حمل گازها در خون – آموزش به زبان ساده

تنفس فرایندی چند مرحله‌ای است که گاز اکسیژن به‌وسیله آن ابتدا وارد ریه‌ها و سپس در آلوئول‌های انتهای مسیر تنفسی، وارد خون می‌شود. اما این مولکول باید به داخلی‌ترین و دورترین اندام‌ها از ریه برسد تا در فرایندهای تولید انرژی شرکت کند. از طرفی دی‌اکسید کربن تولید شده در فرایندهای زیستی باید به آلوئول‌ها برسد و از بدن خارج شود. حمل این گازها در خون انجام می‌شود. در این مطلب مکانیسم‌های حمل گاز $$O_2$$ و $$CO_2$$ در خون را به زبان ساده توضیح می‌دهیم.

حمل گازها در خون چگونه انجام می شود ؟

گاز اکسیژن و دی اکسید کربن دو گاز حیاتی بدن هستند که به‌وسیله دستگاه تنفس و در فرایند تهویه ششی وارد بدن یا از بدن خارج می‌شوند. اکسیژن آخرین پذیرنده الکترون در واکنش‌های زنجیره انتقال الکترون در غشای داخلی میتوکندری و وظیفه اصلی آن در بدن کمک به سنتز ATP است. سلول های بدن انسان در حضور این مولکول از هر گلوکز، ۳۸ مولکول ATP تولید می‌کنند. اما در نبود $$O_2$$ تنها ۲ ATP از واکنش‌های بی‌هوازی سلول ایجاد می‌شود. مولکول گاز دی‌اکسید کربن یکی از محصولات جانبی چرخه کربس و گلیکولیز در سلول‌های جانوری است.

اما نکته قابل توجه این است که اکسيژن چگونه از آلوئول‌های ششی به بافت‌های داخلی مثل ماهیچه‌های اسکلتی ران می‌رسد و دی‌اکسید کربن تولید شده در این ماهیچه‌ها در استراحت یا در طول یک تمرین سنگین ورزشی چگونه به آلوئول‌ها برمی‌گردد و از دهان یا بینی خارج می‌شود؟ برای پاسخ به این سوال ابتدا باید انحلال و فشار این دو گاز در خون را بررسی کنیم.

 فشار گازها در خون

تهویه ششی و ورود گازهای تنفسی به بدن از قانون بویل پیروی می‌کند. بر اساس این قانون در دمای ثابت و در یک محفظه بسته، حجم یک گاز با فشار آن رابطه عکس دارد. در نتیجه وقتی حجم مشخصی از گاز را وارد محفظه می‌کنیم، مولکول‌های گاز پخش می‌شوند تا تمام فضای محفظه را پر کنند. در این حالت فضای بیشتری برای حرکت مولکول‌ها وجود دارد. در نتیجه احتمال برخورد مولکول‌ها به هم و نیرویی که به سطح اطراف وارد می‌کنند، کاهش می‌یابد. هوا بر اساس این قانون در تهویه ششی بین دستگاه تنفس و اتمسفر مبادله می‌شود. به علاوه هوای ورودی به مسیرهای تنفسی مخلوطی از گازهای مختلف است و فشار کلی آن برابر با جمع فشار سهمی یا جزئي هر یک از گازها است. بنابراین وقتی از فشار و تغییر آن در دستگاه تنفس و خون صحبت می‌کنیم، منظور فشار جزئی گازها است. برای مثال اگر فشار گاز اکسیژن ۲۵ و فشار گاز دی‌اکسید کربن ۳۵ میلی‌متر جیوه باشد، فشار مخلوط این دو گاز در یک محفظه بسته و در دمای ثابت، ۶۰ میلی‌متر جیوه خواهد بود.

