Hjem » Pulmonal patofysiologi » Oxygentransport
Oxygentransport
Det aerobe liv er afhængigt af, at der kommer oxygen frem til de celler, der skal bruge det. Mange ting der kan gå galt i det aerobe liv er relateret til problemer med et eller flere led i transporten af oxygen, så enhver side om patofysiologi må nødvendigvis også sige et pip om oxygentransport. Således følger:
- Transport ved diffusion og konvektion
- Trin i oxygentransporten
- Partialtrykforskelle ved oxygentransport
- Transport af ilt i blodet
.
Vil du hellere selv læse, har du flere muligheder. Et godt sted at starte til en oversigt, og gratis tilgængeligt, er Treacher & Leach (1998), der på 5 sider fortæller det vigtigste. Det er 5 gode sider, men måske lige kort nok, og hvis den nysgerrige læser vil synes det følgende er en grov forsimpling af en overordentlig kompleks virkelighed, så er der heldigvis hjælp at hente. Har du god tid og er grundvidenskabeligt indstillet, er Keely & Mann (2019)‘s 79 sider lange epos om normoxi fra Physiological Reviews måske noget for dig. Også gratis tilgængeligt.
Oxygenkaskaden
Transport ved diffusion og konvektion
Hele humlen ved oxygentransport er at få oxygen fra der, hvor det findes i rigt mål til der, hvor den skal bruges og ikke er nemt tilgængelig. Med andre ord skal oxygen fra den atmosfæriske luft til den mitokondrielle indermembrans sidste cytokrom oxidase.
Der er principielt to måder, oxygen kan komme derhen.
Oxygen kan diffundere. Diffusion er en passiv proces, der er drevet af gradienter i oxygens partialtryk. Hvis man over en afstand på 100 μm har en trykforskel på 5 mmHg, vil oxygen diffundere mod det sted, hvor partialtrykket af oxygen er lavest. Diffusion er smart til korte afstande, men over lange afstande kommer diffusion til kort.
Oxygen kan transporteres ved konvektion. Konvektion i en kontekst af oxygentransport er enten ved dannelse af store lufttrykforskelle imellem atmosfære og alveoler og ved dannelse af store væsketrykforskelle imellem venstre ventrikel under systolen og det venøse kredsløb. Luft bevæger sig i luftvejene ved konvektion og blod i kar ved konvektion.
Trin i oxygentransporten
Helt grundlæggende skal ét oxygenmolekyle fra sin vej i luften til en mitokondriel indermembran igennem følgende trin:
- Fra luft til lunger. Atmosfærisk luft skal ved vejtrækningens konvektion flyttes fra området omkring ansigtet ned i alveolerne.
- Fra lunger til blod. Luften skal transporteres ved diffusion over alveolevæggen, ind i kapillærerne og enten opløses i blodet (en meget lille fraktion af det samlede iltindhold i blodet) eller bindes til hæmoglobin
- Fra blod til vævskapillærer. Det bundne og opløste oxygen skal transporteres ved konvektion fra lungekredsløbet via det systemiske kredsløb til perifere væv.
- Fra vævskapillærer til væv. Oxygen skal slippe hæmoglobin i kapillærerne og diffundere fra kapillærerne og ind i de perifere væv.
- Fra væv til cytosol til mitokondrier. I de perifere væv skal oxygen diffundere over cellemembran, mitokondriel ydermembran og ind i elektrontransportkæden som sidste elektronacceptor.
.
Bevægelsen ledsages af et fald i partialtrykket af ilt, sådan at det højeste partialtryk findes i den atmosfæriske luft og bliver tiltagende lavere i takt med at de perifere væv nås.
Partialtryk af oxygen under oxygentransporten
Korresponderende til de fem trin ovenfor sker der ændringer i partialtrykket af oxygen. Medmindre andet fremgår, så er tal fra Treacher & Leach (1998):
- Fra luft til lunger.
- Det atmosfæriske partialtryk af ilt ved havets overflade, en tør og 25 grader varm sommerdag er 21,3 kPa.
- Ved indånding igennem de øvre luftveje bliver luften vandmættet, sådan at partialtrykket af ilt falder til omtrent 20,0 kPa.
- Ved bevægelse til alveolerne opblandes luften med luft fra det anatomiske dead space, der har et højt partialtryk af CO2. Partialtrykket af ilt falder derfor til 14,0 kPa.
