Транспорт углекислого газа

Транспорт углекислого газа описывает, как углекислый газ, образующийся в метаболизирующих тканях, переносится кровью в легкие для выведения. В отличие от кислорода, углекислый газ переносится в трех взаимопревращающихся формах, и большая его часть транспортируется в виде бикарбоната, образующегося при участии фермента карбоангидразы.

Definition

Транспорт углекислого газа — это перенос метаболически образующегося углекислого газа в крови в виде растворенного газа, бикарбоната и карбаминовых соединений, доставляемых из тканей в легкие для выведения.

Scope

Эта тема охватывает три формы переноса углекислого газа — растворенный, бикарбонатный и карбаминовый, роль карбоангидразы и хлоридного сдвига, эффект Холдейна и почти линейную зависимость между содержанием углекислого газа в крови и парциальным давлением. Это справочная физиология и не содержит клинических рекомендаций.

Core questions

• В каких формах углекислый газ переносится в крови, и какая из них преобладает?
• Как карбоангидраза обеспечивает образование бикарбоната, и что такое хлоридный сдвиг?
• Что такое эффект Холдейна и как он способствует загрузке и выгрузке углекислого газа?
• Почему зависимость содержания углекислого газа от давления более линейна, чем для кислорода?

Key concepts

• Растворенный углекислый газ
• Бикарбонат как доминирующая форма транспорта
• Карбаминовые соединения (углекислый газ, связанный с гемоглобином)
• Карбоангидраза
• Хлоридный (Гамбургера) сдвиг
• Эффект Холдейна

Key theories

Трехформный перенос углекислого газа с участием карбоангидразы

Углекислый газ переносится в виде растворенного газа, бикарбоната и карбаминовых соединений; карбоангидраза эритроцитов быстро гидратирует углекислый газ до бикарбоната, который обменивается на хлорид плазмы (хлоридный сдвиг), что делает бикарбонат доминирующей формой транспорта.

Mechanisms

Углекислый газ диффундирует из тканей в кровь, где небольшая его часть остается растворенной, а некоторая связывается непосредственно с гемоглобином и другими белками в виде карбаминовых соединений. Наибольшая доля поступает в эритроциты, где карбоангидраза быстро гидратирует его до угольной кислоты, которая диссоциирует на ионы водорода (буферизуемые гемоглобином) и бикарбонат; затем бикарбонат перемещается в плазму в обмен на хлорид — это хлоридный сдвиг. Дезоксигенированный гемоглобин легче связывает углекислый газ и ионы водорода, поэтому удаление кислорода в тканях усиливает загрузку углекислого газа, а оксигенация в легких способствует его высвобождению — это эффект Холдейна. Поскольку эти химические резервуары велики и примерно пропорциональны в физиологическом диапазоне, содержание углекислого газа в крови изменяется более линейно с парциальным давлением, чем содержание кислорода.

Clinical relevance

Транспорт углекислого газа связывает физиологию дыхания с кислотно-основным балансом, поскольку бикарбонатная буферная система является центральной для pH крови; понимание этого лежит в основе интерпретации газов крови. Эта статья является справочной по физиологии и не служит основой для индивидуальной диагностики или лечения.

Evidence & guidelines

Механизмы являются хорошо установленной физиологией, обобщенной в всеобъемлющем рецензируемом обзоре транспорта углекислого газа и карбоангидразы, а также в стандартных учебниках. Тема представляет собой описательную физиологию, а не практику, основанную на рекомендациях.

History

Взаимодействие оксигенации и переноса углекислого газа было описано Холдейном в начале двадцатого века, а хлоридный сдвиг, сопровождающий движение бикарбоната, назван в честь работы Гамбургера того же периода. Более поздние физиологические обзоры закрепили количественные роли карбоангидразы и трех форм транспорта.

Key figures

• John Scott Haldane
• Hartog Jakob Hamburger
• Gerolf Gros
• John B. West

Seminal works

• geers-gros-2000

Frequently asked questions

Какая форма переносит большую часть углекислого газа в крови?

Большая часть углекислого газа переносится в виде бикарбоната, образующегося, когда карбоангидраза в эритроцитах гидратирует углекислый газ; меньшие количества переносятся в виде карбаминовых соединений, связанных с гемоглобином, и в виде растворенного газа.

Что такое эффект Холдейна?

Это повышенная способность дезоксигенированного гемоглобина переносить углекислый газ, так что высвобождение кислорода в тканях способствует поглощению углекислого газа, а поглощение кислорода в легких способствует высвобождению углекислого газа.