Kohlendioxid (CO2) ist das Hauptabfallprodukt der aeroben Atmung. Zu viel oder zu wenig CO2 im Blut kann schwerwiegende Folgen haben. Dieser Artikel befasst sich mit dem CO2-Transport im Blut, seiner Rolle bei der Aufrechterhaltung des pH-Werts im Blut und was passieren kann, wenn CO2 beeinträchtigt ist.
Kohlendioxid im Blut
Es ist wichtig, die Rolle von CO2 im Blut hervorzuheben., Die Hauptrolle von CO2 besteht darin, den pH – Wert des Blutes zu regulieren-dies ist viel wichtiger als der Transport von CO2 zur Ausatmung in die Lunge.
Abbildung 1 zeigt, wie sich CO2 im Blut auflöst. Die Umwandlung von Kohlensäure (H2CO3) in ein Wasserstoff-und Bikarbonat-Ion (H+ + HCO3 -) erfolgt nahezu augenblicklich. Eine kleine Menge an gelöstem CO2 erzeugt einen kleinen Anstieg der Wasserstoffionen, die in der Lage ist, den Blut-pH zu verändern. Der Anteil von CO2 zu HCO3-ist kritisch und erklärt, warum dies geschieht.
Dieses Verhältnis ist ungefähr 1: 20., Daher erfordert ein Anstieg von 1 CO2 einen entsprechenden Anstieg von 20 HCO3 – um Veränderungen des Blut-pH-Wertes zu verhindern, indem der Säuregehalt gepuffert wird. Wie in der obigen Reaktion beschrieben, wird nur 1 HCO3 -, aus jedem CO2 erzeugt, daher wird der Blut-pH-Wert aufgrund der überschüssigen Wasserstoffionen saurer. Es muss daher jedes Mal, wenn wir atmen und CO2 erzeugen, eine alternative Transportmethode geben, um einer schweren Azidose vorzubeugen.
Transportmethoden
CO2 wird im Blut auf 3 Arten transportiert; als Hydrogencarbonat (HCO3-), als Carbaminoverbindungen und als gelöstes CO2.,
Carbaminoverbindungen
Etwa 30% des gesamten CO2 werden als Carbaminoverbindungen transportiert. Bei hohen Konzentrationen bindet Kohlendioxid direkt an Aminosäuren und die Amingruppen von Hämoglobin, um Carbaminohämoglobin zu erzeugen. Die Carbamino-Bildung ist am effektivsten an der Peripherie, wo die CO2-Produktion aufgrund der Zellatmung hoch ist.
Der Haldan-Effekt trägt auch zur Bildung von Carbamino-Verbindungen bei. Das heißt, wenn die O2-Konzentration niedriger ist (wie in den aktiven Peripherien, in denen O2 verbraucht wird), wird die CO2-Tragfähigkeit des Blutes erhöht., Dies liegt daran, dass die Freisetzung von O2 aus Hb die Bindung von CO2 fördert.
Die Bildung von Carbaminoverbindungen erreicht zwei Ziele:
- Stabilisierung des pH – Wertes – CO2 kann die Blutzelle nicht verlassen, um zu Veränderungen des pH-Wertes beizutragen
- Bohr-Effekt-es stabilisiert den T-Zustand des Hämoglobins, fördert die Freisetzung von O2 aus den anderen Untereinheiten des Hämoglobins in die Gewebe, die am aktivsten sind, durchläuft die meiste Atmung und produziert das meiste CO2
Wenn die Blutzelle wieder Bereiche mit hohen O2-Konzentrationen erreicht (wie die Lunge) bindet es bevorzugt wieder O2., Dies stabilisiert den R-Zustand und fördert die Freisetzung von CO2 (Haldan-Effekt), wodurch mehr O2 aufgenommen und im Blut transportiert werden kann.
