<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Physiol.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Physiology</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Physiol.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">1664-042X</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fphys.2016.00482</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Physiology</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>The Bohr Effect Is Not a Likely Promoter of Renal Preglomerular Oxygen Shunting</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Olgac</surname> <given-names>Ufuk</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff2"><sup>2</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/361212/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>Kurtcuoglu</surname> <given-names>Vartan</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff2"><sup>2</sup></xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff3"><sup>3</sup></xref>
<xref ref-type="author-notes" rid="fn001"><sup>&#x0002A;</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/53160/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1"><sup>1</sup><institution>The Interface Group, Institute of Physiology, University of Zurich</institution> <country>Zurich, Switzerland</country></aff>
<aff id="aff2"><sup>2</sup><institution>National Center of Competence in Research, Kidney.CH</institution> <country>Zurich, Switzerland</country></aff>
<aff id="aff3"><sup>3</sup><institution>Zurich Center for Integrative Human Physiology, University of Zurich</institution> <country>Zurich, Switzerland</country></aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by"><p>Edited by: Timothy W. Secomb, University of Arizona, USA</p></fn>
<fn fn-type="edited-by"><p>Reviewed by: Daniel Goldman, University of Western Ontario, Canada; Brendan Fry, Metropolitan State University of Denver, USA</p></fn>
<fn fn-type="corresp" id="fn001"><p>&#x0002A;Correspondence: Vartan Kurtcuoglu <email>vartan.kurtcuoglu&#x00040;uzh.ch</email></p></fn>
<fn fn-type="other" id="fn002"><p>This article was submitted to Computational Physiology and Medicine, a section of the journal Frontiers in Physiology</p></fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>27</day>
<month>10</month>
<year>2016</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2016</year>
</pub-date>
<volume>7</volume>
<elocation-id>482</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>13</day>
<month>07</month>
<year>2016</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>07</day>
<month>10</month>
<year>2016</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x000A9; 2016 Olgac and Kurtcuoglu.</copyright-statement>
<copyright-year>2016</copyright-year>
<copyright-holder>Olgac and Kurtcuoglu</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"><p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) or licensor are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p></license>
</permissions>
<abstract>
<p>The aim of this study was to evaluate whether possible preglomerular arterial-to-venous oxygen shunting is affected by the interaction between renal preglomerular carbon dioxide and oxygen transport. We hypothesized that a reverse (venous-to-arterial) shunting of carbon dioxide will increase partial pressure of carbon dioxide and decrease pH in the arteries and thereby lead to increased oxygen offloading and consequent oxygen shunting. To test this hypothesis, we employed a segment-wise three-dimensional computational model of coupled renal oxygen and carbon dioxide transport, wherein coupling is achieved by shifting the oxygen-hemoglobin dissociation curve in dependence of local changes in partial pressure of carbon dioxide and pH. The model suggests that primarily due to the high buffering capacity of blood, there is only marginally increased acidity in the preglomerular vasculature compared to systemic arterial blood caused by carbon dioxide shunting. Furthermore, effects of carbon dioxide transport do not promote but rather impair preglomerular oxygen shunting, as the increase in acidity is higher in the veins compared to that in the arteries. We conclude that while substantial arterial-to-venous oxygen shunting might take place in the postglomerular vasculature, the net amount of oxygen shunted at the preglomerular vasculature appears to be marginal.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>renal oxygenation</kwd>
<kwd>oxygen shunting</kwd>
<kwd>carbon dioxide shunting</kwd>
<kwd>pH</kwd>
<kwd>Bohr effect</kwd>
</kwd-group>
<counts>
<fig-count count="6"/>
<table-count count="4"/>
<equation-count count="26"/>
<ref-count count="35"/>
<page-count count="14"/>
<word-count count="8865"/>
</counts>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="intro" id="s1">
<title>Introduction</title>
<p>Hypoxic conditions in the renal cortex or in the medulla may induce tissue damage and contribute to the pathogenesis of acute and chronic kidney diseases (Evans et al., <xref ref-type="bibr" rid="B14">2008</xref>). It is therefore essential to understand the mechanisms that are involved in the regulation of renal oxygenation. We have shown previously that preglomerular arterial-to-venous (AV) oxygen shunting&#x02014;a mechanism hypothesized to contribute to the regulation of renal oxygenation (Leong et al., <xref ref-type="bibr" rid="B21">2007</xref>; Evans et al., <xref ref-type="bibr" rid="B14">2008</xref>)&#x02014;is unlikely to be significant (Olgac and Kurtcuoglu, <xref ref-type="bibr" rid="B27">2015a</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B28">b</xref>). Since then the question has arisen whether substantial shunting may nevertheless exist, enabled by the influence of preglomerular carbon dioxide dynamics on oxygen transport. Here we hypothesize that reverse, venous-to-arterial (VA) shunting of carbon dioxide will increase arterial partial pressure of carbon dioxide, decrease pH, and thereby lead to augmented oxygen offloading through the Bohr effect (Kilmartin and Rossi-Bernardi, <xref ref-type="bibr" rid="B20">1973</xref>; Dash et al., <xref ref-type="bibr" rid="B9">2016</xref>) and consequent AV oxygen shunting.</p>
<p>Measurements of renal carbon dioxide partial pressure (P<sub>CO<sub>2</sub></sub>) and pH indicate a wide range of values in various structures of the kidney: In the proximal tubule, P<sub>CO<sub>2</sub></sub> was measured by Sohtell (<xref ref-type="bibr" rid="B31">1979</xref>) to be 60.6 mmHg, by DuBose et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B13">1979</xref>) 65 mmHg, by Maddox et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B22">1984</xref>) 57.1&#x02013;62.1 mmHg, and by De Mello Aires et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B11">1990</xref>) 35.5 mmHg. In stellate vessels, reported values are 33.7 mmHg (Sohtell, <xref ref-type="bibr" rid="B31">1979</xref>), 65 mmHg (DuBose et al., <xref ref-type="bibr" rid="B13">1979</xref>), 57.1 mmHg (Maddox et al., <xref ref-type="bibr" rid="B22">1984</xref>), and 38.9 mmHg (De Mello Aires et al., <xref ref-type="bibr" rid="B11">1990</xref>). pH of 6.7&#x02013;7.06 was measured by DuBose et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B13">1979</xref>) in the proximal tubule and of 7.27 in the stellate vessels. These values suggest that, depending on the location within the renal cortex, P<sub>CO<sub>2</sub></sub> and pH may vary. However, the extent of the deviation of P<sub>CO<sub>2</sub></sub> and pH from the values of systemic arterial blood is not well known. Similarly, reliable quantitative values of <italic>in vivo</italic> P<sub>CO<sub>2</sub></sub> and pH values inside red blood cells (RBCs) traversing the preglomerular vasculature are, to our knowledge, not obtainable experimentally. Since these data are necessary to test our hypothesis, a mathematical modeling approach is warranted.</p>
<p>Renal CO<sub>2</sub> trapping through a reverse shunting mechanism was previously hypothesized by Bidani et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B2">1984</xref>) to occur in the postglomerular vasculature and by Atherton et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B1">1988</xref>) and Schurek et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B30">1990</xref>) in the interlobular artery-vein pairs of the preglomerular vasculature. Schurek et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B30">1990</xref>) further hypothesized that such a mechanism enhances AV oxygen shunting through the Bohr effect. Here we tested this hypothesis incorporating the latest structural data by Ngo et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B26">2014</xref>) that account for the wrapping of veins around arteries in the preglomerular vasculature. To this end, we extended our previous computational model on renal oxygen transport (Olgac and Kurtcuoglu, <xref ref-type="bibr" rid="B27">2015a</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B28">b</xref>) to include carbon dioxide transport. We then coupled oxygen transport to carbon dioxide transport through a function describing the shift of the oxygen-hemoglobin dissociation curve with respect to the local P<sub>CO<sub>2</sub></sub> and pH as recently described by Dash et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B9">2016</xref>). The resulting computational model is capable of quantifying P<sub>O<sub>2</sub></sub>, P<sub>CO<sub>2</sub></sub> and pH as well as fluxes of O<sub>2</sub> and CO<sub>2</sub> through the vessel walls of wrapped and not-wrapped artery-vein pairs in the preglomerular vasculature. Computations of oxygen transport were performed with a Hill equation with constant P<sub>50</sub> as well as a variable P<sub>50</sub> in dependence of the local P<sub>CO<sub>2</sub></sub> and pH.</p>
</sec>
<sec sec-type="methods" id="s2">
<title>Methods</title>
<sec>
<title>Model domain</title>
<p>The three-dimensional (3D) model domain was previously described in Olgac and Kurtcuoglu (<xref ref-type="bibr" rid="B27">2015a</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B28">b</xref>). It consists of representative levels corresponding to 11 Strahler orders of the preglomerular vasculature. Each level contains wrapped and not-wrapped artery-vein pairs. The structural information for each level (artery radius, R<sub>a</sub>, vein radius, R<sub>v</sub>, number of wrapped and not-wrapped vessels, k<sub>w</sub> and k<sub>nw</sub>, respectively, lumen separation for wrapped and not-wrapped vessels, LS<sub>w</sub> and LS<sub>nw</sub>, respectively, and length of vessels, l) is given in Table <xref ref-type="table" rid="T1">1</xref>.</p>
<table-wrap position="float" id="T1">
<label>Table 1</label>
<caption><p><bold>Structural information at representative levels</bold>.</p></caption>
<table frame="hsides" rules="groups">
<thead><tr>
<th valign="top" align="left"><bold>Level</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>R<sub>v</sub>, &#x003BC;m</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>R<sub>a</sub>, &#x003BC;m</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>k<sub>nw</sub></bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>k<sub>w</sub></bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>l, mm</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>LS<sub>nw</sub>, &#x003BC;m</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>LS<sub>w</sub>, &#x003BC;m</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>&#x003C6;</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left">0</td>
<td valign="top" align="char" char=".">10.79</td>
<td valign="top" align="center">7.66</td>
<td valign="top" align="center">58,348</td>
<td valign="top" align="center">10,216</td>
<td valign="top" align="left">0.155</td>
<td valign="top" align="left">152.1</td>
<td valign="top" align="center">11.2</td>
<td valign="top" align="center">0.0518</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">1</td>
<td valign="top" align="char" char=".">14.72</td>
<td valign="top" align="center">10.2</td>
<td valign="top" align="center">17,755</td>
<td valign="top" align="center">12,804</td>
<td valign="top" align="left">0.248</td>
<td valign="top" align="left">112.7</td>
<td valign="top" align="center">10.6</td>
<td valign="top" align="center">0.0238</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">2</td>
<td valign="top" align="char" char=".">26.16</td>
<td valign="top" align="center">17</td>
<td valign="top" align="center">5379</td>
<td valign="top" align="center">3879</td>
<td valign="top" align="left">0.315</td>
<td valign="top" align="left">112.7</td>
<td valign="top" align="center">10.6</td>
<td valign="top" align="center">0.0115</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">3</td>
<td valign="top" align="char" char=".">40.13</td>
<td valign="top" align="center">24.5</td>
<td valign="top" align="center">1700</td>
<td valign="top" align="center">1226</td>
<td valign="top" align="left">0.625</td>
<td valign="top" align="left">112.7</td>
<td valign="top" align="center">10.6</td>
<td valign="top" align="center">0.0115</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">4</td>
<td valign="top" align="char" char=".">50.30</td>
<td valign="top" align="center">29.7</td>
<td valign="top" align="center">288</td>
<td valign="top" align="center">922</td>
<td valign="top" align="left">0.82</td>
<td valign="top" align="left">86.1</td>
<td valign="top" align="center">11.7</td>
<td valign="top" align="center">0.0123</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">5</td>
<td valign="top" align="char" char=".">69.22</td>
<td valign="top" align="center">38.8</td>
<td valign="top" align="center">99</td>
<td valign="top" align="center">319</td>
<td valign="top" align="left">1.05</td>
<td valign="top" align="left">86.1</td>
<td valign="top" align="center">11.7</td>
<td valign="top" align="center">0.0123</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">6</td>
<td valign="top" align="char" char=".">114.07</td>
<td valign="top" align="center">59.3</td>
<td valign="top" align="center">18</td>
<td valign="top" align="center">121</td>
<td valign="top" align="left">1.15</td>
<td valign="top" align="left">86.6</td>
<td valign="top" align="center">17.9</td>
<td valign="top" align="center">0.0099</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">7</td>
<td valign="top" align="char" char=".">177.04</td>
<td valign="top" align="center">85</td>
<td valign="top" align="center">5</td>
<td valign="top" align="center">33</td>
<td valign="top" align="left">1.7</td>
<td valign="top" align="left">86.6</td>
<td valign="top" align="center">17.9</td>
<td valign="top" align="center">0.0099</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">8</td>
<td valign="top" align="char" char=".">285.63</td>
<td valign="top" align="center">126</td>
<td valign="top" align="center">1</td>
<td valign="top" align="center">8</td>
<td valign="top" align="left">6.13</td>
<td valign="top" align="left">86.6</td>
<td valign="top" align="center">17.9</td>
<td valign="top" align="center">0.0055</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">9</td>
<td valign="top" align="char" char=".">428.05</td>
<td valign="top" align="center">171</td>
<td valign="top" align="center">1</td>
<td valign="top" align="center">3</td>
<td valign="top" align="left">3.09</td>
<td valign="top" align="left">86.6</td>
<td valign="top" align="center">17.9</td>
<td valign="top" align="center">0.0055</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">10</td>
<td valign="top" align="char" char=".">603.77</td>
<td valign="top" align="center">223</td>
<td valign="top" align="center">1</td>
<td valign="top" align="center">1</td>
<td valign="top" align="left">3.12</td>
<td valign="top" align="left">86.6</td>
<td valign="top" align="center">37.0</td>
<td valign="top" align="center">0.0055</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<table-wrap-foot>
<p><italic>R<sub>v</sub>, vein radius; R<sub>a</sub>, artery radius; k, no. of vessels; l, length of vessels; LS, lumen separation; &#x003C6;, fractional capillary volume; nw, not-wrapped vessels; w, wrapped vessels</italic>.</p>
</table-wrap-foot>
</table-wrap>
</sec>
<sec>
<title>Mathematical formulation</title>
<p>Two different sets of equations governing oxygen and carbon dioxide transport dynamics in the renal cortex are solved in the vessels and the tissue. The vessels are composed of a RBC-rich region in the core and a RBC-free region close to the walls. The thickness of the RBC-free region in vessels of each Strahler order is given by <inline-formula><mml:math id="M1"><mml:mo>&#x003B4;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;R&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>R</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>R</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula>, where R is the vessel radius in that order, and R<sub>RBC</sub> and t<sub>RBC</sub> are the radius (4 &#x003BC;m) and maximum half thickness (1.3 &#x003BC;m) of a RBC, respectively (Nair et al., <xref ref-type="bibr" rid="B24">1989</xref>). The plasma and RBC velocity profiles and the hematocrit profile in the RBC-rich region, u<sub>P</sub>(r), u<sub>RBC</sub>(r) and h(r), respectively, as well as the plasma velocity profile in the RBC-free region, <inline-formula><mml:math id="M2"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mtext>u</mml:mtext><mml:mtext>p</mml:mtext><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (r), are calculated as explained in Olgac and Kurtcuoglu (<xref ref-type="bibr" rid="B27">2015a</xref>) and set on the computational domain prior to solving the governing equations for oxygen and carbon dioxide transport.</p>
