5 - Fizyoloji Kan Gazlarının Taşınması 01.2013 1 Kan Gazlar n n Ta ş nmas Prof. Dr. Nazan Dolu Erciyes Ü niversitesi T p Fak ü ltesi Fizyoloji AD dolu@erciyes.edu.tr01.2013 2 102 102 95 5-40 mmHg ? 2301.2013 301.2013 4 Primer Gaz transport mekanizmas01.2013 5 97 3 102 9001.2013 6 Kanda O2 ta ş nmas % 97 eritrosit i ç inde • hemoglobin ile kimyasal bile şik halinde, %3 plazmada ve h ü cre • s v s nda çö z ü nm üş durumda ta ş n r. Pulmoner kapillerlerde • PO 2 y ü ksektir, Oksijen Hb’e ba ğ lan r. Doku kapillerlerinde • oldu ğ u gibi PO 2 d üşü k ise, Oksijen Hb’den ayr l r. %3 % 9701.2013 701.2013 8 1 litre arteriyel kan i ç eri ğ i 3 ml çö z ü nm üş O2 • 197 ml Hb’e ba ğ l O2 • Toplam 200 ml O2 •01.2013 9 Çö z ü nm üş O 2 Çö z ü nm üş O2’i; • O 2 ’nin plazmada eriyebilirli ğ i – O 2 ’nin plazma parsiyel bas nc (Henry yasas ) – belirler. Çö z ü nm üş O2 i ç eri ğ i = Çö z ü n ü rl ü k katsay s (0,00304 ml O2/dl.torr) x Oksijen bas nc (torr) 100 ml kanda 0.3 ml O2 çö z ü n ü r. • 0.3 y ü zde hacim olarak ifade edilir. • Y ü zde hacim: Her 100 ml kanda ml cinsinden O2 demektir •01.2013 10 Çö z ü nm üş O 2 PaO2 100 mmHg iken • 100 ml plazmada 0.3 ml O2 çö z ü nm üş t ü r (0.3 y ü zde hacim olarak ifade edilir). Ven ö z kanda 0,12 ml/dl • • Ta ş nan miktar = 0,18 ml/dl • Egzersizde d üş er (~%1,5) • Yo ğ un O2 soluma › çö z ü nm üş O2 art ş › oksijen zehirlenmesi01.2013 11 O 2 hemoglobinin hem k sm yla gev şek ve • geri d ö n üşü ml ü olarak ba ğ lan r. Oksijenin Hb ile ta ş nmas % 97 % 301.2013 12 Hb’e ba ğ l O2 i ç eri ğ ini belirleyici etmenler Hb deri şimi (g/dl) • Hb’nin O2 ba ğ lama kapasitesi (1,34 mlO2/g Hb) • Hb doygunluk y ü zdesi • Kandaki O 2 k smi bas nc •01.2013 13 Oksihemoglobin (HbO 2 ) Hb + O2 Hb·O2 Hb molek ü l ü ndeki 4 Fe 2+ ’ e akci ğerlerde birer O 2 molek ü l ü ba ğlanmas sonucu olu ş an hemoglobin bile ş i ğidir. Hb molek ü l ü ne akci ğerlerde O 2 molek ü llerinin ba ğlanmas olay , hemoglobinin oksijenasyonu olarak tan mlan r. Bir Hb molek ü l ü , oksijenasyon olay sonucunda 4 O 2 molek ü l ü ba ğlayabilmektedir 01.2013 14 Akci ğerlerde oksijenasyon olay sonucunda hemoglobine ba ğlanan oksijen, di ğer dokularda deoksijenasyon olay sonucunda hemoglobinden ayr l r 01.2013 15 2 + Her hem grubu bir porfirin halkas ve merkezinde bir Fe atomundan olu ş ur Bir Hb molek ü l ü 4 protein globin zincirinden olu ş ur ve her birine bir hem grubu ba ğ lan r.01.2013 16 2 Hem’in yaps (Fe-protoporphyrin IX). Fe atomlar ferröz oksit halindedir Oksihemoglobinin O2 bağ layan bölümü, Fe 2+ iyonu O2 bağ lar O 2 O2 ba ğ layan hem grubu O 2 Hidrofobik b ö l ü m Hidrofilik b ö l ü m01.2013 17 Hemoglobinin doygunluk (sat ü rasyon) e ğ risi veya oksihemoglobin ayr ş ma (disosiasyon) e ğ risi Hb’e ba ğ lanan O2 molek ü llerinin say s kandaki O2’nin • k smi bas nc na ba ğ l d r. Kandaki k smi O2 bas nc ile O2 molek ü lleri taraf ndan • doldurulan O2 ba ğ lanma