Sự vận chuyển O2 trong máu và mô kẽ

Sau khi Oxy được khuếch tán từ phế nang vào máu phổi, sẽ được vận chuyển gần như hoàn toàn tới các mao mạch ở mô dưới dạng gắn với hemoglobin. Sự xuất hiện của Hb trong hồng cầu cho phép máu vận chuyển một lượng O2 nhiều hơn 30 đến 100 lần sự vận chuyển O2 hòa tan trong máu. Trong các tế bào ở mô của cơ thể, O2 phản ứng với rất nhiều chất để tạo ra CO2. Lượng CO2 này vào các mao mạch ở mô và được vận chuyển ngược trở lại phổi. CO2, như O2 , kết hợp với các chất hóa học trong máu làm tăng sự vận chuyển CO2 lên 15-20 lần.

Vận chuyển ô xy từ phổi đến mô

Các loại khí có thể di chuyển từ nơi này đến nơi khác bằng cách khuếch tán và nguyên nhân của sự vận chuyển này là sự chênh lệch về phân áp từ vị trí đầu tiên cho tới vị trí tiếp theo. Như vậy, O2 khuếch tán từ phế nang vào máu mao mạch phổi vì phân áp O2 (PO2) trong các phế nang lớn hơn PO2 trong máu mao mạch phổi. Trong các mô khác của cơ thể, PO2 trong máu mao mạch cao hơn so với các mô gây ra sự khuếch tán O2 vào các tế bào.

Ngược lại, khi O2 được chuyển hóa ở các tế bào để tạo thành CO2 , phân áp CO2 ở nội bào tăng lên, gây ra sự khuếch tán CO2 vào các mao mạch mô. Sau khi máu vào phổi, CO2 khuếch tán ra khỏi máu vào các phế nang vì PCO2 trong máu mao mạch phổi lớn hơn trong các phế nang.

Như vậy, việc vận chuyển O2 và CO2 của máu phụ thuộc vào cả việc khuếch tán chúng và lưu lượng của dòng máu.

Sự khuếch tán ô xy từ phế nang vào máu ở mao mạch phổi

Phần trên của hình, cho thấy một phế nang liền kề với mao mạch phổi, đã minh họa sự khuếch tán O2 giữa không khí ở phế nang và máu ở phổi. PO2 trung bình của O2 dạng khí ở phế nang là 104 mm Hg, trong khi PO2 máu tĩnh mạch đổ vào mao mạch phổi tại phần cuối động mạch của nó ở mức trung bình chỉ 40 mmHg, bởi một lượng lớn O2 đã rời khỏi máu khi nó đi qua các mô ở ngoại vi. Vì vậy sự chênh lệch phân áp oxy ban đầu mà gây ra sự khuếch tán O2 vào mao mạch phổi là 104 - 40, hay là 64 mmHg.

Hình. Sự hấp thu oxy vào máu mao mạch phổi.

Trong đồ thị ở phần dưới của hình vẽ trên, đường cong cho thấy sự gia tăng nhanh chóng PO2 máu khi máu đi qua các mao mạch phổi, PO2 máu tăng gần bằng PO2 của không khí trong lòng phế nang ngay trước đó PO2 máu đã tăng một khoảng gấp 3 lần ở các mao mạch, trở thành gần 104 mm Hg.

Hấp thu oxy vào máu tại phổi trong lúc lao động

Trong thời gian lao động nặng, cơ thể của một người có thể yêu cầu nhiều hơn 20 lần lượng oxy bình thường. Ngoài ra, do tăng cung lượng tim khi lao động, thời gian mà máu vẫn còn trong mao mạch phổi có thể được giảm xuống thấp hơn một nửa bình thường. Tuy nhiên, nhờ hệ số an toàn rất cao cho sự khuếch tán của O2 qua màng hô hấp, máu vẫn trở nên gần như bão hòa với O2 trước khi rời khỏi mao mạch phổi. Điều này có thể được giải thích như sau:

Thứ nhất, dung tích O2 hòa tan tăng gần gấp ba lần khi lao động; Kết quả này chủ yếu là do tăng diện tích bề mặt của các mao mạch tham gia vào sự khuếch tán và cũng từ một tỷ lệ thông khí-tưới máu nhiều hơn gần như lý tưởng ở phần trên của phổi.

Thứ hai, lưu ý trong các đường cong, trong điều kiện không lao động, máu trở nên gần như bão hòa với O2 trước khi nó đi qua một phần ba các mao mạch phổi, và hầu như không có O2 khuếch tán thêm vào máu trong hai phần ba cuối của quá trình vận chuyển. Điều đó có nghĩa là, máu thường nằm trong các mao mạch phổi lâu hơn khoảng ba lần thời gian cần thiết để cung cấp đủ O2 cho cơ thể. Do đó, khi lao động, thậm chí với một thời gian ngắn tiếp xúc trong các mao mạch, máu vẫn có thể gần như đủ lượng oxy.

