Ilttransport i blodkredsløbet
Iltning i kroppen
Blod transporterer oxygen ud til cellerne, og det er takket være de 5 millioner røde blodlegemer vi har for hver milliliter blod. Skulle oxygen transporteres rundt i kroppen uden de røde blodlegemer skulle der pumpes 17 gange så meget blodplasma rundt for blot at dække behovet for ilt og det vil give en hvilepuls på over 1000! De røde blodlegemer tager ca. 98 % af slæbet og en liter blot indeholder ca. 200 mL ilt, mens blodplasma alene blot kan transportere 3 mL.
Vi har 4,5-6 liter blod i kroppen. Mænd har mest. Selvom blodet er effektivt til at transportere oxygen, så kan det ikke nå alle steder i kroppen på en gang når vi træner. Blodet skal sendes hen hvor oxygenbehovet er højest. Sidder du på en kondicykel, er det nødvendigt at sende blodet ned til benene. Det sker ved at arterierne udvides, og en øget diameter lader mere blod strømme ned til benmusklerne. Men kroppen skal prioritere, så diameteren af arterierne indsnævres til fordøjelsen og armene, for de kan klare sig med mindre blod.
Glat muskelatur sørger for at stramme og slappe arteriolerne for at dirigere blodet hen i kroppen hvor der er behov for det.
Hvordan reguleres cirkulationen?
I aortabuen over hjertet er der kemoreceptorceller, som registrerer PO2 og pH (under hård træning), og sender besked videre til respirationscenteret i den forlængede marv. Respirationscenteret selv registrerer PCO2. Dyrker vi motion udskilles vi 5-10 gange mere CO2 i blodet og pH falder (se figur). Men øgningen i CO2 og faldet i O2 sker ikke i det arterielle blod, fordi kroppen kompenserer med øget ventilation i lungerne.
Stiger CO2, og pH dermed falder, vil ventilationen af lungerne blive øget, så mere CO2 vil blive udskilt i lungerne og PCO2 og pH i blodet falder tilbage til normalt. Står vi af løbebåndet igen vil det modsatte ske når PCO2 falder. Det er negativ feedback. Det er ikke store udsving der skal til, da kroppen ikke tillader større udsving end pH mellem 7,35 og 7,45, men en lille ændring har stor effekt i kroppen.
Blodet styres hen hvor der er behov for oxygen
Ser vi på bygningen af blodkarrene, er der en stor mængde elastisk væv i aorta og arterier, som er tæt på hjertet. Deres funktion er at udjævne pulsslagene fra hjertet og give blodet en mere jævn strøm. Du kan mærke arterierne give efter, når du mærker en puls.
Blodkar har mest glat muskelatur i den arterielle del af kredsløbet for at dirigere blodet hen hvor behovet er størst. Aorta er lige efter hjertet, og her pulserer blodet kraftigst, og derfor finder vi også mest elastisk muskelatur.
Blodet
Blodet-bestanddele
Blodet indeholder vand og en lang række blodlegemer, ioner og proteiner er opløst i blodet. Læs mere om blodets bestanddele. De Røde blodlegemer har vores interesse her.
Hæmoglobin
De røde blodlegemer indeholder proteinet hæmoglobin, som er et sammensat molekyle med mange praktiske egenskaber, som kan ændre sig efter behov. Fx kan det afgive ilten, hvis den møder en muskel som arbejder hårdt, og det er netop der, hvor der er mest brug for det.
En aerob forbrænding af et glukosemolekyle giver kroppen ca. 37 ATP, mens den anaerobt kun giver musklen 2 ATP at arbejde med og kun i kort tid. Derfor giver det meget ”effekt for pengene” at kroppen strækker sig langt for at levere oxygen til musklerne.
Når ilten binder sig til hæmoglobin, skal bindingen være reversibel, dvs. oxygenmolekylet skal kunne afgives igen, og det skal være det rigtige sted, nemlig i kroppens celler. Det sker ved at oxygens bindingsaffinitet, dvs. hvor stærkt det binder sig, ændrer sig afhængigt af om det er i lungerne eller ude i musklerne.
