Газове от кръвта към тъканите. Транспорт на газ чрез кръв

е физиологичен процес, който доставя кислород на тялото и премахва въглеродния диоксид. Дишането протича на няколко етапа:

външно дишане (белодробна вентилация);
(между алвеоларния въздух и кръвта на капилярите на белодробната циркулация);
транспортиране на газове чрез кръв;
газообмен в тъканите (между кръвта на капилярите на системното кръвообращение и тъканните клетки);
вътрешно дишане(биологично окисление в митохондриите на клетките).

Изучаване на първите четири процеса. Вътрешното дишане е обхванато в курса по биохимия.

2.4.1. Транспорт на кислород в кръвта

Функционална кислородна транспортна система- съвкупност от структури на сърдечно-съдовия апарат, кръвта и техните регулаторни механизми, образуващи динамична саморегулираща се организация, дейността на всички съставни елементи на която създава дифузионни полета и pO2 градиенти между кръвта и тъканните клетки и осигурява адекватно снабдяване с кислород към тялото.

Целта на функционирането му е да минимизира разликата между нуждата и консумацията на кислород. Оксидазен път за използване на кислорода, свързана с окисляване и фосфорилиране в митохондриите на веригата на тъканното дишане, е най-вместителната в здраво тяло (използва се около 96-98% от консумирания кислород). Осигуряват го и процесите на кислороден транспорт в организма антиоксидантна защита.

Хипероксия- повишено съдържание на кислород в организма.
Хипоксия -намалено съдържание на кислород в тялото.
Хиперкапния- повишен въглероден диоксид в организма.
Хиперкапнемия- повишени нива на въглероден диоксид в кръвта.
Хипокапния- ниски нива на въглероден диоксид в организма.
хипокапемия -ниски нива на въглероден диоксид в кръвта.

Ориз. 1. Схема на дихателните процеси

Консумация на кислород- количеството кислород, усвоено от тялото за единица време (в покой 200-400 ml / min).

Степента на насищане на кръвта с кислород- съотношението на съдържанието на кислород в кръвта към нейния кислороден капацитет.

Обемът на газове в кръвта обикновено се изразява като обемен процент (обем%). Този индикатор отразява количеството газ в милилитри в 100 ml кръв.

Кислородът се транспортира в кръвта в две форми:

физическо разтваряне (0,3 об.%);
във връзка с хемоглобина (15-21 об.%).

Молекула на хемоглобина, която не е свързана с кислород, се обозначава със символа Hb, а молекула на хемоглобина, която е прикрепила кислород (оксихемоглобин), се означава с HbO 2. Добавянето на кислород към хемоглобина се нарича оксигенация (насищане), а освобождаването на кислород се нарича деоксигенация или редукция (десатурация). Хемоглобинът играе основна роля в свързването и транспортирането на кислорода. Една молекула хемоглобин с пълна оксигенация свързва четири кислородни молекули. Един грам хемоглобин свързва и транспортира 1,34 ml кислород. Познавайки съдържанието на хемоглобин в кръвта, е лесно да се изчисли кислородният капацитет на кръвта.

кислороден капацитет на кръвта- това е количеството кислород, свързано с хемоглобина в 100 ml кръв, когато тя е напълно наситена с кислород. Ако кръвта съдържа 15 g% хемоглобин, тогава кислородният капацитет на кръвта ще бъде 15. 1,34 = 20,1 ml кислород.

При нормални условия хемоглобинът свързва кислорода в белодробните капиляри и го отдава на тъканта поради своите специални свойства, които зависят от редица фактори. Основният фактор, влияещ върху свързването и освобождаването на кислород от хемоглобина, е количеството кислородно напрежение в кръвта, което зависи от количеството разтворен в нея кислород. Зависимостта на свързването на кислорода от хемоглобина от неговото напрежение се описва с крива, наречена крива на дисоциация на оксихемоглобина (фиг. 2.7). На графиката процентът на молекулите на хемоглобина, свързани с кислорода (% HbO 2), е отбелязан вертикално, напрежението на кислорода (pO 2) е отбелязано хоризонтално. Кривата отразява промяната в %HbO 2 в зависимост от кислородното напрежение в кръвната плазма. Има S-образен вид с гънки в зоната на напрежение 10 и 60 mm Hg. Изкуство. Ако рО2 в плазмата стане по-голям, тогава оксигенацията на хемоглобина започва да нараства почти линейно с увеличаването на кислородното напрежение.

Ориз. 2. Криви на дисоциация: а - при една и съща температура (T = 37 °C) и различен pCO 2 ,: I- оксимиоглобин npn при нормални условия (pCO 2 = 40 mm Hg); 2 - окенхемоглобин при нормални условия (рСО 2 , = 40 mm Hg); 3 - окенхемоглобин (рСО 2 , = 60 mm Hg); b - при същия pCO 2 (40 mm Hg) и различни температури

Реакцията на свързване на хемоглобина с кислорода е обратима, зависи от афинитета на хемоглобина към кислорода, който от своя страна зависи от кислородното напрежение в кръвта:

При обичайното парциално налягане на кислорода в алвеоларния въздух, което е около 100 mm Hg. чл., този газ дифундира в кръвта на капилярите на алвеолите, създавайки напрежение, близко до парциалното налягане на кислорода в алвеолите. При тези условия афинитетът на хемоглобина към кислорода се увеличава. От горното уравнение може да се види, че реакцията се измества към образуването на окенхемоглобин. Оксигенирането на хемоглобина в артериалната кръв, изтичаща от алвеолите, достига 96-98%. Поради шунтирането на кръвта между малкия и големия кръг, оксигенацията на хемоглобина в артериите на системното кръвообращение е леко намалена, достигайки 94-98%.

Афинитетът на хемоглобина към кислорода се характеризира с количеството кислородно напрежение, при което 50% от молекулите на хемоглобина се обогатяват с кислород. Наричат го наполовина напрежение на насищанеи се обозначава със символа P 50 . Увеличаването на P 50 показва намаляване на афинитета на хемоглобина към кислорода, а намаляването му показва увеличение. Нивото на P 50 се влияе от много фактори: температура, киселинност на околната среда, напрежение на CO 2, съдържание на 2,3-дифосфоглицерат в еритроцита. За венозна кръв P 50 е близо до 27 mm Hg. чл., а за артериални - до 26 mm Hg. Изкуство.

От кръвоносните съдове на микроциркулаторното легло кислородът, но неговият градиент на напрежение постоянно дифундира в тъканите и напрежението му в кръвта намалява. В същото време се повишава напрежението на въглеродния диоксид, киселинността, кръвната температура на тъканните капиляри. Това е придружено от намаляване на афинитета на хемоглобина към кислорода и ускоряване на дисоциацията на оксихемоглобина с освобождаването на свободен кислород, който се разтваря и дифундира в тъканта. Скоростта на освобождаване на кислород от връзката с хемоглобина и неговата дифузия задоволява нуждите на тъканите (включително и силно чувствителните към кислороден дефицит), когато съдържанието на HbO 2 в артериалната кръв е над 94%. При намаляване на съдържанието на HbO 2 под 94%, се препоръчва да се вземат мерки за подобряване на насищането на хемоглобина, а при съдържание от 90% тъканите изпитват кислороден глад и е необходимо да се предприемат спешни мерки за подобряване доставката на кислород към тях.

Състояние, при което оксигенацията на хемоглобина е намалена с по-малко от 90%, а рО2 на кръвта пада под 60 mm Hg. чл., нар хипоксемия.

Показани на фиг. 2.7 индикатори за афинитета на Hb към O 2 се извършват при нормална, нормална телесна температура и напрежение на въглероден диоксид в артериалната кръв от 40 mm Hg. Изкуство. С повишаване на кръвното налягане на въглеродния диоксид или концентрацията на H + протони, афинитетът на хемоглобина към кислорода намалява, кривата на дисоциация на HbO 2 се измества надясно. Това явление се нарича ефект на Бор. В тялото се наблюдава повишаване на рСО 2 в тъканните капиляри, което допринася за увеличаване на деоксигенирането на хемоглобина и доставката на кислород до тъканите. Намаляване на афинитета на хемоглобина към кислорода се наблюдава и при натрупване на 2,3-дифосфоглицерат в еритроцитите. Чрез синтеза на 2,3-дифосфоглицерат, тялото може да повлияе на скоростта на дисоциация на HbO 2 . При възрастните хора съдържанието на това вещество в еритроцитите се увеличава, което предотвратява развитието на тъканна хипоксия.

