Транспорт газов кровью. Транспорт газов кровью Транспорт газов кровью

Двуокись углерода, образующаяся в тканях, транспортируется кровью тремя способами.

в виде гидрокарбоната НСОз - плазмы крови и цитоплазмы эритроцитов, образующегося в результате диссоциации угольной кислоты:

Н 2 О + СО 2 = Н 2 СО 3 = Н + + НСО 3 - Таким способом транспортируется около 4/5 всего углекислого газа.

в виде химического со­единения с дезоксигенированным гемоглобином - карбогемоглобина (около 15 %).

так же как и О 2 , СО 2 переносится в фи­зически растворенном состоянии (3-6% общего количества СО 2). Содержание физически растворенной двуокиси углерода в артериальной крови составляет 0,026 мл в 1 мл крови, что в 9 раз превышает количество физически растворенного кислорода.

5. Транспорт кислорода и углекислого газа в тканях.

Кислород проникает из крови в клетки тканей путем диффузии, обуслов­ленной разностью (градиентом) его парциальных давлений по обе стороны, так называемого гематопаренхиматозного барьера . Так, среднее Ро 2 артериальной крови составляет около 100 мм рт. ст., а в клетках, где кислород непрерывно утилизируется, стремится к нулю.

Напряжение кислорода в тканях в среднем составляет 20-40 мм рт. ст. Однако эта величина в различных участках живой ткани отнюдь не одинакова. Наибольшее значение Ро 2 фиксируется вблизи артериального конца кровенос­ного капилляра, наименьшая - в самой удаленной от капилляра точке («мерт­вый угол»).

Функция газотранспортной системы организма в конечном счете направлена на поддержание парциального давления кислорода на клеточной мембране не ниже критического , т. е. минимального, необходимого для работы ферментов дыхательной цепи в митохондриях. Для клеток, интенсивно потребля­ющих кислород, критическое Ро 2 составляет около 1 мм рт. ст.

Вместе с тем следует иметь в виду, что напряжение О 2 в тканях зависит не только от снабжения кислородом, но и от его потребления клетками. Наиболее чувствительны к недостатку кислорода клетки кардиомиоцитов и нейроны мозга, где окислительные про­цессы очень интенсивны (реанимация, инфаркт). В отличие от этих клеток, скелетные мыш­цы относительно устойчивы к кратковременному прекращению кислородного снабжения, т.к. они могут использовать анаэробные процессы получения энергии, а также содержат (особенно красные волокна) миоглобин.

Перенос СО 2 из клеток тканей в кровь тоже происходит главным образом путем диффузии, т. е. в силу разности напряжений СО 2 по обе стороны гематопаренхиматозного барьера. Среднее артериальное значение Рсо 2 в среднем составляет 40 мм рт. ст., а в клетках может достигать 60 мм рт. ст. Локальное парциальное давление углекислого газа и, следовательно, скорости его диффузионного транспорта в значительной мере определяются продукцией СО 2 (т. е. интенсивностью окислительных процессов) в данном органе.

По той же причине Рсо 2 и Ро 2 в различных венах не одинаковы. Так, в крови, оттекающей от работающей мышцы, напряжение О 2 гораздо ниже, а напряжение СО 2 гораздо выше, чем, например, в крови, оттекающей от соеди­нительной ткани.

