Sauerstofftransport und-diffusion

Der größte Teil des Sauerstoffs, der durch Blut transportiert wird, ist an Hämoglobin gebunden, das in roten Blutkörperchen (Erythrozyten) gefunden wird. Die Bindung von Sauerstoff an Hämoglobin (HbO2) wird durch den Partialdruck von Sauerstoff (PO2) und die Affinität des Hämoglobins zu Sauerstoff bestimmt, wie in der Abbildung rechts gezeigt (Hämoglobin-Sauerstoff-Dissoziationskurve). Bei normalen arteriellen PO2-Werten (~100 mmHg) ist das Hämoglobin etwa 97% gesättigt., Die Menge an Sauerstoff, die bei normalen arteriellen PO2-Werten an Hämoglobin gebunden ist, wird durch die Menge bestimmt Gesamtmenge an Hämoglobin. Bei einem normalen Hämatokrit der roten Blutkörperchen von 45% gibt es etwa 15 g Hämoglobin pro 100 ml Blut. Jedes Gramm Hämoglobin kann 1,34 ml Sauerstoff binden; Daher sind normalerweise etwa 19,5 ml O2/100 ml Blut im normalen arteriellen Blut an Hämoglobin gebunden (1,34 ml O2/g x 15 g x 0,97). Es gibt auch eine sehr kleine Menge Sauerstoff, die im freien Wasser des Plasmas und der Zellen gelöst ist (~0,3 ml O2/100 ml Blut)., Wenn gebundener und gelöster Sauerstoff zugesetzt werden, enthält arterielles Blut normalerweise etwa 20 ml O2/100 ml Blut (20 vol %).

Da die Hämoglobin-Sauerstoff-Dissoziationskurve sigmoidal ist, führt eine Verringerung des arteriellen PO2 auf 75 mmHg zu einer Abnahme der Sauerstoffsättigung und des Sauerstoffgehalts im Blut um weniger als 10%. Wenn das Blut jedoch normalen Gewebe-PO2-Spiegeln von 20-40 mmHg ausgesetzt ist, kann das Hämoglobin den Sauerstoff auch nicht binden, so dass die Sauerstoffsättigung erheblich abnimmt. Hämoglobin ist nur etwa 50% mit Sauerstoff gesättigt, wenn das PO2 25 mmHg beträgt., Der PO2, bei dem das Hämoglobin zu 50% gesättigt ist, ist der P50-Wert. Dieser Wert kann abhängig von einer Reihe von Faktoren ansteigen oder abnehmen. Beispielsweise erhöhen erhöhter PCO2, verminderter pH-Wert und erhöhte Temperatur den P50, indem die Hämoglobin-Sauerstoff-Dissoziationskurve nach rechts verschoben wird. Dies bedeutet, dass bei jedem gegebenen PO2 die an Hämoglobin gebundene Sauerstoffmenge reduziert wird. Diese Verschiebung der Kurve trägt zur Entladung von Sauerstoff aus Hämoglobin unter Bedingungen eines erhöhten Sauerstoffbedarfs durch das Gewebe bei., Ein erhöhter Sauerstoffverbrauch des Gewebes geht einher mit erhöhtem PCO2, vermindertem pH-Wert und erhöhter Temperatur im Gewebe, das die Blutgefäße umgibt.

Sauerstoff diffundiert schnell aus dem Blut in das Gewebe auf der Ebene der Mikrozirkulation, insbesondere an Kapillaren (siehe Abbildung rechts). Da Sauerstoff sehr fettlöslich ist, gelangt er leicht durch Zellmembranen. Die Rate der Sauerstoffdiffusion wird hauptsächlich durch die PO2-Differenz zwischen dem Plasma und den Zellen bestimmt, die die Kapillaren umgeben, wie sie durch das erste Diffusionsgesetz von Fick beschrieben wird., Obwohl es eine beträchtliche Heterogenität der PO2-Werte zwischen verschiedenen Kapillaren gibt, reicht ein typischer Wert von 30-40 mmHg. Das PO2 in den Zellen ist sehr niedrig, da Sauerstoff von Mitochondrien in den Zellen verbraucht wird. Das PO2 in den Mitochondrien beträgt weniger als 1 mmHg, da dies die Organellen sind, die den Sauerstoff verbrauchen, um ATP zu erzeugen. Bei erhöhtem oxidativen Metabolismus eines Gewebes müssen die Mitochondrien mehr ATP bilden und daher mehr Sauerstoff verbrauchen., Dieser Sauerstoff diffundiert aus dem Plasma über das kapillare Endothel und den interstitiellen Raum in die Zelle und ihre Mitochondrien.

Obwohl es der PO2-Unterschied ist, der die Diffusion antreibt und nicht der Blutgehalt von Sauerstoff, wirkt der Hämoglobin-gebundene Sauerstoff als Reservoir für Sauerstoff. Wenn Sauerstoff aus dem Plasma diffundiert, fallen das Plasma und das zytoplasmatische PO2 der roten Blutkörperchen, was dazu führt, dass Sauerstoff vom Hämoglobin dissoziiert und in den gelösten Sauerstoffpool im Plasma gelangt, von wo aus er in das umgebende Gewebe diffundiert., Mehr Sauerstoff, der an das Hämoglobin gebunden ist, bedeutet, dass mehr Sauerstoff für die Diffusion in Zellen verfügbar ist. Daher ist die an Hämoglobin gebundene Sauerstoffmenge ein wichtiger Faktor bei der Bestimmung der Sauerstoffzufuhr zu einem Gewebe.

Überarbeitet 29.04.2014