Повишаването на телесната температура намалява афинитета на хемоглобина към кислорода. Ако телесната температура се понижи, тогава кривата на дисоциация на HbO 2 се измества наляво. Хемоглобинът по-активно улавя кислорода, но в по-малка степен го дава на тъканите. Това е една от причините дори добрите плувци бързо да изпитват непонятна мускулна слабост при навлизане в студена (4-12°C) вода. Хипотермия и хипоксия на мускулите на крайниците се развиват както поради намаляване на притока на кръв в тях, така и поради намалена дисоциация на HbO 2.

От анализа на хода на кривата на дисоциация на HbO 2 може да се види, че pO 2 в алвеоларния въздух може да се намали от обичайните 100 mm Hg. Изкуство. до 90 mm Hg чл., а оксигенацията на хемоглобина ще се поддържа на ниво, съвместимо с жизнената активност (ще намалее само с 1-2%). Тази характеристика на афинитета на хемоглобина към кислород позволява на тялото да се адаптира към намаляване на белодробната вентилация и намаляване на атмосферно налягане(например живот в планината). Но в областта на ниското кислородно напрежение в кръвта на тъканните капиляри (10-50 mm Hg) ходът на кривата се променя драстично. За всяка единица намаляване на напрежението на кислорода се деоксигенират голям брой молекули оксихемоглобин, увеличава се дифузията на кислород от еритроцитите в кръвната плазма и чрез повишаване на напрежението му в кръвта се създават условия за надеждно снабдяване на тъканите с кислород.

Други фактори също влияят на връзката между хемоглобина и кислорода. На практика е важно да се вземе предвид фактът, че хемоглобинът има много висок (240-300 пъти по-голям, отколкото за кислорода) афинитет към въглеродния оксид (CO). Комбинацията от хемоглобин с СО се нарича карбоксихелуглобин.В случай на отравяне с CO, кожата на пострадалия в местата на хиперемия може да придобие вишнево-червен цвят. Молекулата CO се прикрепя към атома на желязото на хема и по този начин блокира възможността за свързване на хемоглобина с кислорода. Освен това, в присъствието на CO дори онези молекули на хемоглобина, които са свързани с кислорода, го дават на тъканите в по-малка степен. Кривата на дисоциация на HbO 2 се измества наляво. При наличие на 0,1% CO във въздуха, повече от 50% от молекулите на хемоглобина се превръщат в карбоксихемоглобин и дори при кръвно съдържание от 20-25% HbCO, човек се нуждае от медицинска помощ. При отравяне с въглероден окис е важно да се гарантира, че жертвата диша чист кислород. Това увеличава скоростта на дисоциация на HbCO с коефициент 20. При нормалния живот съдържанието на HbCO в кръвта е 0-2%, след изпушена цигара може да се увеличи до 5% или повече.

Под действието на силни окислители кислородът е в състояние да образува силен химическа връзкас хемово желязо, при което железният атом става железен. Тази комбинация от хемоглобин с кислород се нарича метхемоглобин.Не може да даде кислород на тъканите. Метхемоглобинът измества кривата на дисоциация на оксихемоглобина наляво, като по този начин влошава условията за освобождаване на кислород в тъканните капиляри. При здрави хора, при нормални условия, поради постоянния прием на окислители (пероксиди, нитропроизведени органични вещества и др.) в кръвта, до 3% от кръвния хемоглобин може да бъде под формата на метхемоглобин.

Ниското ниво на това съединение се поддържа благодарение на функционирането на антиоксидантните ензимни системи. Образуването на метхемоглобин е ограничено от антиоксидантите (глутатион и аскорбинова киселина), присъстващи в еритроцитите, и редуцирането му до хемоглобин става по време на ензимни реакции, включващи ензимите на еритроцитната дехидрогеназа. При недостатъчност на тези системи или при прекомерно навлизане в кръвния поток на вещества (например фенацетин, антималарийни лекарства и др.), които имат високи окислителни свойства, се развива мистгмоглобинсмия.

Хемоглобинът лесно взаимодейства с много други вещества, разтворени в кръвта. По-специално, когато взаимодействате с лекарствасъдържащи сяра, може да се образува сулфхемоглобин, измествайки кривата на дисоциация на оксихемоглобина надясно.

Феталният хемоглобин (HbF) преобладава в кръвта на плода, който има по-голям афинитет към кислорода от хемоглобина на възрастните. При новородено еритроцитите съдържат до 70% от fstal хемоглобина. Хемоглобин F се заменя с HbA през първите шест месеца от живота.

В първите часове след раждането рО2 на артериалната кръв е около 50 mm Hg. чл., и HbO 2 - 75-90%.

При възрастните хора, кислородното напрежение в артериалната кръв и насищането на хемоглобина с кислород постепенно намалява. Стойността на този индикатор се изчислява по формулата

pO 2 = 103,5-0,42. възраст в години.

Във връзка с наличието на тясна връзка между насищането с кислород на кръвния хемоглобин и кислородното напрежение в него е разработен метод пулсова оксиметрияшироко използвани в клиниката. Този метод определя насищането на артериалния кръвен хемоглобин с кислород и критичните му нива, при които кислородното напрежение в кръвта става недостатъчно за ефективната му дифузия в тъканите и те започват да изпитват кислороден глад (фиг. 3).

Съвременният пулсов оксиметър се състои от сензор, включващ LED източник на светлина, фотодетектор, микропроцесор и дисплей. Светлината от светодиода се насочва през тъканта на пръста (ходилото), ушната мида и се абсорбира от оксихемоглобина. Непогълнатата част от светлинния поток се оценява от фотодетектор. Сигналът от фотодетектора се обработва от микропроцесора и се подава към екрана на дисплея. Екранът показва процентното насищане на хемоглобина с кислород, честотата на пулса и кривата на пулса.

На кривата на зависимостта на насищането на хемоглобина с кислород се вижда, че хемоглобинът на артериалната кръв, като се грижи за него от алвеоларните капиляри (фиг. 3), е напълно наситен с кислород (SaO2 = 100%), кислородното напрежение в него е 100 mm Hg. Изкуство. (pO2, = 100 mm Hg). След дисоциацията на оксигмоглобина в тъканите, кръвта се деоксигенира и в смесената венозна кръв се връща в дясното предсърдие, в покой хемоглобинът остава 75% наситен с кислород (Sv0 2 = 75%), а напрежението на кислорода е 40 mm Hg. Изкуство. (pvO2 = 40 mmHg). Така, в условия на покой, тъканите абсорбират около 25% (≈250 ml) от кислорода, освободен от оксигмоглобина след неговата дисоциация.

Ориз. 3. Зависимост на кислородното насищане на артериалния кръвен хемоглобин от кислородното напрежение в него

При намаляване само с 10% насищане на артериалния кръвен хемоглобин с кислород (SaO 2,<90%), диссоциирующий в тканях оксигемоглобин не обеспечивает достаточного напряжения кислорода в артериальной крови для его эффективной диффузии в ткани и они начинают испытывать кислородное голодание.

Една от важните задачи, които се решават чрез постоянно измерване на кислородната сатурация на артериалния хемоглобин с пулсов оксиметър, е да се открие момента, в който сатурацията пада до критично ниво (90%) и пациентът се нуждае от спешна помощ, насочена към подобряване на доставката на кислород към тъканите.

Транспорт на въглероден диоксид в кръвта и връзката му с киселинно-алкалното състояние на кръвта

Въглеродният диоксид се транспортира в кръвта в следните форми:

физическо разтваряне - 2,5-3 об.%;
карбоксихемоглобин (HbCO 2) - 5 об.%;
бикарбонати (NaHCO 3 и KHCO 3) - около 50 об.

Кръвта, изтичаща от тъканите, съдържа 56-58 vol% CO 2, а артериалната кръв съдържа 50-52 vol%. При изтичане през тъканните капиляри кръвта улавя около 6 об.% CO 2, а в белодробните капиляри този газ дифундира в алвеоларния въздух и се отстранява от тялото. Особено бърз е обменът на CO 2, свързан с хемоглобина. Въглеродният диоксид се свързва с аминогрупите в молекулата на хемоглобина, така че карбоксихемоглобинът се нарича още карбаминохемоглобин.Повечето въглероден диоксид се транспортира под формата на натриеви и калиеви соли на въглеродната киселина. Ускореното разграждане на въглеродната киселина в еритроцитите при преминаването им през белодробните капиляри се улеснява от ензима карбоанхидраза. Когато pCO2 е под 40 mm Hg. Изкуство. този ензим катализира разграждането на H 2 CO 3 до H 2 0 и CO 2, като помага за отстраняването на въглеродния диоксид от кръвта в алвеоларния въздух.

