الأكسجين ضروري لتوليد ATP من خلال الفسفرة المؤكسدة، وبالتالي يجب توصيله بشكل موثوق إلى جميع الخلايا النشطة الأيضية في الجسم، وفي حالة نقص الأكسجة أو انخفاض مستويات الأكسجين في الدم، يمكن أن يحدث تلف للأنسجة بسرعة، ويمكن أن ينتج نقص الأكسجين عن ضعف قدرة الدم على حمل الأكسجين مثل فقر الدم أو ضعف تفريغ الأكسجين من الهيموجلوبين في الأنسجة المستهدفة (على سبيل المثال، سمية أول أكسيد الكربون)، أو عن تقييد إمداد الدم.
عملية نقل الأكسجين
يعتبر نقل الأكسجين أمرًا أساسيًا للتنفس الهوائي وبقاء الكائنات الحية المعقدة، وتلعب الرئتان والقلب والأوعية الدموية وخلايا الدم الحمراء أدوارًا أساسية في نقل الأكسجين، وتعتبر أوجه القصور في حمل الأكسجين أو مشاكل نقل الأكسجين أو توصيله من العواقب الشائعة للأمراض الطبية ويجب تقييمها وتصحيحها على الفور لمنع تلف الأنسجة الذي لا رجعة فيه.
يصبح الدم مشبعًا بالأكسجين عادةً بعد مروره عبر الرئتين، اللتين تتمتعان بمساحة سطحية شاسعة وطبقة طلائية رقيقة تسمح بالانتشار السريع للغازات بين الدم والبيئة، ويعود الدم المؤكسد إلى القلب وينتشر في جميع أنحاء الجسم عن طريق الأوعية الدموية الجهازية.
أنظمة الجسم المشاركة
الرئتان هي أعضاء الجهاز التنفسي المسؤولة عن تبادل الغازات بين مجرى الدم والجو، والدم الوريدي الداخل إلى الرئتين له ضغط جزئي (PO) يبلغ 40 ملم زئبق، وعند المرور عبر الشعيرات الدموية السنخية والرئوية، يُسمح للأكسجين وثاني أكسيد الكربون بالتوازن عبر حاجز الدم والهواء، مما يؤدي إلى إزالة ثاني أكسيد الكربون من الدم وامتصاص الأكسجين، وعادةً ما يحتوي الدم الشرياني الخارج من الرئتين على PO من حوالي 100 مجم زئبق.
ينتقل الدم المؤكسد عبر نظام القلب والأوعية الدموية إلى الأنسجة المحيطية، وفي الأنسجة ينتشر الأكسجين أسفل تدرج تركيزه من التركيزات العالية إلى المنخفضة ويتم توصيله إلى الخلايا، وفي الخلية سيكون بمثابة مستقبل الإلكترون النهائي في توليد الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP) من خلال الفسفرة المؤكسدة.
تمتلك العديد من الأجهزة آليات تعويضية لنقص الأكسجة، وإن الآلية التعويضية الأكثر صلة بمناقشة نقل الأكسجين هي إنتاج هرمون الإريثروبويتين (EPO) بواسطة الخلايا الليفية المحيطة بالنبيبات في القشرة الكلوية، ويحفز إرثروبويتين تكاثر وتمايز خلايا الدم الحمراء في نخاع العظم الأحمر؛ وهي عملية تعرف باسم تكون الكريات الحمر، وستؤدي عملية تكون الكريات الحمر إلى زيادة عدد كريات الدم الحمراء والزيادة اللاحقة في إجمالي الهيموجلوبين، وكلاهما يساهم في زيادة قدرة الدم على حمل الأكسجين.
آلية نقل الأكسجين
الهيموغلوبين (Hgb أو Hb) هو الناقل الأساسي للأكسجين في البشر، وما يقرب من 98٪ من إجمالي الأكسجين المنقول في الدم يرتبط بالهيموجلوبين، بينما 2٪ فقط يذوب مباشرة في البلازما، ويكون الهيموغلوبين عبارة عن بروتين معدني يحتوي على أربع وحدات فرعية تتكون من مجموعة هيم تحتوي على الحديد مرتبطة بسلسلة بولي ببتيد غلوبين.
ويمكن أن يرتبط جزيء واحد من الأكسجين بذرة الحديد لمجموعة الهيم، مما يمنح كل هيموجلوبين القدرة على نقل أربعة جزيئات من الأكسجين.
يمكن أن يرتبط جزيء واحد من الأكسجين بذرة الحديد لمجموعة الهيم، مما يمنح كل هيموجلوبين أقصى قدرة على نقل أربعة جزيئات من الأكسجين، وتؤدي هذه القدرة على ربط الأكسجين بالتتابع لكل وحدة فرعية إلى الشكل السيني الفريد لمنحنى تفكك أوكسي هيموغلوبين.
ويمكن أيضا أن تؤدي العيوب المختلفة في تركيب أو بنية كريات الدم الحمراء أو الهيموغلوبين أو سلسلة غلوبين بولي ببتيد إلى إضعاف قدرة الدم على حمل الأكسجين وتؤدي إلى نقص الأكسجة.
يمكن القول بأن الأكسجين يُقاس في الدم بثلاث طرق: الضغط الجزئي للأكسجين المذاب وتركيز الأكسجين وتشبع الهيموغلوبين، ويتم الحصول على الأكسجين المذاب من قياسات غازات الدم الشرياني (ABG) ويتم تسجيله كضغط جزئي.
