16.氧和二氧化碳在血液中的运输

本思维导图的内容来自：人民卫生出版社临床医学八年制用教材《生理学》第三版（不过作者觉得五年制的同学也可使用，差别不大）。第十六章：氧和二氧化碳在血液中的运输。本思维导图适用于课前预习、课后复习以及考前复习。思维导图仅来自作者的课堂笔记及人为该掌握的重点，因此推荐使用者从自己的角度出发，对思维导图进行删减、二次创作。

16.氧和二氧化碳在血液中的运输

• 存在形式
  • 物理溶解
  • 化学结合
• 氧的运输
  • 主要运输形式：化学结合
    • 氧合血红蛋白HbO2
  • 载体：血红蛋白（Hb）
    • Hb分子组成
      • 一个珠蛋白
        • 珠蛋白合成障碍：地中海贫血
        • 4条多肽链，分别与1个血红素相连接
      • 4个血红素（亚铁原卟啉）
        • 每个血红素：由4个吡咯基组成一个环，中心为一个Fe2+，是Hb分子与O2结合的部位
    • 类型
      • 成人（HbA）
        • 两条α链两条β链；α2β2
          • α：141个氨基酸残基；β：146个氨基酸残基
      • 胎儿（HbF）
        • 两条α链两条γ链；α2γ2
          • α：141个氨基酸残基；γ：146个氨基酸残基
          • β与γ的区别
            • 其中有37个氨基酸残基不一样
      • 区别
        • HbF对O2的亲和力比HbA高，有利于胎儿由母体获取O2
        • 出生4个月左右，大约90%HbF即为HbA所取代
  • 基础：氧与血红蛋白的结合
    • 氧与血红蛋白的结合是可逆的
      • 反应方向取决于PO2的高低
      • 快速
      • 不需酶催化
    • 氧与血红蛋白结合是氧合而非氧化
      • Fe2+与O2结合后，化合价不变
    • 1分子血红蛋白可结合4分子氧
      • 氧容量：100ml血液中，Hb所能结合的最大O2量
      • 氧含量：Hb实际结合的O2量
        • 实际氧含量：19.4ml
      • 氧饱和度：Hb氧含量占Hb氧容量的百分比
        • 动脉血氧饱和度：97%
    • 氧与血红蛋白的结合或解离可影响血红蛋白对氧的亲和力
      • 4个亚单位具有协同效应
        • 决定氧解离曲线“S”形
      • 紧密型（T,脱氧）与疏松型（R,氧合）可通过盐键的合成（R→T）与断裂（T→R）相互转换
    • 氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白的颜色不同
      • 吸光与颜色
        • HbO2：吸收短波光（如蓝光）的能力较强，呈鲜红色
        • 脱氧Hb：吸收长波光（如红光）的能力较强，呈暗紫色
      • 发绀
        • 血液中的脱氧Hb含量达5g/100ml血液以上时，皮肤、黏膜呈暗紫色
        • 缺氧的标志之一
  • 氧解离曲线
    • 反映：血红蛋白与氧的解离或结合关系
      • • Hb某亚基与O2结合或解离→Hb变构→其他亚基的亲O2力↑或↓→Hb的4个亚基的协同效应→氧离曲线呈现S形
    • 三段
      • 上段
        • 特点
          • 比较平坦，表明血液PO2在这个范围内变化对Hb氧饱和度或血液氧含量影响不大，可以认为它是曲线中反映Hb与O2结合的部分
        • 意义
          • Hb对血液氧含量具有缓冲作用，这有助于稳定组织中的PO2和对组织的供O2量
          • 保证低PO2时的高载氧能力
      • 中段
        • 特点
          • 较陡，相当于血液PO2在40~60mmHg之间的Hb氧饱和度或血液氧含量
          • 陡：血中PO2的变化就可以引起Hb氧饱和度和血氧含量的较明显改变
        • 意义
          • 有利于动脉血在PO2较低的组织中释放O2维持正常的组织的氧供
        • 反映：机体在安静状态下血液对组织的供O2情况
        • O2的利用系数
          • 血液流经组织时释放出的O2容积占动脉血液氧含量的百分数
          • 安静状态：25%
      • 下段
        • 特点
          • 相当于血液PO2在15~40mmHg之间时的Hb氧饱和度和血氧含量
          • 最陡，表明血液PO2发生较小变化即可导致Hb氧饱和度或血氧含量的明显改变
          • 坡度更陡：PO2稍有下降，血氧饱和度就急剧下降
        • 意义
          • 下段释放O2量为正常时的3倍，反映血液中O2储备，维持活动时组织的氧供
        • 反映：Hb对组织PO2的波动具有缓冲作用，对组织供O2具有很强的贮备能力
        • 组织需氧↑或环境PO2↓
          • 机体可通过加强循环系统活动（增加心输出量）来增加对组织的供氧
    • P50
      • 反映：血红蛋白与氧亲和力的指标
      • 氧饱和度为50%时血液的PO2
      • 正常值：26.5mmHg
    • 影响因素
      • • Hb对O2的亲和力下降：右移
        • Hb对O2的亲和力增高：左移
      • 血液理化因素
        • PCO2、【H+】
          • 波尔效应
            • PCO2以及氢离子浓度的改变对氧运输的影响
