Vận chuyển CO2 trong máu: các dạng vận chuyển và hiệu ứng Hanldane

2021-08-22 10:08 AM

Một lượng lớn CO2 đó có vai trò tạo nên sự cân bằng axit-bazơ của các chất dịch cơ thể. Dưới điều kiện bình thường khi nghỉ ngơi, trong mỗi 100 ml máu trung bình có 4ml CO2 được vận chuyển từ mô tới phổi.

Biên tập viên: Trần Tiến Phong

Đánh giá: Trần Trà My, Trần Phương Phương

Vận chuyển CO2 trong máu

Sự vận chuyển CO2 trong máu thường không phức tạp như vận chuyển O2 vì ngay cả trong những điều kiện bất thường nhất, CO2 vẫn luôn được vận chuyển với số lượng lớn hơn nhiều so với O2. Tuy nhiên, một lượng lớn CO2 đó có vai trò tạo nên sự cân bằng axit-bazơ của các chất dịch cơ thể. Dưới điều kiện bình thường khi nghỉ ngơi, trong mỗi 100 ml máu trung bình có 4ml CO2 được vận chuyển từ mô tới phổi.

Các dạng vận chuyển CO2

Để bắt đầu quá trình vận chuyển CO2, CO2 khuếch tán ra khỏi các tế bào ở mô dưới dạng phân tử CO2 hòa tan. Khi đi vào các mao mạch ở mô, ngay lập tức, CO2 đã khởi động một lượng lớn phản ứng hóa học và vật lí, những phản ứng này cần thiết cho sự vận chuyển CO2.

Vận chuyển CO2 dưới dạng hòa tan:

Một phần nhỏ của CO2 được vận chuyển dưới dạng hoà tan đến phổi. Nhớ lại rằng PCO2 máu tĩnh mạch là 45 mm Hg và ở máu động mạch là 40 mm Hg. Lượng CO2 hòa tan trong máu ở phân áp 45 mm Hg là khoảng 2,7 ml/dl (2,7% thể tích). Lượng hòa tan ở phân áp 40 mm Hg là khoảng 2,4 ml, hay sự khác biệt là 0,3 ml. Do đó, chỉ có khoảng 0,3 ml CO2 được vận chuyển dưới dạng hòa tan bởi mỗi 100 ml máu chảy. Nó chiếm khoảng 7 % lượng CO2 được vận chuyển.

Vận chuyển carbon dioxide trong máu

Hình. Vận chuyển carbon dioxide trong máu

Vận chuyển CO2 dưới dạng ion Bicarbonate( HCO3-):

Phản ứng của Dioxide Carbon bên trong hồng cầu - Tác động của Carbonic Anhydrase.

CO2 không hòa tan trong máu phản ứng với nước để tạo thành acid carbonic. Phản ứng này có thể xảy ra rất chậm, do đó bên trong hồng cầu có một enzyme đóng vai trò rất quan trọng là carbonic anhydrase xúc tác cho phản ứng giữa CO2 và nước trong hồng cầu làm tăng tốc tốc độ phản ứng lên khoảng 5000 lần. Do đó, thay vì cần thời gian dài để xảy ra phản ứng như ở trong huyết tương, các phản ứng xảy ra rất nhanh trong hồng cầu và đạt trạng thái cân bằng gần như hoàn toàn trong khoảng thời gian rất ngắn. Hiện tượng này cho phép một lượng lớn CO2 phản ứng bên trong hồng cầu, ngay cả trước khi máu đi qua các mao mạch ở mô.