Vận chuyển ô xy trong máu động mạch

Khoảng 98 phần trăm lượng máu đi vào trong tâm nhĩ trái từ phổi chỉ vừa đi qua các mao mạch phế nang đã được oxy hóa, PO2 lên đến khoảng 104 mmHg. 2 phần trăm còn lại của máu đã chảy qua động mạch chủ đi vào tuần hoàn phổi là nguồn cung cấp máu chính cho các mô sâu trong phổi và không được tiếp xúc với không khí ở phổi. Lưu lượng máu này được gọi là "dòng shunt", có nghĩa là máu được đi tắt qua các vùng trao đổi khí. Sau khi ra khỏi phổi, PO2 của máu tại các shunt là xấp xỉ bằng giá trị bình thường ở hệ thống tĩnh mạch, khoảng 40 mmHg. Khi máu trong các tĩnh mạch phổi này gặp máu giàu oxy từ các mao mạch phế nang, đây được gọi là sự hòa lẫn máu tĩnh mạch đã làm cho PO2 của máu vào tim trái và bơm vào động mạch chủ giảm xuống khoảng 95 mm Hg. Những thay đổi này của PO2 trong máu tại các điểm khác nhau trong hệ thống tuần hoàn được thể hiện trong hình.

Hình. Sự thay đổi PO2 trong máu mao mạch phổi, máu động mạch hệ thống và máu trong hệ thống mao mạch, chứng minh ảnh hưởng của sự hòa trộn máu tĩnh mạch

Hình. Sự khuếch tán của oxy từ một mao mạch ở mô vào  các tế bào (PO2 trong khoảng kẽ = 40 mm Hg, và ở trong tế bào = 23 mm Hg.)

PO2 trong dịch kẽ xung quanh các tế bào ở mô trung bình chỉ 40 mm Hg. Như vậy, có một sự chênh lệch phân áp ban đầu lớn gây ra sự khuếch tán O2 từ máu mao mạch vào các mô một cách rất nhanh chóng, PO2 trong các mao mạch giảm nhanh xuống gần bằng với 40 mm Hg – phân áp trong mô kẽ. Do đó, PO2 của máu khi rời khỏi các mao mạch ở mô và nhập vào các tĩnh mạch toàn thân cũng là khoảng 40 mm Hg.

Tăng lưu lượng dòng máu sẽ tăng PO2 ở dịch kẽ

Nếu lưu lượng máu qua một mô cụ thể được tăng lên, càng tăng số lượng O2 được vận chuyển vào các mô thì PO2 ở đó càng tăng cao tương ứng hơn. Hiệu ứng này được thể hiện trong hình. Lưu ý rằng sự gia tăng lưu lượng máu đến 400 phần trăm thường tăng PO2 từ 40 mm Hg (tại điểm A trong hình) đến 66 mm Hg (điểm B). Tuy nhiên, giới hạn trên mà PO2 có thể tăng lên, thậm chí với lưu lượng máu tối đa, là 95 mm Hg, vì đây là phân áp O2 trong máu động mạch. Ngược lại, nếu lưu lượng máu qua mô giảm, PO2 ở mô cũng giảm đi, như thể hiện ở điểm C.

Tăng chuyển hóa ở mô sẽ làm giảm PO2 ở dịch kẽ

Nếu các tế bào sử dụng nhiều O2 cho sự trao đổi chất hơn so với bình thường, PO2 ở dịch kẽ sẽ giảm. Hình 41-4 cũng cho thấy hiệu ứng này, cho thấy giảm PO2 ở dịch kẽ khi mức tiêu thụ O2 của tế bào được tăng lên và tăng PO2 khi mức tiêu thụ giảm.

Hình. Ảnh hưởng của lưu lượng dòng máu và tốc độ sử dụng oxy tới PO2 ở mô

Tóm lại, PO2 tại mô được cân bằng bởi 2 yếu tố sau: (1) tốc độ máu vận chuyển O2 đến các mô và (2) tốc độ mô tiêu thụ O2.

Sự khuếch tán ô xy từ các mao mạch ngoại vi vào các tế bào ở mô

Các tế bào luôn sử dụng oxy. Do đó, ở ngoại vi, PO2 nội bào tại mô vẫn còn thấp hơn so với PO2 trong mao mạch. Ngoài ra, trong nhiều trường hợp, có một khoảng cách sinh học đáng kể giữa các mao mạch và tế bào. Do đó, bình thường PO2 nội bào dao động từ 5- 40 mm Hg, trung bình 23 mm Hg (đo trực tiếp ở động vật thí nghiệm). Vì chỉ có 1-3 mm Hg của phân áp O2 thường được dùng để tham gia tất cả các quá trình chuyển hóa sử dụng oxy trong tế bào, nên ngay cả PO2 nội bào ở mức thấp -23 mm Hg vẫn là đủ và an toàn cho cơ thể.