<sec>
<title>Oxygen transport</title>
<p>For the oxygen transport, we base our calculations on a derivative of our model presented in Olgac and Kurtcuoglu (<xref ref-type="bibr" rid="B27">2015a</xref>) where now the variability of P<sub>50</sub>, i.e., the half saturation oxygen partial pressure, is taken into account. Briefly, in the vessels, blood plasma, and RBCs are axially convected. The plasma carries dissolved oxygen and the RBCs carry dissolved and hemoglobin-bound oxygen. Radial diffusion of dissolved oxygen in the plasma is also accounted for. For a variable P<sub>50</sub>, in the RBC-rich region, P<sub>O<sub>2</sub></sub> is governed by</p>
<disp-formula id="E1"><label>(1)</label><mml:math id="M3"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>h</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>u</mml:mtext><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mtext>h</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>u</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>HbT</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>dS</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>dP</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x0200B;&#x0200B;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>h</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>u</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>HbT</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:mn>50</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>dS</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>dP</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:mn>50</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>r&#x02009;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where C<sub>HbT</sub>, <inline-formula><mml:math id="M4"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003B1;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>O</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M5"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003B1;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>O</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are the total heme group concentration in RBCs and the solubility of oxygen in plasma and inside the RBC, respectively (see Data Sheet <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM11">1</xref> in Supplementary Material for derivation). The permeability of oxygen in plasma is defined as <inline-formula><mml:math id="M6"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>O</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003B1;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>O</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>D</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>O</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math id="M7"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>D</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>O</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is the diffusion coefficient of oxygen in plasma. Note that the second term on the left hand side of Equation 1 vanishes for constant P<sub>50</sub>, recovering the original equation developed in Olgac and Kurtcuoglu (<xref ref-type="bibr" rid="B27">2015a</xref>). In the RBC-free region, plasma free oxygen concentration follows:</p>
<disp-formula id="E2"><label>(2)</label><mml:math id="M8"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msub><mml:msubsup><mml:mtext>u</mml:mtext><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>The tissue, together with its capillary vessels, is considered a homogeneous structure in which perfusion and consumption are uniform and dependent on the fractional capillary volume, &#x003C6;. Both diffusion of free oxygen and advection of free and hemoglobin-bound oxygen along the capillaries are taken into account. The homogeneous tissue oxygen partial pressure, P<sub>O<sub>2</sub></sub>, is governed by Salathe (<xref ref-type="bibr" rid="B29">1982</xref>) and Olgac and Kurtcuoglu (<xref ref-type="bibr" rid="B27">2015a</xref>):</p>
<disp-formula id="E3"><label>(3)</label><mml:math id="M9"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mtext>u</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>H</mml:mtext><mml:mtext>c</mml:mtext></mml:msub><mml:msub><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>HbT</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>dS</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>dP</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mtext>M</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mtext>M</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mtext>c</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where u, <inline-formula><mml:math id="M10"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003B1;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>O</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, H<sub>c</sub>, <inline-formula><mml:math id="M11"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>O</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M12"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>c</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>O</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are the advection velocity of oxygen in capillaries, solubility of oxygen in the tissue, hematocrit in the capillaries, oxygen consumption rate in the tissue and capillary source/sink term, respectively. The permeability of oxygen in tissue is defined such that <inline-formula><mml:math id="M13"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>O</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003B1;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>O</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>D</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>O</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math id="M14"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>D</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>O</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is the diffusion coefficient of oxygen in tissue. Details on how the capillary source/sink term is treated are given in Olgac and Kurtcuoglu (<xref ref-type="bibr" rid="B27">2015a</xref>). Advection of oxygen in capillaries is only considered in the tissue between the not-wrapped pairs, since the tissue between the wrapped artery-vein pairs is free of capillaries (Ngo et al., <xref ref-type="bibr" rid="B26">2014</xref>).</p>
<p>In Equations (1&#x02013;3), S<sub>O<sub>2</sub></sub> is the saturation of hemoglobin with oxygen, which is represented by the Hill equation (Clark et al., <xref ref-type="bibr" rid="B6">1985</xref>):</p>
<disp-formula id="E4"><label>(4)</label><mml:math id="M15"><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>S</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:mn>50</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>n</mml:mtext></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:mn>50</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>n</mml:mtext></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where n is an empirical constant. Its derivative with respect to P<sub>O<sub>2</sub></sub> in Equations (1&#x02013;3) is given by Olgac and Kurtcuoglu (<xref ref-type="bibr" rid="B27">2015a</xref>):</p>
<disp-formula id="E5"><label>(5)</label><mml:math id="M16"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>dS</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>dP</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtext>n</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:mn>50</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>n</mml:mtext></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:mn>50</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mtext>n</mml:mtext></mml:msup><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Equations (1&#x02013;3) are solved either with a constant P<sub>50</sub> (as was done in (Olgac and Kurtcuoglu, <xref ref-type="bibr" rid="B27">2015a</xref>)) or with a variable P<sub>50</sub> that is dependent on local P<sub>CO<sub>2</sub></sub> and pH. P<sub>50</sub> is varied with respect to local P<sub>CO<sub>2</sub></sub> and pH according to Dash et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B9">2016</xref>):</p>
<disp-formula id="E6"><label>(6a)</label><mml:math id="M17"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:mn>50</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mtext>pH</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:mn>50</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mn>25</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>535</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>pH&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>pH</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>646</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>pH&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>pH</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mn>1.764</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtext>pH&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>pH</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E7"><label>(6b)</label><mml:math id="M18"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:mn>50</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:mn>50</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>1273</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>1</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>083</mml:mn><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E8"><label>(6c)</label><mml:math id="M19"><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:mn>50</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:mn>50</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:mn>50</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mtext>pH</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:mn>50</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:mn>50</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:mn>50</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where P<sub>50, &#x00394;pH</sub> and P<sub>50, &#x00394;CO<sub>2</sub></sub> represent the shifts in P<sub>50</sub> with respect to pH and P<sub>CO<sub>2</sub></sub>, respectively, and standard physiological values are denoted with &#x0201C;S,&#x0201D; for which P<sub>50, S</sub> &#x0003D; 26.8 mmHg, pH<sub>S</sub> &#x0003D; 7.24 and P<sub>CO<sub>2</sub>, S</sub> &#x0003D; 40 mmHg (Dash et al., <xref ref-type="bibr" rid="B9">2016</xref>). Oxygen-hemoglobin dissociation curves under these physiological reference conditions as well as under exemplary acidic and basic conditions are shown in Figure <xref ref-type="fig" rid="F1">1</xref>.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>Figure 1</label>
<caption><p><bold>The effects of P<sub><bold>CO</bold><sub><bold>2</bold></sub></sub> and pH on oxygen-hemoglobin dissociation curve represented by S<sub><bold>O</bold><sub><bold>2</bold></sub></sub> according to Equations (4) and (6)</bold>. The solid curve in the middle represents standard physiological conditions with P<sub>CO<sub>2</sub></sub> &#x0003D; 40 mmHg, pH<sub>RBC</sub> &#x0003D; 7.24 and P<sub>50</sub> &#x0003D; 26.8 mmHg, whereas the curves above and below represent examples of basic and acidic conditions, respectively. For these conditions, P<sub>50</sub> is altered with respect to P<sub>CO<sub>2</sub></sub> and pH by Equation (6a&#x02013;c).</p></caption>
<graphic xlink:href="fphys-07-00482-g0001.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec>
<title>Carbon dioxide transport</title>
<p>For the carbon dioxide transport, we base our calculations on a modified version of the model presented by Huang and Hellums (<xref ref-type="bibr" rid="B17">1994</xref>), accounting, next to oxygen, also for the following seven species: CO<sub>2</sub>, <inline-formula><mml:math id="M20"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M21"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M22"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>Cl</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M23"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M24"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M25"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>Cl</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, namely carbon dioxide as well as hydrogen, bicarbonate and chloride ions in RBC and in plasma, respectively (see Figure <xref ref-type="fig" rid="F2">2</xref>). In RBCs, we assume chemical equilibrium for the carbon dioxide hydration/dehydration reaction, whereas in plasma we take the reaction term explicitly into account. We present below the seven governing equations for these species in the RBC-rich region and refer the reader to the Data Sheet <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM11">1</xref> in Supplementary Material for their detailed derivation:</p>
<disp-formula id="E9"><label>(7)</label><mml:math id="M26"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x003B1;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;h</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>u</mml:mtext><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mo>&#x003B1;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mtext>h</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>u</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mo>&#x003B1;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mtext>h</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>u</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>HbCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mo>&#x003B1;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mtext>h</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>u</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mtext>K</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>&#x02032;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mtext>f</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>water</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext>H</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn>303</mml:mn><mml:mtext>C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mo>&#x003B2;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mo>&#x003B1;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;h</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mtext>R</mml:mtext><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x2009;h</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>J</mml:mtext><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mtext>s</mml:mtext><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E10"><label>(8)</label><mml:math id="M27"><mml:msubsup><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mi>log</mml:mi><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext>H</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;b&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E11"><label>(9)</label><mml:math id="M28"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>log</mml:mi><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext>H</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;b&#x02009;</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext>H</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msup><mml:mtext>K</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>&#x02032;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mtext>f</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>water</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E12"><label>(10)</label><mml:math id="M29"><mml:mrow><mml:mtext>h</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>u</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>Cl</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;h</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>J</mml:mtext><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mtext>s</mml:mtext><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E13"><label>(11)</label><mml:math id="M30"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>h</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>u</mml:mtext><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>Cl</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>Cl</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>Cl</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;+&#x02009;h</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>J</mml:mtext><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mtext>s</mml:mtext><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E14"><label>(12)</label><mml:math