Tilbake til artikkelserien om menneskets fysiologi
Dette er en oppfølging til Lungene del 1 i artikkelserien om Menneskets fysiologi. I denne artikkelen får du en introduksjon i hvordan oksygen (O2) og karbondioksid (CO2) transporteres i kroppen, samt hvordan ventilasjonen reguleres. I den første delen ble ventilasjon og gassutvekslingen beskrevet. I tillegg ble fysiske begreper som diffusjon, partialtrykk og oppløselighet forklart.
Transport av O2 fra lungene
O2 beveger seg fra alveolene til blodet når pO2 i alveolene er høyere (normalt 104 mm Hg) enn det er i blodet (normalt 40 mm Hg). Blodets pO2 stiger derfor til nesten 104 mm Hg før det forlater lungene og fraktes til hjertet. Til hjertet kommer også en liten mengde blod som har forbipassert lungene uten å tatt del i gassutvekslingen. Blandingen gjør at pO2 i blodet som forlater hjertet er omtrent 95 mm Hg.
Fra hjertet pumpes blod ut til kroppens vev. I kapillærene, som er de minste blodårene våre, er avstanden mellom blodet og interstitialvæsken (som omfavner alle kroppens celler i deres organer) er såpass lav at O2 kan diffundere ut av blodet. I denne væsken er pO2 nesten konstant 40 mm Hg (O2 forbrukes hele tiden av cellene for sin metabolisme, og derfor trekkes det så mye O2 ut av blodet at partialtrykket utlignes på 40 mm Hg (figur 1).
Figur 1
Transport av CO2 til lungene
Når du har forstått hvordan O2 utveksles mellom blod og vev er det enkelt å forestille seg en sammenlignbar prosess med CO2. I kapillærene er det ca. 40 mm Hg pCO2, mens det er nesten konstant 45 mm Hg i interstitialvæsken (cellene produserer CO2 hovedsakelig fra energiproduksjon fra næringsstoffer). CO2 trekkes derfor ut i blodet til trykket utlignes på rundt 45 mm Hg. Derfra fraktes CO2 til lungene der det trekkes ut av blodet og inn i alveolene, igjen på grunn av forskjeller i partialtrykk.
Verdiene som oppgis forandrer seg etter flere faktorer. I det perifere vev er det mengden blod som forsyner vevet og den metabolske hastigheten som er avgjørende.
Hemoglobinets rolle
Normalt fraktes omtrent 97% av O2 i kombinasjon med hemoglobin, resten er oppløst i plasma og i de røde blodcellene. Hemoglobin, på grunn av sin kjemiske struktur, har evnen til å binde opptil fire O2 molekyler når pO2 er høy (som i lungene) og frigi O2 når pO2 er lav. Denne egenskapen gjør at hemoglobin fungerer som en O2-buffer system som opprettholder stabil pO2 i kroppens vev.
Det er ca. 15 gram hemoglobin per 100 ml blod. Siden 1 gram hemoglobin kan binde 1,34 ml O2, så vil det være omtrent 20 ml O2 per 100 ml blod når blodet er 100% mettet. Oksygenmetningen er andelen O2-bundet-hemoglobin relativ til den totale mengden hemoglobin. Det er denne verdien som måles på sykehuset med et pulsoksymeter. Under normale omstendigheter forbrukes omtrent 5 ml O2/100 ml blod. Dette gir en oksygenmetning på omtrent 75% på den venøse siden.
CO2 fraktes i forskjellige kjemiske forbindelser
Straks CO2 er i blodet skjer det umiddelbart en av tre ting (figur 2):
- En liten del (7%) fraktes oppløst i blodet
- I de røde blodcellene blir mesteparten (70%) omgjort av enzymet karboanhydrase i følgende reaksjon: CO2 + H2O ® H2CO3 (karbonsyre). Følgende reaksjon skjer omtrent øyeblikkelig etterpå: H2CO3 ® H+ + HCO3- (bikarbonat). H+ fraktes hovedsakelig bundet til hemoglobin, mens mesteparten av HCO3- fraktes ut av de røde blodcellene
- Resten (23%) blir løst bundet til hemoglobin (og noen plasma proteiner)
Figur 2
I lungene, når CO2 skal ut av blodet, skjer den motsatte prosessen. Siden konsentrasjonen av H+ avgjør pH verdien i blodet, ser vi utfra disse reaksjonene at lungene er, sammen med nyrene, en av de viktigste organene for regulering av syre-base balansen i blodet.
Regulering av ventilasjon
Det er nerveceller i respirasjonssenteret i hjernestammen (hovedsakelig medulla oblongata) som styrer ventilasjonen. Den viktigste gruppen med nerveceller er den dorsale respirasjonsgruppen som sørger for rytmisk inspirasjon. Dette gjøres hovedsakelig ved å sende signaler nedover i ryggmargen og gjennom mellomgulvsnerven (nervus phrenicus) som utgår fra ryggmargen i nakken og fortsetter igjennom brysthulen på hver side av hjertet før den innerverer og styrer diafragma.
For at respirasjonssenteret skal opprettholde optimale nivåer av O2, CO2 og H+ er det nødvendig med sensoriske reseptorer som gir tilbakemelding om nivåene av disse til respirasjonssenteret. Dette gjøres på to måter: direkte og indirekte
Med direkte menes det kjemosensitive området i de ventrale områdene i hjernestammen. Her finnes det nevroner som registrerer H+ konsentrasjonen i vevet rundt seg. Siden H+ ikke kommer lett igjennom blod-hjerne barrieren, er det hovedsakelig CO2 i blodet som bestemmer H+ konsentrasjonen (siden CO2 lett krysser denne barrieren og reagerer med vann for å danne HCO3- og H+). O2 konsentrasjonen har lite eller ingen effekt på disse nevronene.
Den indirekte metoden benytter seg av perifere kjemoreseptorer andre områder i kroppen. Disse små områdene er hovedsakelig å finne i halsarteriene (det er her du kan kjenne pulsen din). Det er også noen i hovedpulsåren (aorta) ut fra hjertet. Disse reseptorene stimuleres av synkende pO2, samt til en viss grad av økende pCO2 og H+. Signaler fra disse områdene sendes til den dorsale respirasjonsgruppen, via vagusnerven (for kjemoreseptorene i aorta) og tunge-svelg nerven (nervus glossopharyngeus) (for halsarteriene).
Integrering av signalene fra kjemosensitive områder i det nevrale nettverket i respirasjonssenteret regulerer hvor dypt vi puster og hvor ofte (respirasjonsfrekvensen). På denne måten opprettholdes homeostase av O2, CO2 og H+.
Oppsummering
O2 og CO2 diffunderer til og fra blodet etter forskjellen i partialtrykk. Hemoglobin er sentralt for blodets kapasitet til å frakte O2, og er viktig for å opprettholde stabile konsentrasjoner av O2 i kroppens vev. CO2 fraktes i blodet hovedsakelig som bikarbonat, og deltar samtidig i den viktige syre-base balansen i kroppen. Hastigheten på ventilasjonen styres av respirasjonssenteret i hjernestammen. Respirasjonssenteret regulerer ventilasjonen etter behovet for O2, CO2 og H+ ved å motta feedback-signaler fra kjemosensitive områder diverse steder i kroppen.