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Lexikon der Biologie: Blutgase

Blutgase, die im Blut gebundenen oder physikalisch gelösten Gase, überwiegend Sauerstoff (O2) und Kohlendioxid (CO2) (Atemgase), in geringem Maße Stickstoff (N2). "Pathologische" Blutgase sind z. B. Kohlenmonoxid, Cyanide (Atemgifte). Durch die Blutgasanalyse mittels polarographischer oder manometrischer Verfahren können die Partialdrücke ( vgl. Tab. ) bzw. die Konzentrationen der Blutgase bestimmt werden. Dies ermöglicht in der Medizin, eine Beeinträchtigung der Sauerstoffversorgung des Organismus, z. B. bei Lungenentzündung, Lungen-Embolie, Herzinfarkt, frühzeitig zu erkennen. – Für den Transport der im oxidativen Stoffwechsel verbrauchten bzw. produzierten Blutgase O2 und CO2 spielen die Atmungspigmente und, sofern vorhanden, das Enzym Carboanhydrase die entscheidende Rolle. Am genauesten sind die Verhältnisse bei Säugern (speziell beim Menschen) bekannt. Erst in neuerer Zeit werden Bindungsverhältnisse von O2 an anderen Atmungspigmenten als Hämoglobin vergleichend physiologisch untersucht (z. B. Hämocyanin von Spinnen und Schnecken). Aus einem O2-Partialdruck von 130 mbar im maximal beladenen Lungenblut des Menschen läßt sich der im Blutplasma gelöste O2 zu 0,2–0,3 Vol% berechnen, dagegen liegt die O2-Kapazität des menschlichen Blutes bei maximal 21 Vol%. Der weit überwiegende Teil des O2 wird also nicht physikalisch gelöst, sondern vom Hämoglobin in den Erythrocyten gebunden. Die aktuelle O2-Kapazität ist von einer Reihe physiologischer Parameter abhängig, z. B. vom pH-Wert und dem CO2-Partialdruck (Bohr-Effekt), der Temperatur, dem Druck (Root-Effekt) und Metaboliten. Sie kann experimentell über die Aufnahme der O2-Dissoziationskurve bestimmt werden (Hämoglobine). In jedem Fall muß der O2 (ebenso wie das CO2) über das Blutplasma zum Ort seiner Bestimmung diffundieren (Diffusion), so daß der geringe gelöste Anteil physiologisch unabdingbar ist (Atmung). Ein Teil (etwa 30 %) des im Zellstoffwechsel angefallenen CO2 wird ebenfalls an Hämoglobin (zu Carbhämoglobin; Haldane-Effekt) oder an freie Aminosäuren anderer Blutproteine (Serumproteine) gebunden transportiert, nachdem es vom Gewebe ins Blutplasma mit dort niedrigen CO2-Partialdrücken diffundiert ist. Im Blutplasma wird Kohlensäure gebildet, die weitgehend nach CO2 + H2O

H2CO3

H+ + HCO3 zu Hydrogencarbonat zerfällt. Das in die Erythrocyten (roten Blutkörperchen) gelangte CO2, das die Transportkapazität des Hämoglobins überschreitet, wird hier in weit stärkerem Ausmaße als im Plasma in Kohlensäure überführt, wobei die Carboanhydrase die Reaktion katalysiert. Dadurch wird ein steiler Konzentrations-Gradient für CO2 zwischen Erythrocyten und Plasma sowie zwischen Plasma und Gewebe aufrechterhalten. Im Erythrocyten zerfällt die gebildete Kohlensäure ebenfalls unter Bildung von Hydrogencarbonationen. Sie diffundieren ins Plasma und werden zur Lunge transportiert. (Eine Kompensation der nun im Erythrocyten fehlenden Anionen wird durch den Einstrom von Cl-Ionen [Chlor] erreicht.) In der Lunge kehren sich die Verhältnisse gemäß den anderen Partialdruckbedingungen um, und die Carboanhydrase katalysiert die Rückreaktion zu CO2 und H2O ( vgl. Abb. ). Zur Abpufferung (Puffer) der beim CO2-Transport anfallenden H+-Ionen stehen die Puffersysteme im Blut (Blutpuffer) zur Verfügung; das Hämoglobin selbst ist eines davon. Anionentranslokator, Atemgastransport, Barcroft (J.), Blutgasanalyse, Chlorid-Hydrogencarbonat-Austauschprotein, Magnus (H.G.), Regelung; Farbtafel Atmungsorgane I.

K.-G.C.




Blutgase

Die Abb. zeigt die chemischen Reaktionen im Blutplasma und im Erythrocyten beim Gasaustausch im Gewebe (oben) und in der Lunge (unten). Der Transport der Atemgase mit Hilfe von Atmungspigmenten verhindert eine Veränderung des pH-Wertes des Blutes aufgrund der Pufferkapazität und der Kompartimentierung des Gesamtprozesses. Das CO2 des Gewebe-Stoffwechsels geht im Blut in HCO3 über. Die Carboanhydra(ta)se der Erythrocyten steuert und beschleunigt diese Reaktion. Die bei der Reaktion entstehenden H+-Ionen werden an sauerstofffreiem Hämoglobin (HbH+) abgefangen. In der Lunge führt die Aufladung des Hämoglobins mit Sauerstoff zur Freisetzung der H+-Ionen und damit zur Rückreaktion des HCO3 zu CO2; CO2 wird ausgeatmet. Das Ionengleichgewicht zwischen Plasma und Blutzelle wird durch den Wechsel der Cl-Ionen zwischen Plasma und Blutzellen aufrechterhalten.

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