Hjem » Pulmonal patofysiologi » Transportkapacitet for ilt

Blodets transportkapacitet for ilt

af Anders Kaack, d. 31. maj 2024. Senest opdateret d. 7. juni 2024

Her følger en gennemgang af, hvor stor blodets transportkapacitet for ilt rent faktisk er. Dagsordenen er som følger:

  1. Opløst ilt i blodet
  2. Ilt bundet til hæmoglobin
  3. Effektiv hæmoglobinkoncentration (dyshæmoglobiner)
  4. Faktisk transport af ilt i blodet
  5. Kapacitet for ilttransport ved svær anæmi
  6. Kapacitet for ilttransport ved svær hypoxæmi
  7. Kapacitet for ilttransport ved svær anæmi og hypoxæmi.

Opløst ilt i blodet

En måde at transportere ilt i blodet på, er ved at opløse store mængder af det i vand. Det følger af Henrys lov, at en gas der er i kontakt med en væske, bliver opløst i væsken, så principielt set er det muligt at transporte ilt opløst i blodet. Desværre er ilt dårligt opløseligt i vand og derfor også i blod. Henrys lov, hvor a er en gas, lyder:

Problemet er, at proportionalitetskonstanten kH er meget lille for ilt i vand ved fysiologisk temperatur, 0,003 mL O2 per dL blod per mmHg. Man kan prøve at indsætte normalfysiologiske værdier for ilttryk i alveolerne, fx 100 mmHg, for at indse begrænsningen:

Et normalt cardiac output i hvile er 5 L/min. Det betyder, at man maksimalt kan levere (0,3 mL O2 pr dL blod gange 50 dL blod i minuttet) 15 mL ilt per minut opløst i blodet.

Den normale hvilemetabolisme kræver omtrentligt 250 mL ilt i minuttet, så på den måde leveres kun 6 % af den nødvendige ilt. Googler man maksimalt cardiac output, finder man ud af, at eliteatleter kan levere 35 L/minuttet, og i så fald vil en eliteatlet kunne levere 105 mL ilt i minuttet, altså stadig kun 42 % af hvileforbruget. Og mon ikke, at hjertets iltforbrug ved så stor en leverance betyder, at hvilemetabolismeforbruget stiger betragteligt.

Teoretisk set skulle man levere et cardiac output 17 gange hvileværdien (250/15 mL) for at tilfredsstille hvilemetabolismens behov eller et cardiac output på 85 L/min.

I stedet for et abnormt stort hjerte kunne man også øge ilttrykket i blodet. Ren og fuldt fugtigt ilt ved 37 grader celsius har et tryk på 713 mmHg. Når ilten når alveolerne sker der en udskiftning med kuldioxid, der er afhængig af den respiratoriske kvotient (se her om den alveolære gasligning), så PAO2 er formentlig omtrent 673 mmHg. Ved så høje ilttryk kan man opløse 2,0 mL ilt pr. dL blod. Forudsætter man et normalt cardiac output på 5 L/minuttet, kan man levere 100 mL/ilt per minut. Cardiac output skal altså øges til 12,5 L/minuttet, når man inspirerer ren ilt, for at volumen af opløst ilt i blodet er tilstrækkeligt til at tilfredsstille hvilemetabolismens behov.

Insisterer man på, at hjertet ikke må slå hårdere eller hurtigere, kan man selvfølgelig altid vælge at sætte sin patient i en tryktank og levere hyperbar ilt.

Ilt bundet til hæmoglobin

Det skulle gerne fremgå af ovenstående diskussion af den opløste ilt i blodet, at det vil være komplet åndssvagt at forestille sig (humant) liv uden hæmoglobin. Det er hæmoglobin, der står for langt størstedelen af iltleverancen til vævene. Man kunne overleve med 100 gange mindre ilt opløst i blodet, men 100 gange mindre hæmoglobin end normalt er uforeneligt med liv.

En normal hæmoglobinkoncentration er være 9,0 mmol/L eller 14 g/dL. En praktisk iltbindingskapacitet per gram hæmoglobin er omtrentligt 1,35 mL O2 pr. gram hæmoglobin. Ikke alt hæmoglobin er altid mættet med ilt, så derfor kan man beregne volumen af ilt bundet til hæmoglobin sådan her:

Hvor satO2 betegner iltmætningen i blodet. Hvis man indsætter normale tal, fx 14 g/dL og en saturation på 97 % får man en iltkoncentration på 18 mL/dL blod. Hvis hjertet igen leverer 5 L/minutter, bliver den minutlige leverance af ilt til alle organsystemer pludselig 50 dL/min * 18 mL/dL = 900 mL ilt per minut. Det er langt over kroppens hvilebehov og forklaringen på, at venøst blod stadig i meget høj grad indeholder iltmættet hæmoglobin.