انحلال گازها در خون

بخشی از حمل گازها در خون به شکل محلول در پلاسما انجام می‌شود. برای درک بهتر انحلال و حمل گازها در خون، قوطی نوشابه گازدار را در نظر بگیرید. گاز موجود در این نوشابه‌ها $$CO_2$$ است. ازآن‌جایی که فشار این گاز در هوای اطراف کمتر است، پس از باز کردن در بطری گاز با صدا از بطری خارج می‌شود. همین اتفاق در تنفس خارجی (تبادل گازها بین خون و آلوئول) و تنفس داخلی بدن (تبادل گازهای بین بافت داخلی و مویرگ‌ها) می‌افتد و گاز از منطقه با فشار بیشتر به منطقه فشار کمتر انتشار می‌یابد. ویلیام هنری در سال ۱۸۰۳ دلیل این اتفاق را با روابط ریاضی توضیح داد. بر اساس قانون هنری، در دمای ثابت مقداری از گاز که در یک مایع مشخص حل می‌شود، با فشار جزئی گاز در آن مایع رابطه مستقیم دارد. به بیانی دیگر، زمانی که گاز در تماس با یک سطح مایع است، مقداری از گاز که وارد مایع می‌شود، به فشار جزئی گاز وابسته است. در نتیجه غلظت گاز در مایع را می‌توان از رابطه زیر محاسبه کرد که در آن C انحلال گاز در مایع و دمای مشخص، k ثابت قانون هنری و $$P_{gas}$$ فشار جزئی گاز را نشان می‌دهد.

$$C=kP_{gas}$$

ثابت هنری به نوع حلال، نوع حل‌شونده و دمای انحلال بستگی دارد و تمایل مولکول‌های گازی برای خروج از مایع را نشان می‌دهد. مولکول کربن دی‌اکسید پس از ورود به آب با مولکول‌های این مایع واکنش می‌دهند و به کربونیک‌اسید ($$HCO_3$$) تبدیل می‌شوند. به علاوه اتم‌های اکسیژن در مولکول $$CO_2$$ به اتم کربن متصل هستند که الکترونگاتیوی آن کمتر است و احتمال تشکیل پیوند هیدروژنی با مولکول آب را افزایش می‌دهد. بخش اصلی پلاسمای خون را آب تشکیل می‌دهد. به همین دلیل انحلال‌پذیری این گاز در خون حدود ۲۰ برابر بیشتر از اکسیژن است.

حمل گاز اکسیژن در خون

در بخش های قبلی اشاره کردیم که انحلال‌پذیری $$O_2$$ در خون بسیار کم است. به همین دلیل درصد بسیار کمی از این گاز (حدود ۲٪) به شکل محلول در پلاسمای خون و سیتوپلاسم گلبول‌های قرمز، از مویرگ‌های آلوئولی به بافت‌های مختلف منتقل می‌شود. بیشتر اکسيژن (حدود ۹۸٪) به شکل اوکسی‌هموگلوبین بین بافت‌های داخلی و ریه منتقل می‌شود.

فیلم آموزش علوم تجربی پایه نهم – بخش زیست و زمین شناسی در فرادرس

کلیک کنید

منحنی تفکیک هموگلوبین

هموگلوبین متالوپروتئینی است که از چهار زنجیره پلی‌پپتیدی (بخش گلوبین که از دو زنجیره آلفا ۱۴۱ آمینواسیدی و دو زنجیره بتا ۱۴۶ آمینواسیدی) و چهار گروه هم (حلقه متصل به یون $$Fe^{2+}$$ یا فروس) تشکیل می‌شود. پیوندهای دوگانه موجود در موتیف هِم سبب می‌شود این مولکول نور با طول موج‌های کوتاه در ناحیه مرئی را جذب کند که از همین ویژگی برای سنجش میزان اکسیژن استفاده می‌شود. به علاوه برهم‌کنش مولکول اکسیژن با حلقه‌های موجود در هم و $$Fe^{2+}$$ سبب می‌شود، مولکول اشباع از اکسیژن قرمز (خون سرخرگی) و مولکول دئوکسید شده بنفش (خون سیاهرگی) دیده شود.

