《氧和二氧化碳在血液中的运输》课件.ppt

1、1第十六章 氧和二氧化碳在血液中的运输p O2和CO2的运输是以血液为媒介的第一节 氧和二氧化碳在血液中的存在形式一、氧和二氧化碳以物理溶解和化学结合两种形式存在于血液中p 气体在溶液中溶解的量与该气体的分压和溶解度成正比，与温度成反比。2p O2和CO2主要以化学结合的形式存在于血液中，物理溶解的量很少。34二、血液中物理溶解的气量虽少，但起着重要的桥梁作用p O2、CO2-物理溶解在血液或组织液中-化学结合第二节 氧的运输一、血液中氧的主要运输形式是化学结合p 物理溶解O2，1.5%；化学结合，98.5%。p 血红蛋白参与O2、CO2的运输p 血红蛋白（hemoglobin，Hb）+O2=

2、HbO25二、血红蛋白是运输氧的工具p Hb由珠蛋白（globin）和血红素（heme）组成p 珠蛋白含4个多肽链，分别相连1个血红素。p 1个多肽链+ 1个血红素=亚单位p 1个血红素由4个吡咯基组成1个环，中心为Fe+，O2的结合部位。p 成人Hb由2条链和2条链组成， 即2 2。678三、氧与血红蛋白的结合是血液运输氧的基础（一）氧与血红蛋白的结合是可逆的p O2与Hb结合是可逆的，结合迅速、无需酶的催化，完全取决于PO2的高低。 Hb+O2 HbO29（二）氧与血红蛋白结合的过程是氧合p Fe+O2结合后仍是二价p O2+Hb-氧合血红蛋白（oxyhemoglobin，HbO2）p O

3、2+Hb-O2+去氧血红蛋白（deoxyhemoglobin）10（三）1分子血红蛋白可结合4分子氧p 1分子Hb含4个血红素，1个血红素含1个与O2结合的Fe+。p 氧容量（oxygen capacity）：100 ml血液中，Hb所能结合的最大O2量。p 氧含量（oxygen content）：Hb实际结合的O2量。p 氧饱和度（oxygen saturation）：Hb氧含量占氧容量的百分比。11（四）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p Hb的两种构型：去氧Hb为紧密型（tense form，T型）；氧合Hb为疏松型（relaxed form，R型）。 R型对O2的亲和

4、力高，约为T型的500倍。 O2+Hb-T型逐渐转为R型-Hb对O2的亲和力渐增 HbO2-Hb+O2-R型逐渐转为T型-Hb对O2的亲和力减小 Hb的4个亚单位结合O2或释放O2时，彼此有协同效应。12（五）氧合血红蛋白与去氧血红蛋白的颜色不同p 动脉血-HbO2多-红色p 静脉血-去氧Hb多-紫色p 去氧Hb含量达5 g/100 ml以上时，皮肤、黏膜呈紫色，发绀，表示机体缺氧。p CO中毒，CO与Hb结合形成一氧化碳Hb，血液呈樱桃色。13四、氧解离曲线反映血红蛋白与氧的亲和力（一）氧解离曲线反映血红蛋白与氧的解离或结合关系14（二）氧离曲线可依其特点和意义划分为三段1、氧离曲线上段p

5、血液PO2在60-100 mmHg之间的Hb氧饱和度或血氧含量。p 上段比较平坦，表明PO2在这一范围内变化对Hb氧饱和度或血氧含量影响不大，反映Hb与O2的结合部分。15 PO2=100 mmHg，Hb氧饱和度97.4%，血氧含量19.4 ml/100 ml。 PO2=150 mmHg，Hb氧饱和度100%，血氧含量20 ml/100 ml。 PO2=60 mmHg，Hb氧饱和度90%，血氧含量18 ml/100 ml。16p 在高原、高空、呼吸系统疾病，吸入气或肺泡气PO2不低于60 mmHg，Hb氧饱和度仍能维持在90%，血氧含量18 ml/100 ml，不引起明显的低氧血症。p Hb对

6、血氧含量有缓冲作用，有助于稳定组织中的PO2和向组织供O2。172、氧离曲线中段p 血液PO2在40-60 mmHg之间的Hb氧饱和度或血氧含量。p 特点是较陡18 动脉血PO2=100 mmHg，Hb氧饱和度97.4%，血氧含量19.4 ml/100 ml。 静脉血PO2=40 mmHg，Hb氧饱和度75%，血氧含量14.4 ml/100 ml。 100 ml血液流经组织时释放5 ml O2 氧离曲线中段反映安静时血液对组织的供O2情况193、氧离曲线下段p 血液PO2在15-40 mmHg之间的Hb氧饱和度或血氧含量。p 特点是陡直，表明PO2较小的变化，导致Hb氧饱和度或血氧含量产生明显

