קסקדת החמצן היא חלק מתהליך הנשימה, זהו מעבר החמצן מהאטמוספירה אל המיטוכונדריון.
חמצן מגיע מהאוויר הנשאף מבחוץ. לצורך ביצוע תהליך הנשימה התאי (הפקת אנרגיה מגלוקוז) על החמצן להיות מומס במים, ולשם כך יש צורך במערכת אשר תוביל את החמצן מהאוויר אל הגוף, תמיס את החמצן ותביא אותו אל המיטוכונדריות לצורך תהליך הנשימה התאית.
הלחץ האטמוספירי בגובה פני הים הוא 760 מ"מ כספית, באוויר יבש יש כ־21% חמצן ומכאן שהלחץ היחסי של החמצן הוא 160 מ"מ כספית באוויר אשר נשאף לגוף האדם (760*21%).
בקנה הנשימה (טרכאה) האוויר היבש מתערבב עם אדי המים. הלחץ החלקי של המים הוא 47 מ"מ כספית, ולכן סך הלחץ בקנה הנשימה הוא 713 מ"מ כספית (760-47), ומכאן שהלחץ החלקי של החמצן הוא 150 מ"מ כספית (21%*713).
בנאדיות הריאה, האוויר הלח שהגיע מקנה הנשימה מתערבב עם פחמן דו-חמצני. הלחץ החלקי שלו הוא 40 מ"מ כספית, כאשר היחס שבין ניצול החמצן לייצור הפחמן הדו-חמצני הוא 0.8 (על כל 1 יחידת חמצן מנוצלת, נוצרת 0.8 יחידת פחמן דו-חמצני- יחס החילוף הנשימתי) ומכאן, שהלחץ החלקי של החמצן בנאדיות הריאה הוא 100 מ"מ כספית.
[1]
arteriosity
הלחץ החלקי של החמצן בארטריולות (עורקיות) הוא מעט נמוך יותר- 90 מ"מ כספית. למעשה, הלחץ החלקי של החמצן בנאדיות, שהוא 100 מ"מ כספית, אינו שווה ללחץ החלקי של החמצן בדם- הפרש זה קרוי Aa difference: מפל הלחצים בין הנאדיות לבין הדם. הפרש זה נובע, אצל אנשים בריאים, כתוצאה מכך שיש דלף מימין לשמאל (זרימה דרך האנסטמוזות שבין הסימפונות לריאות ודליפה של דם ורידי תוך לבבי דרך thebesian veins). דלף זה גורם לירידה בלחץ החמצן בדם לעומת לחצו בנאדיות (דם זורם בוורידים סיסטמיים אל עורקים סיסטמיים בלא שיורווה לגמרי בחמצן בריאות ולכן לחץ החמצן וריכוזו בעורקים הסיסטמיים יורד). הפרש זה יכול לעלות גם כתוצאה ממצבים פתולוגיים, כגון דלקת ריאות קשה אשר פוגעת ברקמה, בצקת ריאות או מחלות ריאה שונות (כגון פיברוזיס, מחלת קרינה וסרטן ריאות). עליה בהפרש זה גורמת להיפוקסמיה: מחסור בחמצן.
לחץ החמצן בדם ורידי הוא 40 מ"מ כספית.
באינטרסטיציום של הרקמות השונות הלחץ החלקי של החמצן הוא 20 מ"מ כספית, ובתוך התאים עצמם 10 מ"מ כספית. המיטוכונדריה מסוגלת לבצע מטבוליזם חמצוני בלחץ חמצן שערכו נמוך עד כדי 1–2 מ"מ כספית.
מאגר החמצן בגוף האדם
בגוף האדם, לחץ החמצן- PO2 ברקמות נמוך, והחמצן אינו נמס טוב במים. לכן, רק חמצן מועט יכול להיאגר בתמיסה לשעת חירום.
במקרה של פגיעה במערכת הנשימה, ישנם מספר אתרים בגוף בהם יש מאגר של חמצן, (פחות מ-2 ליטר חמצן) המספיק למספר דקות מועט על מנת להחזיק את האדם בחיים:
- במערכת הדם, בה זורמים בממוצע כ־5 ליטרים של דם, קיים המוגלובין הקושר את החמצן. רמת ההמוגלובין התקינה היא 15 מ"ג ל-100 מ"ל, וגרם אחד של המוגלובין יכול לקשור 14 מ"ל חמצן: כלומר, סה"כ 1 ליטר של חמצן נמצא בדם.
- בנוזל הפלזמה מומסים בסה"כ עוד 7.5 מ"ל חמצן.
- בריאות- חלק מהחמצן נאגר בנאדיות הריאה: ב FRC של 2.4 ליטרים, כאשר לחץ החמצן העורקי הוא 100 מ"מ כספית, יש כ־500 מ"ל חמצן נוספים.
- במיוגלובין- שרירי השלד והלב מכילים מיוגלובין- חלבון האוגר חמצן. ואולם, ריכוז המיוגלובין בשריר החדר שבלב הוא נמוך- 4 מ"ג לגרם, וכמות זו מספיקה לצריכת חמצן בסיסית בלב למשך 3–4 שניות. ריכוז המיוגלובין בשריר השלד עוד נמוך מריכוזו בלב.
הערות שוליים
- ^ 150 מ"מ כספית שהיו בקנה הנשימה, בניכוי הלחץ החלקי של פחמן דו-חמצני לחלק ל-0.8, כלומר, בניכוי 50 מ"מ כספית, כלומר, סך הלחץ החלקי של החמצן בנאדיות הריאה הוא 100 מ"מ כספית.