گروه‌های هم جایگاه اتصال $$CO_2$$ و $$O_2$$ است و تنها درحالت $$Fe^{2+}$$ به اکسيژن متصل می‌شوند. نیتریت‌ها و سلفانامیپها منجر به اکسید شدن آهن (تشکیل $$Fe^{3+}$$) و تشکیل مِت‌هموگلوبین می‌شوند. در این حالت مولکول قادر به حمل گازهای خون نخواهد بود. اما آنزیم «مِت‌هموگلوبین ردوکتاز» (Methemoglobin Reductase) با کمک کوآنزیم NADH، هموگلوبین را به حالت عملکردی برمی‌گرداند. اتصال اکسیژن به آهن موجود در هموگلوبین برگشت‌پذیر است و سبب اکسید شدن این اتم می‌شود. اما آمینواسیدهای هیستیدین متصل به گروه هم، با انتقال بار منفی جزئی به آهن، این اتصال را پایدار نگه می‌دارند. تمایل هموگلوبین در سرخرگ‌ها به اکسیژن و در سیاهرگ‌ها به دی‌اکسید کربن بیشتر است. برهم‌کنش زنجیره‌های پلی‌پپتیدی این مولکول به شکلی است که اتصال یک مولکول اکسیژن کنفورماسیون مولکول را تغییر داده و اتصال اکسیژن‌های بعدی را آسان می‌کند.

منظور از درصد اشباع هموگلوبین، تعداد گروه‌های هم متصل به $$O_2$$ است و منحنی تفکیک هموگلوبین، درصد اشباع این مولکول را نسبت به تغییر فشار جزئی گاز اکسیژن و تمایل هموگلوبین به این مولکول را نشان می‌دهد. در ابتدای نمودار با افزایش فشار جزئی اکسیژن (طبق قانون هنری افزایش غلظت اکسیژن) منحنی با شیب زیاد حرکت می‌کند و نشان‌دهنده افزایش تمایل هموگلوبین به این گاز به دلیل تغییر کنفورماسیون است. اما در انتهای نمودار، با افزایش فشار جزئی اکسیژن درصد هموگلوبین اشباع ثابت می‌ماند (اتصال چهار گروه هم به $$O_2$$).

در شکل زیر، انتهای صاف نمودار نشان‌دهنده فشار جزئی گاز اکسیژن در ریه‌ها و خون سرخرگ‌های محیطی (۱۰۴ تا ۱۰۰ میلی‌متر جیوه) را نشان می‌دهد. فشار جزئی $$CO_2$$ در این بخش‌ها حدود ۱۰۴ میلی‌متر جیوه و ۹۸٪ هموگلوبین اشباع از اکسیژن است. بخش میانی نمودار، نشان‌دهنده فشار جزئی اکسیژن در بافت‌های محیطی و فشار جزئي این گاز در سیاهرگ‌های خروجی از بافت (حدود ۴۰ میلی‌متر جیوه) را نشان می‌دهد. در این حالت حدود ۷۵٪ هموگلوبین هنوز از اکسیژن اشباع است.

اما در انجام حرکات ورزشی درصد هموگلوبین اشباع و فشار جزئی اکسیژن تغییر می‌کند. در این شرایط ماهیچه‌ها $$O_2$$ بیشتری برای تولید ATP مصرف می‌کنند و فشار جزئي این گاز در بافت کاهش می‌یابد. به علاوه فعالیت‌های متابولیک سلول سبب تولید $$CO_2$$، یون هیدروژن و مولکول ۲،۳-بیس فسفات بیشتری در سلول می‌شود. این سه مولکول تمایل هموگلوبین به اکسیژن را کاهش می‌دهند. در نتیجه اکسیژن بیشتری وارد مایع میان‌بافتی و سیتوپلاسم سلول خواهد شد. اگر فشار جزئي گاز اکسیژن را در سیاهرگ خروجی از بافت ۲۰ میلی‌متر جیوه در نظر بگیریم، تنها ۳۰٪ از هموگلوبین اشباع از مولکول اکسیژن و حدود ۶۰٪ اکسیژن به بافت منتقل شده است.

اثر ۲،۳ بیس فسفوگلیسرات بر حمل گاز اکسیژن

مولکول ۲،۳ بیس فسفوگلیسرات (2,3BPG) یکی از متابولیت‌های حدواسط در گلیکولیز است که اتصال آن به هموگلوبین، تمایل این مولکول به اکسیژن را بسیار کاهش می‌دهد و حمل گازها در خون را تغییر می‌دهد. جایگاه اتصال هموگلوبین به این مولکول از دو زنجیره بتا تشکیل شده است که توالی ۸ آمینواسیدی مثبت (لیزین، هیستیدین و آرژینین) در مرکز آن قرار دارد. اتصال اکسیژن به هموگلوبین با تغییر کنفورماسیون زنجیره‌های پلی‌پپتیدی این جایگاه را از دسترس ۲،۳ بیس فسفوگلیسرات خارج می‌کند.