Натрупването на въглероден диоксид в кръвта над нормалното се нарича хиперкапния, и намаляването хипокапния.Хиперкапнията е придружена от изместване на рН на кръвта към киселинната страна. Това се дължи на факта, че въглеродният диоксид се комбинира с вода, за да образува въглеродна киселина:

CO 2 + H 2 O \u003d H 2 CO 3

Въглеродната киселина се дисоциира според закона на масовото действие:

H 2 CO 3<->H++ HCO3-.

По този начин външното дишане, чрез влиянието си върху съдържанието на въглероден диоксид в кръвта, участва пряко в поддържането на киселинно-алкалното състояние в организма. Около 15 000 mmol въглеродна киселина се отстранява от човешкото тяло на ден с издишания въздух. Бъбреците отстраняват приблизително 100 пъти по-малко киселини.

където pH е отрицателният логаритъм на концентрацията на протони; pK 1 е отрицателният логаритъм на константата на дисоциация (K 1) на въглеродната киселина. За йонната среда, присъстваща в плазмата, pK 1 =6,1.

Концентрацията [CO2] може да бъде заменена от напрежението [pCO2]:

[С0 2 ] = 0,03 рС0 2 .

След това pH = 6,1 + lg / 0,03 pCO 2.

Замествайки тези стойности, получаваме:

pH = 6,1 + lg24 / (0,03 . 40) = 6,1 + lg20 = 6,1 + 1,3 = 7,4.

По този начин, докато съотношението / 0,03 pCO 2 е 20, pH на кръвта ще бъде 7,4. Промяна в това съотношение възниква при ацидоза или алкалоза, причините за които могат да бъдат нарушения в дихателната система.

Има промени в киселинно-алкалното състояние, причинени от дихателни и метаболитни нарушения.

Респираторна алкалозасе развива при хипервентилация на белите дробове, например при престой на височина в планината. Липсата на кислород във вдишвания въздух води до увеличаване на вентилацията на белите дробове, а хипервентилацията - до прекомерно извличане на въглероден диоксид от кръвта. Съотношението / pCO 2 се измества към преобладаване на аниони и рН на кръвта се повишава. Повишаването на pH се придружава от увеличаване на екскрецията на бикарбонати в урината от бъбреците. В същото време съдържанието на HCO 3 аниони, или така наречения "дефицит на основи", ще бъде установено в кръвта по-малко от нормалното.

Респираторна ацидозасе развива поради натрупване на въглероден диоксид в кръвта и тъканите поради недостатъчност на външното дишане или кръвообращението. При хиперкапния съотношението / pCO 2 намалява. Следователно, pH също намалява (вижте уравненията по-горе). Това подкиселяване може бързо да бъде елиминирано чрез повишена вентилация.

При респираторна ацидоза бъбреците увеличават отделянето на водородни протони в урината в състава на киселинни соли на фосфорна киселина и амоний (H 2 PO 4 - и NH 4 +). Наред с повишената секреция на водородни протони в урината се увеличава образуването на аниони на въглеродната киселина и реабсорбцията им в кръвта. Съдържанието на HCO 3 – в кръвта се повишава и pH се връща към нормалното. Това състояние се нарича компенсирана респираторна ацидоза.Наличието му може да се прецени по стойността на pH и увеличаването на излишъка от основи (разликата между съдържанието в изследваната кръв и в кръвта с нормално киселинно-алкално състояние.

метаболитна ацидозапоради приемане на излишни киселини в организма с храна, метаболитни нарушения или въвеждане на лекарства. Повишаването на концентрацията на водородни йони в кръвта води до повишаване на активността на централните и периферните рецептори, които контролират pH на кръвта и цереброспиналната течност. Ускорените импулси от тях навлизат в дихателния център и стимулират вентилацията на белите дробове. Развива се хипокапия. което донякъде компенсира метаболитната ацидоза. Нивото в кръвта спада и това се нарича липса на бази.

метаболитна алкалозаразвива се при прекомерно поглъщане на алкални продукти, разтвори, лекарствени вещества, при загуба на киселинни метаболитни продукти от организма или прекомерно задържане на аниони от бъбреците. Дихателната система реагира на повишаване на съотношението /pCO 2 чрез хиповентилация на белите дробове и повишаване на напрежението на въглеродния диоксид в кръвта. Развиването на хиперкапния може до известна степен да компенсира алкалозата. Размерът на такава компенсация обаче е ограничен от факта, че натрупването на въглероден диоксид в кръвта достига не повече от напрежение от 55 mm Hg. Изкуство. Отличителен белег на компенсирана метаболитна алкалоза е наличието на излишък от основи.

Връзката между транспорта на кислород и въглероден диоксид в кръвта

Има три основни начина за взаимовръзка на транспортирането на кислород и въглероден диоксид чрез кръвта.

Връзка по тип Ефект на Бор(увеличаване на pCO-, намалява афинитета на хемоглобина към кислорода).

Връзка по тип ефект на Холдън. Проявява се във факта, че когато хемоглобинът се деоксигенира, неговият афинитет към въглеродния диоксид се увеличава. Освобождават се допълнителен брой аминогрупи на хемоглобина, способни да свързват въглеродния диоксид. Това се случва в тъканните капиляри и намаленият хемоглобин може да улови големи количества въглероден диоксид, освободен в кръвта от тъканите. В комбинация с хемоглобина се транспортира до 10% от общия въглероден диоксид, пренесен от кръвта. В кръвта на белодробните капиляри хемоглобинът се обогатява с кислород, афинитетът му към въглероден диоксид намалява и около половината от тази лесно обменяема фракция въглероден диоксид ще бъде освободена в алвеоларния въздух.

Друг начин на взаимно свързване се дължи на промяна в киселинните свойства на хемоглобина в зависимост от връзката му с кислорода. Стойностите на константите на дисоциация на тези съединения в сравнение с въглеродната киселина имат следното съотношение: Hb0 2 > H 2 C0 3 > Hb. Следователно HbO2 има по-силни киселинни свойства. Следователно, след образуване в белодробните капиляри, той взема катиони (K +) от бикарбонати (KHCO3) в замяна на H + йони. В резултат на това се образува H 2 CO 3. С увеличаване на концентрацията на въглеродна киселина в еритроцита ензимът карбоанхидраза започва да го разрушава с образуването на CO 2 и H 2 0. Въглеродният диоксид дифундира в алвеоларния въздух . По този начин оксигенацията на хемоглобина в белите дробове допринася за разрушаването на бикарбонатите и отстраняването на натрупания в тях въглероден диоксид от кръвта.

Описаните по-горе трансформации и настъпващи в кръвта на белодробните капиляри могат да бъдат записани като последователни символични реакции:

Деоксигенирането на Hb0 2 в тъканните капиляри го превръща в съединение с по-малко киселинни свойства от H 2 CO 3 . Тогава горните реакции в еритроцита протичат в обратна посока. Хемоглобинът действа като доставчик на К йони за образуването на бикарбонати и свързването на въглеродния диоксид.

Транспорт на газ чрез кръв

Преносител на кислород от белите дробове към тъканите и на въглероден диоксид от тъканите към белите дробове е кръвта. В свободно (разтворено) състояние се транспортира само малко количество от тези газове. Основното количество кислород и въглероден диоксид се транспортират в свързано състояние.

Транспорт на кислород

Кислородът, който се разтваря в кръвната плазма на капилярите на белодробната циркулация, дифундира в еритроцитите, незабавно се свързва с хемоглобина, образувайки оксихемоглобин. Скоростта на свързване на кислорода е висока: времето на полунасищане на хемоглобина с кислород е около 3 ms. Един грам хемоглобин свързва 1,34 ml кислород, в 100 ml кръв 16 g хемоглобин и следователно 19,0 ml кислород. Тази стойност се нарича кислороден капацитет на кръвта(КЕК).

Превръщането на хемоглобина в оксихемоглобин се определя от напрежението на разтворения кислород. Графично тази зависимост се изразява чрез кривата на дисоциация на оксихемоглобина (фиг. 6.3).

Фигурата показва, че дори при малко парциално налягане на кислорода (40 mm Hg), 75-80% от хемоглобина се свързва с него.

