NOTA: SISTEM PENGANGKUTAN OKSIGEN

 

Peningkatan dalam pengeluaran jantung dan penghantaran semula aliran darah semasa latihan boleh disimpulkan sebagai Sistem Pengangkutan Oksigen.

            Hubung kaitnya boleh dilihat sebagai:-

VO2 (pengangkutan oksigen)

=

SV (stroke volume)

x

HR (heart rate)

x

a-ýO2 diff (arterio-venous O2 difference)

            Perlu diingat bahawa stroke volume didarabkan dengan heart rate bersamaan dengan pengeluaran jantung. Dinyatakan juga bahawa a-ýO2 diff menggambarkan berapa banyak oksigen yang ditarik oleh tisu-tisu dan penghantaran semula darah di antara otot yang aktif dan tidak aktif.

            Beberapa contoh berkaitan sistem ini ketika rehat dan semasa latihan maksimum bagi lelaki yang terlatih dan tidak terlatih serta atlit ditunjukkan dalam rajah di lampiran 3. Dapat dilihat di sini setiap satu menyumbang kepada peningkatan jumlah oksigen yang dihantar ke otot. Dengan mengambil lelaki yang tidak pernah menjalani latihan sebagai contoh, pengangkutan oksigen semasa latihan yang maksimum adalah 10 kali sebih tinggi berbanding dalam keadaan rehat. Ini melibatkan peningkatan dalam stroke volume sebanyak 1.5-fold, 2.4-fold pada kadar degupan jantung dan 2.8-fold pada a-ýO2 diff (1.5 x 2.4 x 2.8 = 10). Jelas di sini bahawa terdapat perbezaan antara individu yang terlatih dengan atlit.

            Aliran darah akan berubah terhadap seseorang individu yang terlatih sekiranya mereka mengikuti latihan selama 16 minggu, 3 kali seminggu. Dengan kata lain, atlit antarabangsa yang diuji ialah atlit jarak jauh, pelari marathon dan pelumba basikal. Ahli kumpulan dari Swedish National yang telah dilatih beberapa tahun. Perbezaan yang paling ketara adalah di stroke volume magnitude. Latihan selama 16 minggu tersebut menyebabkan peningkatan sebanyak 13% dalam stroke volume. Walau bagaimanapun, stroke volume atlit adalah 70% lebih tinggi daripada individu yang tidak terlatih. Perbezaan yang besar ini menunjukkan bahawa komponen yang penting dalam pengangkutan oksigen ialah stroke volume.

Darah mengangkut O2 dalam dua bentuk, iaitu bentuk larutan dan bentuk ikatan dengan hemoglobin (Hb) atau sebagai oksihemoglobin. 97% daripada O2 yang diangkut oleh darah adalah dalam bentuk ikatan dengan Hb dan bakinya dalam bentuk larutan.

Bentuk Larutan

Selaras dengan Hukum Henry, jumlah O2 yang larut dalam plasma berkadar langsung dengan tekanan separanya (PO2). Pada 37°C dan PO2  760 mm Hg, 0.023 ml O2 akan larut dalam 1 ml plasma. Justeru, jumlah O2 yang akan larut dalam 100 ml plasma arterial pada PO2 100 mm Hg menyamai 0.023 X 100 X 100/760 atau 0.30 ml. Pada permukaan laut, apabila seseorang yang sihat bernafas 100% O2 (O2 murni), nilai Pa O2 (tekanan separa O2 darah arterial atau ketegangan O2) meningkat ke 673 mm Hg. Pada tekanan ini, hanya kira-kira 2.1 ml O2 sahaja akan larut dalam 100 ml plasma. Walaupun jumlah O2 yang larut dalam plasma sedikit sahaja, namun ini sangat penting kerana hanya gas yang larut sahaja menyumbangkan kepada tekanan separa gas itu dalam cecair.

            Dalam keadaan rehat, penggunaan O2 oleh badan berjumlah kira-kira 250 ml per minit. Pada seseorang yang bernafas udara kamar (room air), output jantung harus dinaikkan ke 83 liter/minit untuk memenuhi semua keperluan O2 tisu jika O2 diangkut oleh darah semata-mata dalam bentuk larutan. Tambahan pula, jika penggunaan O2 meningkat, output jantung mesti digandakan sebanding dengannya. Jelas hal ini tidak berkemungkinan dan cara lain harus disediakan untuk membekali tisu-tisu dengan O2.  Pada haiwan peringkat tinggi, masalah ini diatasi dengan kewujudan pigmen respirasi yang membolehkan darah mengangkat lebih O2.  Beberapa pigmen respirasi telah dicamkan termasuk hemoglobin, hemosianin, hemoeritrin, dan lain-lain. Pada manusia dan haiwan mamalia lain, hemoglobin bertugas sebagai pigmen respirasi.

Bentuk Ikatan Dengan Hemoglobin

Sel darah merah mengandungi hemoglobin (Hb), suatu sebatian kimia protein dan besi, yang membolehkan darah membawa O2 dengan cekap. Pada O2 yang tinggi, O2 bergabung (combine) dengan Hb secara longgar dan, pada PO2 yang rendah, O2 bercerai darinya dengan mudah. Dalam paru-paru di mana PO2 ialah tinggi (PA 103 mm Hg, 13.9 kPa), O2 bergabung dengan Hb lalu membentuk oksihemoglobin. Apabila darah mengalir melalui tisu di mana PO2 , adalah  rendah (kira-kira 40 mm Hg, 5.4 kPa), O2 dilepaskan dari oksihemoglobin. Ciri Hb ialah membenarkan darah mengangkut 65 kali lebih O2 daripada plasma.

            Hb, yang berat molekulnya kira-kira 68000 dalton, terdiri daripada 4 subunit heme. Setiap unit heme mengandungi globin dan besi dalam bentuk ferus, Fe²*. Seperti ditunjukkan di bawah, setiap molekol Hb bertindak balas dengan 4 molekul O2 lalu membentuk oksihemoglobin, Hb4O8. Perhatikan bahawa tindak balas ini tidak melibatkan pengoksidaan (oxidation) besi dan boleh berbalik.

                                    Hb4 + O2                            l              Hb4O2

                                    Hb4O2 + O2                l                     Hb4O4

                        Hb4O4 + O2           l              Hb4O6

                        Hb4O6 + O2           l                     Hb4O8

            Biasanya, tindak balas-tindak balas di atas ditunjukkan sebagai Hb + O2     l  HbO2 di mana HbO2 merujuk kepada okeihemoglobin. Pembentukan oksehemoglobin dan penceraiannya kepada Hb dan O2 adalah proses yang sangat cepat dan mengambil masa kurang dari 0.01 saat.