Θεματολόγιο Πνευμονολογίας

ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ BOHR. Tο μέγιστο ποσό του παραγομένου CO₂ εισέρχεται στα ερυθροκύτταρα, που περιέχουν το ένζυμο καρβονική ανυδράση που καταλύοντας την εξίσωση (à489) την επιταχύνει κατά 13000 φορές. Τα σχηματιζόμενα Η⁺ ρυθμίζονται από την Hb, το σχήμα της οποίας μεταβάλλεται κατά τρόπο ώστε να μειώνεται η συγγένειά της με το O₂, διευκολύνοντας, έτσι, την αποφόρτισή της. Τα HCO₃̄  που σχηματίζονται με την προηγούμενη αντίδραση, εγκαταλείπουν τα ερυθροκύτταρα, των οποίων η μεμβράνη είναι διαπερατή σε αρνητικά φορτισμένα μόρια. Για τη διατήρηση της ηλεκτρικής ουδετερότητας των κυττάρων, εισέρχονται ιόντα CI^- από το πλάσμα. Μέρος του CO₂ συνδέεται απευθείας με την Hb, σχηματίζοντας καρβαμινοενώσεις. Το ποσό του CO₂ που συνδέεται με την Hb και το ποσόν των Η⁺ που ρυθμίζονται απ’ αυτή εξαρτώνται από το επίπεδο της οξυγονώσεως. Η αναχθείσα αιμοσφαιρίνη συνδέεται ευκολότερα με το CO₂ προς σχηματισμό καρβαμινοενώσεων και ρυθμίζουν περισσότερα Η⁺, συγκριτικά με την οξυγονωθείσα αιμοσφαιρίνη (φαινόμενο Haldaneà72). Έτσι, το CO₂ επηρεάζει τη συγγένεια της Hb με το O₂ και το O₂ επηρεάζει τη σύνδεση της Hb με το CO₂. Οι αντεπιδράσεις αυτές είναι συμπληρωματικές και διευκολύνουν την ανταλλαγή αερίων στους ιστούς ή τους πνεύμονες, αντίστοιχα. Στα τριχοειδή του πνεύμονος, διευκολύνεται η σύνδεση του O₂ και η αποσύνδεση του CO₂ με την αιμοσφαιρίνη (φαινόμενο Bohr, [1] στο σχήμα) για την ενεργητική μεταφορά των αναπνευστικών αερίων². Αντίθετα στα περιφερικά τριχοειδή διευκολύνεται η σύνδεση του CO₂ και η αποσύνδεση του O₂ (φαινόμενο Haldane, [2] στο σχήμα) για τη χρησιμοποίηση του τελευταίου και την απαγωγή του προηγουμένου. Στους πνεύμονες, το CO₂ που εγκαταλείπει το μικτό φλεβικό αίμα (P_v̄CO₂ = 46 mmHg) εισέρχεται στις κυψελίδες (P_ACO₂ = 40 mmHg). Η οξυγόνωση της Hb ελαττώνει το ποσό του CO₂ που μπορεί να συνδεθεί με την Hb, ως καρβαμινοενώσεις, ενώ μόρια HCO₃̄ επιστρέφουν στο ερυθροκύτταρο, όπου –παρουσία της καρβονικής ανυδράσης- μετατρέπονται σε CO₂, που διαχέεται στις κυψελίδες. Οι διάφοροι τρόποι με τους οποίους μεταφέρεται το CO₂ δεν εμφανίζουν κορεσμό, όπως συμβαίνει με το O₂. Το σύστημα μεταφοράς του CO₂ είναι τόσο αποτελεσματικό, ώστε, ακόμη και σε καταστάσεις με σοβαρή ελάττωση της Hb δεν παρατηρείται καθυστέρηση της μεταφοράς CO₂. Αυτό οφείλεται στην αφθονία της ενδοκυττάριας καρβονικής ανυδράσης, η οποία μετατρέπει το CO₂ σε HCO₃̄, ακόμη και σε καταστάσεις με αναιμία[i].
O Chr. Bohr παρέδωσε ότι υπό χαμηλότερο pH (περισσότερο όξινο περιβάλλον στους ιστούς), η αιμοσφαιρίνη εμφανίζει μικρότερη συγγένεια με το Ο₂. Καθώς το CO₂  είναι σε εξισορρόπηση με τη συγκέντρωση [Η⁺], (πρωτονίων) στο αίμα, η αύξηση της περιεκτικότητας CO₂ στο αίμα, σύμφωνα με το φαινόμενο Βohr, προκαλεί μείωση του pH, που συνεπάγεται μείωση της συγγένειας μεταξύ Hb-Ο₂, και, επομένως, ευκολότερη απόδοση Ο₂ στους ιστούς. Έτσι, η συγγένεια Hb-Ο₂ εξαρτάται από τη συγκέντρωση του CO₂  και μειωμένες τιμές CO₂  συνεπάγονται μείωση της αποδόσεως Ο₂ στους ιστούς.

Ένα κλινικό παράδειγμα: χωρίς το φαινόμενο Bohr δεν θα μπορούσαμε να βαδίσουμε ούτε κάν 5 λεπτά! Γιατί; Επειδή, σε φυσιολογικές συνθήκες, λόγω του φαινομένου Βohr, παρέχεται περισσότερο Ο₂ σε εκείνους τους μύες, οι οποίοι παράγουν περισσότερο CO₂, μπορούν να συνεχίσουν να ασκούνται με τον ίδιο ρυθμό. Εν τούτοις, σε διάφορες παθολογικές καταστάσεις, στις οποίες αναγνωρίζεται μείωση της ΡaCO₂, οι ασθενείς θα αισθάνονται κόπωση (π.χ., πνευμονία), λόγω της χαμηλής αποδόσεως Ο₂ στην περιφέρεια[i].  

Εάν η απόδοση της καρβονικής ανυδράσης μειωθεί, πχ., επί λήψεως ακεταζαλομίδης, το CO₂ εξακολουθεί να υφίσταται υδάτωση στο πλάσμα, αν και κατά 13000 φορές βραδύτερα. Η ανεπάρκεια καρβονικής ανυδράσης αναγνωρίζεται στο επίπεδο των κυψελιδικών τριχοειδών, όπου μπορεί να μην υπάρχει αρκετός διαθέσιμος χρόνος για τη μετατροπή όλου του HCO₃^- σε CO₂ προς αποβολή κι έτσι να επακολουθήσει καθυστέρηση της αποβολής και κατακράτηση CO₂.

Όπως προειπώθηκε, το μέγιστο ποσό του παραγομένου CO₂ εισέρχεται στα ερυθροκύτταρα, που περιέχουν το ένζυμο καρβονική ανύδραση που καταλύοντας την εξίσωση την επιταχύνει κατά 13000 φορές.