id="M31"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>h</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>u</mml:mtext><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext>H</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext>H</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext>H</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn>303</mml:mn><mml:mtext>C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext>H</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>h</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mtext>R</mml:mtext><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E15"><label>(13)</label><mml:math id="M32"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>h</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>u</mml:mtext><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>h</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mtext>R</mml:mtext><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;h</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>J</mml:mtext><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mtext>s</mml:mtext><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M33"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003B1;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M34"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003B1;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are the solubility of carbon dioxide in plasma and inside the RBC, respectively. K&#x02032;<sup>RBC</sup> and f<sub>water</sub> are the apparent dissociation constant for H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> inside RBC and water fraction of RBC volume, respectively. &#x003B2;<sub>P</sub> and &#x003B2;<sub>RBC</sub> are the buffering capacity in plasma and in RBC, respectively. Finally, <inline-formula><mml:math id="M35"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the surface to volume ratio of an RBC. Equation (8) represents the normal non-<inline-formula><mml:math id="M36"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> titration line in the Davenport diagram with buffering capacity &#x003B2;<sub>RBC</sub> as slope and b as a constant, which is calculated based on systemic arterial blood values of <inline-formula><mml:math id="M37"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>52</mml:mn><mml:mtext>mM</mml:mtext></mml:math></inline-formula> and pH<sub>RBC</sub> &#x0003D; 7.24 (Davenport, <xref ref-type="bibr" rid="B10">1958</xref>; Boron and Boulpaep, <xref ref-type="bibr" rid="B3">2012</xref>). The permeability of carbon dioxide in plasma is defined as <inline-formula><mml:math id="M38"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003B1;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>D</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math id="M39"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>D</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is the diffusion coefficient of carbon dioxide in plasma, whereas <inline-formula><mml:math id="M40"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>D</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>Cl</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M41"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>D</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M42"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>D</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are the diffusion coefficients of chloride, hydrogen and bicarbonate ions, respectively. <inline-formula><mml:math id="M43"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>R</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M44"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>J</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are the bicarbonate formation rate in plasma and the anion transporter flux through the RBC membrane (see Data Sheet <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM11">1</xref> in Supplementary Material for their calculation). In the RBC-free region, plasma carbon dioxide, hydrogen ion, bicarbonate ion and chloride ion concentration follow, respectively:</p>
<disp-formula id="E16"><label>(14)</label><mml:math id="M45"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mtext>u</mml:mtext><mml:mtext>p</mml:mtext><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mtext>R</mml:mtext><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E17"><label>(15)</label><mml:math id="M46"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mtext>u</mml:mtext><mml:mtext>p</mml:mtext><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext>H</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext>H</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext>H</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn>303</mml:mn><mml:mtext>C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext>H</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mtext>R</mml:mtext><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E18"><label>(16)</label><mml:math id="M47"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mtext>u</mml:mtext><mml:mtext>p</mml:mtext><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mtext>R</mml:mtext><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E19"><label>(17)</label><mml:math id="M48"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mtext>u</mml:mtext><mml:mtext>p</mml:mtext><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>Cl</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>Cl</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>r</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>Cl</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<fig id="F2" position="float">
<label>Figure 2</label>
<caption><p><bold>Schematic representation of oxygen and carbon dioxide transport dynamics in the proximal tubule, proximal tubular cell and an arteriole (modified from Bidani et al., <xref ref-type="bibr" rid="B2">1984</xref>; DuBose and Bidani, <xref ref-type="bibr" rid="B12">1988</xref>; Huang and Hellums, <xref ref-type="bibr" rid="B17">1994</xref>)</bold>. The represented dynamics in the arteriole is also valid in the vessels of the preglomerular vasculature. In the vessels, CO<sub>2</sub> is carried as CO<sub>2</sub> in plasma and RBC (8%), <inline-formula><mml:math id="M56"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> in plasma and RBC (81%) and hemoglobin bound CO<sub>2</sub> (11%) (Huang and Hellums, <xref ref-type="bibr" rid="B17">1994</xref>). The CO<sub>2</sub> hydration reaction in plasma is relatively slow, whereas in RBCs it is very fast due to the presence of carbonic anhydrase (CA). The anion transporter on the RBC membrane acts to exchange <inline-formula><mml:math id="M57"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and Cl<sup>&#x02212;</sup> between plasma and RBC. To solve for carbon dioxide transport in vessels, seven species, i.e., CO<sub>2</sub>, <inline-formula><mml:math id="M58"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M59"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M60"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>Cl</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M61"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M62"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M63"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>Cl</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, and their interactions need to be considered. In the proximal tubular cell, oxygen is consumed (<inline-formula><mml:math id="M64"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>O</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>) and carbon dioxide is produced (<inline-formula><mml:math id="M65"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>). CO<sub>2</sub> is rapidly turned into H<sup>&#x0002B;</sup> and <inline-formula><mml:math id="M66"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> (due to carbonic anhydrase), for which the H<sup>&#x0002B;</sup> is transported into the tubule to reabsorb the tubular <inline-formula><mml:math id="M67"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> in CO<sub>2</sub> form. This cyclic mechanism functions to reabsorb the tubular bicarbonate as well as to generate bicarbonate that is transported back to the systemic blood (in opposition to proton excretion into the urine, which is buffered by phosphate, creatinine, urate, etc) to preserve acid&#x02014;base homeostasis of the blood. The CO<sub>2</sub> production in the proximal tubular cell is transported into the arterioles in CO<sub>2</sub> and <inline-formula><mml:math id="M68"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> form, for which the ratio is unknown.</p></caption>
<graphic xlink:href="fphys-07-00482-g0002.tif"/>
</fig>
<p>The vessel walls are assumed impermeable to hydrogen, bicarbonate and chloride ions, since these require active transport, which is not considered significant in the preglomerular vasculature. Consequently, in the tissue, only carbon dioxide diffusion is considered. The tissue carbon dioxide partial pressure, P<sub>CO<sub>2</sub></sub>, is governed by:</p>
<disp-formula id="E20"><label>(18)</label><mml:math id="M49"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mtext>M</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mtext>M</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>c</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M50"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003B1;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is the solubility of carbon dioxide in tissue. The permeability of carbon dioxide in tissue is defined as <inline-formula><mml:math id="M51"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003B1;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>D</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math id="M52"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>D</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is the diffusion coefficient of carbon dioxide in tissue. <inline-formula><mml:math id="M53"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>and&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>c</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are the metabolic carbon dioxide production rate in the tissue and capillary carbon dioxide source/sink term, respectively. Here we assume that all CO<sub>2</sub> produced in the tissue is taken up by the capillaries, i.e., <inline-formula><mml:math id="M54"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>c</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> &#x0003D; <inline-formula><mml:math id="M55"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, as explained in the next section. All parameters related to oxygen and carbon dioxide transport dynamics are given in Table <xref ref-type="table" rid="T2">2</xref>.</p>
<table-wrap position="float" id="T2">
<label>Table 2</label>
<caption><p><bold>Parameters used in the study</bold>.</p></caption>
<table frame="hsides" rules="groups">
<thead><tr>
<th valign="top" align="left"><bold>Parameter</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Value</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>References</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left">C<sub>HbT</sub></td>
<td valign="top" align="left">19.01 mol/m<sup>3</sup></td>
<td valign="top" align="left">Present study</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M136"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>Cl</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>-</mml:mtext></mml:msup></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">1.29 &#x000B7; 10<sup>&#x02212;9</sup> m<sup>2</sup>/s</td>
<td valign="top" align="left">Huang and Hellums, <xref ref-type="bibr" rid="B17">1994</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M137"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">1.76 &#x000B7; 10<sup>&#x02212;9</sup> m<sup>2</sup>/s</td>
<td valign="top" align="left">Huang and Hellums, <xref ref-type="bibr" rid="B17">1994</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M138"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">1.76 &#x000B7; 10<sup>&#x02212;9</sup> m<sup>2</sup>/s</td>
<td valign="top" align="left">Huang and Hellums, <xref ref-type="bibr" rid="B17">1994</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M139"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext>H</mml:mtext><mml:mtext>+</mml:mtext></mml:msup></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">9.52 &#x000B7; 10<sup>&#x02212;9</sup> m<sup>2</sup>/s</td>
<td valign="top" align="left">Huang and Hellums, <xref ref-type="bibr" rid="B17">1994</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M140"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mtext>-</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula><sub>3</sub></td>
<td valign="top" align="left">1.25 &#x000B7; 10<sup>&#x02212;9</sup> m<sup>2</sup>/s</td>
<td valign="top" align="left">Huang and Hellums, <xref ref-type="bibr" rid="B17">1994</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M141"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">2.75 &#x000B7; 10<sup>&#x02212;9</sup> m<sup>2</sup>/s</td>
<td valign="top" align="left">Nair et al., <xref ref-type="bibr" rid="B24">1989</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B25">1990</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M142"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">2.41 &#x000B7; 10<sup>&#x02212;9</sup> m<sup>2</sup>/s</td>
<td valign="top" align="left">Vadapalli et al., <xref ref-type="bibr" rid="B32">2002</xref>; Moschandreou et al., <xref ref-type="bibr" rid="B23">2011</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">f<sub>water</sub></td>
<td valign="top" align="left">0.72</td>
<td valign="top" align="left">Huang and Hellums, <xref ref-type="bibr" rid="B17">1994</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">K<sub>DPG</sub></td>
<td valign="top" align="left">1.0 mM<sup>&#x02212;1</sup></td>
<td valign="top" align="left">Huang and Hellums, <xref ref-type="bibr" rid="B17">1994</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">K&#x02032;, <sup>RBC</sup></td>
<td valign="top" align="left">5.01 &#x000B7; 10<sup>&#x02212;7</sup> M</td>
<td valign="top" align="left">Huang, <xref ref-type="bibr" rid="B16">1991</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M143"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mtext>k</mml:mtext><mml:mtext>u</mml:mtext><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">0.134 s</td>
<td valign="top" align="left">Huang, <xref ref-type="bibr" rid="B16">1991</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M144"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mtext>k</mml:mtext><mml:mtext>v</mml:mtext><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">57.5 s</td>
<td valign="top" align="left">Huang, <xref ref-type="bibr" rid="B16">1991</xref>)</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M145"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mtext>K</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">3.5 &#x000B7; 10<sup>&#x02212;4</sup> M</td>
<td valign="top" align="left">Huang, <xref ref-type="bibr" rid="B16">1991</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">k<sub>trans</sub></td>
<td valign="top" align="left">5.0 &#x000B7; 10<sup>4</sup> s</td>
<td valign="top" align="left">Huang and Hellums, <xref ref-type="bibr" rid="B17">1994</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">K<sub>A</sub></td>
<td valign="top" align="left">0.2 mM<sup>&#x02212;1</sup></td>
<td valign="top" align="left">Huang and Hellums, <xref ref-type="bibr" rid="B17">1994</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">R<sub>RBC</sub></td>
<td valign="top" align="left">4 &#x003BC;m</td>
<td valign="top" align="left">Nair et al., <xref ref-type="bibr" rid="B24">1989</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">t<sub>RBC</sub></td>
<td valign="top" align="left">1.3 &#x003BC;m</td>
<td valign="top" align="left">Nair et al., <xref ref-type="bibr" rid="B24">1989</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">T<sub>tot</sub></td>
<td valign="top" align="left">1.0 &#x000B7; 10<sup>6</sup></td>
<td valign="top" align="left">Huang and Hellums, <xref ref-type="bibr" rid="B17">1994</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">s<sub>RBC</sub></td>
<td valign="top" align="left">163 &#x000B7; 10<sup>&#x02212;12</sup> m<sup>2</sup></td>
<td valign="top" align="left">Huang and Hellums, <xref ref-type="bibr" rid="B17">1994</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M69"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">1.87 &#x003BC;m<sup>&#x02212;1</sup></td>
