기체 교환 2- 보어 효과, 할데인효과 (Bohr and Haldane effect)

 

순환계 시리즈 (Respiratory System) 

 

1. 폐의 구조 

2. 호흡 운동

3. 기체 교환 1 - 산소 교환 

4. 기체 교환 2- 보어 효과, 할데인 효과, 일산화탄소

 

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1. 일산화탄소 (CO)

 

• 헤모글로빈의 헴(heme) 자리에는 산소와 일산화탄소가 경쟁적으로 작용하는데 이때 일산화탄소와 헴과의 결합력이 몇 백배 더 높다. 
• 일산화탄소와의 결합이 너무 강하다보니 한번 결합하면 잘 떨어지지 않아 Hb의 산소 운반 양이 줄어들어 조직에 산소 공급이 안되며 산소 해리도 또한 낮춤. 
• 산소 포화도 감소 
• 보통 담배에 포함되어 있음; 흡연자들은 담배 연기와 기침으로 인해 섬모 손상 발생 

헴의 구조

 

 

2. 이산화탄소 (CO₂)

 

 

• 세포 호흡등의 조식 세포의 대사로 인해 생성된 이산화탄소는 혈관을 따라 폐로 이동해서 "호기"시 환경으로 배출됨 
  • 이를 이용해서 과호흡 시 비닐봉지를 입에 씌워서 자신의 호흡을 다시 호흡하는 방법도 있음 
• 이산화탄소의 대략 60%는 탄산 무수화 효소에 의해 중탄산 이온 (HCO3-)으로 바뀌어 혈장에 녹아서 운반됨 
  • 중탄산 이온은 혈액으로 나갈 때 역수송체 (antiport)에 의해 Cl- 이온과 교환됨
• 30% 는 헤모글로빈의 N-말단에 결합하여 운반됨 = [Hb-CO₂]: Carbaminohemoglobin (카르바미노헤모글로빈) 생성
• 10% 내외의 소량의 이산화탄소만 혈장에 직접 용해되어 운반됨 

 

a) 보어 효과 (Bohr effect): H+ 농도의 영향 

 

• 높은 농도의 H+ 즉 낮은 pH 환경에서 Hb의 산소 친화도가 떨어진다. (해리가 잘되는 구조로 바뀜) 
• 대사의 산물로 생신 이산화탄소가 적혈구에 유입되 탄산 무수화 효소에 의해 중탄산 이온과 수소이온으로 바뀜 
• 이렇게 생성된 수소이온은 헤모글로빈에게 음성알로스테릭 작용을 하여 산도 해리도를 높여주고 산소공급을 원활하게 해 줌 

 

b) 할데인 효과 (Haldane effect): O₂ 농도의 영향

 

• 높은 농도의 산소는 Hb와 이산화탄소의 결합력을 낮춤 
  • 폐포에서 적혈구로 산소가 확산되면 산소농도가 높아지며 Carbaminohemoglobin에서 이산화탄소 해리됨
• 폐조직의 적혈구에서 폐포로 이산화탄소를 옮기는 과정 
• 폐포로 이동하는 이산화탄소 경로 
  • 혈장에 바로 용해된 이산화탄소 (10%)
  • Carbaminohemoglobin에서 해리된 이산화탄소 (30%) 
  • 중탄산이온에 유입 (60%) 

보어 효과와 할데인 효과는 비슷해 보여도 공간적으로 작용하는 위치가 다름. 보어효과는 조직세포에서 모세혈관에 적혈구 구로 이산화탄소를 주어 수소이온의 농도를 높이는 것이고 할데인 효과는 혈장 내 중탄산염을 받아들여 폐조직에서 폐포로 이산화탄소를 운반해 호기 시 환경으로 배출시키는 것입니다.  

 

 

위는 보어효과 아래는 할데인효과/ CA는 탄산무수화효소의 약자임; carbonate anhydrase