            • 影响
              • PCO2或【H+】↑，Hb对O2的亲和力↓，P50↑，氧解离曲线右移
              • PCO2或【H+】↓，Hb对O2的亲和力↑，P50↓，氧解离曲线左移
            • 生理意义
              • 既可促进肺毛细血管血液中Hb与O2的结合，又有利于组织毛细血管血液中的HbO2释放O2
              • 在肺部促进氧合，在组织促进氧离
          • 【H+】↑→H+与Hb多肽链某些氨基酸残基结合→促进Hb盐键形成→Hb构型向T型转变→Hb对O2的亲和力↓→氧解离曲线右移
        • 温度
          • T↑
            • H+活性↑
            • 局部组织代谢↑→CO2↑、H+↑
            • [H+]↑→Hb与O2的亲和力↓→P50↑→氧离曲线右移→氧离易Hb释放O2→组织获得更多的氧，适应代谢增加的需要
          • 实际联系
            • 低温麻醉时，应防组织缺O2
            • 冬天，末梢循环↓+氧离难→局部红、易冻伤
        • 2，3-二磷酸甘油酸（2，3-DPG）
          • 红细胞无O2糖酵解的产物
            • 慢性缺氧、贫血、高原低氧→糖酵解加强→RBC中2，3-DPG↑→氧离曲线右移
          • 在血库中用抗凝剂枸橼酸-葡萄糖液保存三周后的血液，糖酵解停止，红细胞内2，3-DPG含量因此而下降，导致Hb与O2的亲和力增加，氧解离曲线左移，O2不容易解离出来
            • 给病人输入贮存时间长的血液时，应考虑这种血液在组织中释放的O2量少
          • 一分子2，3-DPG→O2释放量最高增加10mmHg，使机体更好地适应缺氧环境
          • 2，3-DPG↑
            • 2，3-DPG与Hb的β链结合形成盐键→Hb变构为T型
            • →【H+】↑→波尔效应
            • →Hb与O2亲和力↓→氧离曲线右移→氧易离
        • CO
          • 阻止O2结合，妨碍O2解离
          • 毒性作用
            • 与Hb结合，占据Hb分子中与O2结合的位点→Hb与O2的亲和力↓→Hb氧饱和度和血液氧含量显著下降
            • 与Hb分子中一个血红素结合后，增加其余3个血红素对O2的亲和力，使氧解离曲线左移，妨碍O2解离
          • 吸入CO浓度为0.1%即可致人死亡
          • 中毒处理
            • 首先，切断其来源，通风
            • 吸入纯O2有助于快速置换与Hb结合的CO，高压舱加压吸入的效果更好
            • 吸入5%的CO2刺激呼吸中枢，增加肺泡通气量，也有助于排除CO
      • 血红蛋白的质和量
        • Fe2+氧化成Fe3+而形成高铁Hb，便会失去携O2的能力
        • 胎儿的Hb与O2的亲和力较高
        • 珠蛋白多肽链中氨基酸的变异影响Hb的运O2能力
        • 贫血患者Hb量减少
• 二氧化碳的运输
  • 主要运输形式：化学结合
    • 碳酸氢盐：88%
    • 氨基甲酰血红蛋白：7%
  • 部位
    • 血浆：主要为碳酸氢钠
    • 红细胞
      • 碳酸氢钾
        • 特点
          • 快、可逆、方向取决于PCO2差
          • Cl-转移维持电平衡，促进CO2化学结合的运输
          • 需碳酸酐酶
          • RBC内反应，血浆内运输
      • 氨基甲酰血红蛋
        • 特点
          • 反应迅速、可逆、无需催化
          • 反应方向主要受氧合作用的调节
            • HbO2的酸性高，难与CO2结合，反应向左进行
            • Hb的酸性低，易与CO2结合，反应向右进行
          • 虽不是主要运输形式，却是高效率运输形式，因此肺部排出的CO2有17.5%是此释放的
  • 二氧化碳解离曲线
    • 反映：二氧化碳含量与血液二氧化碳分压的关系
    • 特点
      • 血液中CO2的含量随PCO2的升高而增加
      • 每100ml血液流经肺部时可释放出4mlCO2
      • 血PO2↑时，CO2解离曲线下移
    • 与氧解离曲线区别
      • CO2解离曲线接近线性而不是呈“S”形，，而且血液中的CO2含量没有饱和点
  • 影响因素
    • 氧与血红蛋白的结合通过霍尔登效应影响血红蛋白对二氧化碳的运输
    • 霍尔登效应
      • O2与Hb结合可促使CO2释放，而脱氧Hb则容易与CO2结合
      • 部位
        • 组织中
          • 由于HbO2释出O2而成为脱氧Hb，通过霍尔登效应可促进Hb摄取并结合CO2
        • 肺部
          • 因Hb与O2结合，霍尔登效应表现为促进CO2的释放
    • O2与CO2的运输相互影响
      • CO2通过波尔效应影响Hb对O2的结合和释放
      • O2通过霍尔登效应影响Hb对CO2的结合和释放
  • 劳动和运动时，肌肉组织最高可需要平时O2量的20倍
    • 肌肉产CO2、H+、T（2~3°C）↑，组织缺氧→2，3-DPG↑→氧离曲线右移，O2释放量↑3倍，心输出量↑6~7倍→耗氧量=3x（6~7）≈20倍