7、改变。20p 组织活动增强-组织PO2降至15 mmHg-HbO2进一步解离-释放更多O2-Hb氧饱和度、血氧含量降低p 下段反映Hb对组织PO2的波动有缓冲作用，对组织供O2有很强的储备能力。21（三）氧离曲线上的P50可作为反映血红蛋白与氧亲和力的指标p Hb与O2的亲和力受多种因素影响，P50表示Hb对O2的亲和力。22P50-Hb氧饱和度为50%时血液的PO2，正常值26.5 mmHg。P50增大，氧离曲线右移，Hb与O2的亲和力降低。P50减小，氧离曲线左移，Hb与O2的亲和力增高。23（四）血红蛋白运输氧的能力受多种因素影响1、血液二氧化碳分压和氢离子浓度的影响p 波尔效应（Boh

8、r effect）：PCO2和H+浓度的改变对氧离曲线的影响。24 PCO2、H+升高-Hb与O2的亲和力降低、P50增大、氧离曲线右移 PCO2、H+降低-Hb与O2的亲和力增高、P50减小、氧离曲线左移25p pH改变，Hb构型变化。 酸度增加-H+促进盐键形成-Hb分子向T型转变-降低Hb与O2的亲和力 酸度降低-H+促进盐键断裂、释放出H+-Hb分子向R型转变-增加Hb与O2的亲和力2627 PCO2改变-pH-氧离曲线p 波尔效应的生理意义： 血液流经肺部-PCO2降低、H+降低-Hb与O2的亲和力增加-血氧含量增加 血液流经组织-PCO2升高、H+升高-Hb与O2的亲和力降低-Hb

9、O2解离-为组织供氧282、温度p 温度升高-Hb与O2的亲和力降低-P50增大、氧离曲线右移-促使HbO2解离-释放氧p 温度降低-Hb与O2的亲和力升高-P50减小、氧离曲线左移-不利于HbO2解离p 温度升高-H+活动增强- Hb与O2的亲和力降低293、2,3-二磷酸甘油酸的影响p RBC内富含2,3-二磷酸甘油酸（2,3-DPG）p 2,3-DPG升高-Hb与O2的亲和力降低-P50增大-氧离曲线右移p RBC内2,3-DPG增多-提高细胞内H+浓度-降低Hb与O2的亲和力30p 2,3-DPG是RBC无氧酵解的产物p 贫血、慢性缺氧、高原低氧-糖酵解增加-RBC内2,3-DPG增多

10、-氧离曲线右移-释放氧增多-改善组织缺氧4、一氧化碳p CO与Hb结合，占据了O2的结合位点-Hb氧饱和度、血氧含量降低31p CO与Hb的亲和力是O2的250倍p 极少的CO即可取代O2与Hb的结合p CO与Hb中的一个血红素分子结合-增加其它三个血红素分子对O2的亲和力-氧离曲线左移-妨碍氧的释放p CO中毒-妨碍O2与Hb结合、以及O2的解离，危害极大325、血红蛋白的质和量的影响p Hb中的Fe+-Fe+-高铁Hb-失去携带O2的能力p 胎儿Hb（HbF）与O2的亲和力高-有利于胎儿血液流经胎盘时从母体获得更多的氧33第三节 二氧化碳的运输一、血液中二氧化碳的主要运输形式也是化学结合p

11、 安静状况下，机体产生CO2 200 ml/min。p 组织、细胞-CO2-扩散-血液，物理溶解和化学结合p 物理溶解，5%；化学结合，95%。34二、碳酸氢盐和氨基甲酰血红蛋白是二氧化碳的主要化学结合运输形式（一）在血浆中二氧化碳主要以碳酸氢钠的形式运输p 组织-CO2-溶于血浆p 少部分CO2+H2O-H2CO3-HCO-3+H+p HCO-3+Na+-NaHCO3p H+被血浆缓冲对缓冲p 在肺部反应向相反方向进行p CO2+血浆蛋白-氨基甲酰血浆蛋白，生成量少。35（二）在红细胞中二氧化碳主要以碳酸氢钾和氨基甲酰血红蛋白的形式运输p 组织、细胞-CO2-血浆-大部分进入RBC1、碳酸氢

