الكربون الناتج من خلال الرئتين أثناء الزفير.

فائدة نظام عازلة البيكربونات هو أن ثاني أكسيد الكربون "يُمتص" في الدم مع تغيير طفيف في درجة الحموضة في النظام. هذا مهم لأنه لا يتطلب سوى تغيير بسيط في الرقم الهيدروجيني الكلي للجسم حتى تحدث الإصابة الشديدة أو الوفاة. يسمح وجود نظام عازلة البيكربونات للأشخاص بالسفر والعيش على ارتفاعات عالية: عندما يتغير الضغط الجزئي للأكسجين وثاني أكسيد الكربون على ارتفاعات عالية ، يتم ضبط نظام عازلة البيكربونات لتنظيم ثاني أكسيد الكربون مع الحفاظ على الرقم الهيدروجيني الصحيح في الجسم .


آلية

هناك ثلاث وسائل يتم بواسطتها نقل ثاني أكسيد الكربون & # x000a0 & # x000a0 في مجرى الدم من الأنسجة المحيطية والعودة إلى الرئتين: (1) غاز مذاب ، (2) على شكل بيكربونات ، و (3) كاربامينوهيموغلوبين مرتبط بالهيموغلوبين (وبروتينات أخرى ). عندما ينتشر ثاني أكسيد الكربون في مجرى الدم من الأنسجة المحيطية ، يظل حوالي 10٪ منه مذابًا إما في البلازما أو في مصفوفة السوائل خارج الخلية في الدم ، إلى ضغط جزئي يبلغ حوالي 45 & # x000a0 مم زئبق. [2] & # x000a0 معظم & # x000a0 انتشار ثاني أكسيد الكربون من خلال الشعيرات الدموية وفي النهاية تتحد خلايا الدم الحمراء مع الماء عبر تفاعل كيميائي محفز بواسطة إنزيم الأنهيدراز الكربوني المحفز ، مكونًا حمض الكربونيك. يتفكك حمض الكربونيك على الفور تقريبًا إلى أنيون بيكربونات (HCO3-) وبروتون. وبالتالي ، فإن البيكربونات هي الوسيلة الأساسية التي يتم بواسطتها نقل ثاني أكسيد الكربون & # x000a0 في مجرى الدم وفقًا للمعادلة CO2 + H2O & # x000a0 - & # x0003e H2CO3 & # x000a0 - & # x0003e H + + HCO3-. & # x000a0

مع استمرار إنتاج ثاني أكسيد الكربون & # x000a0 & # x000a0 عن طريق الأنسجة ، فإن هذا التفاعل & # x000a0 يتم دفعه باستمرار & # x000a0 إلى الأمام في المحيط ، وفقًا لمبدأ Le Chatelier. & # x000a0 يتم تخزين البروتون الذي يتكون من هذا التفاعل عن طريق الهيموجلوبين ، من خلايا الدم الحمراء إلى المصل & # x000a0in التبادل & # x000a0 لأنيون كلوريد من خلال ناقل HCO3- / Cl- خاص. وهكذا ، يحتوي الدم الوريدي على تركيز أعلى من البيكربونات وتركيز أقل من الكلوريد بفضل هذا التحول الكلوريد. في الرئتين ، تنعكس هذه العملية حيث يعكس كل من مبادل HCO3- / Cl وإنزيم الأنهيدراز الكربوني ، مما يؤدي إلى تدفق البيكربونات إلى خلايا الدم الحمراء ، وتدفق أيونات الكلوريد ، وتوليد أول حمض الكربونيك ثم الكربون ثاني أكسيد. ينتشر ثاني أكسيد الكربون خارج خلايا الدم الحمراء ، عبر جدران الشعيرات الدموية ، وفي الفراغات السنخية و الزفير. في خلايا الدم الحمراء ، يرتبط بالنهاية الأمينية للبروتينات ، في الغالب الهيموجلوبين ، لتشكيل الكربامينوهيموغلوبين. تضمن الظواهر الفسيولوجية المتعددة أن هذه الدورة المستمرة تعمل بكفاءة قصوى.