При налягане 80-90 mm Hg. Изкуство. хемоглобинът е почти напълно наситен с кислород.

Ориз. 4. Крива на дисоциация на оксихемоглобина

Кривата на дисоциация има S-образна форма и се състои от две части - стръмна и наклонена. Наклонената част на кривата, съответстваща на високи (повече от 60 mm Hg) кислородни напрежения, показва, че при тези условия съдържанието на оксихемоглобин само слабо зависи от кислородното напрежение и неговото парциално налягане във вдишвания и алвеоларен въздух. Горната наклонена част на кривата на дисоциация отразява способността на хемоглобина да свързва големи количества кислород, въпреки умереното намаляване на парциалното му налягане във вдишвания въздух. При тези условия тъканите са достатъчно снабдени с кислород (точка на насищане).

Стръмната част на кривата на дисоциация съответства на напрежението на кислорода, типично за телесните тъкани (35 mm Hg и по-малко). В тъканите, които поглъщат много кислород (работещи мускули, черен дроб, бъбреци), кислородът и хемоглобинът се дисоциират в по-голяма степен, понякога почти напълно. В тъкани, в които интензивността на окислителните процеси е ниска, по-голямата част от оксихемоглобина не се дисоциира.

Свойството на хемоглобина - лесно се насища с кислород дори при ниско налягане и лесно го отдава - е много важно. Поради лесното връщане на кислород от хемоглобина с намаляване на парциалното му налягане се осигурява непрекъснато снабдяване с кислород към тъканите, при което поради постоянната консумация на кислород парциалното му налягане е нула.

Разграждането на оксихемоглобина до хемоглобин и кислород се увеличава с повишаване на телесната температура (фиг. 5).

Ориз. 5. Криви на насищане на хемоглобина с кислород при различни условия:

А - в зависимост от реакцията на средата (рН); B - на температура; B - от съдържанието на сол; G - от съдържанието на въглероден диоксид. Абсцисата показва парциалното налягане на кислорода (в mm Hg). по оста y - степента на насищане (в%)

Дисоциацията на оксихемоглобина зависи от реакцията на средата на кръвната плазма. С повишаване на киселинността на кръвта се увеличава дисоциацията на оксихемоглобина (фиг. 5, А).

Свързването на хемоглобина с кислорода във водата се осъществява бързо, но не се постига пълното му насищане, нито има пълно връщане на кислорода с намаляване на частичното му
налягане. По-пълно насищане на хемоглобина с кислород и пълното му връщане с намаляване на кислородното напрежение се случва в солеви разтвори и в кръвната плазма (виж фиг. 5, В).

От особено значение за свързването на хемоглобина с кислорода е съдържанието на въглероден диоксид в кръвта: колкото по-голямо е съдържанието му в кръвта, толкова по-малко хемоглобинът се свързва с кислорода и толкова по-бързо настъпва дисоциацията на оксихемоглобина. На фиг. Фигура 5d показва кривите на дисоциация на оксихемоглобина при различни нива на въглероден диоксид в кръвта. Способността на хемоглобина да се свързва с кислорода намалява особено рязко при налягане на въглероден диоксид от 46 mm Hg. чл., т.е. при стойност, съответстваща на напрежението на въглеродния диоксид във венозната кръв. Влиянието на въглеродния диоксид върху дисоциацията на оксихемоглобина е много важно за транспортирането на газове в белите дробове и тъканите.

Тъканите съдържат голямо количество въглероден диоксид и други киселинни разпадни продукти в резултат на метаболизма. Преминавайки в артериалната кръв на тъканните капиляри, те допринасят за по-бързото разграждане на оксихемоглобина и освобождаването на кислород в тъканите.

В белите дробове, тъй като въглеродният диоксид се отделя от венозната кръв в алвеоларния въздух, с намаляване на съдържанието на въглероден диоксид в кръвта, способността на хемоглобина да се свързва с кислорода се увеличава. Това осигурява трансформацията на венозната кръв в артериална.

Транспорт на въглероден диоксид

Известни са три форми на транспорт на въглероден диоксид:

физически разтворен газ - 5-10%, или 2,5 ml / 100 ml кръв;
химически свързан в бикарбонати: в плазмата NaHC0 3, в KHCO еритроцитите - 80-90%, т.е. 51 мл/100 мл кръв;
химически свързани в карбамни съединения на хемоглобина - 5-15%, или 4,5 ml / 100 ml кръв.

Въглеродният диоксид се образува непрекъснато в клетките и дифундира в кръвта на тъканните капиляри. В червените кръвни клетки той се свързва с вода и образува въглеродна киселина. Този процес се катализира (ускорява се 20 000 пъти) от ензима карбоанхидраза.Карбоанхидразата се намира в еритроцитите, не е в кръвната плазма. Следователно хидратацията на въглеродния диоксид се случва почти изключително в еритроцитите. В зависимост от напрежението на въглеродния диоксид, карбоанхидразата се катализира с образуването на въглеродна киселина и нейното разделяне на въглероден диоксид и вода (в капилярите на белите дробове).

Част от молекулите на въглеродния диоксид се свързва с хемоглобина в еритроцитите, образувайки карбохемоглобин.

Поради тези процеси на свързване напрежението на въглеродния диоксид в еритроцитите е ниско. Следователно всички нови количества въглероден диоксид дифундират в червените кръвни клетки. В еритроцитите се повишава концентрацията на йони НС0 3, образувани при дисоциацията на соли на въглеродната киселина. Еритроцитната мембрана е силно пропусклива за аниони. Следователно част от йоните на HCO 3 - преминава в кръвната плазма. Вместо HCO 3 - йони от плазмата в еритроцитите влизат CI - йони, чиито отрицателни заряди се балансират от К + йони. В кръвната плазма се увеличава количеството на натриев бикарбонат (NaHCO 3 -).

Натрупването на йони вътре в еритроцитите е придружено от повишаване на осмотичното им налягане. Поради това обемът на еритроцитите в капилярите на системното кръвообращение се увеличава леко.

За улавяне изключително на по-голямата част от въглеродния диоксид голямо значениеимат свойствата на хемоглобина като киселина. Оксихемоглобинът има константа на дисоциация 70 пъти по-голяма от дезоксихемоглобина. Оксихемоглобинът е по-силна киселина от въглеродната киселина, а дезоксихемоглобинът е по-слаб. Следователно в артериалната кръв оксихемоглобинът, който е изместил K + йони от бикарбонатите, се транспортира под формата на KHbO 2 сол. В тъканните капиляри KHbO 2 отделя кислород и се превръща в KHb. От него въглеродната киселина, като по-силна, измества К + йони:

KNb0 2 + H 2 CO 3 = KNb + 0 2 + KNSO 3

По този начин превръщането на оксихемоглобина в хемоглобин се придружава от повишаване на способността на кръвта да свързва въглеродния диоксид. Това явление се нарича ефектът на Холдейн.Хемоглобинът служи като източник на катиони (К+), необходими за свързването на въглеродната киселина под формата на бикарбонати.

И така, в еритроцитите на тъканните капиляри се образува допълнително количество калиев бикарбонат, както и карбохемоглобин, а количеството натриев бикарбонат се увеличава в кръвната плазма. В тази форма въглеродният диоксид се пренася в белите дробове.

В капилярите на белодробната циркулация напрежението на въглеродния диоксид намалява. CO2 се отделя от карбохемоглобина. В същото време настъпва образуването на оксихемоглобин, неговата дисоциация се увеличава. Оксихемоглобинът измества калия от бикарбонатите. Въглеродната киселина в еритроцитите (в присъствието на карбоанхидраза) бързо се разлага на вода и въглероден диоксид. HCOG йони влизат в еритроцитите, а CI йони влизат в кръвната плазма, където количеството натриев бикарбонат намалява. Въглеродният диоксид дифундира в алвеоларния въздух. Всички тези процеси са показани схематично на фиг. 6.

Ориз. 6. Процеси, протичащи в еритроцита по време на усвояването или освобождаването на кислород и въглероден диоксид от кръвта

транспорт на кислород.Кислородът, който се разтваря в кръвната плазма на капилярите на белодробната циркулация, дифундира в еритроцитите, незабавно се свързва с хемоглобина, образувайки оксихемоглобин. Скоростта на свързване на кислорода е висока: времето на полунасищане на хемоглобина с кислород е около 3 ms. Един грам хемоглобин свързва 1,34 ml кислород, в 100 ml кръв 16 g хемоглобин и следователно 19,0 ml кислород. Тази стойност се нарича кислороден капацитет на кръвта (KEK).