<td valign="top" align="left">Huang and Hellums, <xref ref-type="bibr" rid="B17">1994</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">u</td>
<td valign="top" align="left">1.85 mm/s</td>
<td valign="top" align="left">Jeong et al., <xref ref-type="bibr" rid="B19">2006</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M146"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">1.10 &#x003BC;M/mmHg</td>
<td valign="top" align="left">Christoforides et al., <xref ref-type="bibr" rid="B5">1969</xref>; Vadapalli et al., <xref ref-type="bibr" rid="B32">2002</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M147"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">1.33 &#x003BC;M/mmHg</td>
<td valign="top" align="left">Nair et al., <xref ref-type="bibr" rid="B25">1990</xref>; Vadapalli et al., <xref ref-type="bibr" rid="B32">2002</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M148"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">1.53 &#x003BC;M/mmHg</td>
<td valign="top" align="left">Vadapalli et al., <xref ref-type="bibr" rid="B32">2002</xref>; Moschandreou et al., <xref ref-type="bibr" rid="B23">2011</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M149"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">30.3 &#x003BC;M/mmHg</td>
<td valign="top" align="left">Huang and Hellums, <xref ref-type="bibr" rid="B17">1994</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M150"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">26 &#x003BC;M/mmHg</td>
<td valign="top" align="left">Huang and Hellums, <xref ref-type="bibr" rid="B17">1994</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M151"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">30.3 &#x003BC;M/mmHg</td>
<td valign="top" align="left">Huang and Hellums, <xref ref-type="bibr" rid="B17">1994</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B2;<sub>RBC</sub></td>
<td valign="top" align="left">60 mM H<sup>&#x0002B;</sup>/pH</td>
<td valign="top" align="left">Huang and Hellums, <xref ref-type="bibr" rid="B17">1994</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B2;<sub>P</sub></td>
<td valign="top" align="left">5.77 mM H<sup>&#x0002B;</sup>/pH</td>
<td valign="top" align="left">Huang and Hellums, <xref ref-type="bibr" rid="B17">1994</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003BB;<sub>&#x003B1;</sub></td>
<td valign="top" align="left">0.65 mM<sup>&#x02212;1</sup></td>
<td valign="top" align="left">Huang and Hellums, <xref ref-type="bibr" rid="B17">1994</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003BB;<sub>&#x003B2;</sub></td>
<td valign="top" align="left">0.24 mM<sup>&#x02212;1</sup></td>
<td valign="top" align="left">Huang and Hellums, <xref ref-type="bibr" rid="B17">1994</xref></td>
</tr>
</tbody>
</table>
<table-wrap-foot>
<p><italic>C<sub>HbT</sub>, total heme group concentration; <inline-formula><mml:math id="M70"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M71"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textit" mathvariant="italic">2</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M72"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M73"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textit" mathvariant="italic">3</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M74"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textit" mathvariant="italic">2</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, diffusion coefficients of chloride ion, carbon dioxide, hydrogen ion, bicarbonate ion, and oxygen in plasma, respectively; <inline-formula><mml:math id="M75"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textit" mathvariant="italic">2</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M76"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textit" mathvariant="italic">2</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, diffusion coefficients of carbon dioxide, and oxygen in tissue, respectively; f<sub>water</sub>, water fraction of total RBC volume; K<sub>DPG</sub>, association constant for DPG and hemoglobin; K&#x02032;<sup>, RBC</sup>, apparent dissociation constant for H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> in RBC; <inline-formula><mml:math id="M77"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M78"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M79"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, CO<sub>2</sub> hydration reaction rate, H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> dehydration rate constant and first dissociation constant for H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> in plasma, respectively; k<sub>trans</sub> and K<sub>A</sub>, translocation and equilibrium association rate constants, respectively; R<sub>RBC</sub>, radius of RBC disk; t<sub>RBC</sub>, maximum half thickness of RBC; T<sub>tot</sub>, total number of anion transporters on RBC membrane; s<sub>RBC</sub> and v<sub>RBC</sub>, surface area and volume of RBC; u, oxygen advection velocity in capillaries; <inline-formula><mml:math id="M80"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003B1;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textit" mathvariant="italic">2</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M81"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003B1;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textit" mathvariant="italic">2</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M82"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003B1;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textit" mathvariant="italic">2</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, solubility of oxygen in plasma, RBC and tissue, respectively; <inline-formula><mml:math id="M83"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003B1;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textit" mathvariant="italic">2</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M84"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003B1;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textit" mathvariant="italic">2</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M85"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003B1;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textit" mathvariant="italic">2</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, solubility of carbon dioxide in plasma, RBC and tissue, respectively; &#x003B2;<sub>RBC</sub> and &#x003B2;<sub>P</sub>, buffering capacity in RBC and in plasma, respectively; &#x003BB;<sub>&#x003B1;</sub> and &#x003BB;<sub>&#x003B2;</sub>, association constant for CO<sub>2</sub> binding to the &#x003B1;- and &#x003B2;-chains of hemoglobin</italic>.</p>
</table-wrap-foot>
</table-wrap>
</sec>
</sec>
<sec>
<title>Computational implementation</title>
<p>Initially, the advection path of oxygen along capillaries, the hematocrit profile and the plasma and RBC velocity profiles are determined as described in Olgac and Kurtcuoglu (<xref ref-type="bibr" rid="B27">2015a</xref>) and set on the 3D computational domain. With all flow fields set, Equations (7)&#x02013;(17) are solved inside the vessels while Equation (18) is solved in the tissue for carbon dioxide transport. The solutions of these two sets of equations are determined concurrently in the 3D computational domain. Once the solutions have been obtained, Equations (1)&#x02013;(3) are solved in the same 3D domain for oxygen transport either with a constant P<sub>50</sub> or with a variable P<sub>50</sub> that is dependent on the local P<sub>CO<sub>2</sub></sub> and pH. The computations are performed in a time-dependent manner using the Euler method for time discretization. The computations are terminated when steady-state is reached, i.e., when temporal changes in the P<sub>CO<sub>2</sub></sub> and pH profiles (for carbon dioxide transport calculations) and in the P<sub>O<sub>2</sub></sub> profile (for oxygen transport calculations) at each representative level become negligible. A first order upwind scheme and a second order Gaussian integration scheme with harmonic interpolation for oxygen and carbon dioxide permeability are used for the spatial discretization of divergence and Laplacian terms, respectively. The resulting algebraic system is solved using a pre-conditioned bi-conjugate gradient solver (Ferzinger and Peri&#x000E6;, <xref ref-type="bibr" rid="B15">1998</xref>) in Foam-extend-3.1 (Weller et al., <xref ref-type="bibr" rid="B35">1998</xref>; Jasak et al., <xref ref-type="bibr" rid="B18">2007</xref>). The solution is determined on all representative levels simultaneously. Independence of the reported results from the employed spatial discretization was confirmed as detailed in the Data Sheet <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM11">1</xref> in Supplementary Material.</p>
<sec>
<title>Boundary conditions</title>
<p>P<sub>O<sub>2</sub></sub> at the inlet of the renal artery is fixed to P<sub>O<sub>2</sub>, RA</sub>. For carbon dioxide transport, at the renal artery inlet, chemical equilibrium of the carbon dioxide hydration/dehydration reaction both in RBC as well as in plasma (<inline-formula><mml:math id="M86"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>R</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>inlet</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>a</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>) and zero flux of bicarbonate and chloride ions over the RBC membrane (<inline-formula><mml:math id="M87"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>J</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>inlet</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;a</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>) are assumed, since the renal artery receives fresh systemic blood from the aorta. The inlet boundary condition (BC) values based on systemic arterial blood are listed in Table <xref ref-type="table" rid="T3">3</xref>.</p>
<table-wrap position="float" id="T3">
<label>Table 3</label>
<caption><p><bold>Renal artery inlet boundary condition values</bold>.</p></caption>
<table frame="hsides" rules="groups">
<thead><tr>
<th valign="top" align="left"><bold>Parameter</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Value</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>References</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left">P<sub>CO<sub>2</sub></sub></td>
<td valign="top" align="left">40 mmHg</td>
<td valign="top" align="left">Dash et al., <xref ref-type="bibr" rid="B9">2016</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">pH<sub>RBC</sub></td>
<td valign="top" align="left">7.24</td>
<td valign="top" align="left">Dash et al., <xref ref-type="bibr" rid="B9">2016</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M152"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mtext>-</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">6.52 mM</td>
<td valign="top" align="left">Present study</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M153"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>Cl</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>-</mml:mtext></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">26.37 mM</td>
<td valign="top" align="left">Present study</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">pH<sub>P</sub></td>
<td valign="top" align="left">7.4</td>
<td valign="top" align="left">Dash et al., <xref ref-type="bibr" rid="B9">2016</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M154"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mtext>-</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">24.72 mM</td>
<td valign="top" align="left">Present study</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M155"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>Cl</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>-</mml:mtext></mml:msup></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">100 mM</td>
<td valign="top" align="left">Present study</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">P<sub>O<sub>2</sub></sub></td>
<td valign="top" align="left">79 mmHg</td>
<td valign="top" align="left">Welch et al., <xref ref-type="bibr" rid="B34">2001</xref></td>
</tr>
</tbody>
</table>
<table-wrap-foot>
<p><italic>P<sub>CO<sub>2</sub></sub>, carbon dioxide partial pressure; P<sub>O<sub>2</sub></sub>, oxygen partial pressure; pH<sub>RBC</sub>, pH in RBC; pH<sub>P</sub>, pH in plasma; <inline-formula><mml:math id="M88"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textit" mathvariant="italic">3</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, bicarbonate ion concentration in RBC; <inline-formula><mml:math id="M89"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, chloride ion concentration in RBC; <inline-formula><mml:math id="M90"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textit" mathvariant="italic">3</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, bicarbonate ion concentration in plasma; <inline-formula><mml:math id="M91"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, chloride ion concentration in plasma. <inline-formula><mml:math id="M92"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textit" mathvariant="italic">3</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M93"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textit" mathvariant="italic">3</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are calculated from chemical equilibrium with P<sub>CO<sub>2</sub></sub> &#x0003D; 40 mmHg, pH<sub>RBC</sub> &#x0003D; 7.24 and pH<sub>P</sub> = 7.4. <inline-formula><mml:math id="M94"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is set to a standard value and <inline-formula><mml:math id="M95"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is specified such that <inline-formula><mml:math id="M96"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textit" mathvariant="italic">3</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, i.e., <inline-formula><mml:math id="M97"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textit" mathvariant="italic">3</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textit" mathvariant="italic">3</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>. The exact values of <inline-formula><mml:math id="M98"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M99"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are not important, but their ratio is, as it determines the driving force for transmembrane transport. Chloride ions are not involved in any other reaction but the exchange of chloride with bicarbonate ions over the RBC membrane (Huang, <xref ref-type="bibr" rid="B16">1991</xref>)</italic>.</p>
</table-wrap-foot>
</table-wrap>
<p>For the rest of the inlet BCs, at each representative level throughout the computations, partial pressure of oxygen at the inlet, P<sub>O<sub>2</sub>, inlet, i</sub>, is specified such that the oxygen delivery D<sub>O<sub>2</sub>, inlet, i</sub> (see Data Sheet <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM11">1</xref> in Supplementary Material for calculation) matches the delivery at the outlet of the previous level:</p>
<disp-formula id="E21"><label>(19)</label><mml:math id="M100"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>inlet</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>a</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>outlet</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>a</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x02009;for&#x02009;arteries</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>inlet</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>v</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>outlet</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>v</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x02009;for&#x02009;veins</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>For carbon dioxide transport, at each representative level throughout the computational domain, partial pressure of carbon dioxide at the inlet, P<sub>CO<sub>2</sub>, inlet, i</sub>, hydrogen ion concentration in RBC at the inlet, <inline-formula><mml:math id="M101"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>inlet</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, and bicarbonate ion concentration in RBC at the inlet, <inline-formula><mml:math id="M102"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>inlet</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, are specified such that a new chemical equilibrium is established in RBC at the inlet, with carbon dioxide delivery D<sub>CO<sub>2</sub>, inlet, i</sub> matching the delivery at the outlet of the previous level:</p>