• Экзаменационные вопросы по биологической химии
• 2. Гетеротрофные и аутотрофные организмы: различия по питанию и ис­точникам энергии. Катаболизм и анаболизм.
• 3. Многомолекулярные системы (метаболические цепи, мембранные про­цессы, системы синтеза биополимеров, молекулярные регуляторные системы) как основные объекты биохимического исследования.
• 4. Уровни структурной организации живого. Биохимия как молекулярный уровень изучения явлений жизни. Биохимия и медицина (медицинская биохимия).
• 5. Основные разделы и направления в биохимии: биоорганическая химия, динамическая и функциональная биохимия, молекулярная биология.
• 6. История изучения белков. Представление о белках как важнейшем клас­се органических веществ и структурно-функциональном компоненте организма человека.
• 7. Аминокислоты, входящие в состав белков, их строение и свойства. Пеп­тидная связь. Первичная структура белков.
• 8. Зависимость биологических свойств белков от первичной структуры. Видовая специфичность первичной структуры белков (инсулины разных животных).
• 9. Конформация пептидных цепей в белках (вторичная и третичная струк­туры). Слабые внутримолекулярные взаимодействия в пептидной цепи; дисульфидные связи.
• 11. Доменная структура и её роль в функционировании белков. Яды и ле­карства как ингибиторы белков.
• 12.Четвертичная структура белков. Особенности строения и функциониро­вания олигомерных белков на примере гемсодержащего белка - гемо­глобина.
• 13.Лабильность пространственной структуры белков и их денатурация. Факторы, вызывающие денатурацию.
• 14.Шапероны - класс белков, защищающий другие белки от денатурации в условиях клетки и облегчающий формирование их нативной конформации.
• 15.Многообразие белков. Глобулярные и фибриллярные белки, простые и сложные. Классификация белков по их биологическим функциям и по семействам: (сериновые протеазы, иммуноглобулины).
• 17.Физико-химические свойства белков. Молекулярный вес, размеры и форма, растворимость, ионизация, гидратация
• 18.Методы выделения индивидуальных белков: осаждение солями и орга­ническими растворителями, гель-фильтрация, электрофорез, ионооб­менная и аффинная хроматография.
• 19.Методы количественного измерения белков. Индивидуальные особен­ности белкового состава органов. Изменения белкового состава органов при онтогенезе и болезнях.
• 21 .Классификация и номенклатура ферментов. Изоферменты. Единицы измерения активности и количества ферментов.
• 22.Кофакторы ферментов: ионы металлов и коферменты. Коферментные функции витаминов (на примере витаминов в6, рр, в2).
• 25.Регуляция активности ферментов путем фосфорилирования и дефосфорилирования. Участие ферментов в проведении гормонального сигнала.
• 26.Различия ферментного состава органов и тканей. Органоспецифические ферменты. Изменение ферментов в процессе развития.
• 27.Изменение активности ферментов при болезнях. Наследственные энзимопатии. Происхождение ферментов крови и значение их определения при болезнях.
• 29.Обмен веществ: питание, метаболизм и выделение продуктов метабо­лизма. Органические и минеральные компоненты пищи. Основные и минорные компоненты.
• 30.Основные пищевые вещества: углеводы, жиры, белки, суточная потреб­ность, переваривание; частичная взаимозаменяемость при питании.
• 31 .Незаменимые компоненты основных пищевых веществ. Незаменимые аминокислоты; пищевая ценность различных пищевых белков. Линолевая кислота - незаменимая жирная кислота.
• 32.История открытия и изучения витаминов. Классификация витаминов. Функции витаминов.
• 34.Минеральные вещества пищи. Региональные патологии, связанные с недостаточностью микроэлементов в пище и воде.
• 35.Понятие о метаболизме и метаболических путях. Ферменты и метабо­лизм. Понятие о регуляции метаболизма. Основные конечные продукты метаболизма у человека