کاهش فشار جزئی اکسیژن در گلبول قرمز، گلیکولیز را فعال و غلظت ۲،۳ بیس فسفوگلیسرات را افزایش می‌دهد. این شرایط در آلوئول‌ها که حدود ۹۸٪ هموگلوبین از اکسیژن اشباع است، تمایل هموگلوبین به اکسیژن را کمی کاهش می‌دهد. اما در بافت‌های داخلی این شرایط سبب کاهش بسیار تمایل هموگلوبین به اکسیژن و آزاد شدن این مولکول و انتشار آن به مایع میان‌بافتی خواهد شد.

اثر کربن مونواکسید بر حمل گازهای خون چیست ؟

کربن مونوکسید گازی (CO) بی‌رنگ و بی‌بو است که در نتیجه واکنش‌های اکسایشی سوخت‌های فسیلی ایجاد می‌شود. تمایل هموگلوبین به این گاز بسیار بیشتر از اکسیژن و اتصال آن برخلاف این گاز برگشت‌ناپذیر است. از اتصال مونوکسید کربن به هموگلوبین، کربوکسی هموگلوبین تشکیل می‌شود. اندازه کوچک‌تر گاز مونواکسیدکربن نسبت به اکسیژن و کوئوردیناسیون الکترونی آن که عمود بر صفحه هم است، سبب افزایش تمایل هموگلوبین به این گاز و تغییر حمل گازها در خون می‌شود. کاهش تمایل هموگلوبین به اکسیژن منجر به کاهش اکسیژن‌رسانی به بافت و سردرد، احساس تهوع، گیجی و در طولانی‌مدت آسیب سلول‌های مغزی می‌شود.

حمل گاز دی اکسید کربن در خون

در بخش‌های قبلی اشاره کردیم که برخلاف اکسیژن، دی‌اکسید کربن انحلال‌پذیری زیادی در مایعات بدن (پلاسما، سیتوپلاسم، مایع میان بافتی و مایع مغزی-نخاعی) دارد. به همین دلیل درصد بیشتری از این گاز در مقایسه با $$O_2$$ به شکل محلول در خون بین بافت‌ها منتقل می‌شود. سه مکانیسم اصلی برای انتقال دی‌اکسید کربن از بافت‌های داخلی بدن به ریه‌ها وجود دارد.

• حمل $$CO_2$$ به شکل محلول در پلاسما (حدود ۵٪)
• تبدیل $$CO_2$$ به یون بی‌کربنات محلول در خون (حدود ۹۰٪)
• متصل به هموگلوبین (حدود ۵٪)

حمل $$CO_2$$ به شکل محلول در پلاسما

غلظت گاز دی‌اکسید کربن محلول در پلاسما بر اساس قانون هنری، از حاصلضرب فشار جزئي گاز در انحلال‌پذیری آن به دست می‌آید. در شرایط فیزیولوژیک (شرایط طبیعی بدن) غلظت سرخرگی $$CO_2$$ ۲٫۸ میلی‌لیتر در هر ۱۰۰ میلی‌لیتر خون است ($$40 mm Hg × 0.07 \ mL \ CO2/100\ mL\ blood/mm Hg$$) که ۵٪ از کل دی‌اکسید کربن موجود در خون را به خود اختصاص می‌دهد. اما بخش اصلی دی‌اکسید کربن پس از تبدیل شدن به یون بی‌کربنات در خون حل می‌شود.