- Fra lunger til blod
- En smule venøst blod fra det pulmonale kredsløb shuntes direkte ind i venstre atrium og giver en lille gradient imellem det alveolære partialtryk og det arterielle partialtryk af ilt.
- Det er A-a-gradienten, beregnet som PA-Pa, der i den normalfysiologiske tilstand er omkring 1 kPa, sådan at PaO2 er 13,0 kPa.
- Fra blod til væv til cytosol til mitokondrier
- Her er der betragtelig heterogenitet forskellige væv imellem, sådan at partialtrykket i hjernen er imellem 4,0-6,4 kPa og i epidermis 1,1 kPa (Ortiz-Prado et al. (2019)).
- Det venøse ilttryk, PvO2, er omtrent 5,3 kPa.
- Partialtrykket af ilt i intersticiet er mellem 2,7-5,3 kPa.
- Intracellulært er det mellem 1,3-2,7 kPa.
- Og i den mitokondrielle indermembran, hvor partialtrykket er lavest, falder det til mellem 0,7 og 1,3 kPa.
Det kan man selvfølgelig også tegne i en figur, og her bragt med tilladelse fra Yartsev. Jeg ved ikke, hvor hans tal stammer fra, og desværre er de angivet i mmHg. Når tid er, kommer der en figur med tal fra Treacher & Leach, så der er overensstemmelse både tal og enhedsmæssigt imellem figur og tekst.
Transport af ilt i blodet
Ilt findes på to måder i blodet:
- 1. Opløst, fordi oxygenindholdet i en væske er ligefremt proportionalt med partialtrykket af oxygen på gasform. Ilt er ikke særligt opløseligt i plasma eller i erytrocytternes væskefase, så den mængde ilt, der kan transporteres opløst er langt utilstrækkeligt til at tilfredsstille de metaboliske behov. Her må man tilføje, at det kun gælder indenfor et rimeligt fysiologisk spektrum af cardiac output – havde man haft et hjerte, der kunne pumpe 20 gange mere blod rundt i kroppen, kunne historien måske have været en anden. Det er den som bekendt ikke.
- 2. Bundet til hæmoglobin. Langt den største fraktion af blodets iltindhold er bundet til hæmoglobin. Arterielt blod har et højt iltindhold, og det har det udelukkende på grund af hæmoglobins iltbindende kapacitet.
.
I runde tal er der 20,0 mL ilt per dL blod. Kun 0,3 mL (1,5 %) af den ilt findes som opløst ilt. De resterende 19,7 mL (98,5 %) findes bundet til hæmoglobin. Den konvektive oxygentransport foregår altså i al væsentlighed ved hjælp af hæmoglobin i erytrocytterne.
Kilder
Treacher DF, Leach RM. Oxygen transport-1. Basic principles. BMJ. 1998 Nov 7;317(7168):1302-6. doi: 10.1136/bmj.317.7168.1302. PMID: 9804723; PMCID: PMC1114207.
Leach RM, Treacher DF. Oxygen transport-2. Tissue hypoxia. BMJ. 1998 Nov 14;317(7169):1370-3. doi: 10.1136/bmj.317.7169.1370. PMID: 9812940; PMCID: PMC1114253.
J-OC Dunn, MG Mythen, MP Grocott, Physiology of oxygen transport, BJA Education, Volume 16, Issue 10, October 2016, Pages 341–348, https://doi.org/10.1093/bjaed/mkw012
Ortiz-Prado E, Dunn JF, Vasconez J, Castillo D, Viscor G. Partial pressure of oxygen in the human body: a general review. Am J Blood Res. 2019 Feb 15;9(1):1-14. PMID: 30899601; PMCID: PMC6420699.
Yartsev A (2019). The oxygen cascade. På DerangedPhysiology.com. Tilgået d. 28/5-2024.
Keeley TP, Mann GE. Defining Physiological Normoxia for Improved Translation of Cell Physiology to Animal Models and Humans. Physiol Rev. 2019 Jan 1;99(1):161-234. doi: 10.1152/physrev.00041.2017. PMID: 30354965.
Boron WF (2016). Ch 29 Transport of Oxygen and Carbon Dioxide in the Blood. I Boron WF & EL Boulpaep (red.) Medical Physiology 3rd Ed. Elsevier: 2016, pp.:647-659.
Har du kommentarer, er du meget velkommen til at sende dem ind her: