Über 99 % des Sauerstoffs werden über das Hämoglobin in den Erythrozyten im Blut transportiert; nur etwa 1 % sind physikalisch gelöst. Der Erythrozyt enthält ca. 200.000 Hämoglobinmoleküle. Das Hämoglobinmolekül besteht aus vier Untereinheiten, zwei alpha-Ketten mit je 141 und zwei beta-Ketten mit je 146 Aminosäuren. Jede Untereinheit setzt sich aus einem Globin- (Protein) und einem Häm-Anteil zusammen. In der Häm-Struktur befindet sich ein zentrales zweiwertiges Eisenatom, das ein Sauerstoffmolekül (O2) reversibel binden kann. Ein gesamtes Hämoglobinmolekül ist somit in der Lage, vier O2-Moleküle zu transportieren. Dies entspricht 1,39 ml O2 pro 1g Hämoglobin und damit ca. 200 ml pro Liter Blut.
Hämoglobin
Sauerstoffbindungskurve
Die Bindung des Sauerstoffs in der Lunge erfolgt in Abhängigkeit vom Sauerstoff-Partialdruck (pO2). Bei geringem Druck wird das erste O2-Molekül nur langsam gebunden. Durch die mit dieser Bindung erfolgte Veränderung der Hämoglobinstruktur und damit veränderten Interaktion der Hämoglobinuntereinheiten lagern sich das zweite und dritte O2-Molekül relativ leicht an das Hämoglobin an, worauf das vierte O2 Molekül sich wieder etwas schlechter in einer Sättigungsfunktion bindet. Die hieraus resultierende Beziehung zwischen pO2 und Sauerstoffsättigung des Hämoglobins lässt sich in der sigmoiden Sauerstoffbindungskurve verdeutlichen. Die Kenngröße der Sauerstoffbindungskurve ist der Sauerstoffhalbsättigungsdruck (P50) d.h. der pO2, bei dem 50 % des Hämoglobins mit O2 gesättigt sind. Er liegt in Ruhe bei ca. 27 mmHg.
Mittels mehrerer Faktoren wird die Kurve in die optimale Position geschoben, wobei ein Anstieg von H+-Ionenkonzentration, pCO2, Temperatur und 2,3-Diphosphoglyzerat (DPG ) eine Rechtsverschiebung, eine Verminderung dieser Faktoren eine Linksverschiebung bewirken (siehe auch detaillierte Anleitung für die Sauerstoffbindungskurven ).
Fig: Die Animation zeigt zunächst die Standardkurven für untrainierte Personen und für trainierte Ausdauerportler/innen, die sich aufgrund unterschiedlicher Hb-, und 2,3-DPG-Konzentrationen unterscheiden. Der Einfluß von 2,3-DPG, pH, Temperatur und Hb-Konzentration kann mit den Reglern simuliert werden. Zu beachten ist der wesentlich größere Effekt einer pH-Wert Veränderung bei den Trainierten. Die Auswirkungen der Kurvenverschiebung können anhand des pO2 und der O2-Differenz am oberen Bildrand abgelesen werden.
Dabei bedeutet eine Linksverschiebung generell eine bessere Aufsättigung des Hämoglobins in der Lunge, während eine Rechtsverschiebung die Sauerstoffabgabe im Gewebe begünstigt.
Durch Ausdauertraining wird die 2,3 DPG-Konzentration erhöht, wodurch eine längerfristige Positionseinstellung bewirkt wird. Über die anderen Faktoren können weiterhin kurzfristige Anpassungen erfolgen.
Dies ist insbesondere bei Muskelarbeit von Bedeutung, wenn die Kurve massiv zur rechten Seite verschoben wird. Der P50 wird unter diesen Bedingungen von ca. 27 mmHg auf bis zu 40 mmHg verschoben. Dies bedeutet eine um ca. 20 % verbesserte O2-Extraktion.
Durch Ausdauertraining wird die Sauerstoffbindungskurve noch weiter nach rechts verschoben, so dass die O2-Extraktion gegenüber Untrainierten um bis zu 35 % verbessert ist.
Neben den quantitativen Veränderungen des Blutes während akuter Belastungen und im Verlauf längerer Trainingsperioden müssen daher auch die qualitativen Aspekte beachtet werden (siehe Trainingsanpassungen) (4).
Der für die aerobe Energiegewinnung benötigte Sauerstoff wird über das Hämoglobin von der Lunge an das Muskelgewebe transportiert.
Spezifische im Stoffwechsel entstehende Moleküle bewirken, dass das Hämoglobin in der Lunge den Sauerstoff optimal aufnehmen und im Gewebe optimal abgeben kann.