• 36.Исследования на целых организмах, органах, срезах тканей, гомогенатах, субклеточных структурах и на молекулярном уровне
• 37.Эндэргонические и экзэргонические реакции в живой клетке. Макроэргические соединения. Примеры.
• 39.Окислительное фосфорилирование, коэффициент р/о. Строение мито­хондрий и структурная организация дыхательной цепи. Трансмембран­ный электрохимический потенциал.
• 40.Регуляция цепи переноса электронов (дыхательный контроль). Разоб­щение тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования. Терморегуляторная функция тканевого дыхания
• 42.Образование токсических форм кислорода, механизм их повреждающе­го действия на клетки. Механизмы устранения токсичных форм кисло­рода.
• 43.Катаболизм основных пищевых веществ - углеводов, жиров, белков. Понятие о специфических путях катаболизма и общих путях катаболиз­ма.
• 44.Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты. По­следовательность реакций. Строение пируватдекарбоксилазного ком­плекса.
• 45.Цикл лимонной кислоты: последовательность реакций и характеристика ферментов. Связь между общими путями катаболизма и цепью переноса электронов и протонов.
• 46.Механизмы регуляции цитратного цикла. Анаболические функции цик­ла лимонной кислоты. Реакции, пополняющие цитратный цикл
• 47.Основные углеводы животных, их содержание в тканях, биологическая роль. Основные углеводы пищи. Переваривание углеводов
• 49. Аэробный распад - основной путь катаболизма глюкозы у человека и других аэробных организмов. Последовательность реакций до образо­вания пирувата (аэробный гликолиз).
• 50.Распространение и физиологическое значение аэробного распада глю­козы. Использование глюкозы для синтеза жиров в печени и в жировой ткани.
• 52. Биосинтез глюкозы (глюконеогенез) из аминокислот, глицерина и мо­лочной кислоты. Взаимосвязь гликолиза в мышцах и глюконеогенеза в печени (цикл Кори).
• 54. Свойства и распространение гликогена как резервного полисахарида. Биосинтез гликогена. Мобилизация гликогена.
• 55. Особенности обмена глюкозы в разных органах и клетках: эритроциты, мозг, мышцы, жировая ткань, печень.
• 56. Представление о строении и функциях углеводной части гликолипидов и гликопротеинов. Сиаловые кислоты
• 57. Наследственные нарушения обмена моносахаридов и дисахаридов: галактоземия, непереносимость фруктозы и дисахаридов. Гликогенозы и агликогенозы
• Глицеральдегид -3 –фосфат
• 58. Важнейшие липиды тканей человека. Резервные липиды (жиры) и липиды мембран (сложные липиды). Жирные кислоты липидов тканей человека.
• Состав жирных кислот подкожного жира человека
• 59. Незаменимые факторы питания липидной природы. Эссенциальные жирные кислоты: ω-3- и ω-6-кислоты как предшественники синтеза эйкозаноидов.
• 60.Биосинтез жирных кислот, регуляция метаболизма жирных кислот
• 61.Химизм реакций β-окисления жирных кислот, энергетический итог.
• 6З.Пищевые жиры и их переваривание. Всасывание продуктов перевари­вания. Нарушение переваривания и всасывания. Ресинтез триацилглицеринов в стенке кишечника.
• 64.Образование хиломикронов и транспорт жиров. Роль апопротеинов в составе хиломикронов. Липопротеинлипаза.
• 65.Биосинтез жиров в печени из углеводов. Структура и состав транспорт­ных липопротеинов крови.
• 66. Депонирование и мобилизация жиров в жировой ткани. Регуляция син­теза и мобилизации жиров. Роль инсулина, глюкагона и адреналина.
• 67.Основные фосфолипиды и гликолипиды тканей человека (глицерофосфолипиды, сфингофосфолипиды, гликоглицеролипиды, гликосфиголипиды). Представление о биосинтезе и катаболизме этих соединений.
• 68.Нарушение обмена нейтрального жира (ожирение), фосфолипидов и гликолипидов. Сфинголипидозы
• Сфинголипиды, метаболизм: заболевания сфинголипидозы, таблица