12、钾形式的运输36p HCO-3+K+-KHCO3p H+Hb-缓冲p RBC内有较高浓度的碳酸酐酶（CA），使H2O与CO2结合生成H2CO3的反应速度加快5000倍。37p RBC内HCO-3增加，部分进入血浆，RBC内负离子减少。p Cl-进入RBC-氯转移（chloride shift）p RBC膜上有HCO-3-Cl-载体38p CO2+H2O-H2CO3，反应是可逆的。p CA在CO2运输中起重要作用392、氨基甲酰血红蛋白形式的运输p CO2-RBC-CO2+Hb-氨基甲酰血红蛋白（HHbNHCOOH） 反应迅速、可逆、无需酶催化；反应方向取决于PCO2p 去氧Hb+CO2结合形成

13、HHbNHCOOH的能力比HbO2强p 在组织，HbO2-去氧Hb，释放O2-去氧Hb+CO2-HHbNHCOOHp 去氧Hb易与H+结合p 在肺部，HbO2增多-促使HHbNHCOOH解离，释放CO2和H+。40三、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p 血液中CO2含量增加-PCO2升高p 曲线不成S形41A：静脉血PO2 40 mmHg，PCO2 45 mmHg，CO2量52 ml/100 mlB：动脉血PO2 100 mmHg，PCO2 40 mmHg，CO2量48 ml/100 mlp 100 ml血液流经肺部释放4 ml CO242四、氧与血红蛋白的结合通过霍尔

14、登效应影响血红蛋白对二氧化碳的运输p 霍尔登效应（Haldane effect）：O2与Hb结合可促使CO2释放，而去氧Hb则容易与CO2结合。p PCO2相同，动脉血携带的CO2少于静脉血。43p HbO2酸性强，去氧Hb酸性弱；去氧Hb易于CO2结合生成HHbNHCOOH。p 去氧Hb也易于与H+结合，使H2CO3解离生成的H+被中和。p 在组织，HbO2-O2+去氧Hb-去氧Hb摄取、结合CO2p 在肺部，Hb+O2-HbO2-促进CO2释放气体在血液中气体在血液中的运输形式的运输形式物理溶解物理溶解化学结合化学结合(量很少，但它是化学结量很少，但它是化学结合或释放的先决条件合或释放的先

15、决条件)一一一一. . 氧的运输氧的运输氧的运输氧的运输 氧合氧合(oxygenation)解离解离 b. 氧合氧合而非氧化，而非氧化，Fe2+ 被氧化成被氧化成Fe3+ 时时Hb就就失去带氧能力失去带氧能力。 氧合血红蛋白氧合血红蛋白( (oxyhemoglobin，HbO2)呈鲜红色，去氧血红蛋白呈鲜红色，去氧血红蛋白( (deoxyhemoglobin)呈紫蓝呈紫蓝色；假如毛细血管内血液含色；假如毛细血管内血液含还原血红蛋白达还原血红蛋白达5g/100 ml5g/100 ml以上以上, ,则皮肤，甲床或粘膜则皮肤，甲床或粘膜出 现 浅 蓝 色 ， 称 为 紫 绀出 现 浅 蓝 色 ， 称

16、 为 紫 绀(cyanosis)(cyanosis)。亚硝酸盐亚硝酸盐 1 g Hb结合结合1.34 1.39 ml O2，正常健康人每升血液，正常健康人每升血液含含Hb 150 g，最多可结合，最多可结合O2约约200 ml。 Hb的的氧容量氧容量：1 L血血液液中中的的Hb所能结合的最大所能结合的最大O2量量称为称为Hb的的氧容量氧容量(oxygen capacity)。 Hb的的氧含量氧含量：1 L血血液液中中的的Hb实际结合的实际结合的O2量量称为称为Hb的的氧氧含含量量(oxygen content)。 Hb的的 氧饱和度氧饱和度 100Hb氧含量氧含量Hb氧容量氧容量Hb的的氧饱和

17、度氧饱和度：氧含量占氧容量百分比：氧含量占氧容量百分比称为称为Hb的的氧氧饱和度饱和度(oxygen saturation)。 通常将通常将Hb氧含量、氧含量、Hb氧容量和氧容量和Hb的氧饱和度看作的氧饱和度看作血血氧含量氧含量、血氧容量血氧容量和和血氧饱和度血氧饱和度。(oxygen dissociation curve)：反映氧分压（反映氧分压（POPO2 2）与）与HbHb氧氧饱和度关系的曲线饱和度关系的曲线。POPO2 2增增高时，反映高时，反映O O2 2与与HbHb结合情况；结合情况；POPO2 2下降时，反映下降时，反映O O2 2与与HbHb解解离情况。离情况。 一一一一. .