حمل گاز دی اکسید کربن محلول در خون به شکل یون بی‌کربنات

یون بی‌کربنات از ترکیب دی‌اکسید کربن با مولکول‌های آب بدون دخالت آنزیم (واکنش بسیار آهسته) یا با مشارکت آنزیم کربونیک‌انیدراز (واکنش سریع) ایجاد می‌شود. متالوآنزیم کربونیک‌انیدراز (عنصر روی در جایگاه فعال) در بسیاری از سلول‌های بدن ازجمله گلبول‌های قرمز، سلول‌های توبول دیستال کلیه، سلول‌های اپیتلیال معده، سلول‌های ترشحی غدد بزاقی و مایع مغزی-نخاعی، دی‌اکسید کربن را در یک واکنش برگشت‌پذیر با آب ترکیب و اسید‌کربنیک تولید می‌کند. ترکیب ناپایدار اسید کربنیک بلافاصله به یون $$HCO_3^-$$ و $$H^+$$ تبدیل می‌شود. معادله زیر، واکنش آنزیمی کربونیک‌انیدراز را نشان می‌دهد.

$$CO_2 + H_2O\leftrightarrows H_2CO_3 \rightleftarrows H^+ + HCO_3^-$$

فشار جزئی گاز $$CO_2$$ در بافت‌های داخلی و در شرایط فیزیولوژیک حدود ۴۵ میلی‌متر جیوه است. بنابراین گاز بر اساس اختلاف فشار به‌وسیله انتشار ساده وارد مایع میان‌بافتی می‌شود. بخشی از گاز از غشای اندوتلیال مویرگ عبور می‌کند و در خون حل می‌شود. بخشی از آن با آب موجود در سرم خون واکنش داده و به شکل یون بي‌کربنات در خون حمل می‌شود و بخش اصلی $$CO_2$$ پس از ورود به پلاسما به‌وسیله انتشار وارد گلبول قرمز وارد سیتوپلاسم این سلول خواهد شد.

فیلم گلبول‌ قرمز چیست؟ – ساختار، تولید و نقش در هموستاز (فیلم آموزش رایگان) در فرادرس

کلیک کنید

آنزیم کربونیک‌انیدراز در سیتوپلاسم $$CO_2$$ را به اسید ضعیف کربونیک‌اسید تبدیل می‌کند و یون هیدروژن حاصل از تفکیک کربونیک‌اسید با هموگلوبین برهم‌کنش می‌دهد. در نتیجه تمایل هموگلوبین به اکسیژن کاهش یافته (اثر بوهر) و به دی‌اکسید کربن متصل می‌شود. $$HCO_3^-$$ حاصل برای حفظ تعادل بار الکتریکی سیتوپلاسم، به‌وسیله انتقال فعال و با کمک آنتی‌پورترهای غشایی (پروتئین باند ۳) با کلر مبادله و وارد خون می‌شود.

حمل گاز دی اکسید کربن به وسیله هموگلوبین

اتصال کربن دی‌اکسید به باقی‌مانده آمین ($$-NH_2$$) موجود در بخش گلوبین در هموگلوبین سبب تشکیل کاربامین هموگلوبین ($$-NH-COO^−$$) می‌شود. کربن دی‌اکسید بر خلاف اکسیژن با انتهای آمین زنجیره جانبی آمینواسیدهای لیزین و آرژینین برهم ‌کنش می‌دهد. هر مولکول هموگلوبین می‌تواند چهار مولکول $$CO_2$$ را به ریه‌ها انتقال دهد و حدود ۱۰٪ این گاز به شکل کاربامین هموگلوبین، از بافت به ریه منتقل می‌شود.

اثر بوهر و هادلن، دو مکانیسمی هستند که اتصال دی‌اکسید کربن به هموگلوبین را تنظیم می‌کنند. بر اساس اثر بوهر، تمایل هموگلوبین به اکسیژن با غلظت دی‌اکسید کربن و افزایش pH رابطه عکس دارد. افزایش فشار جزئی یا غلظت دی‌اکسید کربن، سبب افزایش فعالیت آنزیم کربونیک‌انیدراز، افزایش تشکیل یون هیدروژن (کاهش pH)، اتصال یون هیدروژن به مولکول هموگلوبین و در نتیجه کاهش تمایل هموگلوبین به اکسیژن می‌شود. در این شرایط تغییر کنفورماسیون زنجیره‌های پلی‌پپتیدی سبب افزایش تمایل هموگلوبین به $$CO_2$$ و جدا شدن $$O_2$$ می‌شود.