توصيل الأكسجين وإزالة ثاني أكسيد الكربون & # x000a0 & # x000a0 & # x000a0 مع بعضها البعض من خلال العمليات التي وصفها تأثيرات Bohr و Haldane. بينما لم يتم تفصيله هنا ، يشير تأثير بور إلى أن زيادة ثاني أكسيد الكربون في الدم في الأنسجة المحيطية تسبب تحولًا صحيحًا في منحنى تفكك الأكسجين والهيموغلوبين ، وبالتالي ، & # x000a0 بالتالي ، & # x000a0 زيادة أكسجة الأنسجة. ومع ذلك ، بمجرد وصول الدم المخصب بثاني أكسيد الكربون إلى الرئتين ، سيحدث عكس هذا التفاعل أيضًا. نظرًا لأن تدفق الأكسجين يزيد من تشبع الهيموجلوبين ، فمن المرجح أن ينفصل ثاني أكسيد الكربون وينتشر في الحويصلات الهوائية للزفير ، وهذا ما يسمى & # x000a0 تأثير هالدين. [3]

على وجه التحديد ، يصف تأثير هالدين الفرق في قدرة حمل ثاني أكسيد الكربون في الدم المؤكسج مقارنة بالدم غير المؤكسج. عند الضغط الجزئي الثابت لثاني أكسيد الكربون ، ينص تأثير هالدين على أن الدم المؤكسج (الشرياني) سيحمل كمية أقل من ثاني أكسيد الكربون مقارنة بالدم غير المؤكسج (الوريدي) بسبب مزيج من ضعف قدرة الهيموجلوبين على عازلة ثاني أكسيد الكربون الزائد & # x000a0 وكذلك & & # x000a0a تم تقليل سعة نقل الكاربامينو. [2] عندما يرتبط الأكسجين بالهيموجلوبين ، يصبح الهيموجلوبين أكثر حمضية ، وهذا له تأثيران. أولاً ، يقلل من ألفة ارتباط الهيموجلوبين بثاني أكسيد الكربون ، مما يجعل ثاني أكسيد الكربون أكثر عرضة للانفصال عن الهيموجلوبين والانتشار خارج خلايا الدم الحمراء في الفضاء السنخي. ثانيًا ، يمكن للهيموجلوبين الحمضي إطلاق بروتون يتحد مع البيكربونات لتكوين حمض الكربونيك. مرة أخرى ، يدفع مبدأ Le Chatelier رد الفعل التالي إلى الأمام مع مرور الدم عبر الحويصلات الهوائية: H + + HCO3 - & # x000a0 - & # x0003e H2CO3 & # x000a0 - & # x0003e CO2 + H2O. ينتشر ثاني أكسيد الكربون الناتج هنا باستمرار في الحويصلات الهوائية ويتم الزفير & # x000a0 ، مما يضمن حركية مواتية للتفاعل. وبالتالي ، يزيد تأثير هالدين من كمية ثاني أكسيد الكربون التي يمكن & # x000a0be القضاء & # x000a0 خلال & # x000a0 معطى & # x000a0 الإطار الزمني. بيانياً ، يتم تمثيل تأثير هالدين & # x000a0 & # x000a0 من خلال التحول الصحيح الذي يحدث في منحنى تفكك ثاني أكسيد الكربون (انظر الرسم البياني). [4]

في الأنسجة المحيطية ، حيث يكون محتوى الأكسجين منخفضًا ، يرتبط ثاني أكسيد الكربون بالهيموغلوبين لتكوين الكاربامينوهيموغلوبين. مع عودة الدم إلى الرئتين وزيادة الضغط الجزئي للأكسجين ، يتحول منحنى تفكك ثاني أكسيد الكربون إلى اليمين (يُرى بالسهم & # x000a0 الذي يوضح تفريغ ثاني أكسيد الكربون مع زيادة الأوكسجين) ، مما يقلل من إجمالي محتوى ثاني أكسيد الكربون في مجرى الدم. وبالتالي ، على الرغم من أن الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون ينخفض ​​فقط من 45 أو & # x000a046 & # x000a0mmHg & # x000a0 على الجانب الوريدي إلى 40 & # x000a0mmHg & # x000a0 على الجانب الشرياني ، فإن الكمية الإجمالية لثاني أكسيد الكربون في مجرى الدم تنخفض بنسبة أكبر بكثير.