HCO3-Ionen
60% des gesamten CO2 wird durch die Produktion von HCO3 – Ionen in den roten Blutkörperchen transportiert. Dies wird im folgenden Diagramm erläutert (Abbildung 2). CO2 diffundiert in die roten Blutkörperchen und wird durch ein Enzym namens Carboanhydrase in H+ und HCO3 umgewandelt. Dieses HCO3-wird über einen Chlorid-Bicarbonat-Wärmetauscher (auch Anionenaustauscher/AE genannt) zurück ins Blut transportiert. Der HCO3-kann nun als Puffer gegen jeglichen Wasserstoff im Blutplasma wirken.,
Das durch die Carboanhydrase-Reaktion in den roten Blutkörperchen erzeugte H+ bindet an Hämoglobin, um Desoxyhämoglobin zu produzieren. Dies trägt zum Bohr-Effekt bei, da die O2-Freisetzung aus Hämoglobin in aktiven Geweben gefördert wird, in denen die H+ – Konzentration höher ist. Es verhindert auch, dass Wasserstoff in das Blut gelangt, um den pH-Wert zu senken, und stabilisiert den pH-Wert.
Wenn die roten Blutkörperchen die Lunge erreichen, bindet Sauerstoff an das Hämoglobin und fördert den R-Zustand, wodurch H+ – Ionen freigesetzt werden können. Diese Wasserstoffionen werden frei, um mit Bikarbonaten zu reagieren, um CO2 und H2O zu produzieren, wo das CO2 ausgeatmet wird., Somit verringern die hohen O2-Konzentrationen die CO2-Tragfähigkeit des Blutes entsprechend dem Haldan-Effekt.
Im Plasma gelöst
Etwa 10% des gesamten CO2 werden im Plasma gelöst transportiert. Die Menge des in einer Flüssigkeit gelösten Gases hängt von seiner Löslichkeit und dem Partialdruck des Gases ab. CO2 ist in Wasser sehr löslich (23x löslicher als O2) und der Partialdruck des CO2 beträgt ~40 mmHg. Trotz seiner Löslichkeit wird nur ein Bruchteil des gesamten CO2 im Blut tatsächlich im Plasma gelöst transportiert.,
Der Partialdruck ist jedoch in der Peripherie, in der Gewebe CO2 produzieren, höher und in den Alveolen, in denen CO2 freigesetzt wird, niedriger. Dadurch kann mehr CO2 in der Peripherie gelöst werden, während es an den Alveolen, wo die Partialdrücke niedriger sind, in die Gasphase freigesetzt wird.
Klinische Relevanz-Metabolische Azidose
Azidose tritt auf, wenn der pH-Wert des Blutes unter 7,35 fällt und allgemein in metabolische und respiratorische Azidose klassifiziert werden kann.
Eine metabolische Azidose kann durch einen Überschuss an H+ – Produktion oder eine Reduktion des HCO3-Puffers entstehen., Erkrankungen wie diabetische Ketoazidose können die Säureproduktion erhöhen, während eine Störung der Nieren selbst wie bei chronischen Nierenerkrankungen die HCO3 – Produktion verringern kann.
In solchen Fällen versucht das Atmungssystem durch Erhöhung der Atemfrequenz (Hyperventilation) zu kompensieren. Dadurch kann man etwas CO2″ abblasen“, wodurch der Säuregehalt des Blutes reduziert wird. Die Hauptkorrektur muss jedoch von den Nieren durchgeführt werden, die sowohl die Wasserstoffausscheidung erhöhen können, um den Säuregehalt des Blutes zu verringern, als auch die Bicarbonatreabsorption erhöhen können, um eine erhöhte Pufferung des Blutsäuregehalts zu ermöglichen.,
Zu den Symptomen einer Azidose gehören schnelles Atmen (CO2 abblasen), Verwirrung, Müdigkeit und Kopfschmerzen. Es ist wichtig, es zu identifizieren, da es mit Vergiftung verwechselt werden kann.