<disp-formula id="E22"><label>(20)</label><mml:math id="M103"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>inlet</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>a</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>outlet</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>a</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x02009;for&#x02009;arteries</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>inlet</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>v</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>outlet</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>v</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x02009;for&#x02009;veins</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where D<sub>CO<sub>2</sub>, inlet, i</sub> is the sum of deliveries of CO<sub>2</sub> in plasma and RBC, hemoglobin-bound CO<sub>2</sub> and <inline-formula><mml:math id="M104"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> in RBC (see Data Sheet <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM11">1</xref> in Supplementary Material for calculation).</p>
<p>The remaining boundary conditions, i.e., concentration of chloride ion in RBC at the inlet, <inline-formula><mml:math id="M105"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>Cl</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>inlet</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>RBC</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, concentration of hydrogen ion in plasma at the inlet, <inline-formula><mml:math id="M106"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>inlet</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, concentration of bicarbonate ion in plasma at the inlet, <inline-formula><mml:math id="M107"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>inlet</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, and concentration of chloride ion in plasma at the inlet, <inline-formula><mml:math id="M108"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>C</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>Cl</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>inlet</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, are specified such that the delivery D<sub>inlet, i</sub> of the respective species (see Data Sheet <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM11">1</xref> in Supplementary Material for calculation) matches the delivery at the outlet of the previous level:</p>
<disp-formula id="E23"><label>(21)</label><mml:math id="M109"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>inlet</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>a</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>outlet</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>a</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x02009;for&#x02009;arteries</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>inlet</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>v</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>outlet</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>v</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x02009;for&#x02009;veins</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The venous return P<sub>O<sub>2</sub>, inlet, v, 0</sub> is specified such that:</p>
<disp-formula id="E24"><label>(22)</label><mml:math id="M110"><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>inlet</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>v</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>outlet</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>a</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mtext>V</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>J</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>c</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M111"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>O</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and J<sub>O<sub>2</sub>, c</sub> are the medullary oxygen consumption rate and the flux of oxygen between the capillaries and the cortical tissue, respectively.</p>
<p>To set the boundary conditions on the venous return for carbon dioxide transport, we consider the CO<sub>2</sub> transport dynamics in the vicinity of a proximal tubular cell as shown in Figure <xref ref-type="fig" rid="F2">2</xref>. Here we assume that all cortical CO<sub>2</sub> production is due to active transport by the tubules, as the contribution of basal metabolism is small [3&#x02013;18% in the mammalian kidney (Cohen and Kamm, <xref ref-type="bibr" rid="B7">1981</xref>)]. We therefore further assume that all of the CO<sub>2</sub> produced in the cortex is taken up by the nearby capillaries and transported to the venous return (thus does not diffuse into arterioles in the vicinity), where CO<sub>2</sub> produced in the medulla is added as well. The bicarbonate generation rate required to preserve acid-base homeostasis of the blood is approximately 1 mmol/kg body weight (Boron and Boulpaep, <xref ref-type="bibr" rid="B3">2012</xref>), or 0.19 &#x003BC;mol/min for a Wistar Kyoto (WKY) rat. We neglect this bicarbonate generation, as its rate is much smaller than the overall carbon dioxide production rate (see Table <xref ref-type="table" rid="T4">4</xref>). CO<sub>2</sub> produced by the proximal tubular cell is transported into the nearby capillaries in both CO<sub>2</sub> and bicarbonate form, for which the ratio is unknown. Their ratio on the venous return is also unknown since they are subject to further reactions on the path from the capillaries to the venous return. We therefore consider two extreme conditions on the venous return and assume that the real state lies somewhere between these two conditions (see Data Sheet <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM11">1</xref> in Supplementary Material for details):</p>
<p><italic>Condition 1</italic>: Balanced CO<sub>2</sub> distribution on the venous return. This condition assumes that the total renal CO<sub>2</sub> production is distributed into all forms of CO<sub>2</sub> on venous return, i.e., CO<sub>2</sub> in plasma and RBC, <inline-formula><mml:math id="M118"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> in plasma and RBC, and hemoglobin bound CO<sub>2</sub>.</p>
<p><italic>Condition 2</italic>: Unbalanced CO<sub>2</sub> distribution on the venous return. This condition assumes that the total renal CO<sub>2</sub> production is distributed into all forms of CO<sub>2</sub> except <inline-formula><mml:math id="M119"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> in plasma on venous return.</p>
<table-wrap position="float" id="T4">
<label>Table 4</label>
<caption><p><bold>Base case values</bold>.</p></caption>
<table frame="hsides" rules="groups">
<thead><tr>
<th valign="top" align="left"><bold>Value</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Base case</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>References</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left">P<sub>O<sub>2</sub>, RA</sub></td>
<td valign="top" align="left">79 mmHg</td>
<td valign="top" align="left">Welch et al., <xref ref-type="bibr" rid="B34">2001</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">P<sub>CO<sub>2</sub>, RA</sub></td>
<td valign="top" align="left">40 mmHg</td>
<td valign="top" align="left">Dash et al., <xref ref-type="bibr" rid="B9">2016</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">pH<sub>P, RA</sub></td>
<td valign="top" align="left">7.4</td>
<td valign="top" align="left">Dash et al., <xref ref-type="bibr" rid="B9">2016</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">pH<sub>RBC, RA</sub></td>
<td valign="top" align="left">7.24</td>
<td valign="top" align="left">Dash et al., <xref ref-type="bibr" rid="B9">2016</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">RBF</td>
<td valign="top" align="left">5.61 mL/min</td>
<td valign="top" align="left">Welch et al., <xref ref-type="bibr" rid="B34">2001</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M112"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext>D</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>O</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">46.09 &#x003BC;mol/min</td>
<td valign="top" align="left">Welch et al., <xref ref-type="bibr" rid="B34">2001</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M113"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext>D</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>O</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">109.79 &#x003BC;mol/min</td>
<td valign="top" align="left">Present study</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M114"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>O</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">&#x02212;8.36 &#x003BC;mol/min</td>
<td valign="top" align="left">Welch et al., <xref ref-type="bibr" rid="B34">2001</xref></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M115"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>O</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">6.69 &#x003BC;mol/min</td>
<td valign="top" align="left">Present study</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<table-wrap-foot>
<p><italic>P<sub>O<sub>2</sub>, RA</sub>, P<sub>CO<sub>2</sub>, RA</sub>, pH<sub>P, RA</sub> and pH<sub>RBC, RA</sub>, partial pressure of oxygen and carbon dioxide and pH in plasma and RBC in the renal artery, respectively; RBF, renal blood flow; &#x01E0A;<sub>O<sub>2</sub>, RA</sub>, renal artery oxygen delivery; &#x01E0A;<sub>CO<sub>2</sub>, T, RA</sub>, renal artery total carbon dioxide delivery; <inline-formula><mml:math id="M116"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textit" mathvariant="italic">2</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, oxygen consumption rate; <inline-formula><mml:math id="M117"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, carbon dioxide production rate</italic>.</p>
</table-wrap-foot>
</table-wrap>
<p>The above given BCs ensure for both conditions that total oxygen and carbon dioxide delivery throughout the kidney is conserved, i.e., <inline-formula><mml:math id="M120"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>D</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>O</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>inlet</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>a</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>D</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>O</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>outlet</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>v</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>O</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>C</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>O</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M121"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>D</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>T</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>inlet</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>a</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>D</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>O</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>T</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>outlet</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>v</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>O</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>C</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>O</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> (see Figure <xref ref-type="fig" rid="F3">3</xref>). D<sub>CO<sub>2</sub>, T</sub> is the total carbon dioxide delivery, which is the sum of deliveries of CO<sub>2</sub> in plasma and RBC, hemoglobin-bound CO<sub>2</sub> and <inline-formula><mml:math id="M122"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> in plasma and RBC (see Data Sheet <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM11">1</xref> in Supplementary Material for calculation).</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>Figure 3</label>
<caption><p><bold>Schematic showing oxygen delivery (D<sub><bold>O</bold><sub><bold>2</bold></sub></sub>) and total carbon dioxide delivery (D<sub><bold>CO</bold><sub><bold>2</bold></sub>, <bold>T</bold></sub>) throughout the kidney</bold>. The shaded regions represent the cortex and the medulla. Solid arrows symbolize blood flow, whereas dashed arrows represent oxygen and carbon dioxide flux. Blood enters the arterial tree at order 10 and exits the explicitly modeled cortical domain at order 0. Blood enters cortical domain again at the venous side at order 0 and exits at order 10. J<sub>O<sub>2</sub>, a</sub>, J<sub>O<sub>2</sub>, v</sub> and J<sub>O<sub>2</sub>, c</sub>, and J<sub>CO<sub>2</sub>, a</sub>, J<sub>CO<sub>2</sub>, v</sub> and J<sub>CO<sub>2</sub>, c</sub> are the oxygen and carbon dioxide fluxes between the arteries and the tissue, the veins and the tissue, and capillaries and the tissue, respectively. Positive values designate flux from vessels to the tissue, whereas negative values stand for oxygen or carbon dioxide transfer from the tissue into the vessels. <inline-formula><mml:math id="M123"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>O</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>C</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M124"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>O</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are the cortical and medullary oxygen consumption rates, respectively, whereas <inline-formula><mml:math id="M125"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>O</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>C</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M126"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are the cortical and medullary carbon dioxide production rates, respectively. All carbon dioxide produced in the cortex is assumed to be taken up by capillaries, i.e., <inline-formula><mml:math id="M127"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>J</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>O</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>c</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>O</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>C</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fphys-07-00482-g0003.tif"/>
</fig>
<p>As to the outlet BCs, convective flux boundary conditions are imposed on all vessel outlets by setting the diffusive flux to zero. On all lateral surfaces, diffusive flux is set to zero. At the vessel-tissue interfaces, there is continuity of oxygen and carbon dioxide partial pressure and oxygen and carbon dioxide flux such that:</p>
<disp-formula id="E25"><label>(23a)</label><mml:math id="M128"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>O</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;r</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>R</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E26"><label>(23b)</label><mml:math id="M129"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>P</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>CO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;r</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>R</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
</sec>
</sec>
<sec>
<title>Base case</title>
<p>The base case is derived from <italic>in vivo</italic> P<sub>O<sub>2</sub></sub> measurements with oxygen-sensitive ultramicroelectrodes in normotensive WKY rats as reported by Welch et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B34">2001</xref>). Relevant values for the base case are summarized in Table <xref ref-type="table" rid="T4">4</xref>. Of these, renal blood flow (RBF), oxygen delivery (D<sub>O<sub>2</sub></sub>), oxygen consumption rate (<inline-formula><mml:math id="M130"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>O</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>) and renal artery P<sub>O<sub>2</sub></sub> (P<sub>O<sub>2</sub>, RA</sub>) are measured values (Welch et al., <xref ref-type="bibr" rid="B34">2001</xref>), renal artery P<sub>CO<sub>2</sub></sub> (P<sub>CO<sub>2</sub>, RA</sub>), pH<sub>RBC, RA</sub> and pH<sub>P, RA</sub> are based on systemic arterial blood (Dash et al., <xref ref-type="bibr" rid="B9">2016</xref>), and carbon dioxide delivery (D<sub>CO<sub>2</sub></sub>) is calculated based on these values and the rest of the renal artery inlet boundary conditions presented in Table <xref ref-type="table" rid="T3">3</xref>. To set the carbon dioxide production rate in dependence of the oxygen consumption rate, we assume a respiratory quotient (RQ) of 0.8 (Weidemann and Krebs, <xref ref-type="bibr" rid="B33">1969</xref>; Burke et al., <xref ref-type="bibr" rid="B4">1999</xref>; Dash and Bassingthwaighte, <xref ref-type="bibr" rid="B8">2006</xref>). Prescribing the reference renal artery P<sub>O<sub>2</sub></sub>, P<sub>O<sub>2</sub>, RA</sub>, on the renal artery inlet, the total heme group concentration is set such that the renal artery oxygen delivery (D<sub>O<sub>2</sub>, inlet, a, 10</sub>) matches the values given in Table <xref ref-type="table" rid="T4">4</xref>. Hence, the total heme group concentration is set to C<sub>HbT</sub> &#x0003D; 19.01 mol/m<sup>3</sup> for the base case. We set capillary P<sub>O<sub>2</sub></sub>, P<sub>O<sub>2</sub>, c</sub>, to an average of afferent arteriole outlet and venous return inlet, i.e., P<sub>O<sub>2</sub>, c</sub> &#x0003D; 0.5(P<sub>O<sub>2</sub>, outlet, a, 0</sub> &#x0002B; P<sub>O<sub>2</sub>, inlet, v, 0</sub>). See Olgac and Kurtcuoglu (<xref ref-type="bibr" rid="B27">2015a</xref>) for details on capillary P<sub>O<sub>2</sub></sub>.</p>