اثر هادلن، تمایل هموگلوبین برای انتقال دی‌اکسید کربن بیشتر در حالت دئوکسی را نشان می‌دهد. بر اساس این اثر افزایش فشار جزئي دی‌اکسید کربن، تمایل هموگلوبین به این گاز را افزایش می‌دهد.

کاهش گاز اکسیژن در خون چگونه ایجاد می‌شود ؟

«هایپوکسمیا» (Hypoxemia) به وضعیتی گفته می‌شود که غلظت گاز اکسیژن خون به دلیل اختلال در تنفس یا گردش خون کاهش می‌یابد. این اختلال را می‌توان با سنجش گازهای خون در سرخرگ یا اوکسی‌متری تشخیص داد. این اختلال بر اثر تغییر نسبت تهویه به خون‌رسانی ($$\frac{V}{Q}$$)، شانت راست به چپ، ناکارامدی تبادل گازهای تنفسی در آلوئول، کاهش تهویه ششی و کاهش فشار جزئي اکسیژن دم ایجاد می‌شود.

• تغییر نسبت تهویه به خون‌رسانی: تغییر $$\frac{V}{Q}$$ متداول‌ترین عامل ایجاد هایپوکسمیا است. تهویه جریان هوا در ریه و خون‌رسانی جریان خون ریه را نشان می‌دهد. بیماری‌های قلبی و گرفتگی رگ‌ها با کاهش جریان خون آلوئولی سبب کاهش فشار اکسیژن خون می‌شوند. در این شرایط اکسیژن کافی در آلوئول وجود دارد اما خون کافی برای دریافت اکسیژن وجود ندارد. در بیماری‌های انسدادی مسیر هوایی یا بیماری‌هایی که تهویه ششی را تغییر می‌دهند، خون کافی در شبکه مویرگی آلوئول وجود دارد اما فشار جزئي گاز اکسیژن موجود در آلوئول برای تبادل پایین است. در نتیجه فرد دچار هایپوکسمیا می‌شود.
• شانت راست به چپ: در حالت طبیعی خون با غلظت اکسیژن کمتر پس از ورود به دهلیز راست قلب به‌وسیله بطن راست به ریه و پس از دریافت اکسیژن از سمت چپ به بافت‌های محیطی منتقل می‌شود. شانت راست به چپ زمانی ایجاد می‌شود که خون به دلیل وجود حفره بین بطن‌ها یا دهلیزها سبب می‌شود بخشی از خون بدون تبادل اکسیژن در ریه وارد سمت چپ قلب شده و به بافت‌های داخلی منتقل شود.
• ناکارامدی تبادل گازهای تنفسی در آلوئول: آلوئول‌ها محل اصلی تبادل گازها بین ریه و خون هستند و انتقال گازها در این منطقه به‌وسیله انتشار ساده از غشای تنفسی (تک‌لایه سلولی دیواره آلوئول، غشای پایه و اندوتلیال شبکه مویرگی) انجام می‌شود. اگر عاملی (برای مثال ادم ریوی) این غشا را افزایش دهد، تبادل گاز اکسیژن و در نتیجه غلظت اکسیژن خون را کاهش می‌دهد. به علاوه عوامل کاهش‌دهنده مساحت سطح آلوئول (آمفیزم ریه) تبادل و حمل گازها در خون را کاهش می‌دهد.
• کاهش تنفس (Hyperventilation): در این وضعیت سرعت (تعداد دم و بازدم) و عمق تنفس (حجم هوای ورودی و خروجی) کاهش می‌یابد. در نتیجه غلظت اکسیژن خون کاهش و غلظت دی‌اکسید کربن خون افزایش می‌یابد.
• کاهش فشار جزئي اکسیژن دم: این نوع هایپوکسمیا بیشتر در اتفاعات ایجاد می‌شود. در این مناطق فشار جزئی گاز اکسیژن کمتر از مناطق سطح دریا است و هیچ وقت به ۱۰۰ میلی‌متر جیوه در خون سرخرگی نمی‌رسد. به همین دلیل فرد دچار هایپوکسمیا می‌شود.

