การขนส่งคาร์บอนไดออกไซด์

การขนส่งคาร์บอนไดออกไซด์อธิบายถึงวิธีการที่คาร์บอนไดออกไซด์ที่ผลิตโดยเนื้อเยื่อที่มีการเผาผลาญถูกลำเลียงในเลือดไปยังปอดเพื่อกำจัดออกไป แตกต่างจากออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ถูกลำเลียงในสามรูปแบบที่สามารถเปลี่ยนกลับไปมาได้ และส่วนใหญ่จะเดินทางในรูปของไบคาร์บอเนตที่สร้างขึ้นโดยเอนไซม์คาร์บอนิกแอนไฮเดรส

Definition

การขนส่งคาร์บอนไดออกไซด์คือการลำเลียงคาร์บอนไดออกไซด์ที่ผลิตจากการเผาผลาญในเลือดในรูปของก๊าซที่ละลาย ไบคาร์บอเนต และสารประกอบคาร์บามิโน ซึ่งถูกส่งจากเนื้อเยื่อไปยังปอดเพื่อขับถ่ายออก

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมรูปแบบการขนส่งคาร์บอนไดออกไซด์ทั้งสามรูปแบบ ได้แก่ รูปแบบที่ละลาย รูปแบบไบคาร์บอเนต และรูปแบบคาร์บามิโน บทบาทของคาร์บอนิกแอนไฮเดรสและการเปลี่ยนแปลงคลอไรด์ (chloride shift) ผลของฮาลเดน (Haldane effect) และความสัมพันธ์เกือบเป็นเส้นตรงระหว่างปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในเลือดกับความดันย่อย หัวข้อนี้เป็นสรีรวิทยาอ้างอิงและไม่ได้ให้คำแนะนำทางคลินิก

Core questions

• คาร์บอนไดออกไซด์ถูกลำเลียงในเลือดในรูปแบบใดบ้าง และรูปแบบใดที่เด่นที่สุด?
• คาร์บอนิกแอนไฮเดรสช่วยให้เกิดการสร้างไบคาร์บอเนตได้อย่างไร และการเปลี่ยนแปลงคลอไรด์คืออะไร?
• ผลของฮาลเดนคืออะไร และช่วยในการบรรจุและปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ได้อย่างไร?
• เหตุใดความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์กับความดันจึงเป็นเส้นตรงมากกว่าความสัมพันธ์สำหรับออกซิเจน?

Key concepts

• คาร์บอนไดออกไซด์ที่ละลาย
• ไบคาร์บอเนตในฐานะรูปแบบการขนส่งที่เด่น
• สารประกอบคาร์บามิโน (คาร์บอนไดออกไซด์ที่จับกับฮีโมโกลบิน)
• คาร์บอนิกแอนไฮเดรส
• การเปลี่ยนแปลงคลอไรด์ (แฮมเบอร์เกอร์)
• ผลของฮาลเดน

Key theories

การขนส่งคาร์บอนไดออกไซด์สามรูปแบบด้วยคาร์บอนิกแอนไฮเดรส

คาร์บอนไดออกไซด์ถูกลำเลียงในรูปของก๊าซที่ละลาย ไบคาร์บอเนต และสารประกอบคาร์บามิโน; คาร์บอนิกแอนไฮเดรสในเซลล์เม็ดเลือดแดงจะเร่งปฏิกิริยาไฮเดรตคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นไบคาร์บอเนตอย่างรวดเร็ว ซึ่งจะแลกเปลี่ยนกับคลอไรด์ในพลาสมา (การเปลี่ยนแปลงคลอไรด์) ทำให้ไบคาร์บอเนตเป็นรูปแบบการขนส่งที่เด่น

