03/04/12 1

Kan Gazlarının Taşınması

Prof. Dr. Nazan DoluErciyes Üniversitesi Tıp Fakültesi

Fizyoloji ADdolu@erciyes.edu.tr

03/04/12 2

102

102

95

5-40 mmHg≈23

03/04/12 3

03/04/12 4

Primer Gaz transport mekanizması

03/04/12 5

973

102

90

03/04/12 6

Kanda O2 taşınması• % 97 eritrosit içinde

hemoglobin ile kimyasal bileşik halinde,

• %3 plazmada ve hücre sıvısında çözünmüş durumda taşınır.

• Pulmoner kapillerlerde PO2 yüksektir, Oksijen Hb’e bağlanır.

• Doku kapillerlerinde olduğu gibi PO2 düşük ise, Oksijen Hb’den ayrılır.

%3

% 97

03/04/12 7

03/04/12 8

1 litre arteriyel kan içeriği

• 3 ml çözünmüş O2

• 197 ml Hb’e bağlı O2

• Toplam 200 ml O2

03/04/12 9

Çözünmüş O2

• Çözünmüş O2’i;– O2’nin plazmada eriyebilirliği

– O2’nin plazma parsiyel basıncı (Henry yasası) belirler.

Çözünmüş O2 içeriği=Çözünürlük katsayısı (0,00304 ml O2/dl.torr) x Oksijen basıncı (torr)

• 100 ml kanda 0.3 ml O2 çözünür.• 0.3 yüzde hacim olarak ifade edilir.• Yüzde hacim: Her 100 ml kanda ml cinsinden O2 demektir

03/04/12 10

Çözünmüş O2

• PaO2 100 mmHg iken 100 ml plazmada 0.3 ml O2 çözünmüştür (0.3 yüzde hacim olarak ifade edilir).

• Venöz kanda 0,12 ml/dl• Taşınan miktar = 0,18 ml/

dl• Egzersizde düşer (~%1,5)• Yoğun O2 soluma

→çözünmüş O2 artışı→oksijen zehirlenmesi

03/04/12 11

• O2 hemoglobinin hem kısmıyla gevşek ve geri dönüşümlü olarak bağlanır.

Oksijenin Hb ile taşınması

% 97 % 3

03/04/12 12

Hb’e bağlı O2 içeriğini belirleyici etmenler

• Hb derişimi (g/dl)

• Hb’nin O2 bağlama kapasitesi (1,34 mlO2/g Hb)

• Hb doygunluk yüzdesi

• Kandaki O2 kısmi basıncı

03/04/12 13

Oksihemoglobin (HbO2) Hb + O2 Hb·O2 Hb molekülündeki 4 Fe2+’e akciğerlerde birer O2 molekülü bağlanması sonucu oluşan hemoglobin bileşiğidir.

Hb molekülüne akciğerlerde O2 moleküllerinin bağlanması olayı, hemoglobinin oksijenasyonu olarak tanımlanır.

Bir Hb molekülü, oksijenasyon olayı sonucunda 4 O2 molekülü bağlayabilmektedir

03/04/12 14

Akciğerlerde oksijenasyon olayı sonucunda hemoglobine bağlanan oksijen, diğer dokularda deoksijenasyon olayı sonucunda hemoglobinden ayrılır

03/04/12 15

2+

Her hem grubu bir porfirin halkasıve merkezinde bir Fe atomundan

oluşur

Bir Hb molekülü 4 protein globin zincirindenoluşur ve her birine bir hem grubu bağlanır.

03/04/12 16

2

Hem’in yap s ı ı(Fe-protoporphyrin IX).

Fe atomlar ferröz oksit ıhalindedir

Oksihemoglobinin O2 ba layan bölümü, Feğ 2+ iyonu O2 ba larğ

O2

O2 bağlayan hem grubu

O2Hidrofobik bölüm

Hidrofilik bölüm

03/04/12 17

Hemoglobinin doygunluk (satürasyon) eğrisi veya

oksihemoglobin ayrışma (disosiasyon) eğrisi

• Hb’e bağlanan O2 moleküllerinin sayısı kandaki O2’nin kısmi basıncına bağlıdır.

• Kandaki kısmi O2 basıncı ile O2 molekülleri tarafından doldurulan O2 bağlanma yerlerinin yüzdesi arasındaki ilişki oksihemoglobin ayrışma eğrisi ile gösterilir.