Effektiv hæmoglobinkoncentration (dyshæmoglobiner)

Ét er den målte hæmoglobinkoncentration, andet er den effektive koncentration af hæmoglobin. Ikke alt hæmoglobin kan transportere og afgive hæmoglobin effektivt. Mest prominent er CO-mættet hæmoglobin, som kan findes i relativt høje koncentrationer hos rygere. Hæmoglobin har mangefold højere affinitet for carbonmonoxid end ilt, og carbonmonoxid stabiliserer hæmoglobin, sådan at det ikke kan binde ilt, og sådan at allerede bundet ilt ikke frigives.

På samme måde er methæmoglobin (hæmoglobin på Fe3+-form) ikke binde oxygen, og det supersjældne sulfhæmoglobin kan heller ikke.

Det vil sige, at den totale hæmoglobinkoncentration i blodet er summen af oxygeneret og deoxygeneret hæmoglobin og dyshæmoglobinerne, og den effektive hæmoglobinkoncentration er summen af oxygeneret og deoxygeneret hæmoglobin fratrukket dyshæmoglobinerne. Med terminologi lånt fra radiometers blodgasanalyseapparater og tilfældet et lille suffix e som markør for, at vi taler om effektiv hæmoglobinkoncentration, så:

cHb(e) = cO2Hb + cHHb – (cCOHb + cMetHb)

Hvor det lille c står for content.

Faktisk transport af ilt i blodet

Ilt transporteres altså i kroppen både bundet til hæmoglobin (primært) og opløst i blodet. Når man kombinerer de to simple former ovenfor og tilføjer, at koncentrationen af hæmoglobin skal være den effektiv hæmoglobinkoncentration, så kan man skrive:

Et almindeligt fysiologisk eksempel for en krop i hvile, ved 37 grader, pH på 7,40, ilttryk på 100 mmHg og saturation på 95 % og hæmoglobinkoncentration på 14,0 g/dL giver et totalt iltindhold i blodet på: 18,3 mL/dL blod.

Hvis cardiac output er 5 L/min, leverer kroppen 915 mL ilt til vævene i minuttet. Længe nok til at understøtte liv og velbefindende.

Lad os prøve med et par beregninger af patologisk fysiologi.

Kapacitet for ilttransport ved svær anæmi

En patient har en svær øvre gastrointestinal blødning og har blødt ned til 3,0 mmol/L eller 4,4 g/dL hæmoglobin. Patienten får nasalilt og holder en saturation på 95 % og et ilttryk på 100 mmHg. Det vil sige, at der ikke er hypoxæmi. 

Patienten har så 5,6 mL ilt bundet per deciliter hæmoglobin og stadig 0,3 mL ilt opløst i blodet. Patientens iltkoncentration i arterielt blod bliver så 5,9 mL per dL.

Står cardiac output stille på 5 L i minuttet, leveres der 295 mL ilt per minut til de perifere væv, hvilket er tilstrækkeligt til basalmetabolismen, men kræver en betragteligt øget iltekstraktion i de perifere væv. Patientens metabolisme er forment også svært påvirket af den alvorlige sygdom, så for at kompensere må cardiac output øges — det adrenerge respons (eller er det nedsat vagalt respons?), nemt målt som en forhøjet puls, sørger for det.

Kapacitet for ilttransport ved svær hypoxæmi

En i øvrigt rask patient har fået en pneumoni og har nu rigelige V/Q-ubalancer i lungerne, sådan at ilttrykket i arterielt blod er faldet til 40 mmHg og den tilhørende saturation til 75 %. Patienten har normal hæmoglobin på 9,0 mmol/L eller 14 g/dL.

Det giver 14,3 mL/dL blod. Ved stabilt cardiac output giver det en minutlig leverance på 715 mL ilt.

Kapacitet for ilttransport ved svær anæmi og hypoxæmi

Kombinationen af de to ovenstående tilfælde vil være nærmest komplet fatalt, hvis ikke kroppen havde en bemærkelsesværdig overkapacitet af cardiac output. En effektiv hæmoglobinkoncentration på 4,4 g/dL og en saturation på 75 % giver en iltkoncentration på 4,6 mL/dL. Ved et cardiac output på 5 L giver det 230 mL leveret ilt per minut. For at overleve har patienten brug for at øge cardiac output betragteligt – og det første patienten har brug for er ilt og transfusion.

Kilder

Boron WF (2016). Ch 29 Transport of oxygen and carbon dioxide in the blood. I Boron WF & Boulpaep EL Medical Physiology 3rd Ed. Elsevier, pp.: 647-659.

Lundstrøm, Kaare E. “Blodgashåndbogen – bilag til arteriepunktur” (2011). Kan findes hos pri.rn.dk som et bilag ude i marginen til højre. Udgivet af Radiometer.

Yartsev A (2015). Oxygen carrying capacity of whole blood. På DerangedPhysiology.com. Tilgået 31/5-2024.

Har du kommentarer, er du meget velkommen til at sende dem ind her: