Tag-arkiv: Fysiologi

Iltbindingskurver

Hæmoglobin, Iltbinding og Bohreffekt

En af blodets hovedfunktioner er transport af O2 fra lungerne til cellerne i de forskellige væv fx. hjernecelle eller muskelceller. Der kan kun opløses ganske lidt O2 i plasmaet – hovedparten af ilten transporteres bundet til de røde blodlegemers hæmoglobin. Det gælder faktisk for både CO2 og O2 at deres opløslighed i vand er ringe.
Tilstedeværelsen af hæmoglobin i de røde blodceller er derfor helt afgørende for at vi kan transporterer tilstrækkelige mængder af både O2 og CO2 mellem luften i alveolerne og cellerne i vævene. Hæmoglobin (Hb) løser denne transport opgave ganske effektivt. Hvis man kigger på hvor meget ilt 100 ml blod kan indeholde, så vil det  således ud:

  • Uden Hb: 0,3 ml O2 pr 100 ml blod
  • Med Hb:  20 ml O2 pr 100 ml blod
    (1 gram hæmoglobin binder 1.34 ml ilt.)

Godt halvdelens af blodets volumen udgøres af plasma – en vandig opløsning af mange forskellige stoffer bl.a. salte og proteiner (primært albumin).  De røde blodceller udgør normal ca 40-45% for raske unge mænd, og 38-42% for kvinder. Det tal kaldes hæmatokrit – den relative andel af blodet, som udgøres af de røde blodlegemer.

Hæmoglobins evne til at optage og afgive ilt illustreres ved hjælp af en såkaldt iltbindingskurve.

Iltbindingskurve. Kilde: www.ufrgs.br

Ud ad x-aksen har vi PO2 – kaldet ilts partialtryk. Lufttrykket er ved havoverfladen normalt 1 atm. Hvilket svarer til 760 mmHg. Ca. 21% (20,93%) af luften er ilt og derfor skyldes 21% af trykket denne ilt – ilts partialtryk er altså 21% af 760 mmHg = 159mmHg. Det tal gælder for tør luft. Situationen er en anden i vores lunger, for under passagen af luftvejene mættes luften med vanddamp fra slimhinderne. Ved 37°C bidrager mættet vanddamp med et tryk på 47 mmHg. Det tryk skal trækkes fra lufttrykket. Regnestykket for ilt partialtryk i luftvejene ser der for sådan ud:

PO2 =(760-47) * 20,93/100 = 149 mmHg

Men fordi der er en kontinuert diffusion af ilt fra alveolerne til blodet vil ilts partialtryk i alveolerne være noget lavere. Det kan være lidt teknisk til ’daglig brug’ og derfor kan man med fordel tænke på PO2 som ’iltkoncentrationen’ – altså har vi ud ad x-aksen en stigende iltkoncentration.

Op ad y-aksen har vi iltmætningen i % – altså hvor stor en %-del af hæmoglobinets hæmgrupper der har bundet et O2-molekyle.

Iltbindingskurven viser altså: blodets iltmætningsgrad som afhængig af iltkoncentrationen i omgivelserne

Når man sammenligner iltbindingskurver anvender man ofte begrebet P50. Hvilket er det iltryk der giver 50% mætning (halvmætning)

Hæmoglobins iltbindingskurve er anderledes end fx myoglobin idet hæmoglobin består af fire subunits dvs. fire underenheder hver med et bindingssted for ilt. Kurven har sin specielle sigmoide form (s-formet) pga. subunit kooperativitet, dvs. subuniterne ”samarbejder”, når der først er bundet et iltmolekyle er det lettere for nr. to og tre iltmolekyle at blive bundet. kooperativiteten kan forklares med komformationsændringer i polypeptidkæderne.

Iltaffiniteten af Hb er labil, med det menes at kurven kan flytte sig.

Følgende faktorer påvirker kurven:
–    pH (Bohr effekten)
–    Temperatur
–    CO2
–    Organiske fosfater (DPG, ATP, GTP, IHP, IPP)
–    Visse uorganiske ioner.

Stigende pH, faldende PCO2 og/eller faldende temperatur vil venstre forskyde kurven idet hæmoglobinds affinitet for ilt øges ved disse forhold. P50 vil derfor være lavere, idet halvmætningspunktet nås ved lavere PO2 (pga. øget affinitet).

Det omvendte gør sig gældende for faldende pH, Stigende pCO2 og/eller stigende temperatur. Her nedsættes affiniteten.

Mangler noget mere om Bohr eeffekt, Haldan Effekt og Root effekten.

Membranpotentialet

Her er en kort note om membranpotentialet og aktionspotentialet.

Membranpotenltialet
Cellers hvilemembranpotentialet er bestemt af ionernes permeabilitet og ligevægtspotentiale, primært K+ionens pga. dennes store permeabilitet, i forhold til de andre ioner. Permeabiliteten skyldes sandsynligvis primært lækkende Kalium kanaler – leak channels

Det er mulig at opretholde et, under normale omstændigheder, konstant hvilemembranpotentiale pga. Na+,K+ATPasens pumpeaktivitet. Der kommer på den måde et underskud af positive ladninger på indersiden, man kunne også sige at der kommer et overskud af positive ladninger på ydersiden. Indersiden vil derfor være negativ i forhold til ydersiden.

