「酸素カプセル」の化学的検証 (慈恵会医科大学2004年入試問題)：化学屋の呟き：SSブログ

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「酸素カプセル」の化学的検証 (慈恵会医科大学2004年入試問題)　[CVX-化学発展演習日記] [編集]

こんにちは～　(*^_^*)/

さて、前回レポートした「酸素カプセル」の効果を酸素の血液への溶解量について出題した過去の入試問題を題材にして化学的に検証してみましょう。

慈恵会医科大学2004年の入試問題に、血液への酸素溶解の問題が出されています。

　呼吸によって血液中へ酸素が取り込まれる仕組みは，ヘモグロビン分子と酸素分子の結合，およびヘンリーの法則に基づく血液への酸素の溶解現象による．ヘモグロビン分子と酸素分子の結合は，酸素分圧が影響しており，酸素分圧が高い肺胞(肺の中で実際にガス交換が行われる半球状の小胞)でヘモグロビンは酸素と結びつき，酸素分圧の低い組織に到達すると酸素を放出する．ヘモグロビンが酸素と結合している割合(飽和度)と血液中の酸素分圧の関係を下図に示す．

　
　例えば，肺に流れ込む前の血液中の酸素分圧(血液中から外へ出ようとする圧力)が40mmHg，肺胞内の酸素分圧(血液中に溶け込もうとする圧力)が100mmHg のとき，肺胞内において60mmhgの圧力差により，肺から流れ出る血液中に酸素が取り込まれる(二酸化炭素分圧の影響はないものとする)．その結果，肺胞内の酸素分圧と血液の酸素分圧が互いに一様(100mmHg)となり，平衡状態となる．平衡状態では気体の酸素分圧と血液が示す酸素分圧は等しくなる．
　一方，呼吸による新たなガス交換が行われなければ息苦しさを感じるが，息苦しさの感覚は血液中の酸素分圧の低下ではなく，主として血液中の二酸化炭素分圧が100mmHgに達すると感知されるといわれている．さらに，血液中の酸素分圧が40mmHgを下回ると，二酸化炭素分圧によらず意識を失うといわれている．

設問１　次の文中の空欄(　ア　)，(　イ　)に最も適する語句を記入せよ．
　タンパク質はヘモグロビンのように色素と結合したもの，卵白のように糖類と結合したもの，牛乳のカゼインのように(　ア　)と結合したものなどがある．これらのタンパク質は一般に(　イ　)と呼ばれている．

解答･解説　複合タンパク質＝分子内に非タンパク性物質（補欠分子族）を含むタンパク質
　　∴ ア＝リン　　　　　イ＝複合タンパク質

設問２　ヘモグロビンは分子量6.45×10^4であり，1分子あたり酸素4分子と結合することができる．37℃，酸素分圧100mmHgの血液(ヘモグロビンを質量パーセント濃度で14.0%含み，密度が1.00g/mLの水溶液とする)は，同量の水に比べて同じ条件の下で，最大何倍の酸素分子を取り込むことができるか記せ．ただし，1.00atm ( 760mmHg ) の酸素の水に対する溶解度は，37℃で，1.20×10^－3mol/Lであり，リード文に示したようにヘンリーの法則が成り立つものとする．

解答･解説　

要するに、血液が運搬する酸素の約98%はヘモグロビンが運んでおり、肺で100mmHg(0.13atm)の酸素があれば、ヘモグロビンはほぼ100%酸素と結合する・・・ということです　σ(￣、￣=)
ということは、吸気中の酸素の圧力を増やしても、98%相当の酸素を運搬するヘモグロビンにはあまり影響がない・・・・ってことですね．o(´^｀)o ｳｰ
酸素カプセルによる吸気の酸素分圧増加によって増加するのは、血漿(ここでは計算の簡略化のために単なる水と仮定)に溶解する酸素です，｢(ﾟ～ﾟo)
設問の通り、血漿への酸素の溶解量がヘンリーの気体溶解の法則に従うとすれば、吸気中の酸素分圧が大気中の酸素分圧(0.21atm)の例えば２倍になれば、血漿への酸素の溶解量は２倍になるわけですね。　　
「酸素カプセル」には「酸素濃縮器(例えばこんなの)」が設置されていますが、密閉型のマスクで高濃度になった酸素を直接吸わない限り、空気を一緒に吸い込むことになるため、吸気中の酸素分圧が標準大気中の酸素分圧の数倍になる・・・・なんてことはありません　<(;￣･￣)=3 　まあ、50%upの0.32atm程度が精々じゃないかな　C= (-。- ) ﾌｩ　(もちろん医療用とか特殊なスキューバダイビングなどを除く)
したがって、2%程度の血漿に溶解した酸素も1.5倍になって、全身を巡る血液中の酸素量はなんと1%増!!!　∑ヾ(￣0￣;ﾉｵｰｯﾄ!
って、大騒ぎすることなのかな？　少し疑問ですね　(・・∂) ｱﾚ?　　
ちなみに、ヘモグロビンの直径が末端の血管より大きいから末端までヘモグロビンが到達しない・・・・かのような説明を聴かされることがありますが、赤血球はきわめて柔軟な袋状の無核細胞で自分の直径の半分以下の隙間さえ通過できるのです(⌒▽⌒；) 　　　その数も凄くて、全身の細胞60兆個の３分の１にあたる20兆個あります ∑(￣ﾛ￣|||)　　　　　　赤血球を舐めてはいけませんね(σ_σ)人(σ_σ)
だから、エステやスパの「酸素カプセル」に過大な期待は禁物です。劇的な効果が得たければ、高気圧酸素カプセル(酸素濃度が高く発火しやすいため専門家の指導が必要)のある病院へ行きましょう　(￣◇￣)