• 69.Строение и биологические функции эйкозаноидов. Биосинтез простагландинов и лейкотриенов.
• 70.Холестерин как предшественник ряда других стероидов. Представление о биосинтезе холестерина. Написать ход реакций до образования мевалоновой кислоты. Роль гидроксиметилглутарил-КоА-редуктазы.
• 71.Синтез желчных кислот из холестерина. Конъюгация желчных кислот, первичные и вторичные желчные кислоты. Выведение желчных кислот и холестерина из организма.
• 72.Лпнп и лпвп - транспортные, формы холестерина в крови, роль в об­мене холестерина. Гиперхолестеринемия. Биохимические основы раз­вития атеросклероза.
• 73. Механизм возникновения желчнокаменной болезни (холестериновые камни). Применение хенодезокеихолевой кислоты для лечения желчно­каменной болезни.
• 75. Переваривание белков. Протеиназы - пепсин, трипсин, химотрипсин; проферменты протеиназ и механизмы их превращения в ферменты. Субстратная специфичность протеиназ. Экзопептидазы и эндопептидазы.
• 76. Диагностическое значение биохимического анализа желудочного и дуоденального сока. Дать краткую характеристику состава этих соков.
• 77. Протеиназы поджелудочной железы и панкреатиты. Применение инги­биторов протеиназ для лечения панкреатитов.
• 78. Трансаминирование: аминотрансферазы; коферментная функция вита­мина в6. Специфичность аминотрансфераз.
• 80. Окислительное дезаминирование аминокислот; глутаматдегидрогеназа. Непрямое дезаминирование аминокислот. Биологическое значение.
• 82. Глутаминаза почек; образование и выведение солей аммония. Актива­ция глутаминазы почек при ацидозе.
• 83. Биосинтез мочевины. Связь орнитинового цикла с цтк. Происхожде­ние атомов азота мочевины. Нарушения синтеза и выведения мочеви­ны. Гипераммонемии.
• 84. Обмен безазотистого остатка аминокислот. Гликогенные и кетогенные аминокислоты. Синтез глюкозы из аминокислот. Синтез аминокислот из глюкозы.
• 85. Трансметилирование. Метионин и s-аденозилметионин. Синтез креа­тина, адреналина и фосфатидилхолинов
• 86. Метилирование днк. Представление о метилировании чужеродных и лекарственных соединений.
• 88. Антивитамины фолиевой кислоты. Механизм действия сульфанила­мидных препаратов.
• 89. Обмен фенилаланина и тирозина. Фенилкетонурия; биохимический де­фект, проявление болезни, методы предупреждения, диагностика и ле­чение.
• 90. Алкаптонурия и альбинизм: биохимические дефекты, при которых они развиваются. Нарушение синтеза дофамина, паркинсонизм.
• 91. Декарбоксилирование аминокислот. Структура биогенных аминов (гистамин, серотонин, γ-аминомасляная кислота, катехоламины). Функции биогенных аминов.
• 92. Дезаминирование и гидроксилирование биогеных аминов (как реакции обезвреживания этих соединений).
• 93. Нуклеиновые кислоты, химический состав, строение. Первичная струк­тура днк и рнк, связи, формирующие первичную структуру
• 94. Вторичная и третичная структура днк. Денатурация, ренативация днк. Гибридизация, видовые различия первичной структуры днк.
• 95. Рнк, химический состав, уровни структурной организации. Типы рнк, функции. Строение рибосомы.
• 96. Строение хроматина и хромосомы
• 97. Распад нуклеиновых кислот. Нуклеазы пищеварительного тракта и тка­ней. Распад пуриновых нуклеотидов.
• 98. Представление о биосинтезе пуриновых нуклеотидов; начальные ста­дии биосинтеза (от рибозо-5-фосфата до 5-фосфорибозиламина).
• 99. Инозиновая кислота как предшественник адениловой и гуаниловой ки­слот.
• 100. Представление о распаде и биосинтезе пиримидиновых нуклеотидов.
• 101. Нарушения обмена нуклеотидов. Подагра; применение аллопуринола для лечения подагры. Ксантинурия. Оротацидурия.
• 102. Биосинтез дезоксирибонуклеотидов. Применение ингибиторов синте­за дезоксирибонуклеотидов для лечения злокачественных опухолей.
