Lungene del 2 – transport av gasser og regulering av ventilasjon

Dette er en oppfølging til Lungene del 1 i artikkelserien om Menneskets fysiologi. I denne artikkelen får du en introduksjon i hvordan oksygen (O₂) og karbondioksid (CO₂) transporteres i kroppen, samt hvordan ventilasjonen reguleres. I den første delen ble ventilasjon og gassutvekslingen beskrevet. I tillegg ble fysiske begreper som diffusjon, partialtrykk og oppløselighet forklart. 

Transport av O₂ fra lungene

O₂ beveger seg fra alveolene til blodet når pO₂ i alveolene er høyere (normalt 104 mm Hg) enn det er i blodet (normalt 40 mm Hg). Blodets pO₂ stiger derfor til nesten 104 mm Hg før det forlater lungene og fraktes til hjertet. Til hjertet kommer også en liten mengde blod som har forbipassert lungene uten å tatt del i gassutvekslingen. Blandingen gjør at pO₂ i blodet som forlater hjertet er omtrent 95 mm Hg.

Fra hjertet pumpes blod ut til kroppens vev. I kapillærene, som er de minste blodårene våre, er avstanden mellom blodet og interstitialvæsken (som omfavner alle kroppens celler i deres organer) er såpass lav at O₂ kan diffundere ut av blodet. I denne væsken er pO₂ nesten konstant 40 mm Hg (O₂ forbrukes hele tiden av cellene for sin metabolisme), og derfor trekkes det så mye O₂ ut av blodet at partialtrykket utlignes på 40 mm Hg (figur 1).

Transport av CO₂ til lungene

Når du har forstått hvordan O₂ utveksles mellom blod og vev er det enkelt å forestille seg en sammenlignbar prosess med CO₂. I kapillærene er det ca. 40 mm Hg pCO₂, mens det er nesten konstant 45 mm Hg i interstitialvæsken (cellene produserer CO₂ hovedsakelig fra energiproduksjon fra næringsstoffer). CO₂ trekkes derfor ut i blodet til trykket utlignes på rundt 45 mm Hg. Derfra fraktes CO₂ til lungene der det trekkes ut av blodet og inn i alveolene, igjen på grunn av forskjeller i partialtrykk.

Verdiene som oppgis forandrer seg etter flere faktorer. I det perifere vev er det mengden blod som forsyner vevet og den metabolske hastigheten som er avgjørende.

Hemoglobinets rolle

Normalt fraktes omtrent 97% av O₂ i kombinasjon med hemoglobin, resten er oppløst i plasma og i de røde blodcellene. Hemoglobin, på grunn av sin kjemiske struktur, har evnen til å binde opptil fire O₂ molekyler når pO₂ er høy (som i lungene) og frigi O₂ når pO₂ er lav. Denne egenskapen gjør at hemoglobin fungerer som en O₂-buffer system som opprettholder stabil pO₂ i kroppens vev.

Det er ca. 15 gram hemoglobin per 100 ml blod. Siden 1 gram hemoglobin kan binde 1,34 ml O₂, så vil det være omtrent 20 ml O₂ per 100 ml blod når blodet er 100% mettet. Oksygenmetningen er andelen O₂-bundet-hemoglobin relativ til den totale mengden hemoglobin. Det er denne verdien som måles på sykehuset med et pulsoksymeter. Under normale omstendigheter forbrukes omtrent 5 ml O₂/100 ml blod. Dette gir en oksygenmetning på omtrent 75% på den venøse siden.

CO₂ fraktes i forskjellige kjemiske forbindelser

Straks CO₂ er i blodet skjer det umiddelbart en av tre ting (figur 2):

• En liten del (7%) fraktes oppløst i blodet
• I de røde blodcellene blir mesteparten (70%) omgjort av enzymet karboanhydrase i følgende reaksjon: CO₂ + H₂O ® H₂CO₃ (karbonsyre). Følgende reaksjon skjer omtrent øyeblikkelig etterpå: H₂CO₃ ® H⁺ + HCO₃^– (bikarbonat). H⁺ fraktes hovedsakelig bundet til hemoglobin, mens mesteparten av HCO₃^– fraktes ut av de røde blodcellene
• Resten (23%) blir løst bundet til hemoglobin (og noen plasma proteiner)

I lungene, når CO₂ skal ut av blodet, skjer den motsatte prosessen. Siden konsentrasjonen av H⁺ avgjør pH verdien i blodet, ser vi utfra disse reaksjonene at lungene er, sammen med nyrene, en av de viktigste organene for regulering av syre-base balansen i blodet.

Regulering av ventilasjon

Det er nerveceller i respirasjonssenteret i hjernestammen (hovedsakelig medulla oblongata) som styrer ventilasjonen. Den viktigste gruppen med nerveceller er den dorsale respirasjonsgruppen som sørger for rytmisk inspirasjon. Dette gjøres hovedsakelig ved å sende signaler nedover i ryggmargen og gjennom mellomgulvsnerven (nervus phrenicus) som utgår fra ryggmargen i nakken og fortsetter igjennom brysthulen på hver side av hjertet før den innerverer og styrer diafragma.

For at respirasjonssenteret skal opprettholde optimale nivåer av O₂, CO₂ og H⁺ er det nødvendig med sensoriske reseptorer som gir tilbakemelding om nivåene av disse til respirasjonssenteret. Dette gjøres på to måter: direkte og indirekte

Med direkte menes det kjemosensitive området i de ventrale områdene i hjernestammen. Her finnes det nevroner som registrerer H⁺ konsentrasjonen i vevet rundt seg. Siden H⁺ ikke kommer lett igjennom blod-hjerne barrieren, er det hovedsakelig CO₂ i blodet som bestemmer H⁺ konsentrasjonen (siden CO₂ lett krysser denne barrieren og reagerer med vann for å danne HCO₃^– og H⁺). O₂ konsentrasjonen har lite eller ingen effekt på disse nevronene.

Den indirekte metoden benytter seg av perifere kjemoreseptorer andre områder i kroppen. Disse små områdene er hovedsakelig å finne i halsarteriene (det er her du kan kjenne pulsen din). Det er også noen i hovedpulsåren (aorta) ut fra hjertet. Disse reseptorene stimuleres av synkende pO₂, samt til en viss grad av økende pCO₂ og H⁺. Signaler fra disse områdene sendes til den dorsale respirasjonsgruppen, via vagusnerven (for kjemoreseptorene i aorta) og tunge-svelg nerven (nervus glossopharyngeus) (for halsarteriene).

Integrering av signalene fra kjemosensitive områder i det nevrale nettverket i respirasjonssenteret regulerer hvor dypt vi puster og hvor ofte (respirasjonsfrekvensen). På denne måten opprettholdes homeostase av O₂, CO₂ og H⁺.

Oppsummering

O₂ og CO₂ diffunderer til og fra blodet etter forskjellen i partialtrykk. Hemoglobin er sentralt for blodets kapasitet til å frakte O₂, og er viktig for å opprettholde stabile konsentrasjoner av O₂ i kroppens vev. CO₂ fraktes i blodet hovedsakelig som bikarbonat, og deltar samtidig i den viktige syre-base balansen i kroppen. Hastigheten på ventilasjonen styres av respirasjonssenteret i hjernestammen. Respirasjonssenteret regulerer ventilasjonen etter behovet for O₂, CO₂ og H⁺ ved å motta feedback-signaler fra kjemosensitive områder diverse steder i kroppen.

Tilbake til Menneskets fysiologi.