Sự phân ly của acid carbonic thành ion Bicarbonate và ion: Trong giây lát, acid carbonic (H2CO3) được tạo ra trong hồng cầu đã phân ly thành ion -HCO3- - và ion H+. Hầu hết lượng ion H+ sẽ kết hợp với hemoglobin trong hồng cầu vì hemoglobin là một hệ đệm acid- base mạnh. Đổi lại, -HCO3- sẽ khuếch tán từ hồng cầu vào huyết tương, trong khi đó các ion clorua khuếch tán từ huyết tương vào hồng cầu để thế chỗ. Sự khuếch tán này được thực hiện bởi sự có mặt của một loại protein mang bicarbonate-chloride đặc biệt trong màng hồng cầu, mà nhờ đó sự trao đổi qua lại giữa 2 ion này theo hướng ngược nhau được vận chuyển một cách nhanh chóng. Như vậy, sự di chuyển ion chloride ở hồng cầu trong máu tĩnh mạch là lớn hơn ở động mạch, hiện tượng này gọi là sự di chuyển ion chloride.

Dạng thuận nghịch của CO2 ở bên trong hồng cầu dưới tác động của enzyme anhydrase carbonic chiếm khoảng 70 % lượng CO2 vận chuyển từ mô đến phổi. Do đó đây là dạng vận chuyển CO2 quan trọng nhất. Thật vậy, khi ức chế anhydrase được thực hiện trên động vật để ngăn chặn các phản ứng của anhydrase carbonic trong hồng cầu, sự vận chuyển CO2 từ các mô trở nên rất kém đến nỗi mà PCO2 ở mô có thể tăng lên đến 80 mm Hg thay vì mức bình thường là 45 mm Hg.

Sự vận chuyển của CO2 dưới dạng kết hợp với hemoglobin và protein huyết tương – Carbaminohemoglobin. Ngoài phản ứng với nước, CO2 phản ứng trực tiếp với các gốc amin của phân tử hemoglobin để tạo thành các hợp chất carbaminohemoglobin (CO2Hgb). Sự kết hợp của CO2 và hemoglobin là một phản ứng thuận nghịch xảy ra với một sự gắn kết lỏng lẻo, do đó CO2 có thể dễ dàng giải phóng vào phế nang, nơi PCO2 thấp hơn so với các mao mạch phổi.

Một lượng nhỏ CO2 cũng phản ứng theo cách tương tự với protein huyết tương trong các mao mạch ở mô. Phản ứng này thực sự ít ý nghĩa đối với việc vận chuyển CO2 vì số lượng của các protein này trong máu chỉ bằng một phần tư số lượng hemoglobin.

Lượng CO2 có thể được vận chuyển từ các mô ngoại vi đến phổi nhờ carbamino gắn với hemoglobin và protein huyết tương chiếm khoảng 30 % của tổng số lượng CO2 được vận chuyển-thông thường là khoảng 1,5 ml CO2 trong mỗi 100 ml máu. Tuy nhiên, vì phản ứng này là chậm hơn nhiều so với phản ứng của CO2 bên trong hồng cầu nên thực sự nghi ngờ rằng trong điều kiện bình thường cơ chế carbamino này chỉ vận chuyển hơn 20 % tổng số CO2.

Đường cong phân ly carbon dioxide

Hình. Đường cong phân ly carbon dioxide

Đồ thị phân ly Carbon dioxide

Đồ thị phân ly carbon-dioxide (CO2) -mô tả sự phụ thuộc của tổng lượng CO2 trong máu ở tất cả các dạng vận chuyển của nó vào PCO2. Lưu ý rằng các giới hạn của PCO2 máu bình thường dao động trong một phạm vi hẹp, 40 mm Hg trong máu động mạch và 45 mm Hg trong máu tĩnh mạch. Cũng lưu ý rằng bình thường nồng độ CO2 trong máu dưới tất cả các dạng khác nhau của nó chiếm khoảng 50% thể tích, nhưng chỉ có 4% này được trao đổi trong quá trình vận chuyển bình thường của CO2 từ mô đến phổi. Do đó nồng độ CO2 tăng lên đến khoảng 52 % thể tích khi máu đi qua các mô và giảm xuống còn khoảng 48% thể tích khi nó đi qua phổi.