При налягане 80-90 mm Hg. Изкуство. хемоглобинът е почти напълно наситен с кислород.

Ориз. 6.3.

Кривата на дисоциация има 5-образна форма и се състои от две части - стръмна и наклонена. Наклонената част на кривата, съответстваща на високи (повече от 60 mm Hg) кислородни напрежения, показва, че при тези условия съдържанието на оксихемоглобин само слабо зависи от кислородното напрежение и неговото парциално налягане във вдишвания и алвеоларен въздух. Горната наклонена част на кривата на дисоциация отразява способността на хемоглобина да свързва големи количества кислород, въпреки умереното намаляване на парциалното му налягане във вдишвания въздух. При тези условия тъканите са достатъчно снабдени с кислород (точка на насищане).

Стръмната част на кривата на дисоциация съответства на напрежението на кислорода, типично за телесните тъкани (35 mm Hg и по-малко). В тъкани, които абсорбират много кислород (работещи мускули, черен дроб, бъбреци), оксихемоглобинът се дисоциира в по-голяма степен, понякога почти напълно. В тъкани, в които интензивността на окислителните процеси е ниска, по-голямата част от оксихемоглобина не се дисоциира.

Разграждането на оксихемоглобина до хемоглобин и кислород се увеличава с повишаване на телесната температура (фиг. 6.4).

Ориз. 6.4.

А - в зависимост от реакцията на средата (рН); B - на температура; B - от съдържанието на сол; G - от съдържанието на въглероден диоксид. По абсцисата - парциалното налягане на кислорода (в mm Hg), по ординатата - степента на насищане (в%)

Свързването на хемоглобина с кислорода във водата се осъществява бързо, но не се постига пълното му насищане, нито пък пълното връщане на кислорода настъпва при намаляване на парциалното му налягане. По-пълно насищане на хемоглобина с кислород и пълното му връщане с намаляване на кислородното напрежение се случва в солеви разтвори и в кръвната плазма (виж фиг. 6.4, B).

От особено значение за свързването на хемоглобина с кислорода е съдържанието на въглероден диоксид в кръвта: колкото по-голямо е съдържанието му в кръвта, толкова по-малко хемоглобинът се свързва с кислорода и толкова по-бързо настъпва дисоциацията на оксихемоглобина. На фиг. 6.4, D показва кривите на дисоциация на оксихемоглобина при различни нива на въглероден диоксид в кръвта. Способността на хемоглобина да се свързва с кислорода намалява особено рязко при налягане на въглероден диоксид от 46 mm Hg. чл., т.е. при стойност, съответстваща на напрежението на въглеродния диоксид във венозната кръв. Влиянието на въглеродния диоксид върху дисоциацията на оксихемоглобина е много важно за транспортирането на газове в белите дробове и тъканите.

транспорт на въглероден диоксид.Известни са три форми на транспорт на въглероден диоксид:

физически разтворен газ - 5-10%, или 2,5 ml / 100 ml кръв;
химически свързан в бикарбонати: в плазмата NaHC0 3, в еритроцитите KHC0 3 - 80-90%, т.е. 51 мл/100 мл кръв;
химически свързани в хемоглобина карбамни съединения - 5-15%, или 4,5 ml / 100 ml кръв.

Въглеродният диоксид се образува непрекъснато в клетките и дифундира в кръвта на тъканните капиляри. В червените кръвни клетки той се свързва с вода и образува въглеродна киселина. Този процес се катализира (ускорява се 20 000 пъти) от ензима карбоанхидраза.Карбоанхидразата се намира в еритроцитите, не е в кръвната плазма. Следователно хидратацията на въглеродния диоксид се случва почти изключително в еритроцитите. В зависимост от напрежението на въглеродния диоксид, карбоанхидразата се катализира с образуването на въглеродна киселина и нейното разделяне на въглероден диоксид и вода (в капилярите на белите дробове).

Поради тези процеси на свързване напрежението на въглеродния диоксид в еритроцитите е ниско. Следователно всички нови количества въглероден диоксид дифундират в червените кръвни клетки. В еритроцитите се повишава концентрацията на йони НС0 3, образувани при дисоциацията на соли на въглеродната киселина. Еритроцитната мембрана е силно пропусклива за аниони. Следователно част от йоните HC0 3 преминават в кръвната плазма. Вместо HC0 3 - йони от плазмата в еритроцитите влизат йони C1 _, чиито отрицателни заряди се балансират от К + йони. В кръвната плазма се увеличава количеството на натриев бикарбонат (NaHC0 3 -).

За свързването на по-голямата част от въглеродния диоксид, свойствата на хемоглобина като киселина са изключително важни. Оксихемоглобинът има константа на дисоциация 70 пъти по-голяма от дезоксихемоглобина. Оксихемоглобинът е по-силна киселина от въглеродната киселина, а дезоксихемоглобинът е по-слаб. Следователно в артериалната кръв оксихемоглобинът, който е изместил K + йони от бикарбонатите, се транспортира под формата на KH0 2 сол. В тъканните капиляри KH0 2 освобождава кислород и се превръща в KH. От него въглеродната киселина, като по-силна, измества К + йони:

По този начин превръщането на оксихемоглобина в хемоглобин се придружава от повишаване на способността на кръвта да свързва въглеродния диоксид. Това явление се нарича ефектът на Холдейн.Хемоглобинът служи като източник на катиони (К +), необходими за свързването на въглеродната киселина под формата на бикарбонати.

В капилярите на белодробната циркулация напрежението на въглеродния диоксид намалява. C0 2 се отделя от карбохемоглобина. В същото време настъпва образуването на оксихемоглобин, неговата дисоциация се увеличава. Оксихемоглобинът измества калия от бикарбонатите. Въглеродната киселина в еритроцитите (в присъствието на карбоанхидраза) бързо се разлага на вода и въглероден диоксид. Йоните HC0 3 “ влизат в еритроцитите, а йони SG – в кръвната плазма, където количеството натриев бикарбонат намалява. Въглеродният диоксид дифундира в алвеоларния въздух. Всички тези процеси са показани схематично на фиг. 6.5.

Ориз. 6.5.

Виж: Физиология на човека / Изд. А. Косицки.
Виж: Леонтьева Н.Н., Маринова К.В. Указ. оп.

Обсъдихме подробно как въздухът навлиза в белите дробове. Сега да видим какво ще се случи с него след това.

кръвоносна система

Ние се спряхме на факта, че кислородът в състава на атмосферния въздух навлиза в алвеолите, откъдето преминава през тяхната тънка стена чрез дифузия в капиляри, които заплитат алвеолите с гъста мрежа. Капилярите се свързват с белодробните вени, които пренасят кислородна кръв към сърцето и по-точно към лявото му предсърдие. Сърцето работи като помпа, изпомпвайки кръвта по цялото тяло. От лявото предсърдие, обогатената с кислород кръв ще отиде в лявата камера, а оттам - на пътешествие през системното кръвообращение, към органите и тъканите. След обмен на хранителни вещества в капилярите на тялото с тъкани, отказ от кислород и поемане на въглероден диоксид, кръвта се събира във вените и навлиза в дясното предсърдие на сърцето, а системното кръвообращение се затваря. От там започва малък кръг.

Малкият кръг започва от дясната камера, откъдето белодробната артерия носи кръв, за да „зарежда“ с кислород към белите дробове, разклонявайки и заплитайки алвеолите с капилярна мрежа. От тук отново – през белодробните вени до лявото предсърдие и така до безкрай. За да си представите ефективността на този процес, представете си, че времето за пълна циркулация на кръвта е само 20-23 секунди. През това време обемът на кръвта има време напълно да „обича“ както в системната, така и в белодробната циркулация.

За насищане на околната среда, която се променя толкова активно, колкото кръвта с кислород, трябва да се вземат предвид следните фактори:

Количеството кислород и въглероден диоксид във вдишвания въздух (състав на въздуха)

Ефективност на вентилацията на алвеолите

Ефективността на алвеоларния газообмен (ефективността на веществата и структурите, които осигуряват кръвен контакт и газообмен)

Състав на вдишвания, издишания и алвеоларен въздух

При нормални условия човек диша атмосферен въздух, който има относително постоянен състав. Издишаният въздух винаги съдържа по-малко кислород и повече въглероден диоксид. Най-малко кислород и най-много въглероден диоксид в алвеоларния въздух. Разликата в състава на алвеоларния и издишания въздух се обяснява с факта, че последният е смес от въздух в мъртвото пространство и алвеоларен въздух.

