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115年:心肺基礎(2)

若血紅素和氧氣結合的飽合度低，則和二氧化碳的結合率（carbaminohemoglobin）會增加，此現象為下列何者效應？

Ahamburger phenomenon
BBohr effect
CHaldane effect
DLe Chatelier's principle

詳細解析

本題觀念

血液中二氧化碳的運輸涉及多種機制，其中血紅素（hemoglobin）扮演關鍵角色。血紅素的氧飽和度會直接影響其與二氧化碳結合形成 carbaminohemoglobin 的能力，此現象在呼吸生理學中稱為 Haldane effect（海爾丹效應）。本題考核的是考生能否區分 Haldane effect 與其他易混淆的生理效應，尤其是 Bohr effect、Hamburger phenomenon 和 Le Chatelier's principle。

選項分析

  • (A) Hamburger phenomenon：此選項錯誤。Hamburger phenomenon 即氯離子轉移（chloride shift），由荷蘭生理學家 Hartog Jakob Hamburger 於 1892 年首次描述。其機制為：紅血球內碳酸酐酶（carbonic anhydrase）催化 CO2 + H2O 生成碳酸（H2CO3），碳酸解離為 H+ 與 HCO3-，HCO3- 經紅血球膜上的 Band 3 蛋白擴散至血漿，同時 Cl- 由血漿進入紅血球以維持電中性。此現象描述的是碳酸氫根與氯離子的跨膜交換，並非血紅素直接與 CO2 結合形成 carbaminohemoglobin 的過程。

  • (B) Bohr effect：此選項錯誤。Bohr effect（波耳效應）描述的是 CO2 濃度及 pH 對血紅素攜氧親和力的影響：當 CO2 濃度升高或 pH 降低時，血紅素對 O2 的親和力下降，氧氣解離曲線右移，促進組織端的氧氣釋放。Bohr effect 影響的方向是「CO2/pH 影響 O2 結合」，而本題描述的是「O2 飽和度影響 CO2 結合」，兩者方向恰好相反。Bohr effect 與 Haldane effect 常被稱為「一枚硬幣的兩面」，但考試中須嚴格區分。

  • (C) Haldane effect：此選項正確。Haldane effect（海爾丹效應）精確描述了本題的現象：當血紅素與氧氣結合的飽和度低（即去氧血紅素，deoxygenated Hb）時，血紅素與 CO2 結合形成 carbaminohemoglobin 的能力顯著增加。去氧血紅素的 CO2 carbamino 結合能力約為氧合血紅素的 3.5 倍，此效應使血液的 CO2 總運輸能力約增加一倍。其生理意義在於：在組織端，血紅素釋放 O2 後轉為去氧態，增強 CO2 攝取能力，有助於將組織代謝產生的 CO2 載入血液；在肺部，血紅素與 O2 結合後轉為氧合態，CO2 結合能力下降，促進 CO2 釋放至肺泡排出體外。

  • (D) Le Chatelier's principle：此選項錯誤。Le Chatelier's principle（勒沙特列原理）為化學平衡的基本原則，描述當一個處於平衡狀態的系統受到外力干擾時，系統會朝抵消該干擾的方向移動以重新建立平衡。雖然此原理可用於解釋許多化學反應的平衡移動，但它是通用的化學概念，在呼吸生理學中並不用於特指血紅素與 CO2 結合形成 carbaminohemoglobin 的現象。

答案解析

正確答案為 (C)。題目描述「血紅素氧飽和度低時，與 CO2 的結合率增加」，此現象精確對應 Haldane effect 的定義。記憶要訣：Bohr effect 是「CO2 影響 O2」（影響氧的釋放），Haldane effect 是「O2 影響 CO2」（影響碳的運輸）。去氧血紅素結構改變（酸性降低、構型改變）使其具有更高的 CO2 carbamino 結合容量（3.5 倍）與更強的 H+ 緩衝能力，整體使血液 CO2 運輸能力增加約一倍。

核心知識點

  1. Haldane effect：去氧血紅素的 CO2 carbamino 結合能力為氧合血紅素的 3.5 倍，使血液 CO2 運輸能力約增加一倍
  2. Bohr effect vs Haldane effect：Bohr 是 CO2/pH 影響 O2 親和力；Haldane 是 O2 飽和度影響 CO2 結合能力
  3. Hamburger phenomenon（chloride shift）：HCO3-/Cl- 跨紅血球膜交換，維持電中性
  4. Le Chatelier's principle：化學平衡原則，非專指呼吸生理的血紅素 CO2 結合現象

參考資料

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