Hæmoglobin er opbygget af 4 dele (tetramer), som hver indeholder et jernatom (Fe2+), hvor oxygen binder sig.
Skifter blod farve? Ja, afiltet blod er mere lilla og iltet blod er mere rød. Bindingen af oxygen ændrer strukturen en lille smule, så det reflekterer en mere rød bølgelængde. Det er på den måde nogle pulsmålere kan måle iltmætningen i blodet.
Iltkoncentration i blodkredsløbet
Måler vi iltpartialtrykket PO2 forskellige steder i blodkredsløbet, ser vi at diffusionen af oxygen (og CO2) sker i kapillærerne.
Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Ut elit tellus, luctus nec ullamcorper mattis, pulvinar dapibus leo.
I atmosfærisk luft er PO2 159 mmHg og det svarer til 21 %. Måler vi i luften i alveolerne i lungerne er PO2 faldet til 100 mmHg, og hvorfor så det? Når vi trækker vejret, så blander luften sig med den brugte luft fra lungerne. Det skyldes blandt andet den konduktive zone, hvor brugt afiltet luft står tilbage og ikke bliver udåndet.
Følger vi oxygen ud til blodet i lungekapillærerne er PO2 er det stadig 100 mmHg i aorta og arterierne og det fortæller os, at diffusionen fra alveolerne til lungekapillærerne er meget effektiv og næsten alt ilt diffunderer over i blodbanen.
Følger vi blodet igennem arterier og arterioler er PO2 uændret. Grunden til oxygen ikke er diffunderet ud fra de blodkar er fordi alle kriterier for diffusion ikke er opfyldt.
Der kræves stor overflade, lille diffusionsafstand og koncentrationsforskel før diffusionen har en effekt, og kun det sidste er opfyldt. Desuden er hastigheden 50 cm/sekund, og det giver ikke diffusionen tid til at ske. I kapillærerne falder hastigheden til 0,3 mm pr sekund, og her sker overførslen af oxygen, så PO2 falder til 40 mm Hg. Her er alle tre diffusionskriterier til stede med koncentrationsforskel mellem det oxygenholdige blod og de afiltede musklceller som har udført respiration. Lav diffusionsafstand, fordi kapillærerne er et cellelag tyndt, så oxygen hurtigere kan trænge ind i musklerne. Overfladen af kapillærerne i en kvadratcentimeter (en centicube) svarer til ca. tre A4-ark! Det areal kan i øvrigt øges ved forbedret kondition.
Hvad er partialtryk?
Du har nok mødt procenter af en gas – fx 21% O2 i atmosfæren. Det er 21% af 100 %
Partialtryk er den del (part) en gas udgør af det samlede tryk. Oxygen i atmosfæren udgør ca. 21 % af volumen og udgør en part(del) på 21% af det samlede tryk. Partialtrykket for oxygen er så PO2 = 159 mmHg (det er 21% af atmosfærens tryk på 760 mm Hg).
Men hvad er mmHg? Det lyder også underligt at et tryk angives i en længde (mm) og så et tungmetal som kviksølv (Hg).
Forklaringen findes i gamle blodtryksmålere, som havde en søjle af kviksølv, og højden i mm angav blodtrykket. Se billede. mmHg er en enhed der bruges i lægeverdenen, men SI-enheden for tryk er pascal.
Det er nemmere med procenter, men det kan vi ikke bruge i kroppen. Gassers koncentration og volumen er nemlig afhængig af tryk og temperatur, og de ændrer sig konstant i kroppen.
Gammeldags blodtryksmåler med kviksølv.
Blodet afgiver oxygen, hvor der er brug for det
Figuren viser på y-aksen hvor iltmættet blodet er, og x-aksen viser oxygenkoncentrationen i det væv som blodet passerer. Vi begynder i lungerne øverst i højre hjørne. Hæmoglobin mættes med oxygen i lungerne. Mætningen når op tæt på 100% – det svarer til ca. 200 mL oxygen pr. liter blod. På X-aksen ser vi at det sker ved PO2 på 100 mmHg, som er den oxygenkoncentration, der er i alveolerne i lungerne.