18、 氧的运输氧的运输氧的运输氧的运输曲线的上段曲线的上段平坦平坦氧离曲线可分为3段：氧离曲线可分为3段：氧离曲线可分为3段： Hb与与O2的的结合结合或解离或解离曲线曲线呈呈S形形，与，与Hb的的变构效应变构效应有关，有关，Hb氧解离曲线呈氧解离曲线呈S型。型。 很多因素可使氧解离曲线很多因素可使氧解离曲线移位，通常以移位，通常以P50作为移位程度作为移位程度的指标。的指标。P50指指Hb氧饱和度达氧饱和度达50%时的时的PO2。Physiology 温度温度 血血COCO2 2分压分压 pH pH 2,3- 2,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸(DPG)(DPG) CO CO a.Ha.H+ +p

19、H pH 和和 PcoPco2 2的影响的影响：血液的：血液的pHpH降低或降低或P Pc co o2 2的增加均使的增加均使氧离曲线右移氧离曲线右移( (波尔效应波尔效应，Bohr effect) ) 有利于活有利于活动组织（酸性代谢产物与动组织（酸性代谢产物与C0C02 2增多）从血液中获取更多的增多）从血液中获取更多的0 02 2 ；反之左移，有利于血红蛋白在肺组织与反之左移，有利于血红蛋白在肺组织与0 02 2的结合。的结合。b. b. 温度的影响温度的影响: : 温度升高时，温度升高时，HbHb对对O O2 2的亲和力下降，曲线右移，的亲和力下降，曲线右移，可解离更多的可解离更多的O

20、 O2 2供组织利用。温度下降则相反。供组织利用。温度下降则相反。 低温麻醉时，低温有利于降低低温麻醉时，低温有利于降低组织耗氧量，但组织耗氧量，但HbO2释放释放O2也也显著减少。在显著减少。在20时，组织时，组织Po2低至低至40 mmHg时，时，Hb的氧饱和的氧饱和度仍在度仍在90%以上，以上，O2的释放量的释放量很少，导致组织缺氧和细胞损很少，导致组织缺氧和细胞损害。害。c.2, 3二磷酸甘油酸（2, 3-DPG）的影响： 当血液的氧分压降低时，红细胞内无氧酵解增加，当血液的氧分压降低时，红细胞内无氧酵解增加，2,3-二磷酸甘二磷酸甘油酸油酸(2,3-diphosphoglycerat

21、e)生成生成增加，使氧离曲线右移，促使增加，使氧离曲线右移，促使HbO2的解离。的解离。 2,3-DPG增加时增加时,将限制肽链分子构型的变化，降低血红蛋白与将限制肽链分子构型的变化，降低血红蛋白与氧的亲和力，使流经组织的血液在组织释放出更多的氧的亲和力，使流经组织的血液在组织释放出更多的O2 。Hb(O2)4 +DPG HbDPG + 4O2(carboxyhemoglobin, HbCO) 空气中空气中0.10.10.30.3的的COCO即可造成危害，甚至致即可造成危害，甚至致命。命。COd.COe.其它因素高铁血红蛋白血症高铁血红蛋白血症(methemoglobinemia): 如亚如亚

22、硝酸盐中毒导致硝酸盐中毒导致Hb中中Fe2+氧化氧化成成Fe3+,不能与不能与O2结合。结合。CO中毒中毒胎儿胎儿Hb与与O2的亲和力大，有利于胎儿的亲和力大，有利于胎儿经胎盘从母体摄取经胎盘从母体摄取O2。2012年3月CO2的运输形式形式物理溶解：物理溶解：5%化学结合：化学结合：95%碳酸氢盐形式：碳酸氢盐形式：KHCO3、NaHCO3氨基甲酰血红蛋白形式：氨基甲酰血红蛋白形式：氨基甲酰血红蛋白形式氨基甲酰血红蛋白形式: : COCO2 2与与HbHb自由氨基结合，形成氨基甲酰自由氨基结合，形成氨基甲酰血红蛋白血红蛋白(carbaminohemoglobin)(carbaminohemoglobin)，反应迅速并且可逆，反应迅速并且可逆，无需酶催化无需酶催化，与与HbHb特性有关。特性有关。 氨基甲酰血红蛋白形式氨基甲酰血红蛋白形式: : 在组织内，去氧在组织内，去氧HbHb多，反应向右；血液流经肺泡多，反应向右；血液流经肺泡时，去氧时，去氧HbHb与与O O2 2结合形成结合形成HbOHbO2 2，使，使HbHb与与COCO2 2的结合能力的结合能力减弱，减弱，COCO2 2就从就从HbHb中解离出来，进入肺泡中解离出来，进入肺泡, ,排出体外。排出体外。肺部排出肺部排出COCO2 2的的202030%30%来源于此途径。来源于此途径。pCO2pO2pCO2 pO2