Sauerstoff gelangt durch die Atemwege in den Körper und gelangt über den Bronchialbaum in den Alveolarsack. Es kreuzt dann die Alveolarmembran und das kapillare Endothel, um in den Blutkreislauf zu gelangen. Einmal im Blut muss Sauerstoff zu den verschiedenen Geweben des Körpers transportiert werden. Sauerstoff ist jedoch im Blut schlecht löslich. Daher benötigt es ein Abgabesystem, das sicherstellt, dass genügend Sauerstoff an Gewebe abgegeben wird, aber auch ermöglicht, dass Sauerstoff dort freigesetzt wird, wo er benötigt wird.,

In diesem Artikel werden wir uns dieses Transportsystem, seine Komponenten und Faktoren ansehen, die es verändern können, und wir werden einige Beispiele dafür betrachten, wann es schief geht.

Sauerstofftransport

Jedes aktive Gewebe im Körper hat einen absoluten Sauerstoffbedarf. Für die überwiegende Mehrheit dieser Gewebe wird der Sauerstoff vom Blut zu den Geweben abgegeben, obwohl es einige bemerkenswerte Ausnahmen gibt (zum Beispiel erhält die Hornhaut ihren Sauerstoff direkt aus der Atmosphäre).

Sobald Sauerstoff aus der Lunge in das Blut gelangt ist, wird es von Hämoglobin (Hb) in den roten Blutkörperchen aufgenommen., Hämoglobin ist ein Protein, das aus vier Hämgruppen besteht, die Eisenionen enthalten. Diese Eisenionen (Fe2+), die mit Hämoglobinmolekülen assoziiert sind, reagieren chemisch mit Sauerstoff unter Bildung von Oxyhämoglobin.

Jedes Molekül Hämoglobin kann vier Sauerstoffmoleküle aufnehmen. Es ist Hämoglobin, das den Sauerstoff trägt, während es im Blut durch den Körper transportiert wird. Sauerstoff ist schlecht löslich im Blut, und so nur eine winzige Menge an Sauerstoff (1.,5% im arteriellen Blut) im Plasma gelöst – die überwiegende Mehrheit ist an Hämoglobin gebunden und ist davon abhängig, um die Gewebe in ausreichenden Mengen zu erreichen.

Daher ist in den allermeisten Fällen die Konzentration von Hämoglobin der limitierende Faktor für die Sauerstoffzufuhr zu Geweben.

Sauerstoffbindung an Hämoglobin

Hämoglobin ist ein Tetramer – es besteht aus vier Proteinuntereinheiten. Infolgedessen ändert es seine Form basierend darauf, wie viele Sauerstoffmoleküle daran gebunden sind., Die Formänderung bewirkt auch eine Veränderung der Affinität zu Sauerstoff; Je mehr Sauerstoff gebunden ist, desto höher wird die Affinität des Moleküls zu Sauerstoff. Dies wird als kooperative Bindung bezeichnet.

Wenn kein Sauerstoff gebunden ist, befindet sich das Hämoglobin im angespannten Zustand (T-Zustand) mit einer geringen Sauerstoffaffinität. An dem Punkt, an dem Sauerstoff zuerst bindet, verändert das Hämoglobin seine Form in den entspannten Zustand (R-Zustand), der eine höhere Affinität zu Sauerstoff aufweist. Wir können diese Änderung in einem Diagramm der Sauerstoffsättigung über den Sauerstoffpartialdruck darstellen.,

Sauerstoffzufuhr an Geweben

Wie im obigen Diagramm gezeigt, hängt der an Hämoglobin gebundene Sauerstoffanteil mit dem Sauerstoffpartialdruck (pO2) an einer bestimmten Stelle zusammen. Es wird erklärt, wie, wenn das Oxyhämoglobin ein Gewebe erreicht, das Sauerstoff verbraucht (z. B. Skelettmuskel), der Sauerstoff aufgrund des niedrigeren lokalen pO2 dissoziiert. Mit diesem System kann Sauerstoff in die Bereiche geliefert werden, die ihn am dringendsten benötigen.