Bevæger vi os ned af kurven mod venstre til den næste cirkel (se bort fra myoglobin lige nu). Nu falder mætningen, dvs. hæmoglobin har afgivet oxygen, og det sker når blodet løber i kapillærerne igennem væv og muskler med lavere oxygenkoncentration. Oxygenkoncentrationen er lavere (40 mmHg) i vævet pga. oxygenforbruget i ved respiration. I hvile når iltindholdet kun ned på 75%, dvs. vi stadigvæk har meget ilt i blodet, som vi ikke udnytter. Det gør vi derimod, når vi dyrker motion.
Oxygen afgives fra blodet ved to processer. Den ene er diffusion, hvor oxygen diffunderer fra den høje koncentration i blodet i kapillærerne til den lavere koncentration i musklerne. Diffusion er ikke nok til at afgive al oxygen, og her kommer myoglobin til hjælp.
Myoglobin ligner hæmoglobin, men det er anderledes ved at det:
- kun binder ét oxygenmolekyle (hæmoglobin binder 4).
- Det pumpes ikke rundt med befinder sig i musklerne.
- Det har en højere bindingsaffinitet, dvs. det binder oxygen kraftigere end hæmoglobin. Det er den tredje egenskab som er vigtig, for når hæmoglobin kommer forbi musklerne ilten, så fravrister myoglobin oxygenmolekylerne det fra hæmoglobin, fordi det binder sig kraftigere til det. Det kan så bindes til nyt myoglobin og trin for trin transporteres ind til mitokondriet i musklen.
Blodet bevæger sig tilbage mod hjertet igennem venoler, og til sidst vener. Det fortsætter gennem højre forkammer, højre hjertekammer til lungerne med 75 % oxygen tilbage, og bliver mættet til 100 % igen.
Nederst på den stiplede linje kan du se hvor meget oxygen blodet kan indeholde, hvis det kun var blodplasma uden røde blodlegemer. 3 mL.
Vi zoomer ind på iltoverførslen i kapillærerne
O2 og CO2 transport
De røde blodlegemer afleverer O2 i kapillærerne, og CO2 diffunderer ind i blodet og transporteres tilbage til lungerne.
Først CO2. CO2 produceres ved respiration i cellerne og diffunderer over i blodlegemerne med et lavt PCO2. Kun 11 % af den optagne CO2 optages i blodplasma og det meste reagerer med H2O og danner HCO3–. Det er en langsom proces, fordi der ikke medvirker enzymer i omdannelsen.
89 % CO2 optages i blodlegemerne, og størstedelen (64 %) omdannes også til HCO3–, og enzymet carbo-an-hydrase speeder reaktionen op med mange millioner gange. Hastigheden er vigtig, for at blodet kan nå at optage det dannede CO2 musklerne inden blodlegemerne fortsætter videre. 4 % af det optagne CO2 opløses i blodlegemet på samme måde som i blodplasma.
Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Ut elit tellus, luctus nec ullamcorper mattis, pulvinar dapibus leo.
Når CO2 omdannes til hydrogencarbonat HCO3–, skal cellen udligne ladningen, og det sker ved udveksling af kloridioner (Cl–) som trænger ind i cellen. Det er koblet i en antiport transport, hvor HCO3–, transportere ud, for hver Cl– der trænger ind.
21 % af CO2 i blodlegemet binder sig til en aminogruppe i hæmoglobinet i blodlegemet.
Og O2:
Næsten al O2 er bundet til hæmoglobin, og der er kun meget lidt bundet til blodplasma. O2 slipper hæmoglobin (Hb) og diffunderer ud til musklerne og binder sig i første omgang til myoglobin. Ved optagelse af CO2 blev der dannet H+, og det binder sig til hæmoglobin. Det binder sig kraftigere end oxygen, og derfor ”sparkes” O2 af hæmoglobin, når H+ tager pladsen. Nu kan O2 frit diffundere ud igennem kapillærvæggen fra den høje til den lave koncentration.