Khi ô xy gắn với Hemoglobin, Carbon dioxide được giải phóng (hiệu ứng haldane) làm tăng sự vận chuyển CO2

Chúng ta đã chỉ ra rằng sự gia tăng CO2 trong máu gây ra sự giải phóng O2 từ hemoglobin (hiệu ứng Bohr), đó là một yếu tố quan trọng trong việc tăng vận chuyển O2. Điều ngược lại cũng đúng: việc O2 gắn với hemoglobin có xu hướng thế chỗ CO2 trong máu. Thật vậy, hiệu ứng này, gọi là hiệu ứng Haldane, vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy vận chuyển CO2 hơn nhiều so với hiệu ứng Bohr trong việc thúc đẩy vận chuyển O2.

Các phần của đường cong phân ly carbon dioxide

Hình. Các phần của đường cong phân ly carbon dioxide

Khi PO2 là 100 mm Hg hoặc 40 mm Hg. Mũi tên thể hiện hiệu ứng Haldane đối với việc vận chuyển carbon dioxide.

Kết quả của hiệu ứng Haldane từ thực tế đơn giản là: sự kết hợp của O2 với hemoglobin trong phổi dẫn đến hemoglobin để trở thành một axit mạnh do đó đã đẩy CO2 ra khỏi máu và vào các phế nang theo hai cách. Đầu tiên, các hemoglobin có tính acid cao hơn nên ít có khuynh hướng kết hợp với CO2 để tạo thành carbaminohemoglobin, do đó đã đẩy CO2 ở dạng carbamin ra khỏi máu. Thứ hai, hemoglobin tăng tính axit cũng gây ra sự dư thừa ion H+ quá mức, và các ion này liên kết với HCO3­- các để tạo thành axit cacbonic, sau đó phân ly thành nước và CO2 và CO2 được giải phóng từ máu vào phế nang, cuối cùng ra ngoài không khí.

Ảnh hưởng đáng kể của hiệu ứng Haldane lên sự vận chuyển CO2 từ mô đến phổi. Đồ thị này cho thấy 2 phần của đồ thị phân ly CO2: (1) khi PO2 =100 mm Hg trong các mao mạch máu phổi, và (2) khi PO2 = 40 mmHg trong các mao mạch ở mô. Điểm A cho thấy PCO2 = 45 mmHg trong các mô bình thường chiếm 52 % thể tích CO2 trong máu. Ngay sau khi vào phổi, PCO2 giảm xuống còn 40 mm Hg và PO2 tăng lên đến 100 mm Hg. Nếu đường cong CO2 phân ly không thay đổi bởi hiệu ứng Haldane, thể tích CO2 trong máu sẽ giảm xuống còn 50 % thể tích, điều này sẽ làm tổn thất chỉ 2% thể tích của CO2. Tuy nhiên, sự gia tăng PO2 trong phổi làm giảm đường cong phân ly CO2 từ đường cong phía trên cao hơn xuống đường cong phía dưới thấp hơn trong hình, vì vậy thể tích CO2 giảm đến 48 % thể tích (điểm B). Điều này thể hiện có thêm 2 % thể tích co2 mất đi. Như vậy, hiệu ứng Haldane làm tăng khoảng gấp đôi lượng CO2 giải phóng từ máu vào trong phổi và khoảng gấp đôi sự vận chuyển CO2 trong các mô.

Thay đổi tính acid của máu trong quá trình vận chuyển CO2

Axit carbonic được hình thành khi đi CO2 vào máu trong các mô ngoại biên làm giảm pH máu. Tuy nhiên, phản ứng của axit này với các hệ đệm acid-base của máu ngăn nồng độ H+ tăng cao (pH giảm nhiều). Bình thường, máu động mạch có pH khoảng 7, 41, và khi máu nhận CO2 từ các mao mạch ở mô, pH máu giảm xuống đến một giá trị máu tĩnh mạch khoảng 7.37. Nói cách khác, một sự thay đổi pH là 0, 04 đơn vị đã diễn ra. Điều ngược lại xảy ra khi CO2 được giải phóng từ máu vào trong phổi, với độ pH tăng lên đến giá trị máu động mạch 7, 41. Trong lao động nặng hoặc các điều kiện khác cần các hoạt động trao đổi chất cao, hoặc khi tốc độ máu chảy qua mô chậm, việc giảm pH trong máu ở mô (và trong chính mô) có thể có thể nhiều hơn 0,5, khoảng 12 lần bình thường, gây ra nhiễm toan nặng ở mô.