Die kooperative Bindung ist von Vorteil, da sie im Extremfall funktioniert: Wenn lokal wenig Sauerstoff vorhanden ist, möchten wir nicht, dass Hämoglobin seinen Sauerstoff fest gebunden hält., Ebenso möchten wir, dass Hämoglobin bei hohem Sauerstoffgehalt (z. B. im Lungenkreislauf) so viel Sauerstoff wie möglich aufnimmt.

Faktoren, die die Sauerstoffaffinität beeinflussen

Wie oben erwähnt, hat Hämoglobin eine gewisse Affinität zu Sauerstoff-chemisch möchte Hämoglobin mit Sauerstoff binden. Wie wir bereits untersucht haben, kann sich die Menge an Affinität, die Hämoglobin zu Sauerstoff hat, ändern. Verschiedene andere Faktoren können einen signifikanten Einfluss auf die Sauerstoffaffinität haben:

• pH-Die Konzentration von Wasserstoffionen kann die Affinität von Hämoglobin zu Sauerstoff verändern., Dies liegt daran, dass Hämoglobin im T-Zustand eine höhere Affinität für Wasserstoffionen aufweist als für Sauerstoff. Wenn der pH-Wert sinkt (also steigt), tritt Hb in den T-Zustand ein und seine Affinität zu Sauerstoff sinkt. Daher wird mehr Sauerstoff benötigt, um eine maximale prozentuale Sättigung zu erreichen. Dies wird als Bohr-Effekt bezeichnet. Es erlaubt Sauerstoff, an Geweben mit einem niedrigeren pH-Wert zu dissoziieren: ein guter Indikator für die Rate der Zellatmung. Je niedriger der pH-Wert, desto mehr verschiebt sich die Dissoziationskurve nach rechts.,
• 2,3-Diphosphoglycerat (2,3-DPG)-2,3-DPG, manchmal auch als 2,3-BPG bezeichnet, ist eine Chemikalie, die in roten Blutkörperchen vorkommt. Es ist ein Produkt aus dem Glukosestoffwechselweg. 2,3-DPG verringert die Affinität von Hämoglobin zu Sauerstoff. Die Werte von 2,3-DPG werden in großen Höhen zunehmen, um sich an den relativ niedrigen Luftsauerstoff anzupassen; Affinität reduziert, so dass mehr Sauerstoff im Gewebe freigesetzt wird. Je höher die, desto mehr verschiebt sich die Dissoziationskurve nach rechts.
• Temperatur-Temperatur wirkt auf die Affinität von Hämoglobin zu Sauerstoff, indem es die kinetische Energie von Hb und Sauerstoff beeinflusst., Höhere Temperaturen bedeuten, dass Sauerstoff mehr kinetische Energie hat, wodurch er wahrscheinlicher dissoziiert. Bei atmenden Geweben wird mehr Sauerstoff aus Hb freigesetzt, da diese dazu neigen, mehr Wärme zu erzeugen. Je höher die Temperatur, desto mehr verschiebt sich die Dissoziationskurve nach rechts.

Klinische Relevanz – Kohlenmonoxidvergiftung

Kohlenmonoxid (CO) ist ein farbloses, geruchloses Gas, das aus defekten Kesseln oder Verbrennungsmotoren freigesetzt werden kann. Kohlenmonoxidvergiftung tritt auf, wenn CO an der Stelle der Sauerstoffbindung mit Hämoglobin reagiert., Hämoglobin hat eine Affinität für CO, die 210x größer ist als seine Affinität für Sauerstoff. Dies bedeutet, dass Kohlenmonoxid, sobald es an Hämoglobin bindet, irreversibel ist.

Symptome einer CO-Vergiftung sind Kopfschmerzen, Übelkeit und Müdigkeit, aber interessanterweise wird die Atemfrequenz normalerweise geschont, da der Partialdruck des im Blut gelösten Sauerstoffs auf normalem Niveau gehalten wird. Hämoglobin gebunden mit CO hat eine kirschrote Farbe und dies kann in den Betten und Schleimhäuten von Patienten mit CO-Vergiftung sichtbar sein. Die Behandlung erfolgt mit 100% Sauerstoff und Überweisung zur hyperbaren Sauerstoffbehandlung., Eine CO-Vergiftung ist tödlich, wenn 70-80% des Hämoglobins mit Kohlenmonoxid gebunden sind.