افزایش گاز کربن دی اکسید در خون

«هایپرکاپنیا» (Hypercapnia)، «هایپرکاربیا» (Hypercarbia) یا «احتباس دی‌اکسید کربن» ($$CO_2$$ Retention) به وضعیتی گفته می‌شود که غلظت دی‌اکسید کربن موجود در خون بیشتر از حد طبیعی (۳۵ میلی‌متر جیوه در سرخرگ و ۴۵ میلی‌متر جیوه در سیاهرگ) است. کاهش تنفس، بیماری‌های محدودکننده ریه، بیماری‌های انسدادی مسیرهای تنفسی، کاهش تبادل گازها در آلوئول و افزایش فشار دی‌اکسید کربن در جو منجر به هایپرکاپنیا می‌شود.

اندازه گیری گازهای خون

اندازه‌گیری گازهای خون به تشخیص بیماری‌های متابولیک، تنفسی و گردش خون کمک می‌کند. اوکسی‌متری و تست گازهای خونی سرخرگ دو روش متداولی هستند که به کمک آن‌ها می‌توان غلظت و فشار جزئی گازهای خون را اندازه گرفت.

تست گازها در خون سرخرگ

به‌وسیله تست گازهای خونی سرخرگ می‌توان فشار جزئی گازهای دی‌اکسید کربن، اکسیژن و pH خون سرخرگ را اندازه‌گیری کرد. به کمک این تست می‌توان کارایی تهویه ششی، تهویه آلوئولی، درصد هموگلوبین اشباع ($$SatO_2$$) و عملکرد کلیه (تنظیم pH با دفع یون بی‌کربنات و هیدروژن) را بررسی کرد.

اوکسی متری

حمل گاز اکسیژن در خون بیشتر به‌وسیله هموگلوبین انجام می‌شود. اوکسی‌متری روشی غیرتهاجمی است که به‌وسیله آن می‌توان درصد هموگلوبین اشباع از اکسیژن را در سرخرگ‌های محیطی را اندازه‌گیری کرد. در این روش «اوکسی‌متر نبضی» (Pulse Oximeter) روی بخش نازکی از پوست (در بیشتر مواقع نوک انگشت دست یا گوش) قرار می‌گیرد که جریان خون بیشتری دارد. در این دستگاه از دو فوتودیود مختلف استفاده شده است. یکی از این دیودها نور با طول موج ۶۶۰ نانومتر (ناحیه قرمز) و دیگری نور با طول موج ۹۴۰ نانومتر (طول موج مادون قرمز) ساطع می‌کند. جذب نور در این دو طول موج، بین خون اشباع از اکسیژن و خون با اکسیژن کمتر متفاوت است. هموگلوبین اشباع از اکسیژن پرتوی مادون قرمز بیشتری جذب می‌کند و بخش بیشتری از نور قرمز را از خود عبور می‌دهد. اما هموگلوبین بدون اکسیژن، نور قرمز بیشتری جذب می‌کند و امواج مادون قرمز را از خود عبور می‌دهد.

میزان نوری که از انگشت یا گوش عبور می‌کند به‌وسیله سنسور طرف دیگر دستگاه اندازه‌گیری می‌شود. نسبت نور قرمز به مادون قرمز به‌وسیله پردازشگر دستگاه محاسبه می‌شود (که نشان‌دهنده درصد اوکسی هموگلوبین به دئوکسی هموگلوبین است) و پس از محاسبات بر اساس قانون بیرلامبرت، خروجی دستگاه فشار جزئی گاز اکسیژن در خون سرخرگی را نشان می‌دهد.

جمع بندی

در این مطلب توضیح دادیم که حمل گازها در خون با هم متفاوت است. بیشتر گاز اکسیژن پس از اتصال به هموگلوبین از ریه‌ها به بافت‌‌های داخلی منتقل می‌شود. اما حمل گاز دی‌اکسید کربن در خون به‌وسیله سه مکانیسم متفاوت انجام می‌شود. بیشتر این گاز به شکل یون بی‌کربنات، بخشی از آن متصل به هموگلوبین و بخش بسیاری کمی از آن محلول در پلاسمای خون از بافت‌های داخلی به ریه‌ها حمل می‌شود.