Bài viết cùng chuyên mục

Sinh lý sự trao đổi chất giữa các dịch cơ thể

Các chất từ huyết tương đi qua thành mao mạch bằng phương thức nhập bào vào tế bào nội mô, rồi thì chúng được xuất bào vào dịch kẽ.

Sự bài tiết ở ruột non và chất nhầy của tuyến brunner ở tá tràng

Hoạt động của chất nhày được bài tiết bởi tuyến Brunner là để bảo vệ thành tá tràng khỏi sự phân giải của dịch vị chứa acid được đưa đến từ dạ dày.

Điều hòa thần kinh của lưu lượng máu ống tiêu hóa

Sự kích thích hệ thần kinh phó giao cảm dẫn truyền tới dạ dày và đại tràng làm tăng lượng máu tại chỗ trong cùng một lúc và làm tăng hoạt động bài tiết của tuyến.

Sự tăng trưởng và phát triển chức năng của bào thai

Do trọng lượng thai tương ứng xấp xỉ với lập phương của chiều dài, trọng lượng thai hầu như tăng tương ứng với lập phương tuổi thai.

Ngoại tâm thu thất: rối loạn nhịp tim

Những người thường xuyên có ngoại tâm thu thất có nguy cơ cao hơn bị rung thất dẫn đến tử vong mà nguyên nhân là do một đợt ngoại tâm thu thất.

Sóng hô hấp trong áp suất động mạch

Tăng huyết áp trong giai đoạn sớm của thì thở ra và giảm trong phần còn lại của chu kỳ hô hấp. Khi thở sâu, huyết áp có thể tăng 20mmHg với mỗi chu kỳ hô hấp.

Điện thế tai trong: phản ánh nồng độ cao kali và nồng độ thấp natri

Điện thế được duy trì liên tục giữa nội dịch và ngoại dịch, với bản dương bên trong và bản âm bên ngoài thang giữa. Nó được gọi là điện thế tai trong.

Tác dụng của insulin lên chuyển hóa protein và tăng trưởng

Cách mà insulin làm tăng tổng hợp protein chưa được hiểu rõ như với cơ chế trong dự trữ glucose và chất béo. Đây là một vài kết quả ghi nhận trong thực tế.

Cung lượng tim: đánh giá qua lưu lượng kế điện tử hoặc siêu âm

Lưu lượng máu sẽ được tính thông qua tốc độ vận chuyển máu qua động mạch chủ, diện tích mặt cắt ngang động mạch chủ được đánh giá thông qua đo đường kính thành mạch dưới hướng dẫn siêu âm.

Vi tuần hoàn não: hệ thống mao mạch não

Thành của các tiểu động mạch nhỏ sát mao mạch trở lên rất dày ở những người có tăng huyết áp, và các tiểu động mạch đó duy trì tình trạng co thắt rõ rệt liên tục nhằm ngăn áp lực cao truyền đến mao mạch.

Kiểm soát mức độ chính xác của co cơ: sự điều hòa ngược của hệ thống cảm giác thân thể tới vỏ não vận động

Tủy sống có thể gây ra các chương trình phản xạ vận động cụ thể có tính cố định. Nhiều những chương trình như vậy cũng có vai trò quan trọng khi các neuron vận động ở sừng trước của tủy sống bị kích thích.

Thuốc và vận động viên thể thao

Một vài vận động viên đã được biết đến là chết trong các sự kiện thể thao vì sự tương tác giữa các thuốc đó và norepinephrine, epinephrine được giải phóng bởi hệ thống thần kinh giao cảm trong khi tập luyện.

Thể tích hô hấp trong một phút

Thể tích hô hấp mỗi phút trung bình 6lit/phút. Một người có thể sống với giai đoạn ngắn nhất là thể tích hô hấp mỗi phút thấp khoảng 1,5lit/phút và tốc độ hô hấp chỉ khoảng 2-4 nhịp/ phút.

