Hämoglobin-Transport & Partialdrücke

1. Sauerstofftransport durch Hämoglobin

Wie in der Abbildung zu sehen ist, haben Blutgefäße mit Plasma-Hämoglobin (Hb) (rechts) eine höhere Fähigkeit, Sauerstoffmoleküle zu transportieren. Jedes Hb-Molekül kann 4 Sauerstoffmoleküle (O₂) binden. Die Bindung erfolgt durch *lose* Addition von Sauerstoffpartikeln. Im Gegensatz dazu transportieren Blutgefäße, die gelösten Sauerstoff im Plasma (links) enthalten, weniger O₂-Partikel. Die Sauerstofftransportkapazität ist bei Gefäßen mit Hb *deutlich* höher.

Blutgefäße mit Hb nehmen ca. 20 ml O₂ pro 100 ml Blut auf, während Gefäße mit im Plasma gelöstem Sauerstoff nur 0,3 ml O₂ pro 100 ml Blut aufnehmen. Die höhere Kapazität der Sauerstoffaufnahme durch Blutgefäße mit Hb-Molekülen beruht darauf, dass Hb Eisen (Fe) enthält, welches eine *hohe Affinität* zu O₂ besitzt. Hb zieht somit O₂ an.

Alveolärer Sauerstoff gelangt ins Blut und wird vom Hb absorbiert. Diese Verbindung erhöht *nicht* den O₂-Partialdruck. Erst wenn das Hb kein weiteres O₂ mehr aufnehmen kann, steigt der Druck, bis er 100 mmHg erreicht. Dies ist ein kontinuierlicher Prozess. Die Fähigkeit des Blutes, O₂ zu transportieren, steigt durch die Bindung von O₂ an Hb um das 70-fache.

Normalerweise liegt die Sauerstoffsättigung beim Menschen bei 95-96 %. Ein Wert unter 95 % kann zu Gewebeschäden führen. Eine geringe Sättigung kann zu Atemproblemen usw. führen.

Im Gewebe ist der O₂-Partialdruck niedrig. Hb gibt O₂ an das Gewebe ab, um den Druck auf beiden Seiten (Gewebe und Blutgefäße) auszugleichen. Die Hb-Sättigung ist *druckabhängig*.

• 1 Gramm Hb bindet 1,34 ml O₂.
• 100 ml Blut enthalten ca. 14,7 Gramm Hb.
• Somit: 14,7 g Hb * 1,34 ml O₂/g Hb = 19,7 ml O₂.

Berechnung des O₂-Gehalts:

• Arterielle Sättigung (95%): 0,95 * 19,7 ml O₂ = 18,715 ml O₂ pro 100 ml Blut.
• Venöse Sättigung (70%): 0,70 * 19,7 ml O₂ = 13,79 ml O₂ pro 100 ml Blut.

2. Partialdrücke in verschiedenen Bereichen

Nach dem *Dalton'schen Gesetz der Partialdrücke* übt in einem Gasgemisch jedes Gas einen Druck aus, als wäre es allein vorhanden. Dieser Druck wird als Partialdruck (Pp) bezeichnet. Der Pp ist entscheidend für die Bestimmung der Bewegung und Diffusion von Gasen.

In einem idealen System würde das Blut alle Bereiche erreichen, in denen Sauerstoff vorhanden ist. Es gibt jedoch immer Bereiche, in denen kein Gasaustausch stattfinden kann. Diese Menge an Sauerstoff wird als *physiologischer Totraum* bezeichnet (entspricht dem anatomischen Totraum, also der Luft in den Atemwegen).

Die Atmung ist der Gasaustausch zwischen der Atmosphäre und den Zellen. Bei Einzellern erfolgt dies einfach durch Diffusion entlang des Partialdruckgradienten. Um den Sauerstoff zu den restlichen Geweben zu transportieren, sind mehrere Schritte erforderlich:

1. Lüftung (Ventilation): Transport der Luft von der Atmosphäre in die Lunge.
2. Alveolär-kapilläre Diffusion von Gasen.
3. Ventilation/Perfusion: Verteilung des Blutes in der Lunge.
4. Blutkreislauf
5. Gastransport im Blut.
6. Regulation der Atmung.

Die *Perfusion* ist der Prozess, bei dem venöses Blut durch den Lungenkreislauf zu den Kapillaren gelangt und sauerstoffreiches Blut zum linken Ventrikel zurückkehrt.

Der *systemische Kreislauf* (großer Kreislauf) verteilt das Blut vom linken Ventrikel zu den Geweben des Körpers und führt es zum rechten Vorhof zurück.

Die Abbildung zeigt, wie Luft (von außen) in die Lunge gelangt und die Lungenbläschen (Alveolen) erreicht. Hier findet der alveoläre Gasaustausch statt. Normalerweise gleicht sich der Sauerstoffgehalt in den Alveolen dem im Blut an. Das Blut, das durch die Lungenvenen zum linken Ventrikel gelangt, enthält mehr Sauerstoff als Kohlendioxid. Das Blut verlässt das Herz durch die Arterien und gelangt über die Kapillaren zu den Geweben. In den Geweben findet ein Austausch statt, wobei sich die Partialdrücke von Sauerstoff und Kohlendioxid ändern. Das Blut, das die Gewebe verlässt, ist sauerstoffärmer und enthält mehr Kohlendioxid. Dieses sauerstoffarme Blut gelangt in den rechten Vorhof und dann in die Alveolen, wo erneut ein Gasaustausch stattfindet und die Luft ausgeatmet wird.