</sec>
</sec>
<sec sec-type="results" id="s3">
<title>Results</title>
<sec>
<title>Base case under Conditions 1 and 2</title>
<p>We first present the output of the model employing two different boundary conditions on the venous return. <italic>Condition 1</italic> distributes total renal CO<sub>2</sub> production into all forms of CO<sub>2</sub> in the venous return, whereas <italic>Condition 2</italic> excludes plasma bicarbonate in this distribution. Figures <xref ref-type="fig" rid="F4">4A,B</xref> demonstrate on the left panel under <italic>Condition 1</italic> and on the right panel under <italic>Condition 2</italic>, arterial, venous and tissue P<sub>CO<sub>2</sub></sub> as well as plasma and RBC pH profiles, respectively. <italic>Condition 1</italic> results in flatter profiles of both P<sub>CO<sub>2</sub></sub> and pH compared to <italic>Condition 2</italic>. Under <italic>Condition 1</italic>, P<sub>CO<sub>2</sub></sub> increases from 40 mmHg at the inlet of the renal artery (order 10) to 40.8 mmHg at the outlet of the afferent arteriole (order 0). Under <italic>Condition 2</italic>, the increase is to 42.3 mmHg. On the venous return, under <italic>Condition 1</italic>, P<sub>CO<sub>2</sub></sub> &#x0003D; 43.5 mmHg, whereas under <italic>Condition 2</italic>, P<sub>CO<sub>2</sub></sub> &#x0003D; 52.8 mmHg. The lower increase in P<sub>CO<sub>2</sub></sub> under <italic>Condition 1</italic> is due to the fact that CO<sub>2</sub> production is distributed into all forms of CO<sub>2</sub> on the venous return, including the dominant plasma bicarbonate. Conversely, as there is no plasma bicarbonate added to the venous return under <italic>Condition 2</italic>, the same rate of renal CO<sub>2</sub> production results in a higher increase in P<sub>CO<sub>2</sub></sub>. This is also evident in the pH profiles: Under <italic>Condition 1</italic>, the pH profiles are almost flat with a slight overall decrease in plasma and RBC pH on the venous side due to the increased acidity (added renal CO<sub>2</sub> production). Under <italic>Condition 2</italic>, plasma and RBC pH on the venous return are 7.28 and 7.21, respectively. This increased acidity is again owed to the addition of produced CO<sub>2</sub> to the venous return in forms other than plasma bicarbonate. Figure <xref ref-type="fig" rid="F4">4C</xref> shows for both conditions the flux of carbon dioxide between artery walls and the tissue. As indicated by the negative fluxes, there is venous-to-arterial carbon dioxide shunting under both conditions, with more shunting under <italic>Condition 2</italic>. Overall, approximately 0.5 and 1.4% of the total renal carbon dioxide delivery is shunted under <italic>Conditions 1 &#x00026; 2</italic>, respectively. The larger amount of carbon dioxide shunting under <italic>Condition 2</italic> is primarily due to the higher P<sub>CO<sub>2</sub></sub> gradient between the venous and the arterial sides compared to <italic>Condition 1</italic>.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>Figure 4</label>
<caption><p><bold>Comparison of results for the base case under <italic><bold>Condition 1</bold></italic> (left) and <italic><bold>Condition 2</bold></italic> (right). (A)</bold> Arterial, venous and tissue partial pressure of carbon dioxide (P<sub>CO<sub>2</sub></sub>) profiles, as well as the average cortical carbon dioxide partial pressure, P<sub>CO<sub>2</sub>, C</sub>, <bold>(B)</bold> Arterial and venous plasma and RBC pH profiles, <bold>(C)</bold> Carbon dioxide flux across artery walls, J<sub>CO<sub>2, a</sub></sub>, reported as percentage of total renal carbon dioxide delivery, D<sub>CO<sub>2</sub>, T, RA</sub>. Cumulative values as well as values for each individual order are shown. Positive flux represents flux from the vessel into the tissue, whereas negative flux denotes the opposite, i.e., negative J<sub>CO<sub>2</sub>, a</sub> denotes carbon dioxide shunted to the arterial tree.</p></caption>
<graphic xlink:href="fphys-07-00482-g0004.tif"/>
</fig>
<p>The investigated <italic>Conditions 1</italic> and <italic>2</italic>, i.e., the distribution of total renal CO<sub>2</sub> in all forms of CO<sub>2</sub> on the venous return and the exclusion of plasma bicarbonate during this distribution, respectively, represent extreme cases. The real state must lie between these two. We therefore estimate the average cortical P<sub>CO<sub>2</sub></sub>, P<sub>CO<sub>2</sub>, C</sub>, to be between 42.0 and 46.0 mmHg.</p>
</sec>
<sec>
<title>Effects of CO<sub>2</sub> transport on O<sub>2</sub> shunting</title>
<p>We performed O<sub>2</sub> transport calculations with a constant P<sub>50</sub>, and a variable P<sub>50</sub> whose dependence on the local P<sub>CO<sub>2</sub></sub> and pH is given by Equation 6(a)&#x02013;(c). The O<sub>2</sub> transport calculations with variable P<sub>50</sub> are based on the P<sub>CO<sub>2</sub></sub> and pH fields obtained from carbon dioxide transport calculations under <italic>Condition 2</italic>, because under this condition, the maximum possible increase in P<sub>CO<sub>2</sub></sub> and decrease in pH in the preglomerular vasculature compared to the systemic arterial blood are reached. In other words, this condition captures the highest possible effect of CO<sub>2</sub> transport on O<sub>2</sub> transport.</p>
<p>Figures <xref ref-type="fig" rid="F5">5A,B</xref> show P<sub>O<sub>2</sub></sub> profiles in arteries, veins and tissue, as well as oxygen fluxes between vein walls and tissue. The P<sub>O<sub>2</sub></sub> profiles for the constant and variable P<sub>50</sub> cases are very similar, with a slight overall increase in P<sub>O<sub>2</sub></sub> for the variable P<sub>50</sub> case due to higher P<sub>50</sub> compared to the constant P<sub>50</sub> case. For the constant P<sub>50</sub> case, cumulatively 0.6% of the total renal oxygen delivery is shunted from the arteries to the veins along wrapped artery-vein pairs, whereas 0.2% of the total renal oxygen delivery is supplied to the tissue by the veins along not-wrapped artery-vein pairs. Hence, for this case, the total preglomerular AV oxygen shunting is 0.4% of the total renal oxygen delivery. Note that these results are slightly different from the ones given in our previous study (Olgac and Kurtcuoglu, <xref ref-type="bibr" rid="B28">2015b</xref>). This is due to the fact that we used P<sub>50</sub> = 34 mmHg there compared to P<sub>50</sub> &#x0003D; 26.8 mmHg in the current study.</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>Figure 5</label>
<caption><p><bold>Comparison of results for the base case with constant P<sub><bold>50</bold></sub> (left) and variable P<sub><bold>50</bold></sub> dependent on the local P<sub><bold>CO</bold><sub><bold>2</bold></sub></sub> and pH based on <italic><bold>Condition 2</bold></italic> (right). (A)</bold> Arterial, venous and tissue partial pressure of oxygen (P<sub>O<sub>2</sub></sub>) profiles, and average cortical oxygen partial pressure, P<sub>O<sub>2</sub>, C</sub>, <bold>(B)</bold> Oxygen flux across vein walls, J<sub>O<sub>2, v</sub></sub>, reported as percentage of total renal oxygen delivery, D<sub>O<sub>2</sub>, RA</sub>. Cumulative values as well as values for each individual order are shown. Positive flux represents flux from the vessel into the tissue, whereas negative flux denotes the opposite, i.e., negative J<sub>O<sub>2</sub>, v</sub> denotes oxygen shunted to the venous tree.</p></caption>
<graphic xlink:href="fphys-07-00482-g0005.tif"/>
</fig>
<p>Under variable P<sub>50</sub> conditions, oxygen shunting along the wrapped vessels decreases, with overall preglomerular AV oxygen shunting reducing to 0.15% of the total renal oxygen delivery. Hence, CO<sub>2</sub> effects do not promote but rather decrease preglomerular AV O<sub>2</sub> shunting. This is because the increase in acidity (and hence the decrease in the affinity of hemoglobin to oxygen) is more pronounced on the venous compared to the arterial side.</p>
</sec>
<sec>
<title>Effects of buffering capacity</title>
<p>To test the influence of buffering capacity, we performed calculations on a modified base case with a 10 fold decrease in plasma and RBC buffering capacities. Figures <xref ref-type="fig" rid="F6">6A&#x02013;C</xref> represent, on the left panel under <italic>Condition 1</italic> and on the right panel under <italic>Condition 2</italic>, P<sub>CO<sub>2</sub></sub>, pH and carbon dioxide flux profiles for this modified case. Compared to the base case results presented in Figure <xref ref-type="fig" rid="F4">4</xref>, under both <italic>Conditions 1 &#x00026; 2</italic>, the increase in P<sub>CO<sub>2</sub></sub> and decrease in pH are more pronounced when the buffering capacity is decreased. P<sub>CO<sub>2</sub></sub> increases to 42.8 and 46.2 mmHg at the outlet of the afferent arteriole (order 0) under <italic>Conditions 1 &#x00026; 2</italic>, respectively. On the venous return, under <italic>Condition 1</italic>, P<sub>CO<sub>2</sub></sub> &#x0003D; 49.1 mmHg, whereas under <italic>Condition 2</italic>, P<sub>CO<sub>2</sub></sub> &#x0003D; 63.2 mmHg. Furthermore, pH profiles vary more compared to the rather flat profiles in Figure <xref ref-type="fig" rid="F4">4</xref>. On the venous return, plasma and RBC pH are 7.30 and 7.18, respectively, under <italic>Condition 1</italic>, compared to 7.20 and 7.10, respectively, under <italic>Condition 2</italic>. VA CO<sub>2</sub> shunting is also increased due to the increased P<sub>CO<sub>2</sub></sub> gradient between the venous and the arterial side, with 1.2 and 2.4% of the total renal CO<sub>2</sub> delivery shunted from the preglomerular veins to the arteries under <italic>Conditions 1 &#x00026; 2</italic>, respectively.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>Figure 6</label>
<caption><p><bold>Comparison of results for a case with tenfold decreased plasma and RBC buffering capacity under <italic><bold>Condition 1</bold></italic> (left) and <italic><bold>Condition 2</bold></italic> (right), (A)</bold> Arterial, venous and tissue partial pressure of carbon dioxide (P<sub>CO<sub>2</sub></sub>) profiles, <bold>(B)</bold> Arterial and venous plasma and RBC pH profiles, <bold>(C)</bold> Carbon dioxide flux across artery walls, J<sub>CO<sub>2, a</sub></sub>, reported as percentage of total renal carbon dioxide delivery, D<sub>CO<sub>2</sub>, T, RA</sub>. Cumulative values as well as values for each individual order are shown. Positive flux represents flux from the vessel into the tissue, whereas negative flux denotes the opposite, i.e., negative J<sub>CO<sub>2</sub>, a</sub> denotes carbon dioxide shunted to the arterial tree.</p></caption>
<graphic xlink:href="fphys-07-00482-g0006.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec sec-type="discussion" id="s4">
<title>Discussion</title>
<p>We have made the following key observations: 1 Increase in acidity in the preglomerular vasculature compared to systemic arterial blood is marginal. 2 CO<sub>2</sub> effects do not promote preglomerular arterial-to-venous O<sub>2</sub> shunting but rather impair it. In the following we will discuss these observations.</p>
<sec>
<title>Marginal increase in acidity in the preglomerular vasculature</title>
<p>We calculated the P<sub>CO<sub>2</sub></sub> at the outlet of the afferent arteriole and on the venous return to be in the range of 40.8&#x02013;42.3 mmHg and 43.5&#x02013;52.8 mmHg, respectively, for a renal arterial P<sub>CO<sub>2</sub></sub> of 40 mmHg. Plasma and RBC pH on the venous return decrease to somewhere between 7.28&#x02013;7.39 and 7.21&#x02013;7.23, respectively, compared to their systemic arterial values of 7.4 and 7.24, respectively. Taken together, we conclude that the increase in acidity in the preglomerular vasculature is not substantial. The main reason for this is the high buffering capacity of blood. When we lowered the buffering capacity in our model, acidity increased substantially. It should be noted that there may be more pronounced increase in acidity in the postglomerular vasculature, along the peritubular capillary network and/or the vasa recta. Our current model does not include these parts.</p>
<p>Previous modeling studies by Bidani et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B2">1984</xref>) and Atherton et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B1">1988</xref>) were based on the proximal tubular P<sub>CO<sub>2</sub></sub> of 65 mmHg measured by DuBose et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B13">1979</xref>). They indicated that substantial venous-to-arterial CO<sub>2</sub> shunting would be necessary to preserve this P<sub>CO<sub>2</sub></sub> of 65 mmHg in the renal cortex. Here we calculated average cortical P<sub>CO<sub>2</sub></sub>, P<sub>CO<sub>2</sub>, C</sub>, to be between 42.0 and 46.0 mmHg. We further calculated the shunting of CO<sub>2</sub> from the veins to the arteries to be approximately between 0.5 and 1.4% of the total renal carbon dioxide delivery. We conclude that just as the increase in acidity, the venous-to-arterial CO<sub>2</sub> shunting in the preglomerular vasculature is also only marginal.</p>
</sec>
<sec>
<title>CO<sub>2</sub> effects impair preglomerular AV O<sub>2</sub> shunting</title>
<p>We observed that when calculations are based on a variable P<sub>50</sub> that is dependent on the local P<sub>CO<sub>2</sub></sub> and pH, the AV O<sub>2</sub> shunting decreases. This is mainly because the increase in acidity is higher on the venous side, which leads to a lower affinity of hemoglobin to oxygen compared to the arterial side. This lower affinity on the venous side makes it slightly harder for the oxygen to bind to hemoglobin, diminishing the oxygen transfer from the tissue into the veins, hence decreasing AV O<sub>2</sub> shunting. Therefore, our model does not support the hypothesis initially proposed by Schurek et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B30">1990</xref>) that renal CO<sub>2</sub> trapping through a reverse CO<sub>2</sub> shunting mechanism may enhance AV O<sub>2</sub> shunting through the Bohr effect. The current model thus also confirms our previous findings that preglomerular AV O<sub>2</sub> shunting is marginal, and that if substantial renal oxygen shunting exists, it should be along the post-glomerular vasculature, i.e., the peritubular capillary network and/or the vasa recta (Olgac and Kurtcuoglu, <xref ref-type="bibr" rid="B27">2015a</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B28">b</xref>).</p>
</sec>
<sec>
<title>Limitations of the model</title>
<p>The main limitation of the model is that the distribution of the different forms of CO<sub>2</sub> in the venous return is unknown. To address this, two different conditions representing extreme cases were employed and ranges of values reported. The actual values representing the real state are expected to lie within the given ranges. More accurate calculations would require that CO<sub>2</sub> transport dynamics in the peritubular capillary network be taken into account, which would necessitate explicit treatment of the postglomerular vasculature and the tubular system. Modeling bicarbonate reabsorption in this domain would yield an estimate of what fraction of the carbon dioxide produced in the tubular cells reaches the capillaries in bicarbonate and CO<sub>2</sub> form, respectively. This fraction is unknown in the current model. Nevertheless, the two conditions employed on the venous return provide solid boundaries for the ranges of P<sub>CO<sub>2</sub></sub> and pH in the preglomerular vasculature, and the conclusions reached in this study are valid for both conditions.</p>
<p>A further limitation of this computational study is produced by the fact that there are no comparable experimental studies of renal carbon dioxide transport which could be used for validation. The experimental P<sub>CO<sub>2</sub></sub> and pH measurements referred to in the <italic>Introduction</italic> section have been performed on tubules and stellate vessels, and can thus not be compared with our results. Quantitative cortical tissue and afferent arteriole P<sub>CO<sub>2</sub></sub> and pH values have, to our knowledge, not been published. To test the robustness of our conclusions, we performed sensitivity analyses in which we altered renal artery inlet boundary conditions.</p>