Алвеоларният въздух е вътрешната газова среда на тялото. Газовият състав на артериалната кръв зависи от нейния състав. Регулаторните механизми поддържат постоянството на състава на алвеоларния въздух, който при тихо дишане зависи малко от фазите на вдишване и издишване. Например, съдържанието на CO 2 в края на вдишването е само с 0,2-0,3% по-малко, отколкото в края на издишването, тъй като само 1/7 от алвеоларния въздух се обновява с всяко вдишване.

Освен това газообменът в белите дробове протича непрекъснато, независимо от фазите на вдишване или издишване, което спомага за изравняване на състава на алвеоларния въздух. При дълбоко дишане, поради увеличаване на скоростта на вентилация на белите дробове, зависимостта на състава на алвеоларния въздух от вдишването и издишването се увеличава. В същото време трябва да се помни, че концентрацията на газове „по оста“ на въздушния поток и по неговата „края на пътя“ също ще се различава: движението на въздуха „по оста“ ще бъде по-бързо и съставът ще бъде по-близо до състава на атмосферния въздух. В областта на върховете на белите дробове, алвеолите се вентилират по-малко ефективно, отколкото в долните части на белите дробове, съседни на диафрагмата.

Алвеоларна вентилация

В алвеолите се осъществява газообмен между въздух и кръв. Всички други компоненти на белите дробове служат само за доставяне на въздух до това място. Следователно не е важно общото количество вентилация на белите дробове, а количеството вентилация на алвеолите. Това е по-малко от вентилацията на белите дробове със стойността на вентилацията на мъртвото пространство. И така, при минутен дихателен обем, равен на 8000 ml и дихателна честота 16 в минута, вентилацията на мъртвото пространство ще бъде 150 ml x 16 = 2400 ml. Вентилацията на алвеолите ще бъде равна на 8000 ml - 2400 ml = 5600 ml. При същия минутен дихателен обем от 8000 ml и дихателна честота 32 в минута, вентилацията на мъртвото пространство ще бъде 150 ml x 32 = 4800 ml, а вентилацията на алвеолите от 8000 ml ще бъде 4800 ml = 3200 ml , т.е. ще бъде два пъти по-малък, отколкото в първия случай. това предполага първо практическо заключение, ефективността на вентилацията на алвеолите зависи от дълбочината и честотата на дишането.

Количеството на белодробната вентилация се регулира от тялото по такъв начин, че да осигури постоянен газов състав на алвеоларния въздух. И така, с увеличаване на концентрацията на въглероден диоксид в алвеоларния въздух, минутният обем на дишане се увеличава, с намаляване - намалява. Регулаторните механизми на този процес обаче не са в алвеолите. Дълбочината и честотата на дишане се регулират от дихателния център въз основа на информация за количеството кислород и въглероден диоксид в кръвта.

Газообмен в алвеолите

Газообменът в белите дробове се осъществява в резултат на дифузията на кислород от алвеоларния въздух в кръвта (около 500 литра на ден) и въглероден диоксид от кръвта в алвеоларния въздух (около 430 литра на ден). Дифузията се дължи на разликата в налягането между тези газове в алвеоларния въздух и в кръвта.

Дифузията е взаимното проникване на контактуващи вещества едно в друго поради термичното движение на частиците на веществото. Дифузията протича в посока на намаляване на концентрацията на веществото и води до равномерно разпределение на веществото в целия обем, който заема. По този начин намалената концентрация на кислород в кръвта води до проникването му през мембраната на въздушно-кръвната (аерогематичната) бариера, излишната концентрация на въглероден диоксид в кръвта води до освобождаването му в алвеоларния въздух. Анатомично въздушно-кръвната бариера е представена от белодробната мембрана, която от своя страна се състои от капилярни ендотелни клетки, две основни мембрани, алвеоларен сквамозен епител и повърхностноактивен слой. Дебелината на белодробната мембрана е само 0,4-1,5 микрона.

Повърхностно активното вещество е повърхностно активно вещество, което улеснява дифузията на газове. Нарушаването на синтеза на повърхностно активно вещество от клетките на белодробния епител прави процеса на дишане почти невъзможен поради рязко забавяне на нивото на дифузия на газове.

Кислородът, който влиза в кръвта, и въглеродният диоксид, донесен от кръвта, могат да бъдат както в разтворена форма, така и в химически свързана форма. При нормални условия, в свободно (разтворено) състояние, толкова малко количество от тези газове се прехвърля, че те могат безопасно да бъдат пренебрегнати при оценката на нуждите на организма. За простота ще приемем, че основното количество кислород и въглероден диоксид се транспортират в свързано състояние.

Транспорт на кислород

Кислородът се транспортира под формата на оксихемоглобин. Оксихемоглобинът е комплекс от хемоглобин и молекулен кислород.

Хемоглобинът се намира в червените кръвни клетки - еритроцити. Червените кръвни клетки под микроскоп изглеждат като леко сплескана поничка. Тази необичайна форма позволява на еритроцитите да взаимодействат със заобикалящата кръв с по-голяма площ от сферичните клетки (от тела с равен обем, топката има минимална площ). И освен това еритроцитът е в състояние да се сгъва в тръба, да се свива в тесен капиляр и да достига до най-отдалечените ъгли на тялото.

това предполага второ практическо заключение: за да е успешен газообменът, въздухът трябва да „получава паузи“, през които концентрацията на газове в алвеоларния въздух и вливащата кръв има време да се изравни, тоест трябва да има пауза между вдишване и издишване.

Превръщането на редуцирания (безкислороден) хемоглобин (дезоксихемоглобин) в окислен (съдържащ кислород) хемоглобин (оксихемоглобин) зависи от съдържанието на разтворен кислород в течната част на кръвната плазма. Освен това механизмите на усвояване на разтворения кислород са много ефективни.

Например, изкачване на височина от 2 км над морското равнище е придружено от намаляване на атмосферното налягане от 760 до 600 mm Hg. чл., парциално налягане на кислорода в алвеоларния въздух от 105 до 70 mm Hg. чл., а съдържанието на оксихемоглобин се намалява само с 3%. И въпреки намаляването на атмосферното налягане, тъканите продължават успешно да се снабдяват с кислород.

В тъкани, които изискват много кислород за нормално функциониране (работещи мускули, черен дроб, бъбреци, жлезиста тъкан), оксихемоглобинът „отдава“ кислород много активно, понякога почти напълно. В тъкани, в които интензивността на окислителните процеси е ниска (например в мастната тъкан), по-голямата част от оксихемоглобина не „отказва“ молекулярен кислород - нивото дисоциацията на оксихемоглобина е ниска. Преминаването на тъканите от състояние на покой в активно състояние (мускулно свиване, секреция на жлезите) автоматично създава условия за увеличаване на дисоциацията на оксихемоглобина и увеличаване на доставката на кислород към тъканите.

Способността на хемоглобина да „задържа“ кислород (афинитетът на хемоглобина към кислорода) намалява с увеличаване на концентрациите на въглероден диоксид (ефект на Бор) и водородни йони. По същия начин повишаването на температурата влияе върху дисоциацията на оксихемоглобина.

Оттук става лесно да се разбере как естествените процеси са взаимосвързани и балансирани един спрямо друг. Промените в способността на оксихемоглобина да задържа кислород е от голямо значение за осигуряване на снабдяването на тъканите с него. В тъканите, в които метаболитните процеси протичат интензивно, концентрацията на въглероден диоксид и водородни йони се увеличава и температурата се повишава. Това ускорява и улеснява "връщането" на кислорода от хемоглобина и улеснява протичането на метаболитните процеси.

Скелетните мускулни влакна съдържат миоглобин близо до хемоглобина. Има много висок афинитет към кислорода. След като е „грабнал“ кислородна молекула, тя вече няма да я освобождава в кръвта.

Количеството кислород в кръвта

Максималното количество кислород, което кръвта може да свърже, когато хемоглобинът е напълно наситен с кислород, се нарича кислороден капацитет на кръвта. Кислородният капацитет на кръвта зависи от съдържанието на хемоглобин в нея.

В артериалната кръв съдържанието на кислород е само малко (3-4%) по-ниско от кислородния капацитет на кръвта. При нормални условия 1 литър артериална кръв съдържа 180-200 ml кислород. Дори в случаите, когато при експериментални условия човек диша чист кислород, количеството му в артериалната кръв практически съответства на кислородния капацитет. В сравнение с дишането с атмосферен въздух, количеството пренесен кислород се увеличава леко (с 3-4%).