Mechanisms

คาร์บอนไดออกไซด์แพร่จากเนื้อเยื่อเข้าสู่เลือด โดยมีส่วนน้อยที่ยังคงละลายอยู่ และบางส่วนจับกับฮีโมโกลบินและโปรตีนอื่น ๆ โดยตรงในรูปของสารประกอบคาร์บามิโน ส่วนใหญ่จะเข้าสู่เซลล์เม็ดเลือดแดง ซึ่งคาร์บอนิกแอนไฮเดรสจะเร่งปฏิกิริยาไฮเดรตให้กลายเป็นกรดคาร์บอนิกอย่างรวดเร็ว ซึ่งจะแตกตัวเป็นไฮโดรเจนไอออน (ถูกบัฟเฟอร์โดยฮีโมโกลบิน) และไบคาร์บอเนต จากนั้นไบคาร์บอเนตจะเคลื่อนเข้าสู่พลาสมาเพื่อแลกเปลี่ยนกับคลอไรด์ ซึ่งเรียกว่าการเปลี่ยนแปลงคลอไรด์ (chloride shift) ฮีโมโกลบินที่ไม่มีออกซิเจนจะจับกับคาร์บอนไดออกไซด์และไฮโดรเจนไอออนได้ง่ายกว่า ดังนั้นการกำจัดออกซิเจนในเนื้อเยื่อจะช่วยเพิ่มการบรรจุคาร์บอนไดออกไซด์ และการรับออกซิเจนในปอดจะส่งเสริมการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งเรียกว่าผลของฮาลเดน (Haldane effect) เนื่องจากแหล่งเก็บสารเคมีเหล่านี้มีขนาดใหญ่และเป็นสัดส่วนโดยประมาณในช่วงสรีรวิทยา ปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในเลือดจึงแปรผันเป็นเส้นตรงกับความดันย่อยมากกว่าปริมาณออกซิเจน

Clinical relevance

การขนส่งคาร์บอนไดออกไซด์เชื่อมโยงสรีรวิทยาของระบบทางเดินหายใจเข้ากับสมดุลกรด-ด่าง เนื่องจากระบบบัฟเฟอร์ไบคาร์บอเนตเป็นศูนย์กลางของ pH ในเลือด การทำความเข้าใจเรื่องนี้เป็นพื้นฐานในการตีความก๊าซในเลือด ข้อมูลนี้เป็นสรีรวิทยาอ้างอิงและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

กลไกเหล่านี้เป็นสรีรวิทยาที่ได้รับการยอมรับอย่างดี สรุปไว้ในการทบทวนที่ครอบคลุมโดยผู้ทรงคุณวุฒิเกี่ยวกับการขนส่งคาร์บอนไดออกไซด์และคาร์บอนิกแอนไฮเดรส และในตำราเรียนมาตรฐาน หัวข้อนี้เป็นสรีรวิทยาเชิงพรรณนามากกว่าการปฏิบัติที่อิงตามแนวทาง

History

การทำงานร่วมกันของการออกซิเจนและการขนส่งคาร์บอนไดออกไซด์ได้รับการอธิบายโดยฮาลเดนในช่วงต้นศตวรรษที่ยี่สิบ และการเปลี่ยนแปลงคลอไรด์ที่มาพร้อมกับการเคลื่อนที่ของไบคาร์บอเนตได้รับการตั้งชื่อตามผลงานของแฮมเบอร์เกอร์ในยุคเดียวกัน การทบทวนทางสรีรวิทยาในภายหลังได้รวบรวมบทบาทเชิงปริมาณของคาร์บอนิกแอนไฮเดรสและรูปแบบการขนส่งทั้งสาม

Key figures

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

Seminal works

• geers-gros-2000

Frequently asked questions

รูปแบบใดที่ลำเลียงคาร์บอนไดออกไซด์ส่วนใหญ่ในเลือด?

คาร์บอนไดออกไซด์ส่วนใหญ่ถูกลำเลียงในรูปของไบคาร์บอเนต ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อคาร์บอนิกแอนไฮเดรสในเซลล์เม็ดเลือดแดงทำปฏิกิริยาไฮเดรตคาร์บอนไดออกไซด์; ปริมาณที่น้อยกว่าจะเดินทางในรูปของสารประกอบคาร์บามิโนที่จับกับฮีโมโกลบินและในรูปของก๊าซที่ละลาย

ผลของฮาลเดนคืออะไร?

คือความสามารถที่เพิ่มขึ้นของฮีโมโกลบินที่ไม่มีออกซิเจนในการลำเลียงคาร์บอนไดออกไซด์ ดังนั้นการปล่อยออกซิเจนในเนื้อเยื่อจะส่งเสริมการรับคาร์บอนไดออกไซด์ และการรับออกซิเจนในปอดจะส่งเสริมการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์