氧和二氧化碳的转运

第二章氧和二氧化碳的转运

呼吸是一个燃烧过程，速度非常慢，否则完全跟木炭一样。

--Antoine Lavoisier

有氧代谢过程是燃烧营养物质燃料来释放能量。这个过程消耗氧气并释放二氧化碳。循环系统的作用是输送氧气和营养物质燃料到身体组织，然后清除产生的二氧化碳。循环系统运输氧气和二氧化碳的双重作用被称为血液的呼吸功能。本章描述这种呼吸功能是如何进行的。

氧气的运输

将肺部的氧气运输到代谢组织，可以使用四个临床参数描述：（a）血液中的氧气浓度，（b）动脉血氧气的传递速率，（c）从毛细血管血液进入组织的氧摄取率，（d）从毛细血管血液进入组织的氧分数。这四个氧气输送参数以及派生每个参数的方程见表2.1。彻底了解这些参数是管理危重患者必不可少的。

血液中的氧（O2）含量

氧气不容易溶解在水中（1），且由于血浆是93%的水，因此需要一个专门结合氧（气）的分子（血红蛋白）来促进血液的氧合。血液中的氧（O2）也被称为O2含量，O2含量是O2的总供量，它与血红蛋白结合并且溶解在血浆中。

红蛋白的氧饱和度（含氧血红蛋白占总血红蛋白的比例）；Q=心脏输出；CaCO2=动脉血中CO2含量；CvCO2=混合静脉血中CO2含量。

与O2结合的血红蛋白（氧合血红蛋白）

与O2结合的血红蛋白（HbO2）浓度由公式2.1（2）中的变量决定。

HbO2=1.34×Hb×SO2 （2.1）

Hb是血液中的血红蛋白浓度（通常以g/dL表示，即g/100 mL）；1.34是血红蛋白的氧结合能力（以每 g血红蛋白多少mL O2表示）；SO2是血液中氧合血红蛋白占总血红蛋白的比例（SO2=HbO2/总Hb），也称作血红蛋白的氧饱和度。HbO2与Hb浓度的单位（g/dL）相同。

公式2.1表示：当血红蛋白与O2完全饱和时（即当SO2=1时），每g 血红蛋白通常结合1.34mL的氧气。通常1g血红蛋白能结合1.39mL的氧气，但一小部分循环血红蛋白（3%到5%）以高铁血红蛋白和碳氧血红蛋白的形式存在，因为这些形式的Hb结合O2的能力降低，因此1.34 mL/g这一较低值被认为更能代

表总血红蛋白池的O2结合能力（3）。

笔记：O

=氧（气）；Hb=血红蛋白

2

溶解的O2

血浆中溶解的O2浓度取决于氧在水（血浆）中的溶解度和血液中的氧分压（PO2）。O2在水中的溶解度是随温度变化的（溶解度随温度的降低略有增加）。在正常体温（37℃）和PO2为1mmHg时，0.03 mL的O2能溶解在1升的水中（4）。表现为溶解系数为0.03mL/L/mmHg（或0.003 mL/100mL/mmHg）。溶解O2的浓度（单位mL/dL）（体温正常）可由公式2.2描述。

溶解的O2=0.003×PO2 (2.2)

这个公式显示血浆中氧的溶解度有限。例如，如果PO2是100 mmHg，1 L 的血液将只包含3 mL溶解的O2。

※

量（=L）的基础上估计的，动脉血容量=0.25×总血容量，静脉血容量=0.75×总血容量。

缩写：Hb：血红蛋白；PO2：O2分压。

动脉O2含量/动脉含O2量（CaO2）

动脉血的O2浓度（CaO2）可通过公式2.1和2.2的结合，使用动脉血的SO2和PO2来定义（SaO2和PaO2）。

CaO2=（1.34×Hb×SaO2）+（0.003×PaO2）（2.3）

结合的O2、溶解的O2和总O2在动脉血中的正常浓度见表2.2。每L动脉血中大约有200 mL的氧，只有1.5%（3 mL）溶解在血浆中。一个平均体型的成人在休息时的耗氧量为250 mL/min，这意味着，如果我们被迫单靠血浆中溶解的O2，那必须要有89 L/min的心脏输出来维持有氧代谢。这强调了血红蛋白在运输氧气中的重要性。

静脉O2含量/静脉含O2量（CvO2）

静脉血中的O2浓度（CvO2）可以与CaO2一样以相同的方式计算，使用静脉血的血氧饱和度（O2饱和度）和氧分压计算（SvO2和PvO2）。

CvO2=（1.34×Hb×SvO2）+（0.003×PvO2）（2.4）

SvO2和PvO2的最佳测量方法是通过取自肺动脉的集合或“混合静脉”的血样本来测量（使用肺动脉导管，见第9章）。如表2.2所示，SvO2的正常值是73%（

0.73），PvO2的正常值是40 mmHg，CvO2的正常值约为15 mL/dL（150 mL/L）

简化的O2含量公式

血浆中溶解的O2浓度是如此小，它通常会从O2含量公式中被消除。因此可认为血液的O2含量与相当于与Hb结合的O2（见方程2.1）。

O2含量≈1.34×Hb×SO2 （2.5）

贫血与低氧血症

医生经常使用动脉氧分压（PaO2）作为血液中含有多少氧的指征。然而，如公式2.5所示，血红蛋白浓度是血液中氧含量的主要决定因素。图2.1显示了血红蛋白和PaO2对血液中氧水平影响的比较。此图显示血红蛋白浓度和PaO2对动脉血氧含量比例变化的影响。血红蛋白减少50%（从15到7.5g/dL）相当于CaO2减少50%（从200到101 mL/L），而PaO2降低50%（从90到45mmHg）仅引起CaO2降低18%（从200到163 mL/L）。此图表明，贫血对血液氧合作用的影响比低氧血症要大的多。它也应作为一个提醒，以避免使用PaO2来评估动脉的氧合作用。PaO2应该被用来评估肺部的气体交换效率（见第19章）。

血液中O2的缺乏

循环血液中总的O2容量可通过血液中血容量的产物和O2的浓度来计算。定卖血和静脉血中O2量的估计见表2.2。动脉和静脉血中结合的O2容量为微薄的805mL。这一容量是多么的有限，试想一个平均体型的成人在休息时全身的O2含量是250 mL/min。这意味着，血液中的O2容量只能维持机体3到4 min的有氧代谢。因此，如果一个患者停止呼吸，你只有宝贵的几分钟时间在其血液中氧储存完全耗尽前开始给他行辅助呼吸操作。

血液中数量有限的O2也可通过葡萄糖的氧化代谢来表示，葡萄糖的有氧代

谢公式为：C

6H

12

O

6

+ 6O

2

= 6CO

2

+ 6H

2

O。这个公式表明，完整的1 mol葡萄糖氧化

利用6 mol的氧气。为了确定血液中的O2是否足够维持血液中葡萄糖的代谢，有必要将血液中的葡萄糖和氧气的量用mmol这一单位来表示。（这里显示的值基于90mg/dL或90/180=0.5 mmol/dL的血糖水平，5L的血容量，805 mL或805/22.2=36.3 mmol的总血液O2 ）：

血液中总的葡萄糖…………………….25 mmol

血液中总的O2…………………………36.3 mmol

葡萄糖代谢需要的O2…………………150 mmol

这表明血液中的O2只有总量的20%到25%为血液中葡萄糖的完全氧化代谢所需。

图2.1 图表显示血红蛋白浓度（Hb）和动脉氧分压（PaO2）的等量降低（50%）对动脉血中氧浓度的影响。

为什么O2这么少？

众所周知，氧气