Венозната кръв в покой съдържа около 120 ml/l кислород. По този начин, преминавайки през тъканните капиляри, кръвта не се отказва от целия кислород.

Фракцията на кислорода, поемана от тъканите от артериалната кръв, се нарича коефициент на използване на кислород. За да го изчислите, разделете разликата между съдържанието на кислород в артериалната и венозната кръв на съдържанието на кислород в артериалната кръв и умножете по 100.

Например:
(200-120): 200 x 100 = 40%.

В покой степента на използване на кислород от тялото варира от 30 до 40%. При интензивна мускулна работа се повишава до 50-60%.

Транспорт на въглероден диоксид

Въглеродният диоксид се транспортира в кръвта в три форми. Във венозна кръв около 58 об. % (580 ml / l) CO2, като от тях само около 2,5 обемни процента са в разтворено състояние. Някои от молекулите на CO2 се комбинират с хемоглобина в еритроцитите, образувайки карбохемоглобин (приблизително 4,5 об.%). Останалата част от CO2 е химически свързана и се съдържа под формата на соли на въглеродната киселина (приблизително 51 об.%).

Въглеродният диоксид е един от най-разпространените продукти химична реакцияметаболизъм. Непрекъснато се образува в живите клетки и оттам дифундира в кръвта на тъканните капиляри. В еритроцитите той се свързва с вода и образува въглеродна киселина (CO2 + H20 = H2CO3).

Този процес се катализира (ускорява двадесет хиляди пъти) от ензима карбоанхидраза. Карбоанхидразата се намира в еритроцитите, не е в кръвната плазма. По този начин процесът на комбиниране на въглероден диоксид с вода протича почти изключително в еритроцитите. Но този процес е обратим, което може да промени посоката си. В зависимост от концентрацията на въглероден диоксид, карбоанхидразата катализира както образуването на въглеродна киселина, така и нейното разделяне на въглероден диоксид и вода (в капилярите на белите дробове).

Поради тези процеси на свързване концентрацията на CO2 в еритроцитите е ниска. Следователно всички нови количества CO2 продължават да дифундират в еритроцитите. Натрупването на йони вътре в еритроцитите се придружава от повишаване на осмотичното налягане в тях, в резултат на което количеството вода във вътрешната среда на еритроцитите се увеличава. Поради това обемът на еритроцитите в капилярите на системното кръвообращение се увеличава леко.

Хемоглобинът има по-голям афинитет към кислорода, отколкото към въглеродния диоксид, следователно, при условия на повишено парциално налягане на кислорода, карбохемоглобинът първо се превръща в дезоксихемоглобин, а след това в оксихемоглобин.

Освен това, когато оксихемоглобинът се превръща в хемоглобин, има повишаване на способността на кръвта да свързва въглеродния диоксид. Това явление се нарича ефект на Халдейн. Хемоглобинът служи като източник на калиеви катиони (К +), необходими за свързването на въглеродната киселина под формата на въглеродни соли - бикарбонати.

И така, в еритроцитите на тъканните капиляри се образува допълнително количество калиев бикарбонат, както и карбохемоглобин. В тази форма въглеродният диоксид се пренася в белите дробове.

В капилярите на белодробната циркулация концентрацията на въглероден диоксид намалява. CO2 се отцепва от карбохемоглобина. В същото време настъпва образуването на оксихемоглобин, неговата дисоциация се увеличава. Оксихемоглобинът измества калия от бикарбонатите. Въглеродната киселина в еритроцитите (в присъствието на карбоанхидраза) бързо се разлага до H20 и CO2. Кръгът е завършен.

Остава да направим още една бележка. Въглеродният оксид (CO) има по-голям афинитет към хемоглобина от въглеродния диоксид (CO2) и кислорода. Следователно отравянето с въглероден окис е толкова опасно: влизайки в стабилна връзка с хемоглобина, въглеродният оксид блокира възможността за нормален транспорт на газ и всъщност „задушава“ тялото. Жителите на големите градове постоянно вдишват повишени концентрации на въглероден окис. Това води до факта, че дори достатъчен брой пълноценни еритроцити при условия на нормално кръвообращение не е в състояние да изпълнява транспортни функции. Оттук и припадъците и инфарктите на относително здрави хора в задръстванията.

< Назад

Дишането е най-важната функция на тялото, тя осигурява поддържането на оптимално ниво на редокс процеси в клетките, клетъчното дишане.

В осигуряването на дихателния процес участват специализирани органи (нос, бели дробове, диафрагма, сърце) и клетки (еритроцити, нервни клетки, хеморецептори на кръвоносните съдове и нервни клетки на мозъка, които образуват дихателния център).

Обикновено процесът на дишане може да бъде разделен на три основни етапа: външно дишане, транспортиране на газове (кислород и въглероден диоксид) чрез кръвта (между белите дробове и клетките) и тъканно дишане (окисляване на различни вещества в клетките).

външно дишане- газообмен между тялото и околния атмосферен въздух.

Транспорт на газ чрез кръв. Основният носител на кислород е хемоглобинът, протеин, който се намира в червените кръвни клетки. С помощта на хемоглобина се транспортират и до 20% от въглеродния диоксид.

Тъканно или вътрешно дишане. Този процес може условно да се раздели на две: обмен на газове между кръвта и тъканите, консумация на кислород от клетките и освобождаване на въглероден диоксид (вътреклетъчно, ендогенно дишане).

Очевидно здравословното състояние се определя от състоянието на дихателната функция, а резервният капацитет на тялото, здравният резерв зависи от резервния капацитет на дихателната система.

Транспорт на газ чрез кръв

В тялото кислородът и въглеродният диоксид се транспортират чрез кръвта. Кислородът, идващ от алвеоларния въздух в кръвта, се свързва с хемоглобина на еритроцитите, образувайки така наречения оксихемоглобин и в тази форма се доставя до тъканите. В тъканните капиляри кислородът се отделя и преминава в тъканите, където се включва в окислителните процеси. Свободният хемоглобин свързва водорода и се превръща в така наречения редуциран хемоглобин. Въглеродният диоксид, образуван в тъканите, преминава в кръвта и навлиза в червените кръвни клетки. След това част от въглеродния диоксид се комбинира с редуциран хемоглобин, образувайки така наречения карбхемоглобин и в тази форма въглеродният диоксид се доставя в белите дробове. Въпреки това, по-голямата част от въглеродния диоксид в еритроцитите, с участието на ензима карбоанхидраза, се превръща в бикарбонати, които преминават в плазмата и се транспортират до белите дробове. В белодробните капиляри бикарбонатите се разграждат с помощта на специален ензим и се отделя въглероден диоксид. Въглеродният диоксид се отделя от хемоглобина. Въглеродният диоксид преминава в алвеоларния въздух и се отстранява с издишания въздух във външната среда.

3 .... Характеристика на процеса на защита на организма от влиянието на външни и вътрешни фактори. Вродени защитни механизми: безусловни защитни рефлекси, бариерни функции на кожата и лигавиците, адаптационен синдром

Кожата е тясно свързана с всички органи и системи на тялото. Той изпълнява много важни функции, като основните са защитна, дихателна, абсорбционна, отделителна, пигментообразуваща. Освен това кожата участва в съдовите реакции, терморегулацията, метаболитните процеси, нервно-рефлексните реакции на тялото.

Защитна функциякожата е много разнообразна. Механичната защита от външни дразнители се осигурява от плътен рогов слой, особено на дланите и стъпалата. Благодарение на тези свойства, кожата е в състояние да устои механични въздействия- натиск, синини, сълзи и др.

Кожата до голяма степен предпазва тялото от излагане на радиация.Инфрачервените лъчи са почти напълно блокирани от роговия слой, ултравиолетовите - частично. Прониквайки дълбоко в епидермиса, UV лъчите стимулират производството на пигмент - меланинкойто абсорбира UV лъчите и по този начин предпазва клетките от вредни ефектиизлишна радиация и инсолация (излагане на слънчева радиация.

В защита срещу химически дразнителикератинът на роговия слой играе важна роля. Основната бариера за проникване на електролити, неелектролити и вода в кожата е прозрачният слой и най-дълбоката част на роговия слой, които са богати на холестерол.