yerlerinin y ü zdesi aras ndaki ili şki oksihemoglobin ayr ş ma e ğ risi ile g ö sterilir. Oksijenin k smi bas nc y ü kseldik ç e, Hb doygunlu ğ u artar • PaO 2 -erimi ş O 2 aras nda do ğ rusal ili şki olu şurken; • PaO 2 - OksiHb aras nda sigmoid ili şki (E ğ ri S (sigmoid) • şeklindedir) bulunmaktad r.01.2013 18 Hb doygunluk y ü zdesi Hb’e ba ğ lanm ş O2 • O2’e ba ğ lanan Hb’nin maksimum kapasitesi x 10001.2013 19 Oksijen-Hemoglobin Sat ü rasyon E ğ risi Arterlerde PO2 95 mmHg Doygunluk %97 Dokulardan gelen ven ö z kanda Hb’in O2’ye ilgisi azal rsa e ğ ri sa ğ a, artarsa sola kayar.01.2013 20 Y ü zde yirmi hacim Kan n her 100 ml’sinde 15 g Hb bulunur. • 1 g Hb 1.34 ml O 2 ba ğ lar. • 100 ml kanda % 100 doygunluk olursa • 15 x 1.34 = 20 ml O 2 ba ğ lan r (y ü zde 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, PO 2 • 40 mmHg)= 14.4 ml Kan n her 100 ml’si ile dokulara 5 ml O2 ta ş n r. • (19.4 – 14.4 = 5 ml) (%25 yararlanma= ü tilizasyon katsay s )01.2013 21 Oksijen-Hemoglobin Sat ü rasyon E ğ risi 10-60 mmHg aras • dik bir g ö r ü n ü me 70-100 mmHg aras • plato g ö r ü n ü m ü ne sahiptir. Plato dokulara O 2 sa ğ lanmas nda emniyet fakt ö r ü d ü r. Y ü klenme Y ü k bo ş altma01.2013 22 P50 27 2701.2013 23 Oksijen-Hemoglobin Disosiasyon E ğ risini Etkileyen Fakt ö rler Sa ğ a kayd ranlar • -pH d üş mesi -CO 2 art ş -Temperat ü r art ş -2,3-difosfogliserat (DPG) art ş Sola kayd ranlar • -pH art ş -CO 2 azalmas -Temperat ü r azalmas -2,3-difosfogliserat (DPG) azalmas -Fetal Hb varl ğ01.2013 24 Bohr etkisi CO 2 in hemoglobinin O 2 e olan ilgisini • etkilemesidir (Danimarkal fizyolog Christian Bohr). H ü cresel metabolizmada kana C O 2 verilir, pH azal r, e ğ ri sa ğ a kayar, • dokulara O 2 b rak l r; Akci ğ erlerde C O 2 solukla d şar at l r, pH artar, e ğ ri sola kayar, • akci ğ erlerden O 2 al nmas n art r r. Sonu ç : Bohr etkisi k smen C O 2 art ş na ba ğ l pH • de ğ i şimine, k smen de C O 2 nin Hb ü zerindeki do ğ rudan etkisine ba ğ l d r.01.2013 25 Ph n n etkisi PCO2 etkisi pH de ğ i ş ikli ğ ine yol a ç ar CO 2 + H 2 O ?? H 2 CO 3 ?? H + + HCO 3 - asidoz alkaloz01.2013 26 Karbon dioksit ve hidrojen iyonlar Hb ile • birle şir ve molek ü l ü n konfig ü rasyonunu de ğ i ştirir (allostrerik mod ü lasyon şeklini olu şturur).01.2013 27 CO2 etkisi hiperkapni01.2013 28 S cakl ğ n etkisi hipertermi hipotermi01.2013 29 Temperat ü r Hb’nin konfig ü rasyonunu • de ğ i ştirerek O 2 ’ye affiniteyi azalt r. V ü cut s cakl ğ artt ğ nda dokulara daha • fazla oksijen sal n r. V ü cut s cakl ğ azald ğ nda oksijenin • Hbden sal n m zorla ş r (u ç ekstremitelerde morarma)01.2013 30 Glucose 6-PO 4 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 nasl meydana gelir? + ADP + P i ATP01.2013 31 2-3 Difosfogliserat’ n etkisi 01.2013 32 Glikoliz s ras nda eritrositler taraf ndan ü retilen DPG, O 2 ’ye affiniteyi azaltacak ş ekilde reversibl olarak eri ş kin