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

Sự lắng đọng và hấp thu canxi và phosphate ở xương cân bằng với dịch ngoại bào

Mặc dù cơ chế làm lắng đọng các muối canxi ở osteoid chưa được hiểu đầy đủ, sự kiểm soát của quá trình này dường như phụ thuộc phần lớn vào pyrophosphate, chất làm ức chế tạo thành tinh thể hydroxyapatite và lắng canxi của xương.

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.

Tiêu hóa Carbohydrate ở ruột non

Những nhung mao lót các tế bào ruột non chứa 4 enzyme, chúng có khả năng cắt disaccharide lactose, sucrose, và maltose, cộng thêm các polymer glucose nhỏ khác, thành các monosaccharide thành phần.

Tuần hoàn máu nội tạng đường tiêu hóa

Các chất dinh dưỡng không béo, hòa tan được trong nước từ ruột (ví dụ như carbohydrate và protein) cũng được vận chuyển trong máu tĩnh mạch cửa vào xoang chứa máu.

Sinh lý thần kinh dịch não tủy

Dịch não tủy là một loại dịch ngoại bào đặc biệt lưu thông trong các não thất và trong khoang dưới nhện do các đám rối màng mạch trong các não thất bài tiết.

Đường truyền thần kinh thính giác: cơ chế thính giác trung ương

Trong trung tâm thính giác của thân não, sự kích thích thường không còn đồng bộ với tần số âm thanh trừ khi với âm thanh có tần số dưới 200 chu kỳ/giây.

Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất động mạch lên hoạt động của tim

Khi nhiệt độ giảm mạnh thì nhịp tim cũng giảm, có lẽ do sự giảm chậm vài nhịp trên phút khi một người gần qua đời do giảm thân nhiệt cơ thể.

Hoạt động chuyển hóa tế bào của Aldosterol

Aldosterol không có tác dụng vận chuyển natri ngay lập tức; đúng hơn tác dụng này phải chờ hình thành liên tục những chất đặc biệt cần thiết vận chuyển natri.

Tiêu hóa hấp thu và chuyển hóa năng lượng của thức ăn và chất dinh dưỡng

Thông thường tỉ lệ chuyển hóa của trẻ sơ sinh so với trọng lượng cơ thể gấp đôi người lớn, chúng giải thích cho thực tế rằng hiệu suất của tim và thể tích hô hấp trong một phút gấp đôi người lớn so với trọng lượng cơ thể.

Chức năng tâm thất giống như bơm

Với cả sự tăng thể tích cuối tâm trương và giảm thể tích cuối tâm thu, thể tích co bóp có thể tăng hơn gấp đôi so với bình thường.

Kiểm soát lưu lượng máu mô bằng các yếu tố thư giãn hoặc co thắt có nguồn gốc từ nội mô

Điều quan trọng nhất của các yếu tố giãn mạch nội mô là NO, một khí ưa mỡ được giải phóng từ tế bào nội mô đáp ứng với rất nhiều kích thích hóa học và vật lý.

Dẫn truyền tín hiệu từ vỏ não đến tủy sống: nhân đỏ hoạt động như con đường phụ

Những sợi đỏ-tủy tận cùng (tạo synap) chủ yếu ở neuron trung gian ở vùng giữa của chất xám, cùng với các sợi vỏ tủy, nhưng một vài sợi đỏ tủy tận cùng trực tiếp ở neuron vận động (neuron alpha) ở sừng trước.

Sự bài tiết cholesterol của gan và sự hình thành sỏi mật

Muối mật được hình thành trong các tế bào gan từ cholesterol trong huyết tương. Trong quá trình bài tiết muối mật, mỗi ngày khoảng 1 - 2 gam cholesterol được loại bỏ khỏi huyết tương và bài tiết vào trong mật.

Các receptor ở các cơ quan đích hệ giao cảm và phó giao cảm

Các receptor nằm ở mặt ngoài của màng tế bào. Sự bám của các chất dẫn truyền thần kinh vào các receptor gây ra sư thay đổi về hình dạng trong cấu trúc của phân tử protein. Kế tiếp, phân tử protein bị biến đổi sẽ kích thích hoặc ức chế tế bào.

Block nhĩ thất không hoàn toàn: chặn đường truyền tín hiệu điện tim

Một điện tâm đồ có P-R kéo dài khoảng 0.3s thay vì bình thường khoảng 0,2s hoặc ít hơn. Do đó, block độ 1 được định nghĩa là sự chậm dẫn truyền từ nhĩ đến thất chứ không phải mất hẳn dẫn truyền.

Khúc xạ ánh sáng: nguyên lý quang học nhãn khoa

Chỉ số khúc xạ của không khí là 1.00. Do đó, nếu ánh sáng đi trong một loại thủy tinh với tốc độ là 200,000km/s thì chỉ số khúc xạ của loại thủy tinh này 300,000 chia cho 200,000, hay 1.50.

Mức độ thiếu oxy mà một trẻ sơ sinh có thể chịu đựng được

Khi phế nang mở, hô hấp có thể bị ảnh hưởng thêm với vận động hô hấp tương đối yếu. May mắn thay, hít vào của trẻ bình thường rất giàu năng lượng; Có khả năng tạo ra áp lực âm trong khoang màng phổi lên đến 60mmHg.

Các giai đoạn bài tiết ở dạ dày

Bài tiết ở dạ dày ở giai đoạn kích thích tâm lý diễn ra thậm chí trước khi thức ăn đi vào dạ dày, đặc biệt khi đang được ăn. Sự bài tiết này là kết quả của quá trình trước khi thức ăn vào miệng như nhìn, ngửi, nghĩ hoặc nếm thức ăn.

Các phản xạ tự chủ của hệ thần kinh

Nhiều chức năng nội tạng của cơ thể được điều chỉnh bởi các phản xạ tự chủ. Một vài phản xạ của hệ tim mạch giúp kiểm soát huyết áp động mạch và tần số tim. Một trong nhưng phản xạ đó là phản xạ baroreceptor.

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.

Chất dẫn truyền thần kinh: đặc điểm của nhóm phân tử nhỏ

Trong hầu hết các trường hợp, acetylcholine có tác dụng kích thích. Tuy nhiên, nó được biết là có tác dụng ức chế ở một số dây thần kinh đối giao cảm ngoại vi, chẳng hạn như ức chế trung tâm dây thần kinh phế vị.

Chức năng của vùng hải mã: vùng kéo dài của vỏ não

Hải mã và các cấu trúc nằm cạnh thùy thái dương và thùy đỉnh, được gọi là khối hải mã liên kết chủ yếu gián tiếp với nhiều phần của vỏ não cũng như các cấu trúc cơ bản của hệ limbic – thể hạnh nhân, vùng dưới đồi, vách trong suốt và thể vú.

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.

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.

Vận mạch: trao đổi máu qua thành mao mạch

Máu thường không chảy liên tục trong các mao mạch mà ngắt quãng mỗi vài giây hay vài phút. Nguyên nhân do hiện tượng vận mạch, tức là sự đóng mở từng lúc của cơ thắt trước mao mạch.