Защита от микроорганизмиснабдени с бактерицидни свойства на кожата. Броят на различните микроорганизми на повърхността на здравата човешка кожа варира от 115 хиляди до 32 милиона на 1 cm квадрат. Непокътната кожа е непроницаема за микроорганизми.

адаптивенсиндром - набор от защитни реакции на човешкото или животинското тяло (главно ендокринна система) под стрес. При адаптационния синдром има етапи на тревожност (мобилизиране на защитни сили), съпротива (адаптация към трудна ситуация), изтощение (при силен и продължителен стрес може да завърши със смърт). Концепциите за адаптационен синдром и стрес са предложени от G. Selye.

Има три етапа в развитието на адаптационния синдром:

сцена тревожност: продължава от няколко часа до два дни. Включва две фази - шок и контрашок (върху последния се мобилизират защитните реакции на организма).

На сцената съпротивлениеповишава се устойчивостта на организма към различни влияния. Вторият етап води или до стабилизиране, или се заменя с последния етап - изтощение.

сцена изтощение: защитните реакции са отслабени, самото тяло и психиката са уморени.

Синдромът на адаптация също има физиологични признаци: увеличаване на кората на надбъбречната жлеза, намаляване на тимуса, далака и лимфните възли, метаболитни нарушения с преобладаване на процесите на разпад.

БИЛЕТ 27

Цикъл на сърдечна дейност

Механичната работа на сърцето е свързана със свиването на неговия миокард. Работата на дясната камера е три пъти по-малка от работата на лявата камера.

От механична гледна точка сърцето е помпа с ритмично действие, което се улеснява от клапния апарат. Ритмичните контракции и отпусканията на сърцето осигуряват непрекъснат приток на кръв. Свиването на сърдечния мускул се нарича систола, неговата релаксация - диастола. При всяка вентрикуларна систола кръвта се изхвърля от сърцето в аортата и белодробния ствол.

При нормални условия систолата и диастолата са ясно координирани във времето. Периодът, включващ едно свиване и последващо отпускане на сърцето, е сърдечен цикъл. Продължителността му при възрастен е 0,8 секунди с честота на контракциите 70 - 75 пъти в минута. Началото на всеки цикъл е предсърдна систола. Продължава 0,1 секунди. В края на предсърдната систола настъпва тяхната диастола, както и камерна систола. Вентрикуларната систола продължава 0,3 сек. По време на систола кръвното налягане се повишава в вентрикулите. В края на вентрикуларната систола започва фазата на обща релаксация с продължителност 0,4 секунди. Като цяло периодът на релаксация на предсърдията е 0,7 секунди, а този на вентрикулите е 0,5 секунди. Физиологичното значение на периода на релаксация е, че през това време в миокарда протичат метаболитни процеси между клетките и кръвта, т.е. възстановява се работоспособността на сърдечния мускул.

2 ... Обща характеристика на дихателните органи: носна кухина

Основната функция на дишането е да осигури на човешките тъкани кислород и да ги освободи от въглероден диоксид. В дихателната система се разграничават органи, които изпълняват въздушна проводимост (носна кухина, назофаринкс, ларинкс, трахея, бронхи) и дихателни или газообменни функции (бели дробове)

носната кухина

Разграничаване на външния нос и носната кухина. Поради външния нос се увеличава обемът на носната кухина. Носната кухина е разделена с вертикална носна преграда на две симетрични половини, които отпред комуникират с външната атмосфера през външния нос с помощта на ноздра, а отзад - с използване на назофаринкса чоан. На страничните стени на тази кухина са разположени турбинати, разделящ всяка половина на носната кухина носните проходи. Отваря се в долния назален проход назолакримален каналчрез който в носната кухина се отделя определено количество слъзна течност. Стените на носната кухина са облицовани с лигавица, образувана от ресничести епител.

Носната кухина е специализиран участък на горните дихателни пътища, тъй като тук вдишаният въздух се подготвя за по-нататъшно движение през дихателните пътища и се подлага на специална обработка:

загрява или охлажда до телесна температура;

Овлажнена от слуз, разположена в носната лигавица;

· почистени и дезинфекцирани: слузта обгръща прахови частици, които се утаяват върху лигавицата; слузта съдържа бактерицидно вещество - лизозим, с помощта на които се унищожават патогенни бактерии;

подложени на химичен контрол: в лигавицата на горната част на носната кухина се намират обонятелни рецептори.

Носната кухина има допълнителни кухини параназални синусиразположени във въздушните кости на черепа: в горната челюст максиларен синус, в челната кост - челен (фронтален) синус, а има и допълнителни кухини в клиновидната и етмоидната кост. Възпалението на лигавицата на тези синуси води до сериозни заболявания синузит и фронтит.

И относно . Днес ще научите как се пренасят газовете в кръвта ни.

Преносител на кислород от белите дробове към тъканите и на въглероден диоксид от тъканите към белите дробове е кръвта. В свободно (разтворено) състояние се прехвърля толкова малко количество от тези газове, че те могат безопасно да бъдат пренебрегнати при оценката на нуждите на тялото. За простота ще приемем, че основното количество кислород и въглероден диоксид се транспортират в свързано състояние.

Транспорт на кислород

Хемоглобинът се намира в червените кръвни клетки - еритроцити. Еритроцитите под микроскоп изглеждат като леко сплескан багел, дупка, в която са забравили да пробият до края. Тази необичайна форма позволява на еритроцитите да взаимодействат със заобикалящата ги кръв с по-голяма площ от сферичните клетки (запомнете - от тела с равен обем, топката има минимална площ). И освен това еритроцитът е в състояние да се сгъва в тръба, да се свива в тесен капиляр и да достига до най-отдалечените ъгли на тялото.

Само 0,3 ml кислород се разтварят в 100 ml кръв при телесна температура. Кислородът, който се разтваря в кръвната плазма на капилярите на белодробната циркулация, дифундира в еритроцити, незабавно се свързва с хемоглобина, образувайки оксихемоглобин, в който кислородът е 190 ml / l. Скоростта на свързване на кислорода е висока – времето на усвояване на дифузния кислород се измерва в хилядни от секундата. В капилярите на алвеолите с подходяща вентилация и кръвоснабдяване почти целият хемоглобин от постъпващата кръв се превръща в оксихемоглобин. Но самата скорост на дифузия на газовете "назад-назад" е много по-бавна от скоростта на свързване на газовете. това предполага второ практическо заключение: за да е успешен газообменът, въздухът трябва да „получава паузи“, по време на които концентрацията на газове в алвеоларния въздух и вливащата кръв има време да се изравни, т.е. трябва да има пауза между вдишването и издишването .

Запомни това!
Превръщането на редуцирания (безкислороден) хемоглобин (дезоксихемоглобин) в окислен (съдържащ кислород) хемоглобин (оксихемоглобин) зависи от съдържанието на разтворен кислород в течната част на кръвната плазма. Освен това механизмите на усвояване на разтворения кислород са много ефективни.

В тъкани, които изискват много кислород за нормално функциониране (работещи мускули, черен дроб, бъбреци, жлезиста тъкан), оксихемоглобинът „отдава“ кислород много активно, понякога почти напълно. В тъкани, в които интензивността на окислителните процеси е ниска (например в мастната тъкан), по-голямата част от оксихемоглобина не „отказва“ молекулярен кислород - нивото дисоциациянисък оксихемоглобин. Преминаването на тъканите от състояние на покой в активно състояние (мускулно свиване, секреция на жлезите) автоматично създава условия за увеличаване на дисоциацията на оксихемоглобина и увеличаване на доставката на кислород към тъканите.

Способността на хемоглобина да "задържа" кислород ( афинитет на хемоглобина към кислорода) намалява с увеличаване на концентрацията на въглероден диоксид и водородни йони. По същия начин повишаването на температурата влияе върху дисоциацията на оксихемоглобина.

Количеството кислород в кръвта

Нарича се максималното количество кислород, което кръвта може да свърже, когато хемоглобинът е напълно наситен с кислород кислороден капацитет на кръвта. Кислородният капацитет на кръвта зависи от съдържанието на хемоглобин в нея.

Фракцията на кислорода, поемана от тъканите от артериалната кръв, се нарича коефициент на използване на кислород. За да го изчислите, разделете разликата между съдържанието на кислород в артериалната и венозната кръв на съдържанието на кислород в артериалната кръв и умножете по 100.

Например:
(200-120): 200 x 100 = 40%.

Прочетете за в следващата статия.

Подготвен материал: Атамович