 {8.4}

Τα σχηματιζόμενα Η⁺ ρυθμίζονται από την Hb, το σχήμα της οποίας μεταβάλλεται κατά τρόπο ώστε να μειώνεται η συγένειά της με το O₂, διευκολύνοντας, έτσι, την αποφόρτισή της (φαινόμενο Bohr). Τα HCO₃^- που σχηματίζονται με την προγούμενη αντίδραση, εγκαταλείπουν τα ερυθροκύτταρα, των οποίων η μεμβράνη είναι διαπερατή σε αρνητικά φορτισμένα μόρια. Για τη διατήρηση της ηλεκτρικής ουδετερότητας των κυττάρων, εισέρχονται ιόντα CI^- από το πλάσμα. Μέρος του CO₂ συνδέεται απευθείας με την Hb, σχηματίζοντας καρβαμινοενώσεις. Το ποσό του CO₂ που συνδέεται με την Hb και το ποσόν των Η⁺ που ρυθμίζονται απ’ αυτή εξαρτώνται από το επίπεδο της οξυγονώσεως. Η αναχθείσα αιμοσφαιρίνη συνδέεται ευκολότερα με το CO₂ προς σχηματισμό καρβαμινοενώσεων και ρυθμίζουν περισσότερα Η⁺, συγκριτικά με την οξυγονωθείσα αιμοσφαιρίνη (φαινόμενο Haldane). Έτσι, το CO₂ επηρεάζει τη συγγένεια της Hb με το O₂ και το O₂ επηρεάζει την σύνδεση της Hb με το CO₂ . Οι αντεπιδράσεις αυτεές είναι συμπληρωματικές και διευκολύνουν την ανταλλαγή αερίων στους ιστούς ή τους πνεύμονες, αντίστοιχα. Στα τριχοειδή του πνεύμονος, διευκολύνεται η σύνδεση του O₂ και η αποσύνδεση του CO₂ με την αιμοσφαιρίνη (φαινόμενο Bohr) για την ενεργητική μεταφορά των αναπνευστικών αερίων². Αντίθετα στα περιφερικά τριχοειδή διευκολύνεται η σύνδεση του CO₂ και η αποσύνδεση του O₂ (φαινόμενο Haldane) για τη χρησιμοποίηση του τελευταίου και την απαγωγή του προηγουμένου. Στους πνεύμονες, το CO₂ που εγκαταλείπει το μεικτό φλεβικό αίμα (P_ūCO₂ = 46 mmHg) εισέρχεται στις κυψελίδες (P_ACO₂ = 40 mmHg). Η οξυγόνωση της Hb ως ελαττώνει το ποσό του CO₂ που μπορεί να συνδεθεί με την Hb ως καρβαμινοενώσεις, ενώ μόρια HCO₃^- επιστρέφουν στο ερυθροκύτταρο, όπου –παρουσία της καρβονικής ανυδράσης- μετατρέπονται σε CO₂ {8.4}, που διαχέεται στις κυψελίδες. Οι διάφοροι τρόποι με τους οποίους μεταφέρεται το CO₂ δεν εμφανίζουν κορεσμό, όπως συμβαίνει με το O₂ . Το σύστημα μεταφοράς του CO₂ είναι τόσο αποτελεσματικό, ώστε, ακόμη και σε καταστάσεις με σοβαρή ελάττωση της Hb δεν παρατηρείται καθυστέρηση της μεταφοράς CO₂ . Αυτό οφείλεται στην αφθονία της ενδοκυττάριας καρβονικής ανύδρασης, η οποία μετατρέπει το CO₂ σε HCO₃^-, ακόμη και σε καταστάσεις με αναιμία.

Στο παραπλεύρως σχήμα απεικονίζεται η καμπύλη δεσμεύσεως-αποδεσμεύσεως του CO₂ επί φυσιολογικού ανθρώπινου αίματος. Η συνολική συγκέντρωση CO₂, σε όλες τις μορφές προβάλλονται ως συνάρτηση της PCO₂. Όπως φαίνεται στο σχήμα, υπό οποιαδήποτε PCO₂ το συνολικό φορτίο CO₂ είναι μεγαλύτερο επί μειωμένης περιεκτικότητας Ο₂ στο αίμα, συγκριτικά με το πλήρως οξυγονωθέν αίμα.  Το φαινόμενο αυτό είναι γνωστό ως φαινόμενο Haldane, από τον έναν από τους ερευνητές που το περιέγραψαν. Η διαφορά της περιεκτικότητας CO₂ μεταξύ των δύο καμπυλών υπό ίση PCO₂, παράγεται από μεταβολές στην τετραμερή δομή της Hb που συνοδεύει την αναγωγή και την οξυγόνωσή της. Διακρίνονται δύο στοιχεία: το πρώτο είναι η αύξηση των διττανθρακικών που είναι αποτέλεσμα μεγαλύερης ρυθμίσεως των Η⁺ από την αναχθείσα αιμοσφαιρίνη. Το δεύτερο είναι αποτέλεσμα του αυξημένου σχηματισμού καρβαμικών ενώσεων που συνδέονται με την αναχθείσα Hb. Το φαινόμενο Haldane ενισχύει τη μεταγωγή CO₂. Η μετακίνηση της καμπύλης δεσμεύσεως αποδεσμεύσεως του CO₂ πορκαλούμενη από την απελευθέρωση Ο₂ επιτρέπει τη μεταφορά CO₂, υπό χαμηλότερη μερική πίεση CO₂, στο φλεβικό αίμα από εκείνη που θα ήταν χωρίς μετακίνηση της καμπύλης (εικόνα). Η συνέργεια μεταξύ της ανταλλαγής Ο₂ και CO₂ διευκολύνει τη μεταγωγή του CO₂ σε [πολύ μεγαλύτερο βαθμό, παρ΄ό,τι τη μεταγωγή του Ο₂]. [βλ.: μεταφορά CO2]