deoksi-Hb ? zincirine ba ğ lan r. Artan DPG O 2 -Hb e ğ risini sa ğ a kayd r r. © Irving Geis.01.2013 33 DPG d ü zeyinin artt ğ durumlarda,Hb’den O 2 ayr l ş • artar. Hipokside, anemide, y ü ksek irtifada dokulara • oksijenin sa ğ lanmas nda yard m eder. Ancak, a ş r DPG varl ğ , alveoler PO 2 azald ğ • zaman AC’lerde Hb’in O 2 ile birle şmesini zorla şt r r. E ğ rinin sa ğ a kaymas baz durumlarda olumlu, baz • durumlarda da olumsuz etki yapar. Banka kan nda normal DPG i ç eri ğ inde azalma olur. • Dokulara oksijen b rak lmas bask lanabilir.01.2013 34 F ö tal Hb (HbF) Plesantan n O 2 bas nc 50 mm Hg, f ö tal • kan n ortalama PO 2 si 30 mm Hg’ d r. 1. F ö tusda HbF bulunmaktad r. HbF’in O 2 ’e affinitesi fazlad r; Ayn PaO 2 bas nc nda eri şkin hemoglobine g ö re daha fazla O 2 ta ş yabilir. ( %20 - %30 ) 2. F ö tusun hemoglobin konsantrasyonu anneden % 50 daha fazlad r. 01.2013 35 F ö tal Hb (HbF) 3. “ Bohr etkisi ” yani HbF’nin d üşü k PCO 2 da y ü ksek PCO 2 ’ya g ö re daha fazla O 2 ta ş yabilme ö zelli ğ idir. 4. F ö tal kan anneye CO 2’ yi vererek asit kaybeder ve alkalile şir. Anne kan ise asitle şir. Bu ö zellik f ö tal kan n O 2 ile birle şme kapasitesini artt r rken anneninkini azalt r.01.2013 36 F ö tal Hemoglobin avantaj O 2 bas nc (P O 2 ) O 2 S a t u r a s y o n u Anne eritrositleri Fetus eritrositleri O2 anne oksiHb’den, fetus deoksiHb’e ge ç er. Fetal eritrositler annenin eritrositlerinden daha y ü ksek O2 affinitesine sahiptirler. E ğ ri sola kayar.01.2013 3701.2013 38 Egzersiz Kas h ü creleri h zla oksijen t ü ketir. • İ nterstisyel s v da PO 2 15 mmHg’ya d üş ebilir. Bu • bas n ç ta sadece 4,4 ml O 2 , Hb’e ba ğ l kalabilir. Yani dokulara 15 ml (19,4- 4,4) O 2 ta ş n r (3 kat • art ş). İ yi antremanl atletlerde kalp debisi 6-7 kat artar. • Sonu ç ta O2 ta ş nmas nda ~ 20 kat art ş olur. •01.2013 39 Egzersiz ve dissosiasyon e ğ risi CO 2 ve ek olarak bir ç ok • asit sal n r. Kas kapiller kan nda H • iyon konsantrasyonu artar. Kas n s cakl ğ 2-3 0 C • artar. E ğ ri sa ğ a kayarak • dokulara giden O 2 artar. AC’lerde kayma z t • do ğ rultuda olarak alveollerden daha fazla O 2 al nmas sa ğ lan r.01.2013 40 Dinlenimde O2-Hb e ğ risi01.2013 41 Egzersizde O2-Hb e ğ risi01.2013 42 Karbonmonoksit (CO)-Hb dissosiasyon e ğ risi CO, Hb’e O 2 ile ayn noktada • ba ğ lan r. O 2 ‘e g ö re Hb’e ilgisi 250 kat • fazlad r. 0.4 mmHg CO, Hb’e ba ğ lanma • a ç s ndan alveollerdeki O 2 ile e şit yar ş r. 0.4 mmHg’dan fazla CO • ö l ü mc ü l olabilir. Tdv: saf O2 yada % 1-2’lik • CO2 uygulamas CO, e ğ riyi sola kayd r r, P50 • d üş er.01.2013 43 Myoglobilin molek ü l ü hem + globin monomer O 2 Ba şl ca k rm z kaslarda ö zellikle kalp kas nda y ü ksek konsantrasyonda bulunur 153 amino asitten olu şan bir polipeptit zinciri ve bir hem grubu i ç erir 01.2013 44 Miyoglobinin hem grubundaki Fe 2+ , O 2 ile reversibl olarak ba ğlanabilir. 