氧离解曲线 CO2离解曲线

氧离解曲线 CO2离解曲线

从肺泡扩散入血液的O2必须通过血液循环运送到各组织，从组织散入血液的CO2的也必须由血液循环运送到肺泡。下述O

和CO2在血液中运输的机制。

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一、氧和二氧化碳在血液中存在的形式

O2和CO2的都以两种形式存在于血液：物理溶解的和化学结合的。

气体在溶液中溶解的量与分压和溶解度成正比，和温度成反比。温度38℃时，1个大气压（760Hg,101.08kPa）的O2和C O2和在100ml血液中溶解的量分别是2.36ml和48ml。按此计算，静脉血PCO2和为6.12kPa(46mmHg)，则每100ml血液含溶解的CO2为（48×6.12）/101.08=2.9ml；动脉血PO2为13.3kPa(100mmHg),每100ml血液含溶解的O2为（2.36×13.3）/101.08=0.31 ml。可是，血液中实际的O2和O2为CO2含量比这数字大得多（表5-4），以溶解形式存在的O2、CO2比例极少，显然单靠溶解形式来运输O2、CO2不能适应机体代谢的需要。例如，安静状态下人体耗O2量约为250ml/min，如只靠物理溶解的O2来提供，则需大大提高心输出量或提高肺泡内的PO2，这对机体极其不利，所幸在进化过程中形成了O2、CO2为极为有效地化学结合的运输形式，大大减轻了对心脏和呼吸器官的苛求。

表5-4 血液O2和CO2的含量（ml/100ml 血液）

虽然溶解形式的O2、CO2很少，但也很重要。因为在肺或组织进行气体交换时，进入血液的O2、CO2都是先溶解，提高分压，再出现化学结合；O2、CO2从血液释放时，也是溶解的先逸出，分压下降，结合的再分离出现补充所失去的溶解的气体。溶解的和化学结合的两者之间处于动态平衡。

二、氧的运输

血液中的O2以溶解的和结合的两种形式存在。溶解的量极少，仅占血液总O2含量的约1.5%，结合的占98.5%左右。O2的结合形式是氧合血红蛋白（HbO2）。血红蛋白（hemoglobin,Hb）是红细胞内的色蛋白，它的分子结构特征使之成为极好的运O

工具。Hb还参与CO2的运输，所以在血液气体运输方面Hb占极为重要的地位。

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（一）Hb分子结构简介

每1Hb分子由1个珠蛋白和4个血红素（又称亚铁原卟啉）组成（图5-12）。每个血红素又由4个吡咯基组成一个环，中心为一铁原子。每个珠蛋白有4条多肽链，每条多肽链与1个血红至少连接构成Hb的单体或亚单位。Hb是由4个单体构成的四聚体。不同Hb分子的珠蛋白的多肽链的组成不同。成年人Hb（HbA）的多肽链是2条α链和2条β链，为α2β2结构。胎儿Hb（HbF）是2条α链和2条γ链，为α2γ2结构。出生后不久HbF即为HbFA所取代。多肽链中氨基酸的排列顺序已经清楚。每条α链含141个氨基酸残基，每条β链含146个氨在酸残基。血红素的Fe2+均连接在多肽链的组氨基酸残基上，这个组氨酸残基若被其它氨基酸取代，或其邻近的氨基酸有所改变，都会影响Hb的功能。可见蛋白质结构和功能密切相关。

Hb的4个单位之间和亚单位内部由盐键连接。Hb与O2的结合或解离将影响盐键的形成或断裂，使Hb四级结构的构型发生改变，Hb与O2的亲和力也随之而变，这是Hb氧离曲线呈S形和波尔效应的基础（见下文）。

图5-12 血红蛋白组成示意图

（二）Hb与O2结合的特征

血液中的O2主要以氧合Hb（HbO2）形式运输。O2与Hb的结合有以下一些重要特征：

1．反应快、可逆、不需酶的催化、受PO2的影响。当血液流经PO2高的肺部时，Hb与O2结合，形成HbO2；当血液流经PO2低的组织时，HbO2迅速解离，释放O2，成为去氧Hb：