• Oksijenin kısmi basıncı yükseldikçe, Hb doygunluğu artar• PaO2-erimiş O2 arasında doğrusal ilişki oluşurken;

• PaO2- OksiHb arasında sigmoid ilişki (Eğri S (sigmoid) şeklindedir) bulunmaktadır.

03/04/12 18

Hb doygunluk yüzdesi

• Hb’e bağlanmış O2

O2’e bağlanan Hb’nin maksimum kapasitesi

x 100

03/04/12 19

Oksijen-Hemoglobin Satürasyon Eğrisi

Arterlerde PO2 95 mmHgDoygunluk %97

Dokulardan gelen venöz kanda

Hb’in O2’ye ilgisi azalırsa eğri sağa, artarsa sola kayar.

03/04/12 20

Yüzde yirmi hacim

• Kanın her 100 ml’sinde 15 g Hb bulunur.• 1 g Hb 1.34 ml O2 bağlar.

• 100 ml kanda % 100 doygunluk olursa15 x 1.34 = 20 ml O2 bağlanır (yüzde 20 hacim)

• Normal arteryel kanda %97 i Hb ile (19.4 ml), % 3’ü (0,3 ml) serbest.

• 100 ml kanda % 75 doygunluk olursa (doku kapillerleri, PO2

40 mmHg)= 14.4 ml• Kanın her 100 ml’si ile dokulara 5 ml O2 taşınır.

(19.4 – 14.4 = 5 ml) (%25 yararlanma= ütilizasyon katsayısı)

03/04/12 21

Oksijen-Hemoglobin Satürasyon Eğrisi

• 10-60 mmHg arası dik bir görünüme

• 70-100 mmHg arası plato görünümüne sahiptir. Plato dokulara O2 sağlanmasında emniyet faktörüdür.

Yüklenme

Yük boşaltma

03/04/12 22

P50 • Eğri üzerinde Hb’in O2 ile % 50 doygunluğunu (bir Hb molekülünde iki O2 molekülü) gösteren noktadır. Normalde 27 mmHg’dır.

• Hb’nin O2’ye affinitesindeki değişiklikleri gösterir.

• P50 yükselmiş ise affinite azalmıştır (eğri sağa kayar)

• P50 azalmış ise affinite artmıştır (eğri sola kayar)27

03/04/12 23

Oksijen-Hemoglobin Disosiasyon Eğrisini Etkileyen Faktörler

• Sağa kaydıranlar

-pH düşmesi

-CO2 artışı

-Temperatür artışı

-2,3-difosfogliserat (DPG) artışı

• Sola kaydıranlar

-pH artışı

-CO2 azalması

-Temperatür azalması

-2,3-difosfogliserat (DPG) azalması

-Fetal Hb varlığı

03/04/12 24

Bohr etkisi

• CO2 in hemoglobinin O2 e olan ilgisini etkilemesidir (Danimarkalı fizyolog Christian Bohr).

• Hücresel metabolizmada kana CO2 verilir, pH azalır, eğri sağa kayar, dokulara O2 bırakılır;

• Akciğerlerde CO2 solukla dışarı atılır, pH artar, eğri sola kayar, akciğerlerden O2 alınmasını artırır.

• Sonuç: Bohr etkisi kısmen CO2 artışına bağlı pH değişimine, kısmen de CO2 nin Hb üzerindeki doğrudan etkisine bağlıdır.

03/04/12 25

Ph nın etkisi

PCO2 etkisi pH değişikliğine yol açar

CO2 + H2O → H2CO 3 → H+ + HCO3

-

asidoz

alkaloz

03/04/12 26

• Karbon dioksit ve hidrojen iyonları Hb ile birleşir ve molekülün konfigürasyonunu değiştirir (allostrerik modülasyon şeklini oluşturur).

03/04/12 27

CO2 etkisi

hiperkapni

03/04/12 28

Sıcaklığın etkisi

hipertermi

hipotermi

03/04/12 29

• Temperatür Hb’nin konfigürasyonunu değiştirerek O2’ye affiniteyi azaltır.

• Vücut sıcaklığı arttığında dokulara daha fazla oksijen salınır.

• Vücut sıcaklığı azaldığında oksijenin Hbden salınımı zorlaşır (uç ekstremitelerde morarma)

03/04/12 30

Glucose 6-PO4

3-Phosphogyceraldehyde

1,3-Diphosphoglycerate

Phospho-glycerate kinase

Pyruvic acid

3-Phosphoglyceric acid

2,3-Diphosphoglycerate (2,3-DPG)

2,3-DPG mutase

2,3-DPG phosphatase

2,3-Difosfogliserik asit

Normal eritrosit glikolizi

2,3 DPG nas l meydana ıgelir?