<p>First, we established alternative chemical equilibria at the renal artery inlet corresponding to renal artery P<sub>CO<sub>2</sub></sub> values of 35 mmHg and 45 mmHg, respectively. This accounts for possible variation in renal artery P<sub>CO<sub>2</sub></sub> in the physiologic range. We calculated maximum P<sub>CO<sub>2</sub></sub> at the outlet of the afferent arteriole and on the venous return to be 37.1 and 47.1 mmHg, respectively, for renal artery P<sub>CO<sub>2</sub></sub> of 35 mmHg, and 47.6 and 58.5 mmHg, respectively, for renal artery P<sub>CO<sub>2</sub></sub> of 45 mmHg (Supplementary Figure <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM5">1</xref>, Supplementary Table <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM1">1</xref>). These extreme cases show relative increases in P<sub>CO<sub>2</sub></sub> in the preglomerular vasculature with respect to renal artery P<sub>CO<sub>2</sub></sub> that are similar to the base case. Plasma and RBC pH on the venous return decrease to minima of 7.32 and 7.22, respectively, for renal artery P<sub>CO<sub>2</sub></sub> of 35 mmHg, plasma pH of 7.45 and RBC pH of 7.25 (Supplementary Figure <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM5">1</xref>, Supplementary Table <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM1">1</xref>). For the other extreme case with renal artery P<sub>CO<sub>2</sub></sub> of 45 mmHg, plasma pH of 7.35 and RBC pH of 7.23, we calculated minimum plasma and RBC pH on the venous return to be 7.24 and 7.20, respectively (Supplementary Figure <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM5">1</xref>, Supplementary Table <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM1">1</xref>). These relative decreases in pH in the preglomerular vasculature with respect to renal artery pH in the extreme cases are similar to that in the base case. Furthermore, oxygen transport calculations in these extreme cases under variable P<sub>50</sub> conditions show impaired AV oxygen shunting compared to under constant P<sub>50</sub> conditions, just as it was observed in the base case (Supplementary Figures <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM6">2</xref>, <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM7">3</xref>). There, under variable P<sub>50</sub> conditions, overall preglomerular oxygen shunting reduced to 0.15% of the total renal oxygen delivery, compared to 0.40% under constant P<sub>50</sub> conditions. In the extreme cases, this reduction was to 0.20 and 0.10% of the total renal oxygen delivery for renal arterial P<sub>CO<sub>2</sub></sub> of 35 mmHg and 45 mmHg, respectively (Supplementary Table <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM2">2</xref>).</p>
<p>In a second analysis, we altered the renal blood flow rate (RBF) by 30% in either direction. With a 30% decrease in RBF, the increase in acidity in the preglomerular vasculature became more pronounced. We calculated for this case maximum P<sub>CO<sub>2</sub></sub> at the outlet of the afferent arteriole and on the venous return to be 44.1 and 59.6 mmHg, respectively (Supplementary Figure <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM8">4</xref>, Supplementary Table <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM3">3</xref>). Plasma and RBC pH on the venous return decrease to minima of 7.23 and 7.20, respectively. Conversely, with a 30% increase in RBF, the increase in acidity in the preglomerular vasculature became less pronounced with maximum P<sub>CO<sub>2</sub></sub> of 41.6 and 49.5 mmHg at the outlet of the afferent arteriole and on the venous return, respectively, and minimum plasma and RBC pH on the venous return of 7.31 and 7.22, respectively (Supplementary Figure <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM8">4</xref>, Supplementary Table <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM3">3</xref>). In these extreme cases, AV O<sub>2</sub> shunting reduced from 0.81% (under constant P<sub>50</sub> conditions) to 0.32% (under variable P<sub>50</sub> conditions) of the total renal oxygen delivery (with 30% decrease in RBF) and from 0.21% (under constant P<sub>50</sub> conditions) to 0.05% (under variable P<sub>50</sub> conditions) of the total renal oxygen delivery (with 30% increase in RBF) (Supplementary Figures <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM9">5</xref>, <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM10">6</xref>, Supplementary Table <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM4">4</xref>). In comparison, in the base case, AV O<sub>2</sub> shunting reduced from 0.40% (under constant P<sub>50</sub> conditions) to 0.15% (under variable P<sub>50</sub> conditions) of the total renal oxygen delivery (Supplementary Table <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM4">4</xref>).</p>
<p>We conclude that our first main observation, namely that increase in acidity in the preglomerular vasculature compared to systemic arterial blood is marginal, is robust unless RBF is substantially reduced. Our second main observation, i.e., that CO<sub>2</sub> effects do not promote preglomerular arterial-to-venous O<sub>2</sub> shunting but rather impair it, is robust for all investigated nominal and extreme conditions.</p>
</sec>
</sec>
<sec sec-type="conclusions" id="s5">
<title>Conclusions</title>
<p>Our model suggests that under normal physiologic conditions, the increase in acidity in the preglomerular vasculature compared to systemic arterial blood is marginal, and that venous-to-arterial shunting of carbon dioxide does not promote, but rather impairs preglomerular arterial-to-venous oxygen shunting.</p>
</sec>
<sec id="s6">
<title>Author contributions</title>
<p>UO and VK designed this research; UO and VK developed the mathematical model; UO implemented the computational model and performed the computations; UO and VK interpreted results of the computations; UO prepared figures; UO drafted the manuscript; UO and VK edited and revised the manuscript; UO and VK approved final version of the manuscript.</p>
</sec>
<sec id="s7">
<title>Funding</title>
<p>The financial support of the Swiss National Center of Competence in Research on Control of Homeostasis by the Kidney (NCCR Kindey.CH) is kindly acknowledged.</p>
<sec>
<title>Conflict of interest statement</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
</sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="supplementary-material" id="s8">
<title>Supplementary material</title>
<p>The Supplementary Material for this article can be found online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fphys.2016.00482/full#supplementary-material">http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fphys.2016.00482/full#supplementary-material</ext-link></p>
<supplementary-material xlink:href="Table1.DOCX" id="SM1" mimetype="application/vnd.openxmlformats-officedocument.wordprocessingml.document" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"/>
<supplementary-material xlink:href="Table2.DOCX" id="SM2" mimetype="application/vnd.openxmlformats-officedocument.wordprocessingml.document" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"/>
<supplementary-material xlink:href="Table3.DOCX" id="SM3" mimetype="application/vnd.openxmlformats-officedocument.wordprocessingml.document" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"/>
<supplementary-material xlink:href="Table4.DOCX" id="SM4" mimetype="application/vnd.openxmlformats-officedocument.wordprocessingml.document" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"/>
<supplementary-material xlink:href="DataSheet1.docx" id="SM11" mimetype="application/vnd.openxmlformats-officedocument.wordprocessingml.document" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"/>
<supplementary-material xlink:href="Image1.JPEG" id="SM5" mimetype="image/jpeg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"/>
<supplementary-material xlink:href="Image2.JPEG" id="SM6" mimetype="image/jpeg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"/>
<supplementary-material xlink:href="Image3.JPEG" id="SM7" mimetype="image/jpeg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"/>
<supplementary-material xlink:href="Image4.JPEG" id="SM8" mimetype="image/jpeg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"/>
<supplementary-material xlink:href="Image5.JPEG" id="SM9" mimetype="image/jpeg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"/>
<supplementary-material xlink:href="Image6.JPEG" id="SM10" mimetype="image/jpeg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"/>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Atherton</surname> <given-names>L. J.</given-names></name> <name><surname>Maddox</surname> <given-names>D. A.</given-names></name> <name><surname>Gennari</surname> <given-names>F. J.</given-names></name> <name><surname>Deen</surname> <given-names>W. M.</given-names></name></person-group> (<year>1988</year>). <article-title>Analysis of PCO2 variations in the renal cortex. II. Countercurrent exchange</article-title>. <source>Am. J. Physiol.</source> <volume>255</volume>(<issue>2 Pt 2</issue>), <fpage>F361</fpage>&#x02013;<lpage>F371</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">3136666</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bidani</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Crandall</surname> <given-names>E. D.</given-names></name> <name><surname>DuBose</surname> <given-names>T. D.</given-names> <suffix>Jr.</suffix></name></person-group> (<year>1984</year>). <article-title>Analysis of the determinants of renal cortical Pco2</article-title>. <source>Am. J. Physiol.</source> <volume>247</volume>, <fpage>F466</fpage>&#x02013;<lpage>F474</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">6433722</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Boron</surname> <given-names>W. F.</given-names></name> <name><surname>Boulpaep</surname> <given-names>E. L.</given-names></name></person-group> (<year>2012</year>). <source>Medical Physiology.</source> <publisher-loc>Philadelphia, PA</publisher-loc>: <publisher-name>Elsevier Health Sciences</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Burke</surname> <given-names>T. J.</given-names></name> <name><surname>Malhotra</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>Shapiro</surname> <given-names>J. I.</given-names></name></person-group> (<year>1999</year>). <article-title>Factors maintaining a pH gradient within the Kidney: role of the vasculature architecture</article-title>. <source>Kidney Int.</source> <volume>56</volume>, <fpage>1826</fpage>&#x02013;<lpage>1837</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1046/j.1523-1755.1999.00738.x</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">10571791</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Christoforides</surname> <given-names>C.</given-names></name> <name><surname>Laasberg</surname> <given-names>L. H.</given-names></name> <name><surname>Hedley-Whyte</surname> <given-names>J.</given-names></name></person-group> (<year>1969</year>). <article-title>Effect of temperature on solubility of O2 in human plasma</article-title>. <source>J. Appl. Physiol.</source> <volume>26</volume>, <fpage>56</fpage>&#x02013;<lpage>60</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">5762876</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Clark</surname> <given-names>A.</given-names> <suffix>Jr.</suffix></name> <name><surname>Federspiel</surname> <given-names>W. J.</given-names></name> <name><surname>Clark</surname> <given-names>P. A. A.</given-names></name> <name><surname>Cokelet</surname> <given-names>G. R.</given-names></name></person-group> (<year>1985</year>). <article-title>Oxygen delivery from red-cells</article-title>. <source>Biophys. J.</source> <volume>47</volume>, <fpage>171</fpage>&#x02013;<lpage>181</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0006-3495(85)83890-X</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">3978198</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cohen</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Kamm</surname> <given-names>D.</given-names></name></person-group> (<year>1981</year>). <article-title>Renal metabolism: relation to renal function</article-title>. <source>Kidney</source> <volume>1</volume>, <fpage>126</fpage>&#x02013;<lpage>214</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Dash</surname> <given-names>R. K.</given-names></name> <name><surname>Bassingthwaighte</surname> <given-names>J. B.</given-names></name></person-group> (<year>2006</year>). <article-title>Simultaneous blood-tissue exchange of oxygen, carbon dioxide, bicarbonate, and hydrogen ion</article-title>. <source>Ann. Biomed. Eng.</source> <volume>34</volume>, <fpage>1129</fpage>&#x02013;<lpage>1148</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10439-005-9066-4</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">16775761</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Dash</surname> <given-names>R. K.</given-names></name> <name><surname>Korman</surname> <given-names>B.</given-names></name> <name><surname>Bassingthwaighte</surname> <given-names>J. B.</given-names></name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Simple accurate mathematical models of blood HbO2 and HbCO2 dissociation curves at varied physiological conditions: evaluation and comparison with other models</article-title>. <source>Eur. J. Appl. Physiol.</source> <volume>116</volume>, <fpage>97</fpage>&#x02013;<lpage>113</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00421-015-3228-3</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">26298270</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Davenport</surname> <given-names>H. W.</given-names></name></person-group> (<year>1958</year>). <source>The ABC of Acid-base</source> Chemistry: <source>The Elements of Physiological Blood-gas Chemistry for Medical Students and Physicians</source>. <publisher-loc>Chicago, IL</publisher-loc>: <publisher-name>University of Chicago Press</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>De Mello Aires</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Lopes</surname> <given-names>M. J.</given-names></name> <name><surname>Malnic</surname> <given-names>G.</given-names></name></person-group> (<year>1990</year>). <article-title>PCO2 in renal cortex</article-title>. <source>Am. J. Physiol.</source> <volume>259</volume>(<issue>2 Pt 2</issue>), <fpage>F357</fpage>&#x02013;<lpage>F365</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">2117399</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>DuBose</surname> <given-names>T. D.</given-names> <suffix>Jr.</suffix></name> <name><surname>Bidani</surname> <given-names>A.</given-names></name></person-group> (<year>1988</year>). <article-title>Kinetics of Co2 exchange in the Kidney</article-title>. <source>Ann. Rev. Physiol.</source> <volume>50</volume>, <fpage>653</fpage>&#x02013;<lpage>667</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1146/annurev.ph.50.030188.003253</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">3132080</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>DuBose</surname> <given-names>T. D.</given-names></name> <name><surname>Pucacco</surname> <given-names>L. R.</given-names></name> <name><surname>Lucci</surname> <given-names>M. S.</given-names></name> <name><surname>Carter</surname> <given-names>N. W.</given-names></name></person-group> (<year>1979</year>). <article-title>Micropuncture determination of Ph, Pco2, and Total Co2 concentration in accessible structures of the rat renal cortex</article-title>. <source>J. Clin. Invest.</source> <volume>64</volume>, <fpage>476</fpage>&#x02013;<lpage>482</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1172/JCI109485</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">37258</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Evans</surname> <given-names>R. G.</given-names></name> <name><surname>Gardiner</surname> <given-names>B. S.</given-names></name> <name><surname>Smith</surname> <given-names>D. W.</given-names></name> <name><surname>O&#x00027;Connor</surname> <given-names>P. M.</given-names></name></person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Intrarenal oxygenation: unique challenges and the biophysical basis of homeostasis</article-title>. <source>Am. J. Physiol. Renal Physiol.</source> <volume>295</volume>, <fpage>F1259</fpage>&#x02013;<lpage>F1270</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1152/ajprenal.90230.2008</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">18550645</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ferzinger</surname> <given-names>J. H.</given-names></name> <name><surname>Peri&#x000E6;</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>1998</year>). <source>Computational Methods for Fluid Dynamics.</source> <publisher-loc>Berlin; Heidelberg; New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="thesis"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Huang</surname> <given-names>N. S.</given-names></name></person-group> (<year>1991</year>). <source>Mathematical Simulation of Gas Transport and Acid/Base Regulation by Blood Flowing in Microvessels</source>. PhD, <publisher-name>Rice University</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Huang</surname> <given-names>N. S.</given-names></name> <name><surname>Hellums</surname> <given-names>J. D.</given-names></name></person-group> (<year>1994</year>). <article-title>A theoretical-model for gas-transport and acid/base regulation by blood flowing in microvessels</article-title>. <source>Microvasc. Res.</source> <volume>48</volume>, <fpage>364</fpage>&#x02013;<lpage>388</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1006/mvre.1994.1062</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">7731399</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Jasak</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Jemcov</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Tukovic</surname> <given-names>Z.</given-names></name></person-group> (<year>2007</year>). <article-title>OpenFOAM: A C&#x0002B;&#x0002B; Library for complex physics simulations</article-title>, in <source>International Workshop on Coupled Methods in Numerical Dynamics IUC</source>. <publisher-loc>Dubrovnik</publisher-loc>.</citation>
</ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Jeong</surname> <given-names>J. H.</given-names></name> <name><surname>Sugii</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Minamiyama</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Okamoto</surname> <given-names>K.</given-names></name></person-group> (<year>2006</year>). <article-title>Measurement of RBC deformation and velocity in capillaries <italic>in vivo</italic></article-title>. <source>Microvasc. Res.</source> <volume>71</volume>, <fpage>212</fpage>&#x02013;<lpage>217</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.mvr.2006.02.006</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">16624342</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kilmartin</surname> <given-names>J. V.</given-names></name> <name><surname>Rossi-Bernardi</surname> <given-names>L.</given-names></name></person-group> (<year>1973</year>). <article-title>Interaction of hemoglobin with hydrogen ions, carbon dioxide, and organic phosphates</article-title>. <source>Physiol. Rev.</source> <volume>53</volume>, <fpage>836</fpage>&#x02013;<lpage>890</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">4593770</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Leong</surname> <given-names>C. L.</given-names></name> <name><surname>Anderson</surname> <given-names>W. P.</given-names></name> <name><surname>O&#x00027;Connor</surname> <given-names>P. M.</given-names></name> <name><surname>Evans</surname> <given-names>R. G.</given-names></name></person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Evidence that renal arterial-venous oxygen shunting contributes to dynamic regulation of renal oxygenation</article-title>. <source>Am. J. Physiol. Renal Physiol.</source> <volume>292</volume>, <fpage>F1726</fpage>&#x02013;<lpage>F1733</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1152/ajprenal.00436.2006</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">17327497</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B22">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Maddox</surname> <given-names>D. A.</given-names></name> <name><surname>Atherton</surname> <given-names>L. J.</given-names></name> <name><surname>Deen</surname> <given-names>W. M.</given-names></name> <name><surname>Gennari</surname> <given-names>F. J.</given-names></name></person-group> (<year>1984</year>). <article-title>Proximal Hco3- reabsorption and the determinants of tubular and capillary Pco2 in the Rat</article-title>. <source>Am. J. Physiol.</source> <volume>247</volume>, <fpage>F73</fpage>&#x02013;<lpage>F81</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">6430105</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B23">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Moschandreou</surname> <given-names>T. E.</given-names></name> <name><surname>Ellis</surname> <given-names>C. G.</given-names></name> <name><surname>Goldman</surname> <given-names>D.</given-names></name></person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Influence of tissue metabolism and capillary oxygen supply on arteriolar oxygen transport: a computational model</article-title>. <source>Math. Biosci.</source> <volume>232</volume>, <fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>10</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.mbs.2011.03.010</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">21439980</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B24">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Nair</surname> <given-names>P. K.</given-names></name> <name><surname>Hellums</surname> <given-names>J. D.</given-names></name> <name><surname>Olson</surname> <given-names>J. S.</given-names></name></person-group> (<year>1989</year>). <article-title>Prediction of oxygen-transport rates in blood flowing in large capillaries</article-title>. <source>Microvasc. Res.</source> <volume>38</volume>, <fpage>269</fpage>&#x02013;<lpage>285</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0026-2862(89)90005-8</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">2607997</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B25">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Nair</surname> <given-names>P. K.</given-names></name> <name><surname>Huang</surname> <given-names>N. S.</given-names></name> <name><surname>Hellums</surname> <given-names>J. D.</given-names></name> <name><surname>Olson</surname> <given-names>J. S.</given-names></name></person-group> (<year>1990</year>). <article-title>A simple-model for prediction of oxygen-transport rates by flowing blood in large capillaries</article-title>. <source>Microvasc. Res.</source> <volume>39</volume>, <fpage>203</fpage>&#x02013;<lpage>211</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0026-2862(90)90070-8</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">2352490</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B26">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ngo</surname> <given-names>J. P.</given-names></name> <name><surname>Kar</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Kett</surname> <given-names>M. M.</given-names></name> <name><surname>Gardiner</surname> <given-names>B. S.</given-names></name> <name><surname>Pearson</surname> <given-names>J. T.</given-names></name> <name><surname>Smith</surname> <given-names>D. W.</given-names></name> <etal/></person-group>. (<year>2014</year>). <article-title>Vascular geometry and oxygen diffusion in the vicinity of artery-vein pairs in the Kidney</article-title>. <source>Am. J. Physiol. Renal Physiol.</source> <volume>307</volume>, <fpage>F1111</fpage>&#x02013;<lpage>F1122</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1152/ajprenal.00382.2014</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">25209866</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B27">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Olgac</surname> <given-names>U.</given-names></name> <name><surname>Kurtcuoglu</surname> <given-names>V.</given-names></name></person-group> (<year>2015a</year>). <article-title>Renal oxygenation: preglomerular vasculature is an unlikely contributor to renal oxygen shunting</article-title>. <source>Am. J. Physiol. Renal Physiol.</source> <volume>308</volume>, <fpage>F671</fpage>&#x02013;<lpage>F688</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1152/ajprenal.00551.2014</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">25503734</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B28">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Olgac</surname> <given-names>U.</given-names></name> <name><surname>Kurtcuoglu</surname> <given-names>V.</given-names></name></person-group> (<year>2015b</year>). <article-title>Reply to &#x0201C;Letter to the editor: &#x02018;The plausibility of arterial-to-venous oxygen shunting in the Kidney: it all depends on radial geometry&#x02019;&#x0201D;</article-title>. <source>Am. J. Physiol. Renal Physiol.</source> <volume>309</volume>, <fpage>F181</fpage>&#x02013;<lpage>F182</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1152/ajprenal.00221.2015</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">26180258</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B29">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Salathe</surname> <given-names>E. P.</given-names></name></person-group> (<year>1982</year>). <article-title>Mathematical-modeling of oxygen-transport in skeletal-muscle</article-title>. <source>Math. Biosci.</source> <volume>58</volume>, <fpage>171</fpage>&#x02013;<lpage>184</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0025-5564(82)90071-2</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B30">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Schurek</surname> <given-names>H. J.</given-names></name> <name><surname>Jost</surname> <given-names>U.</given-names></name> <name><surname>Baumg&#x000E4;rtl</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Bertram</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Heckmann</surname> <given-names>U.</given-names></name></person-group> (<year>1990</year>). <article-title>Evidence for a preglomerular oxygen diffusion shunt in rat renal-cortex</article-title>. <source>Am. J. Physiol.</source> <volume>259</volume>, <fpage>F910</fpage>&#x02013;<lpage>F915</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">2260684</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B31">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Sohtell</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>1979</year>). <article-title>Co2 along the proximal tubules in the Rat-Kidney</article-title>. <source>Acta Physiol. Scand.</source> <volume>105</volume>, <fpage>146</fpage>&#x02013;<lpage>155</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1111/j.1748-1716.1979.tb06326.x</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">33535</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B32">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Vadapalli</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Goldman</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>Popel</surname> <given-names>A. S.</given-names></name></person-group> (<year>2002</year>). <article-title>Calculations of oxygen transport by red blood cells and hemoglobin solutions in capillaries</article-title>. <source>Artif. Cells Blood Substit. Immobili. Biotechnol.</source> <volume>30</volume>, <fpage>157</fpage>&#x02013;<lpage>188</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1081/BIO-120004338</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">12066873</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B33">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Weidemann</surname> <given-names>M. J.</given-names></name> <name><surname>Krebs</surname> <given-names>H. A.</given-names></name></person-group> (<year>1969</year>). <article-title>The fuel of respiration of Rat Kidney cortex</article-title>. <source>Biochem. J.</source> <volume>112</volume>, <fpage>149</fpage>&#x02013;<lpage>166</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1042/bj1120149</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">5805283</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B34">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Welch</surname> <given-names>W. J.</given-names></name> <name><surname>Baumgartl</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Lubbers</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>Wilcox</surname> <given-names>C. S.</given-names></name></person-group> (<year>2001</year>). <article-title>Nephron pO(2) and renal oxygen usage in the hypertensive Rat Kidney</article-title>. <source>Kidney Int.</source> <volume>59</volume>, <fpage>230</fpage>&#x02013;<lpage>237</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1046/j.1523-1755.2001.00483.x</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">11135075</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B35">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Weller</surname> <given-names>H. G.</given-names></name> <name><surname>Tabor</surname> <given-names>G.</given-names></name> <name><surname>Jasak</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Fureby</surname> <given-names>C.</given-names></name></person-group> (<year>1998</year>). <article-title>A tensorial approach to computational continuum mechanics using object-oriented techniques</article-title>. <source>Comput. Phys.</source> <volume>12</volume>, <fpage>620</fpage>&#x02013;<lpage>631</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.168744</pub-id></citation>
</ref>
</ref-list>
<sec id="s9">
<title>Nomenclature</title>
<p>AV &#x000A0;Arterial-to-venous</p>
<p><inline-formula><mml:math id="M131"><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> Carbonic anhydrase activity factor</p>
<p>BC &#x000A0;Boundary condition</p>
<p>C &#x000A0;Concentration</p>
<p>D<sup>P</sup> &#x000A0;Diffusion coefficient in plasma</p>
<p>D<sup>T</sup> &#x000A0;Diffusion coefficient in tissue</p>
<p>D &#x000A0;Delivery</p>
<p>DPG &#x000A0;2,3-Diphosphoglycerate</p>
<p>e &#x000A0;Relative error</p>
<p>f<sub>water</sub> &#x000A0;Water fraction of total RBC volume</p>
<p>h(r) &#x000A0;Radial hematocrit profile</p>
<p>H<sub>c</sub> &#x000A0;Capillary hematocrit</p>
<p>J &#x000A0;Flux</p>
<p>K &#x000A0;Permeability</p>
<p>K<sub>A</sub> &#x000A0;Equilibrium association rate constant</p>
<p>K&#x02032; &#x000A0;Apparent dissociation constant for H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub></p>
<p>K<sub>1</sub> &#x000A0;First dissociation constant for H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub></p>
<p>K<sub>DPG</sub> &#x000A0;Association constant for DPG and hemoglobin</p>
<p>k &#x000A0;Number of vessels</p>
<p>k<sub>trans</sub> &#x000A0;Translocation rate constant</p>
<p>k<sub>u</sub> CO<sub>2</sub> &#x000A0;hydration reaction rate</p>
<p>k<sub>v</sub> H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> &#x000A0;dehydration rate constant</p>
<p>l &#x000A0;Length of vessel</p>
<p>LS &#x000A0;Lumen separation</p>
<p><inline-formula><mml:math id="M132"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> &#x000A0;Local consumption/production rate</p>
<p><inline-formula><mml:math id="M133"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>c</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> &#x000A0;Capillary source/sink</p>
<p>N<sub>A</sub> &#x000A0;Avogadro number</p>
<p>n &#x000A0;Empirical constant in Hill equation</p>
<p>P<sub>50</sub> &#x000A0;Half saturation oxygen partial pressure</p>
<p>P &#x000A0;Partial pressure</p>
<p>r &#x000A0;Radial location</p>
<p>R &#x000A0;Reaction rate</p>
<p>R<sub>a</sub> &#x000A0;Artery radius</p>
<p>R<sub>v</sub> &#x000A0;Vein radius</p>
<p>RBC &#x000A0;Red blood cell</p>
<p>R<sub>RBC</sub> &#x000A0;Radius of RBC disk</p>
<p>RBF &#x000A0;Renal blood flow rate</p>
<p>RQ &#x000A0;Respiratory quotient</p>
<p>S<sub>O<sub>2</sub></sub> &#x000A0;Saturation of hemoglobin with oxygen</p>
<p>t<sub>RBC</sub> &#x000A0;Maximum half thickness of RBC</p>
<p>T<sub>tot</sub> &#x000A0;Total number of anion transporters on RBC membrane</p>
<p>u &#x000A0;Oxygen advection velocity in capillaries</p>
<p>u(r) &#x000A0;Radial velocity profile in RBC-rich region</p>
<p>u&#x02032;(r) &#x000A0;Radial velocity profile in RBC-free region</p>
<p><inline-formula><mml:math id="M134"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> &#x000A0;Consumption/production rate</p>
<p>VA &#x000A0;Venous-to-arterial</p>
<p>WKY &#x000A0;Wistar Kyoto rat</p>
<p>z &#x000A0;Axial location</p>
<p>&#x003B1; &#x000A0;Solubility coefficient</p>
<p>&#x003B2; &#x000A0;Buffering capacity</p>
<p>&#x003B4; &#x000A0;Thickness of RBC-free region</p>
<p>&#x003BB;<sub>&#x003B1;</sub> &#x000A0;Association constant for CO<sub>2</sub> binding to the &#x003B1;-chain of hemoglobin</p>
<p>&#x003BB;<sub>&#x003B2;</sub> &#x000A0;Association constant for CO<sub>2</sub> binding to the &#x003B2;-chain of hemoglobin</p>
<p>&#x003C6; &#x000A0;Fractional capillary volume</p>
<p><italic>Superscripts and subscripts</italic></p>
<p>a &#x000A0;Arterial</p>
<p>AT &#x000A0;Anion transporter</p>
<p>c &#x000A0;Capillary</p>
<p>C &#x000A0;Cortical</p>
<p>Cl<sup>&#x02212;</sup> &#x000A0;Chloride ion</p>
<p>CO<sub>2</sub> &#x000A0;Carbon dioxide</p>
<p>H<sup>&#x0002B;</sup> &#x000A0;Hydrogen ion</p>
<p>HbO<sub>2</sub> &#x000A0;Heme groups bound to oxygen</p>
<p>HbCO<sub>2</sub> &#x000A0;Hemoglobin carbamate</p>
<p>HbCO<sub>2, T</sub> &#x000A0;Total hemoglobin bound CO2</p>
<p>O<sub>2</sub>HbCO<sub>2</sub> &#x000A0;Oxyhemoglobin carbamate</p>
<p>HbT &#x000A0;Total heme groups</p>
<p><inline-formula><mml:math id="M135"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> &#x000A0;Bicarbonate ion</p>
<p>i &#x000A0;Representative level</p>
<p>M &#x000A0;Medullary</p>
<p>nw &#x000A0;Not-wrapped</p>
<p>O<sub>2</sub> &#x000A0;Oxygen</p>
<p>P &#x000A0;Plasma</p>
<p>RA &#x000A0;Renal artery</p>
<p>RBC &#x000A0;Red blood cell</p>
<p>S &#x000A0;Standard physiological</p>
<p>T &#x000A0;Tissue</p>
<p>v &#x000A0;Venous</p>
<p>w &#x000A0;wrapped</p>
</sec>
</back>
</article>