التسمم بأول أكسيد الكربون

في حين أن ثاني أكسيد الكربون يمكن أن يرتبط بسهولة وينفصل عن الهيموجلوبين ، فإن الجزيئات الأخرى مثل أول أكسيد الكربون (CO) لا يمكنها ذلك. أول أكسيد الكربون له انجذاب أكبر للهيموجلوبين من الأكسجين. لذلك ، عند وجود أول أكسيد الكربون ، فإنه يرتبط بالهيموجلوبين بشكل تفضيلي على الأكسجين. نتيجة لذلك ، لا يمكن للأكسجين الارتباط بالهيموجلوبين ، لذلك يتم نقل القليل جدًا من الأكسجين عبر الجسم (انظر الشكل أدناه). أول أكسيد الكربون هو غاز عديم اللون والرائحة ومن ثم يصعب اكتشافه. يتم إنتاجه بواسطة المركبات والأدوات التي تعمل بالغاز. يمكن أن يسبب أول أكسيد الكربون الصداع والارتباك والغثيان. إن إعطاء 100 في المائة من الأكسجين (النقي) هو العلاج المعتاد للتسمم بأول أكسيد الكربون. تؤدي إدارة الأكسجين النقي إلى تسريع عملية فصل أول أكسيد الكربون عن الهيموجلوبين.


تبادل الغازات في الرئة

يسمح إدخال الهواء في الحويصلات الهوائية بإزالة ثاني أكسيد الكربون وإضافة الأكسجين إلى الدم الوريدي. نظرًا لأن التهوية هي ظاهرة دورية تحدث من خلال نظام من الممرات الهوائية الموصلة ، فلا يشارك كل الهواء الملهم في تبادل الغازات. يبقى جزء من التنفس الملهم في المجاري الهوائية الموصلة ولا يصل إلى الحويصلات الهوائية حيث يحدث تبادل الغازات. يمثل هذا الجزء ما يقرب من ثلث كل نفس عند الراحة ولكنه يتناقص إلى أقل من 10 في المائة أثناء التمرين ، نظرًا لزيادة حجم الأنفاس الملهمة.

على عكس الطبيعة الدورية للتهوية ، فإن تدفق الدم عبر الرئة مستمر ، وتقريبًا كل الدم الداخل إلى الرئتين يشارك في تبادل الغازات. تعتمد كفاءة تبادل الغازات بشكل حاسم على التوزيع المنتظم لتدفق الدم والهواء الملهم في جميع أنحاء الرئتين. في الصحة ، التهوية وتدفق الدم متطابقان بشكل جيد للغاية في كل وحدة تبديل في جميع أنحاء الرئتين. تتلقى الأجزاء السفلية من الرئة تدفق دم أكثر بقليل من التهوية لأن للجاذبية تأثير أكبر على توزيع الدم منه على توزيع الهواء الملهم. في ظل الظروف المثالية ، تكون الضغوط الجزئية للأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الغاز السنخي والدم الشرياني متطابقة. عادة هناك فرق بسيط بين توترات الأكسجين في الغازات السنخية والدم الشرياني بسبب تأثير الجاذبية على المطابقة وإضافة كمية صغيرة من التصريف الوريدي إلى مجرى الدم بعد مغادرته للرئتين. ليس لهذه الأحداث تأثير ملموس على الضغوط الجزئية لثاني أكسيد الكربون لأن الفرق بين الدم الشرياني والدم الوريدي صغير جدًا.


كيف يساعد الهيموجلوبين في نقل ثاني أكسيد الكربون (Co2).