+ADP + Pi

ATP

03/04/12 31

2-3 Difosfogliserat’ın etkisi

03/04/12 32

Glikoliz sırasında eritrositler tarafından üretilen DPG, O2’ye affiniteyi azaltacak şekilde reversibl olarak erişkin deoksi-Hb β zincirine bağlanır.

Artan DPG O2-Hb eğrisini sağa kaydırır.

© Irving Geis.

03/04/12 33

• DPG düzeyinin arttığı durumlarda,Hb’den O2 ayrılışı artar.

• Hipokside, anemide, yüksek irtifada dokulara oksijenin sağlanmasında yardım eder.

• Ancak, aşırı DPG varlığı, alveoler PO2 azaldığı zaman AC’lerde Hb’in O2 ile birleşmesini zorlaştırır.

• Eğrinin sağa kayması bazı durumlarda olumlu, bazı durumlarda da olumsuz etki yapar.

• Banka kanında normal DPG içeriğinde azalma olur. Dokulara oksijen bırakılması baskılanabilir.

03/04/12 34

Fötal Hb (HbF)

• Plesantanın O2 basıncı 50 mm Hg, fötal kanın ortalama PO2 si 30 mm Hg’ dır.

1. Fötusda HbF bulunmaktadır. HbF’in O2’e affinitesi fazladır; Aynı PaO2 basıncında erişkin hemoglobine göre daha fazla O2 taşıyabilir. ( %20 - %30 )

2. Fötusun hemoglobin konsantrasyonu anneden % 50 daha fazladır.

03/04/12 35

Fötal Hb (HbF)

3. “Bohr etkisi” yani HbF’nin düşük PCO2 da yüksek PCO2’ya göre daha fazla O2 taşıyabilme özelliğidir.

4. Fötal kan anneye CO2’yi vererek asit kaybeder ve alkalileşir. Anne kanı ise asitleşir. Bu özellik fötal kanın O2 ile birleşme kapasitesini arttırırken anneninkini azaltır.

03/04/12 36

Fötal Hemoglobin

avantaj

O2 basıncı (PO2)

O2

Sat

ura

syo

nu

Anne eritrositleri

Fetus eritrositleri

O2 anne oksiHb’den, fetus deoksiHb’e geçer.

Fetal eritrositler annenin eritrositlerinden daha yüksek O2 affinitesine

sahiptirler. Eğri sola kayar.

03/04/12 37

03/04/12 38

Egzersiz

• Kas hücreleri hızla oksijen tüketir.

• İnterstisyel sıvıda PO2 15 mmHg’ya düşebilir. Bu basınçta sadece 4,4 ml O2, Hb’e bağlı kalabilir.

• Yani dokulara 15 ml (19,4- 4,4) O2 taşınır (3 kat artış).

• İyi antremanlı atletlerde kalp debisi 6-7 kat artar.

• Sonuçta O2 taşınmasında ~ 20 kat artış olur.

03/04/12 39

Egzersiz ve dissosiasyon eğrisi

• CO2 ve ek olarak birçok asit salınır.

• Kas kapiller kanında H iyon konsantrasyonu artar.

• Kasın sıcaklığı 2-3 0C artar.

• Eğri sağa kayarak dokulara giden O2 artar.

• AC’lerde kayma zıt doğrultuda olarak alveollerden daha fazla O2 alınması sağlanır.

03/04/12 40

Dinlenimde O2-Hb eğrisi

03/04/12 41

Egzersizde O2-Hb eğrisi

03/04/12 42

Karbonmonoksit (CO)-Hb dissosiasyon eğrisi

• CO, Hb’e O2 ile aynı noktada bağlanır.

• O2‘e göre Hb’e ilgisi 250 kat fazladır.

• 0.4 mmHg CO, Hb’e bağlanma açısından alveollerdeki O2 ile eşit yarışır.

• 0.4 mmHg’dan fazla CO ölümcül olabilir.

• Tdv: saf O2 yada % 1-2’lik CO2 uygulaması

• CO, eğriyi sola kaydırır, P50 düşer.

03/04/12 43

Myoglobilin molekülü

hem + globin monomer

O2

Başlıca kırmızı kaslarda özellikle kalp kasında

yüksek konsantrasyonda bulunur

153 amino asitten oluşan bir polipeptit zinciri

ve bir hem grubu içerir

03/04/12 44

Miyoglobinin hem grubundaki Fe2+, O2 ile reversibl olarak bağlanabilir.