01.2013 45 Miyoglobinin oksijene affinitesi, hemoglobinin oksijene affinitesinden fazlad r. A ğ r egzersizden sonra oksijenin azald ğ durumlarda kas dokusunun PO 2 ’ si 5 mmHg ’ ya kadar d üş ebilir. Miyoglobin kas mitokondrisinde ATP ’ nin oksidatif sentezi i ç in kendisine ba ğl oksijeni derhal serbest b rak r. Miyoglobin, kasta bir ç e ş it oksijen deposu olarak i ş lev g ö r ü r. 01.2013 46 hemoglobin myoglobin Active cell m l O 2 / 1 0 0 m l b l o o d 0 5 10 15 20 Tissues Hemoglobin ve Myoglobin O 2 affinitelerinin kar ş la ş t r lmas 01.2013 47 Anemi Hb 5 g/dl alt na d üş medik ç e O 2 • disosiyasyon e ğ risini etkimez. PaO 2 normaldir. •01.2013 48 MetHb Fe+2’nin (Ferro), Fe+3’e (Ferrik) d ö n üş mesi ile • olu şur. MetHb, O2’nin Hb’den sal nmas n durdurur, • dokulara O2 ula şt r lmas n ö nler. Normalde v ü c ü tta % 1-2 bulunur. Ancak • glutatyon red ü ktaz gibi h ü cre i ç i enzimlerle ferr ö z duruma indirgenir. MetHb hastalar nda glutatyon red ü ktaz enzimi • eksiktir. Nitritler, primaqine, Fenasetin, s ü lfonamidler • MetHb olu şumunu art r r.01.2013 4901.2013 50 Kanda Karbon dioksid transportu01.2013 5101.2013 52 CO 2 Tissues C.A. CO 2 + H 2 O ?? H 2 CO 3 ?? H + + HCO 3 - HCO 3 - yavaş HbO 2 ? Hb . H + O 2 + O 2 Karbon dioksid kanda nas l ta ş n r? ven ö z kan * arteryel kan * fark* % total CO 2 Total CO 2 52 48 4 CO 2 ( çö z ü lm üş ) 2.7 2.4 0.3 7 H 2 CO 3 - - ~0 HCO 3 - 46.3 43.8 2.5 70 Karbamat 3.4 2.6 0.8 23 ( * ml / 100 ml kan ) ? Hb-NH 3 + + CO 2 ? ? Hb-NH-COO - + 2H + karbamino bileş iği (veya “karbamat" ) hücre01.2013 53 7% plazmada çö z ü nm üş • 70% bikarbonat olarak • Tampon sistem – 23% hemoglobine ba ğ l • Karbaminohemoglobin – Karbon dioksid ta ş nmas01.2013 54 Çö z ü nm üş molek ü ller CO 2 şeklinde • doku h ü crelerinin d ş na ç kar. H ü cre membran bikarbonat iyonlar i ç in • ge ç irgen de ğ ildir.01.2013 55 text H ü c r e l e r A k c i ğ e r l e r01.2013 5601.2013 57 HCO 3 - CO 2 C.A. CO 2 + H 2 O ?? H 2 CO 3 ? ? H + + HCO 3 - Anyon de ğ i ş tirici Cl - Cl - Hb HbH + ? Klor kaymas, hamburger fenomeni, denge • oluşumu için anyon kaymas Cl hareketine su da eşlik eder. • Venöz sistemde eritrositler biraz daha şişkindir •01.2013 58 CO 2 dissosiyasyon e ğ risi01.2013 59 CO 2 ta ş nmas art ş -Haldane etkisi Oksijenin Hb’den ayr lmas • sonucu (deoksiHb) Hb’nin CO 2 ’ye affinitesi artar. Oksihemoglobin • doygunlu ğ undaki de ğ i şikliklerin CO2 i ç eri ğ i ile PCO2 aras ndaki ili şkiyi etkilemesine Haldane etkisi denir. Doku kapillerlerinden CO 2 • ta ş n m n sa ğ lar. PaO 2 = 95 mm Hg, CO 2 e ğ risi • a şa ğ ve sa ğ a do ğ ru de ğ i şir (alt e ğ ri) PvO 2 = 40 mm Hg, CO 2 e ğ risi • yukar ve sola de ğ i şir ( ü st e ğ ri) 01.2013 60 H Ü CRE D Ü ZEY İ NDE GAZ ALI Ş VER İ Ş İ ER İ TROS İ T serbest serbest Karbamino bile ş ikleri h ü cre Karbonik anhidraz01.2013 61 AC’LERDE GAZ ALI Ş VER İ Ş İ ALVEOL serbest serbest Karbamino bile ş ikleri Karbonik anhidraz