يمكن لثاني أكسيد الكربون أن يرتبط ببروتينات البلازما أو يمكن أن يدخل خلايا الدم الحمراء ويرتبط بالهيموغلوبين. هذا النموذج ينقل حوالي 10 بالمائة من ثاني أكسيد الكربون. عندما يرتبط ثاني أكسيد الكربون بالهيموغلوبين ، يتشكل جزيء يسمى كاربامينوهيموغلوبين. . في هذا النظام ، ينتشر ثاني أكسيد الكربون في خلايا الدم الحمراء.

ثانيًا ، يمكن لثاني أكسيد الكربون أن يرتبط ببروتينات البلازما أو يمكن أن يدخل خلايا الدم الحمراء ويرتبط بالهيموجلوبين. هذا النموذج ينقل حوالي 10 بالمائة من ثاني أكسيد الكربون. عندما يرتبط ثاني أكسيد الكربون بالهيموغلوبين ، يتشكل جزيء يسمى كاربامينوهيموغلوبين. . في هذا النظام ، ينتشر ثاني أكسيد الكربون في خلايا الدم الحمراء.

أمل هو - هي يكون يساعد ممتلىء

علامة أنا كما الأكثر ذكاء

و يعطى أنا أ شكرا


أنظمة الثدييات

في الثدييات ، تحدث التهوية الرئوية عن طريق الاستنشاق (التنفس) لإدخال الهواء إلى الرئتين (فتحات الحلق أو سطح الجسم الذي يحيط بأسطح الجهاز التنفسي). أثناء الاستنشاق ، يدخل الهواء إلى الجسم من خلال تجويف الأنف الموجود داخل الأنف مباشرة. عندما يمر الهواء عبر تجويف الأنف ، يتم تسخين الهواء إلى درجة حرارة الجسم وترطيبه. يتم تغليف الجهاز التنفسي بالمخاط لعزل الأنسجة من الاتصال المباشر بالهواء. المخاط غني بالمياه. عندما يعبر الهواء هذه الأسطح من الأغشية المخاطية ، فإنه يلتقط الماء. تساعد هذه العمليات في موازنة الهواء مع ظروف الجسم ، مما يقلل من أي ضرر يمكن أن يسببه الهواء البارد والجاف. يتم إزالة الجسيمات التي تطفو في الهواء في الممرات الأنفية عن طريق المخاط والأهداب. تعتبر عمليات الاحترار والترطيب وإزالة الجزيئات آليات وقائية مهمة تمنع تلف القصبة الهوائية والرئتين. وبالتالي ، فإن الاستنشاق يخدم عدة أغراض بالإضافة إلى إدخال الأكسجين إلى الجهاز التنفسي.

يدخل الهواء إلى الجهاز التنفسي من خلال التجويف الأنفي والبلعوم ، ثم يمر عبر القصبة الهوائية إلى القصبات الهوائية ، التي تجلب الهواء إلى الرئتين. (الائتمان: تعديل العمل بواسطة NCI)

من تجويف الأنف ، يمر الهواء عبر البلعوم (الحلق) والحنجرة (صندوق الصوت) ، حيث يشق طريقه إلى القصبة الهوائية. وتتمثل الوظيفة الرئيسية للقصبة الهوائية في تحويل الهواء المستنشق إلى الرئتين وهواء الزفير للخروج من الجسم. القصبة الهوائية البشرية عبارة عن أسطوانة يبلغ طولها حوالي 10 إلى 12 سم وقطرها 2 سم وتقع أمام المريء وتمتد من الحنجرة إلى تجويف الصدر حيث تنقسم إلى قصبتين أساسيتين في منتصف الفخذ. وهي مصنوعة من حلقات غير مكتملة من غضروف زجاجي وعضلات ملساء. تبطن القصبة الهوائية بخلايا كأس منتجة للمخاط وظهارة مهدبة. تدفع الأهداب الجزيئات الغريبة المحاصرة في المخاط نحو البلعوم. يوفر الغضروف القوة والدعم للقصبة الهوائية للحفاظ على الممر مفتوحًا. يمكن أن تنقبض العضلة الملساء ، مما يقلل قطر القصبة الهوائية ، مما يؤدي إلى اندفاع الهواء المنتهي إلى أعلى من الرئتين بقوة كبيرة. يساعد الزفير القسري على طرد المخاط عند السعال. يمكن أن تنقبض العضلات الملساء أو تسترخي ، اعتمادًا على المحفزات من البيئة الخارجية أو الجهاز العصبي للجسم.