Trung tâm thần kinh điều khiển sự thèm ăn của cơ thể

Một số trung tâm thần kinh của vùng dưới đồi tham gia vào kiểm soát sự ăn, nhân bên của vùng hạ đồi hoạt động như trung tâm nuôi dưỡng, và kích thích vào vùng này ở động vật gây ra chứng ăn vô độ.

Đặc trưng của sự lan truyền tín hiệu trên thân dây thần kinh

Tốc độ lan truyền của điện thế hoạt động ở sợi thần kinh từ rất nhỏ 0,25 m / giây trong sợi không có myelin đến lớn như 100 m / giây (hơn chiều dài của một sân bóng đá trong 1 giây) trong sợi lớn có myelin.

Nghiên cứu chức năng hô hấp: ký hiệu và biểu tượng thường sử dụng trong thăm dò

Sử dụng các ký hiệu này, chúng tôi trình bày ở đây một số bài tập đại số đơn giản cho thấy một số mối quan hệ qua lại giữa các thể tích và dung tích phổi, nên suy nghĩ thấu đáo và xác minh những mối tương quan này.

Ngoại tâm thu nút nhĩ thất hoặc bó his: rối loạn nhịp tim

Sóng P thay đổi nhẹ hình dạng phức bộ QRS nhưng không thể phân biệt rõ sóng P. Thông thường ngoại tâm thu nút A-V có chung biểu hiện và nguyên nhân với ngoại tâm thu nhĩ.

Cơ sở giải phẫu của hấp thu ở ruột

Bề mặt hấp thu của niêm mạc ruột non, thể hiện nhiều nếp gấp được gọi là nếp vòng, chúng tăng diện tích hấp thu của niêm mạc khoảng 3 lần, chúng thường nhô lên 8mm vào lòng ruột.

Đái tháo đường type 1: thiếu hụt sản xuất insulin

Tổn thương tế bào beta đảo tụy hoặc các bệnh làm suy yếu sản xuất insulin có thể dẫn đến bệnh tiểu đường type 1. Nhiễm virus hoặc các rối loạn tự miễn có thể tham gia vào việc phá hủy tế bào beta.

Sinh lý hệ thần kinh tự động

Receptor tiếp nhận norepinephrin của hệ giao cảm được gọi là noradrenergic receptor, bên cạnh norepinephrin, các receptor này cũng đáp ứng với epinephrin.

Kích thích hệ giao cảm và phó giao cảm gây kích thích và ức chế

Không có một sự tóm tắt nào có thể sử dụng để giải thích liệu sự kích thích hệ giao cảm hoặc phó giao cảm có gây ra kích thích hoặc ức chế trên một cơ quan nhất định.

Nhĩ thu và thất thu với các sóng: điện tâm đồ bình thường

Trước khi co bóp của cơ có thể xảy ra, sự khử cực phải lan truyền qua cơ. Sóng P xảy ra vào lúc bắt đầu của co bóp của tâm nhĩ, và phức bộ QRS của các sóng xảy ra vào lúc bắt đầu co bóp của tâm thất.

Phức bộ QRS: trục điện thế trung bình của tâm thất và ý nghĩa

Trục điện thế của tim thường được ước lượng từ chuyển đạo lưỡng cực chi hơn là từ vector điện tim. Hình dưới là phương pháp ước lượng trục điện thế của tim.

Mắt như cái máy ảnh: cơ chế quang học của mắt

Cùng với cách mà thấu kính máy ảnh làm hội tụ hình ảnh trên tấm phim, hệ thấu kính của mắt cũng làm hội tụ ảnh trên võng mạc. Hình ảnh này sẽ bị đảo ngược và đổi bên so với vật thực.

Sự tổng hợp Carbohydrates từ Proteins và chất béo - Quá trình tân tạo glucose

Khi kho dự trữ carbohydrates của cơ thể giảm xuống dưới mức bình thường, một lượng vừa phải glucose có thể được tổng hợp từ amino acids và phần glycerol của chất béo.