2．Fe2+与O2结合后仍是二价铁，所以该反应是氧合（oxygenation），不是氧化（oxidation）。

3．1分子Hb可以结合4分子O2。Hb分子量是64000-67000道尔顿（d），所以1gHb可以结合1.34-1.39mlO2，视Hb纯度而异。100ml血液中，Hb所能结合的最大O2量称为Hb的氧容量。此值受Hb浓度的影响；而实际结合的O2量称为Hb的氧含量，其值可受PO2的影响。Hb氧含量和氧容量的百分比为Hb氧饱和度。例如，Hb浓度在15g/100ml血液时，Hb的氧容量=15×1.34=Hb 20.1ml/100ml血液，如Hb的氧含量是20.1ml，则Hb氧饱和度是100%。如果Hb氧含量实际是15ml，则Hb氧饱和度=15/20×100%=75%。通常情况下，溶解的O2极少，故可忽略不计，因此，Hb氧容量，Hb氧含量和Hb氧饱和度可分别视为血氧容量（osygen capacity）、血氧含量（oxygen content）和血氧饱和度（oxygen saturatino）。HbO2呈鲜红色，去氧Hb呈紫蓝色，当体表表浅毛细血管床血液中去氧Hb 含量达5g/100ml血液以上时，皮肤、粘膜呈浅蓝色，称为紫绀。

4．Hb与O2的结合或解离曲线呈S形，与Hb的变构效应有关。当前认为Hb有两种构型：去氧Hb为紧密型（tense form, T型），氧合Hb为疏松型（relaxed form,R型）。当O2与Hb的Fe2+结合后，盐键逐步断裂，Hb 分子逐步由T型变为R型，对O2的亲和力逐步增加，R型的O2亲和力为T型的数百倍。也就是说，Hb 的4个亚单位无论在结合O2或释放O2时，彼此间有协同效应，即1个亚单位与O2结合后，由于变构效应的结果，其它亚单位更易与O2结合；反之，当HbO2的1个亚单位释出O2后，其它亚单位更易释放O2。因此，Hb氧离曲线呈S形。

（三）氧离曲线

氧离曲线（oxygen dissociation curve）或氧合血红蛋白解离曲线是表示PO2与Hb 氧结合量或Hb氧饱和度关系的曲线（图5-13）。该曲线既表示不同PO2时，O2与Hb 的结合情况。上面已经提到的曲线呈S形，是Hb变构效应所致。同时曲线的S

形还有重要的生理意义，下面分析氧离曲线各段的特点及其功能意义。

图5-13 氧离曲线

（实线，在Ph7.4,PCO240mmHg,温度37℃时测定的）

同时示溶解的O2和在Hb浓度为15g/100ml血液时的总血O2含量（1mmHg=0.133kPa）

1．氧离曲线的上段相当于PO27.98-13.3kPa(60-100mmHg)，即PO2较高的水平，可以认为是Hb与O2结合的部分。这段曲线较平坦，表明PO2的变化对Hb氧饱和度影响不大。例如PO2为13.3kPa(100mmHg)时（相当于动脉血PO2），Hb氧饱和度为97.4%，血O2含量约为19.4ml%；如将吸入气PO2提高到19.95kPa(150mmHg)，Hb氧饱和度为100%，只增加了2.6% ,这就解释了为何V A/Q不匹配时，肺泡通气量的增加几乎无助于O2的摄取；反之，如使PO2下降到9.31kPa(70mmHg)，Hb氧饱和度为94%，也不过只降低了3.4%。因此，即使吸入气或肺泡气PO2有所下降，如在高原、高空或某些呼吸系统疾病时，但只要PO2不低于7.98kPa(60mmHg)，Hb氧饱和度仍能保持在90%以上，血液仍可携带足够量的O2，不致发生明显的低血氧症。

2．氧离曲线的中段该段曲线较陡，相当于PO25.32-7.98kPa(40-60mmHg)，是HbO2释放O2的部分。PO25.32kPa(40mmHg)，相当于混合静脉血的PO2，此时Hb氧饱和度约为75%，血O2含量约14.4ml%，也即是每100ml血液流过组织时释放了5mlO2。血液流经组织液时释放出的O2容积所占动脉血O2含量的百分数称为O2的利用系数，安静时为25%左右。以心输出量5L计算，安静状态下人体每分耗O2量约为250ml。

3．氧离曲线的下段相当于PO22-5,32kPa(15-40mmHg)，也是H bO2与O2解离的部分，是曲线坡度最陡的一段，意即PO2稍降，HbO2就可大大下降。在组织活动加强时，PO2可降至2kPa(15mmHg)，HbO2进一步解离，Hb氧饱和度降至更低的水平，血氧含量仅约4.4ml%，这样每100ml血液能供给组织15mlO2，O2的利用系数提高到75%，是安静时的3倍。可见该段曲线代表O2贮备。