تتكون القصبة الهوائية والشعب الهوائية من حلقات غضروفية غير مكتملة. (الائتمان: تعديل العمل بواسطة تشريح Gray & # 8217s)


نقل ثاني أكسيد الكربون في الدم

الذوبان وربط الهيموجلوبين ونظام عازلة البيكربونات هي طرق يتم من خلالها نقل ثاني أكسيد الكربون في جميع أنحاء الجسم.

أهداف التعلم

اشرح كيف ينتقل ثاني أكسيد الكربون من أنسجة الجسم إلى الرئتين

الماخذ الرئيسية

النقاط الرئيسية

  • ثاني أكسيد الكربون أكثر قابلية للذوبان في الدم من الأكسجين ، حيث يذوب حوالي 5 إلى 7 في المائة من ثاني أكسيد الكربون في البلازما.
  • ثاني أكسيد الكربون لديه القدرة على الالتصاق بجزيئات الهيموجلوبين ، وسيتم إزالته من الجسم بمجرد انفصالهما عن بعضهما البعض.
  • في نظام عازلة البيكربونات ، وهو الشكل الأكثر شيوعًا لنقل ثاني أكسيد الكربون في الدم ، يتم طرد ثاني أكسيد الكربون أخيرًا من الجسم عبر الرئتين أثناء الزفير.
  • الأهم من ذلك ، أن نظام عازلة البيكربونات يسمح بتغيير بسيط في درجة الحموضة في نظام الجسم ، فهو يسمح للأشخاص بالسفر والعيش على ارتفاعات عالية لأن النظام يمكنه ضبط نفسه لتنظيم ثاني أكسيد الكربون مع الحفاظ على الرقم الهيدروجيني الصحيح في الجسم.

الشروط الاساسية

  • كاربامينوهيموغلوبين: مركب مكون من الهيموجلوبين وثاني أكسيد الكربون أحد الأشكال التي يوجد بها ثاني أكسيد الكربون في الدم.
  • أنهيدراز الكربونيك: عائلة من الإنزيمات التي تحفز التحويل البيني السريع لثاني أكسيد الكربون والماء إلى بيكربونات وبروتونات
  • أول أكسيد الكربون: غاز عديم اللون ، عديم الرائحة ، قابل للاشتعال ، شديد السمية

نقل ثاني أكسيد الكربون في الدم

تنتقل جزيئات ثاني أكسيد الكربون في الدم من أنسجة الجسم إلى الرئتين بإحدى الطرق الثلاث:

  1. الذوبان مباشرة في الدم
  2. ملزمة للهيموجلوبين
  3. يتم حملها كأيون بيكربونات

تؤثر العديد من خصائص ثاني أكسيد الكربون في الدم على انتقاله. أولاً ، ثاني أكسيد الكربون أكثر قابلية للذوبان في الدم من الأكسجين. يذوب حوالي 5 إلى 7 في المائة من ثاني أكسيد الكربون في البلازما. ثانيًا ، يمكن لثاني أكسيد الكربون أن يرتبط ببروتينات البلازما أو يمكن أن يدخل خلايا الدم الحمراء ويرتبط بالهيموجلوبين. هذا النموذج ينقل حوالي 10 بالمائة من ثاني أكسيد الكربون. عندما يرتبط ثاني أكسيد الكربون بالهيموغلوبين ، يتشكل جزيء يسمى كاربامينوهيموغلوبين. يمكن عكس ارتباط ثاني أكسيد الكربون بالهيموجلوبين. لذلك ، عندما يصل ثاني أكسيد الكربون إلى الرئتين ، يمكن أن ينفصل بحرية عن الهيموجلوبين ويطرد من الجسم.

