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搭乘血紅蛋白:氧飽和度、含量與曲線

幾乎所有氧氣都是結合在血紅蛋白上運輸的,而非溶解。了解飽和度與含量的區別、讀懂著名的 S 形解離曲線、明白脈搏血氧儀為何可能誤導,並理解二氧化碳是如何被運回的。

飽和度與含量:兩個不同的問題

只有極小一部分氧氣自由溶解於血漿;超過 98% 是夾在紅血球內的血紅蛋白上運送的。因此有兩個問題很重要。第一,血紅蛋白的座位坐滿了多少?——這就是氧飽和度(SaO2),以百分比表示。第二,總共有多少座位、又坐滿了多少?——這就是氧含量,即每單位血液中實際攜帶的氧量。

理解這一區別可以救命。嚴重貧血者的飽和度可以完美地達到 99%,氧含量卻危險地偏低,原因僅僅是血紅蛋白座位太少。飽和度告訴你坐滿的百分比;含量告訴你送達的總貨量

Oxygen content, simplified (CaO2):

  CaO2 = (1.34 x Hb x SaO2) + (0.003 x PaO2)
          |__ hemoglobin-bound __|   |_ dissolved _|
                                       (tiny)

Worked example — healthy adult:
  Hb = 15 g/dL,  SaO2 = 0.98,  PaO2 = 100 mmHg
  bound     = 1.34 x 15 x 0.98 = 19.7 mL O2/dL
  dissolved = 0.003 x 100      =  0.3 mL O2/dL
  CaO2      = ~20.0 mL O2/dL

Same person, anemic (Hb = 7.5):
  bound     = 1.34 x 7.5 x 0.98 =  9.8 mL O2/dL
  CaO2      = ~10.1 mL O2/dL  <- half the oxygen,
                                  yet SaO2 still 98%!
飽和度可以看起來完美,含量卻已減半。血紅蛋白水平決定了座位的數量。

讀懂解離曲線

氧—血紅蛋白解離曲線描繪的是飽和度對血氧壓(PaO2)的關係。它的 S 形並非偶然;上部平坦、中段陡峭,各部分各司其職。指夾顯示的百分比數值與其背後的壓力之間的關係是彎曲的,並非直線。

  1. 平坦的頂部(高 PaO2,在肺部)保護了氧的裝載。即便肺泡氧壓略有下降,飽和度仍能保持在接近 100%——血紅蛋白依舊可靠地充滿。
  2. 陡峭的中段(較低 PaO2,在組織)有利於氧的卸載。壓力略一下降便能釋放大量氧氣,恰好送到辛勤工作的組織最需要之處。
  3. 曲線會移動。 高溫、酸、高 CO2 和運動使其右移——血紅蛋白更易釋放氧氣,幫助繁忙的肌肉。寒冷和鹼中毒使其左移,把氧氣抓得更緊。

指夾探頭,以及二氧化碳的歸途

夾在手指上的脈搏血氧儀通過讓光線穿過組織來估算飽和度——這是一件出色而無痛的工具。但它有其誠實的局限。它無法告訴你氧含量(它並不知道血紅蛋白水平),在一氧化碳中毒時讀數會偏高失真,在循環不良、深色指甲油或活動時也會變得不可靠。讀數正常並不能排除一個人正在氣促,而肉眼可見的發紺——青紫色調——只有在相當一部分血紅蛋白已經缺氧時才會出現。

二氧化碳以三種形式踏上歸途:一小部分溶解、一小部分結合在血紅蛋白上,而絕大多數——約 70%——轉化為碳酸氫鹽,即人體主要的緩衝物質。我們會在任何酸鹼話題中再談碳酸氫鹽與 pH;眼下只需記住這幅畫面:血液把氧氣送出、把二氧化碳帶回,各以其巧妙的方式。