انتقال گازهای تنفسی در خون

در خون، اکسيژن به دو صورت مى‌تواند منتقل شود. يکى به‌ صورت محلول در پلاسما و ديگر به صورت ترکيب با مولکول هموگلوبين که در گلبول‌هاى قرمز خون وجود دارد. اکسيژن محلول در پلاسما معمولاً در حد اشباع است. با وجود اين، اکسيژن به صورت محلول فقط مقدار قليلى 'کمتر از ۲ درصد' از کل ظرفيت حمل اکسيژن خون را تشکيل مى‌دهد که قريب به ۲۵۰ سانتى‌متر مکعب در هر ليتر مى‌باشد. بيشتر اکسيژن در خون 'در حدود ۹۸ درصد' به‌صورت ترکيب با هموگلوبين حمل مى‌شود که اکسى‌هموگلوبين ناميده مى‌شود. هموگلوبين رنگ‌دانه‌اى است قرمز رنگ که درون گلبول‌هاى قرمز خون يافت شده و رنگ قرمز خون را سبب مى‌شود. خاصيت حمل اکسيژن به‌وسيلهٔ هموگلوبين که در اثر ميل ترکيبى زياد اين ماده با اکسيژن مى‌باشد، مهم‌ترين وظيفهٔ گلبول‌هاى قرمز است.

مولکول هموگلوبين از يک بخش پروتئينى به‌نام گلوبين و يک بخش غيرپروتئينى به‌نام هم (Hame) تشکيل شده است. گلوبين از چهار زنجيرهٔ پپتيدى تشکيل شده است و به‌دور يکديگر پيچيده‌اند. چهار مولکول 'هم' در چهار سوى گلوبين قرار دارند. هر مولکول 'هم' ، داراى يک اتم آهن است. با هر اتم آهن يک مولکول اکسيژن به‌طور ضعيف و برگشت‌پذير پيوند مى‌يابد. از اين‌رو هر مولکول هموگلوبين قادر به ترکيب و حمل چهار مولکول اکسيژن مى‌باشد.

ترکيب اکسيژن با هموگلوبين بستگى به فشار نسبى اکسيژن دارد. در جايى که فشار نسبى اکسيژن زياد باشد اکسيژن با هموگلوبين ترکيب مى‌شود 'در شش‌ها' . برعکس، در جايى که فشار نسبى اکسيژن کمتر باشد؛ اکسيژن از هموگلوبين جدا مى‌شود 'در بافت‌ها' . به هموگلوبينى که اکسيژن خود را از دست داده باشد هموگلوبين احياء شده اطلاق مى‌گردد. به‌جز فشار نسبى اکسيژن دو عامل ديگر در آزاد شدن اکسيژن از هموگلوبين دخالت دارند، يکى از اين عوامل حضور انيدريد کربنيک است. در محيطى که فشار نسبى انيدريد کربنيک بالا است، مقدار اکسيژنى که با هموگلوبين ترکيب مى‌شود کمتر از طبيعى خواهد بود.

دومين عامل مؤثر بر آزاد شدن اکسيژن از هموگلوبين درجهٔ حرات است. با افزايش درجهٔ حرارت، اکسيژن کمترى با هموگلوبين ترکيب مى‌شود. برعکس، هرچه درجهٔ حرارت کمتر باشد، مقدار اکسيژنى که با هموگلوبين ترکيب مى‌شود بيشتر از طبيعى خواهد بود.

در بافت‌ها اکسيژن بايد از هموگلوبين آزاد شود و به‌مصرف ياخته‌ها برسد. بنابراين به سبب پائين بودن فشار نسبى اکسيژن، و نيز بالا بودن سطح انيدريد کربنيک در بافت‌ها، اکسيژن از هموگلوبين آزاد مى‌شود. انيدريد کربنيک حاصل از متابوليسم ياخته‌اى که بر مقادير مختلف در بافت‌ها ايجاد مى‌شود، به‌دليل بيشتر بودن فشار آن در بافت‌ها نسبت به خون، مرتب در خون انتشار مى‌يابد. مقدارى از آن در پلاسما به‌صورت محلول باقى مى‌ماند ولى قسمت اعظم آن به داخل گلبول قرمز انتشار مى‌يابد. در داخل گلبول قرمز ابتدا به اسيد کربنيک و سپس به يون هيدروژن و بى‌کربنات تبديل مى‌شود. بعد از تشکيل يون بى‌کربنات در داخل گلبول قرمز قسمت اعظم آن به داخل پلاسما انتشار مى‌يابد و به جاى آن مقدار مساوى يون کلر به داخل گلبول انتشار مى‌يابد. بنابر اين با بالا رفتن بى‌کربنات پلاسما، کلر کاهش مى‌يابد و به‌طور کلى قسمت اعظم انيدريد کربنيک به‌صورت بى‌کربنات و ترکيب با هموگلوبين 'کربامينو هموگلوبين' وجود دارد.

با وجودى که مقدار انيدريد کربنيک حل شده در خون ناچيز است، ولى اهميت دارد زيرا مستقيماً متناسب با فشار انيدريد کربنيک است. در بافت‌ها چون فشار انيدريد کربنيک زياد است '۴۶ ميلى‌متر جيوه' به‌سرعت به داخل پلاسما انتشار مى‌يابد، در نتيجه فشار آن در پلاسما به سرعت بالا رفته و به داخل گلبول قرمز انتشار مى‌يابد و همان‌طور که ذکر گرديد يون بى‌کربنات تشکيل مى‌گردد. از طرفى در بافت‌ها که غلظت اکسيژن پائين است، اکسيژن از اکسى هموگلوبين آزاد مى‌شود و در نتيجه مقدار بيشترى انيدريد کربنيک مى‌تواند به هموگلوبين بپيوندد.

وقتى خون به شش مى‌رسد انيدريد کربنيک پلاسما به کيسه‌هاى هوايى انتشار مى‌يابد. هم‌چنين انيدريد کربنيک داخل گلبول قرمز نيز از بى‌کربنات آزاد شده است وارد پلاسما مى‌شود و سپس به داخل کيسه‌هاى هوايى انتشار مى‌يابد تا حين عمل بازدم به اتمسفر دفع مى‌شود.