ثالثًا ، يتم نقل غالبية جزيئات ثاني أكسيد الكربون (85 بالمائة) كجزء من نظام عازلة البيكربونات. في هذا النظام ، ينتشر ثاني أكسيد الكربون في خلايا الدم الحمراء. الأنهيدراز الكربوني (CA) داخل خلايا الدم الحمراء يحول ثاني أكسيد الكربون بسرعة إلى حمض الكربونيك (H2كو3). حمض الكربونيك هو جزيء وسيط غير مستقر يتفكك على الفور إلى أيونات البيكربونات (HCO3 -) وأيونات الهيدروجين (H +). نظرًا لأن ثاني أكسيد الكربون يتحول بسرعة إلى أيونات بيكربونات ، فإن هذا التفاعل يسمح باستمرار امتصاص ثاني أكسيد الكربون في الدم ، أسفل تدرج تركيزه. كما ينتج عنه إنتاج أيونات H +. إذا تم إنتاج الكثير من H + ، يمكن أن يغير درجة الحموضة في الدم. ومع ذلك ، يرتبط الهيموغلوبين بأيونات H + الحرة ، مما يحد من التحولات في الأس الهيدروجيني. يتم نقل أيون البيكربونات المُصنَّع حديثًا من خلايا الدم الحمراء إلى المكون السائل في الدم مقابل أيون الكلوريد (Cl-) وهذا ما يسمى تحول الكلوريد. عندما يصل الدم إلى الرئتين ، يتم نقل أيون البيكربونات مرة أخرى إلى خلايا الدم الحمراء مقابل أيون الكلوريد. ينفصل أيون H + عن الهيموجلوبين ويرتبط بأيون البيكربونات. ينتج عن ذلك حمض الكربونيك الوسيط ، والذي يتم تحويله مرة أخرى إلى ثاني أكسيد الكربون من خلال التأثير الأنزيمي لـ CA. يتم طرد ثاني أكسيد الكربون الناتج من خلال الرئتين أثناء الزفير.

فائدة نظام عازلة البيكربونات هو أن ثاني أكسيد الكربون & # 8220 يتم امتصاصه & # 8221 في الدم مع تغيير طفيف في درجة الحموضة في النظام. هذا مهم لأنه لا يتطلب سوى تغيير بسيط في الرقم الهيدروجيني الكلي للجسم حتى تحدث الإصابة الشديدة أو الوفاة. يسمح وجود نظام عازلة البيكربونات للأشخاص بالسفر والعيش على ارتفاعات عالية. عندما يتغير الضغط الجزئي للأكسجين وثاني أكسيد الكربون على ارتفاعات عالية ، يتكيف نظام عازلة البيكربونات لتنظيم ثاني أكسيد الكربون مع الحفاظ على الرقم الهيدروجيني الصحيح في الجسم.

التسمم بأول أكسيد الكربون

في حين أن ثاني أكسيد الكربون يمكن أن يرتبط بسهولة وينفصل عن الهيموجلوبين ، فإن الجزيئات الأخرى ، مثل أول أكسيد الكربون (CO) ، لا تستطيع ذلك. أول أكسيد الكربون له انجذاب أكبر للهيموجلوبين أكثر من الأكسجين. Therefore, when carbon monoxide is present, it binds to hemoglobin preferentially over oxygen. As a result, oxygen cannot bind to hemoglobin, so very little oxygen is transported throughout the body. Carbon monoxide is a colorless, odorless gas which is difficult to detect. It is produced by gas-powered vehicles and tools. Carbon monoxide can cause headaches, confusion, and nausea long-term exposure can cause brain damage or death. Administering 100 percent (pure) oxygen is the usual treatment for carbon monoxide poisoning as it speeds up the separation of carbon monoxide from hemoglobin.

Carbon monoxide poisoning: When carbon monoxide (CO) in the body increases, the oxygen saturation of hemoglobin decreases since hemoglobin will bind more readily to CO than to oxygen. Therefore, CO exposure leads to death due to a decreased transportation of oxygen in the body.


شاهد الفيديو: Oxygen transport presentation (شهر اكتوبر 2022).