03/04/12 45

Miyoglobinin oksijene affinitesi, hemoglobinin oksijene affinitesinden fazladır.

Ağır egzersizden sonra oksijenin azaldığı durumlarda kas dokusunun PO2’si 5 mmHg’ya kadar düşebilir.

Miyoglobin kas mitokondrisinde ATP’nin oksidatif sentezi için kendisine bağlı oksijeni derhal serbest bırakır.

Miyoglobin, kasta bir çeşit oksijen deposu olarak işlev görür.

03/04/12 46

hemoglobin

myoglobin

Active cell

ml

O2/

100

ml b

loo

d

0

5

10

15

20

Tissues

Hemoglobin ve Myoglobin O2 affinitelerinin karşılaştırılması

03/04/12 47

Anemi

• Hb 5 g/dl altına düşmedikçe O2 disosiyasyon eğrisini etkimez.

• PaO2 normaldir.

03/04/12 48

MetHb

• Fe+2’nin (Ferro), Fe+3’e (Ferrik) dönüşmesi ile oluşur.

• MetHb, O2’nin Hb’den salınmasını durdurur, dokulara O2 ulaştırılmasını önler.

• Normalde vücütta % 1-2 bulunur. Ancak glutatyon redüktaz gibi hücre içi enzimlerle ferröz duruma indirgenir.

• MetHb hastalarında glutatyon redüktaz enzimi eksiktir.

• Nitritler, primaqine, Fenasetin, sülfonamidler MetHb oluşumunu artırır.

03/04/12 49

03/04/12 50

Kanda Karbon dioksid transportu

03/04/12 51

03/04/12 52

CO2

Tissues

C.A.CO2 + H2O → H2CO 3 → H+ + HCO3

- HCO3

-

yavaş

HbO2 → Hb.H + O2+

O2

Karbon dioksid kanda nasıl taşınır?

venöz kan* arteryel kan* fark* % total CO2

Total CO2 52 48 4

CO2 (çözülmüş) 2.7 2.4 0.3 7

H2CO3 - - ~0

HCO3- 46.3 43.8 2.5 70

Karbamat 3.4 2.6 0.8 23

( * ml / 100 ml kan)

αHb-NH3+ + CO2 ↔ αHb-NH-COO - +

2H+

karbamino bile i i ş ğ(veya “karbamat")

hücre

03/04/12 53

• 7% plazmada çözünmüş

• 70% bikarbonat olarak– Tampon sistem

• 23% hemoglobine bağlı – Karbaminohemoglobin

Karbon dioksid taşınması

03/04/12 54

• Çözünmüş moleküller CO2 şeklinde doku hücrelerinin dışına çıkar.

• Hücre membranı bikarbonat iyonları için geçirgen değildir.

03/04/12 55

text

Hüc

rele

r

Akc

ier

ler

ğ

03/04/12 56

03/04/12 57

HCO3-

CO2

C.A.CO2 + H2O ←→ H2CO3 ←→ H+ + HCO3

-

Anyon değiştirici

Cl-

Cl-

Hb HbH+

↓

• Klor kayması, hamburger fenomeni, denge oluşumu için anyon kayması

• Cl hareketine su da eşlik eder.

• Venöz sistemde eritrositler biraz daha şişkindir

03/04/12 58

CO2 dissosiyasyon eğrisi

03/04/12 59

CO2 taşınması artışı-Haldane etkisi

• Oksijenin Hb’den ayrılması sonucu (deoksiHb) Hb’nin CO2’ye affinitesi artar.

• Oksihemoglobin doygunluğundaki değişikliklerin CO2 içeriği ile PCO2 arasındaki ilişkiyi etkilemesine Haldane etkisi denir.

• Doku kapillerlerinden CO2 taşınımını sağlar.

• PaO2 = 95 mm Hg, CO2 eğrisi aşağı ve sağa doğru değişir (alt eğri)

• PvO2 = 40 mm Hg, CO2 eğrisi yukarı ve sola değişir (üst eğri)

03/04/12 60

HÜCRE DÜZEYİNDE GAZ ALIŞVERİŞİ

ERİTROSİTserbest

serbest

Karbamino bileşikleri

hücre

Karbonik anhidraz

03/04/12 61

AC’LERDE GAZ ALIŞVERİŞİ

ALVEOL

serbest

serbest

Karbamino bileşikleri

Karbonik anhidraz