Som en konvention har man vedtaget at sætte ydersiden til 0 volt, og man måler så spændingsforskellen i forhold til det. Membranpotentialet kan derfor typisk måles til omkring – 70 mV.

Bliver membranpotentialet mere negativt taler man om hyperpolarisering, og omvendt hvis det bliver mindre negativt kalder man det depolarisering.

Aktionspotentialet
Nerve- og muskelceller kan exciteres. Når cellen exciteres menes det, at membranpotentialet ændres kortvarigt. Denne ændring vil typisk være det der kaldes et aktionspotentiale.

Aktionspotentialet er et ugraderet signal – det er ”All or none”. Der findes også graderede signaler der skyldes neuronets passive kabelegenskaber fx synapse potentialer, men de vil ikke blive behandlet i denne note.
Aktionspotentialet kan beskrives som at membranpotentialet kortvarigt ændres, fra at være negativt på indersiden til at være positiv, hvorefter det vender tilbage (repolariseres).

Disse potentialeændringer skyldes ændringer i permeabilitet over for Na+,K+ og Ca2+.
Aktionspotentialet starter med en åbning af Na+kanaler, der giver en lille Na+indflux og dermed en lille depolarisering af cellemembranen. Ved denne depolarisering åbnes yderlige Na+kanaler langs axonet, der er således tale om en selvforstærkende mekanisme, kaldet Hodgkins cyklus (man kan også kalde det positiv feedback). Denne type kanaler kaldes spændingsafhængige (voltage-gated). Den Na+indflux der opstår herved giver den meget hurtige initielle og maksimale depolarisering.

Aktionpotentialet afsluttes med Na+kanalerne inaktiveres (inaktiveringstid, typisk nogle få ms), og K+kanalerne aktiveres. K+kanalerne er også spændingsafhængige, men åbner senere end Na+kanalerne. K+kanalerne forbliver åbne et lille stykke tid, faktisk så sker der en hyperpolarisering pga. deres åbningstid.

Når aktionspotentialet kun bevæger sig en vej er det fordi de Na+kanaler der lige har været aktiveret, vil være i en refraktærperiode i nogle ms. Det betyder at de ikke vil kunne aktiveres igen lige med det samme.

Refraktærperioden er typisk på 3-4 ms inden alle Na+ kanaler i et område er klar til aktion igen. Tidsrummet fra initiering af aktionspotentialet til lige efter toppen kaldes absolut refraktær periode (ARP) Her vil, selv ikke den stærkeste, stimulering give et nyt aktionspotentiale. ARP er typisk på 1-2 ms. Efter dette tidsrum begynder Na+ kanalerne at blive klar igen, og hvis en stærk nok stimuli gives kan der opstå et nyt aktionspotentiale. Stimuliet må dog være stærkere end det oprindelig påkrævede. Denne tilstand (relativ refraktær periode (RRP) fortsætter end til alle Na+ kanalerne er kommet ud af deres inaktive tilstand efter ca. 4 ms.

Refraktærperiodens molekylære baggrund er en inaktiverings-gate, således forstået at Na+ kanalen har to gate en aktiverings-gate (m-gate, lukket) og en inaktiverings-gate (h-gate, åben). Ved tilstrækkelig depolarisering åbner aktiverings-gaten og Na+ strømmer ind. Depolarisringen aktiverer også inaktiveringsgaten, men denne reagerer forsinket. Når inaktiverings-gate lukker afsluttes Na+ indstrømningen. Afslutningsvis vender kanalen tilbage til udgangstilstanden, hvor aktiverings-gaten er lukket og inaktiverings-gaten åben.

På grund af Na+gradientens vigtighed er det nødvendig, at se nærmere på  Na+,K+ATPasen, der pumper Na+ ud igen. ATPasen sidder i cellemembranen og pumper 3 Na+ ud og 2 K+  ind, under hydrolysering af en ATP. I hvilende skeletmuskler er kun ca 2-6 % af Na+,K+ATPaserne aktive for at opretholde de cellulære og ekstracellulære koncentrationer af natrium og kalium (Clausen 1986). De gradienter denne aktive transport skaber, er f.eks. vigtige for cotransport og udveksling af bl.a. H+, Cl-, Ca2+, sukker og aminosyrer.

Na+,K+ATPasen er elektrogen dvs. den bidrager, i de fleste tilfælde, med nogle mV til membranpotentialet (pga. 3 Na+ ud og 2 K+ ind).
ATPasens aktivitet påvirkes af flere hormoner f.eks. insulin og katecholaminer (adrenalin og noradrenalin). Muskelaktivitet kan også direkte påvirke pumpeaktiviteten i skeletmuskulatur (Skou 1992).

Hæmmere:

TTX: Tetrodotoxin, fra pufferfisk (Kuglefisk Tetrodon) Hæmmer specifikt voltage-gatede Na+ kanaler.

TEA: Tetraethyl ammonium. Hæmmer specifikt voltage-gatede K+ kanaler.

Ouabain: fra fx Fingerbøl (Digitalis p.). Hæmmer specifikt Na+/K+ATPasen.

Hvad mangler jeg at skrive om?
Ligevægtspotentiale og beregning af dette
Gliacellernes evne til at optage K+
De passive kabelegenskaber og længdekonstant. De passive kabelegenskaber skyldes et K+ flow gennem passive ikke excitable kanaler der selektivt lader K+ passerer (leaky channels & nongated channels).
Synapser.