• 104. Синтез днк и фазы клеточного деления. Роль циклинов и циклинзависимых протеиназ в продвижении клетки по клеточному циклу.
• 105. Повреждение и репарация днк. Ферменты днк-репарирующего ком­плекса.
• 106. Биосинтез рнк. Рнк полимеразы. Понятие о мозаичной структуре ге­нов, первичном транскрипте, посттранскрипционном процессинге.
• 107. Биологический код, понятия, свойства кода, коллинеарность, сигналы терминации.
• 108. Роль транспортных рнк в биосинтезе белков. Биосинтез аминоацил-т-рнк. Субстратная специфичность аминоацил-т-рнк-синтетаз.
• 109. Последовательность событий на рибосоме при сборке полипептидной цепи. Функционирование полирибосом. Посттрансляционный процессинг белков.
• 110. Адаптивная регуляция генов у про- и эукариотов. Теория оперона. Функционирование оперонов.
• 111. Понятие о клеточной дифференцировке. Изменение белкового состава клеток при дифференцировке (на примере белкового состава полипеп­тидных цепей гемоглобина).
• 112. Молекяулрные механизмы генетической изменчивости. Молекуляр­ные мутации: типы, частота, значение
• 113. Генетическая гетерогенность. Полиморфизм белков в популяции че­ловека (варианты гемоглобина, гликозилтрансферазы, группоспецифических веществ и др).
• 114. Биохимические основы возникновения и проявления наследственных болезней (разнообразие, распространение).
• 115. Основные системы межклеточной коммуникации: эндокринная, паракринная, аутокринная регуляция.
• 116. Роль гормонов в системе регуляции метаболизма. Клетки-мишени и клеточные рецепторы гормонов
• 117. Механизмы передачи гормональных сигналов в клетки.
• 118. Классификация гормонов по химическому строению и биологическим функциям
• 119. Строение, синтез и метаболизм иодтиронинов. Влияние на обмен ве­ществ. Изменение метаболизма при гипо- и гипертиреозе. Причины и проявление эндемического зоба.
• 120. Регуляция энергетического метаболизма, роль инсулина и контринсулярных гормонов в обеспечении гомеостаза.
• 121. Изменения метаболизма при сахарном диабете. Патогенез основных симптомов сахарного диабета.
• 122. Патогенез поздних осложнений сахарного диабета (макро- и микроангиопатии, нефропатия, ретинопатия, катаракта). Диабетическая кома.
• 123. Регуляция водно-солевого обмена. Строение и функции альдостерона и вазопрессина
• 124. Система ренин-ангиотензин-альдостерон. Биохимические механизмы возникновения почечной гипертонии, отеков, дегидратации.
• 125. Роль гормонов в регуляции обмена кальция и фосфатов (паратгормон, кальцитонин). Причины и проявления гипо- и гиперпаратироидизма.
• 126. Строение, биосинтез и механизм действия кальцитриола. Причины и проявление рахита
• 127. Строение и секреция кортикостероидов. Изменения катаболизма при гипо- и гиперкортицизме.
• 128. Регуляция синтезами секреции гормонов по принципу обратной связи.
• 129. Половые гормоны: строение, влияние на обмен веществ и функции половых желез, матки и молочных желез.
• 130. Гормон роста, строение, функции.
• 131. Метаболизм эндогенных и чужеродных токсических веществ: реакции микросомального окисления и реакции конъюгации с глутатионом, глюкуроновой кислотой, серной кислотой.
• 132. Металлотионеин и обезвреживание ионов тяжелых металлов. Белки теплового шока.
• 133. Токсичность кислорода: образование активных форм кислорода (су­пероксид анион, перекись водорода, гидроксильный радикал).
• 135. Биотрансформация лекарственных веществ. Влияние лекарств на ферменты, участвующие в обезвреживании ксенобиотиков.
• 136. Основы химического канцерогенеза. Представление о некоторых хи­мических канцерогенах: полициклические ароматические углеводоро­ды, ароматические амины, диоксиды, митоксины, нитрозамины.
• 137. Особенности развития, строения и метаболизма эритроцитов.
• 138. Транспорт кислорода и диоксида углерода кровью. Гемоглобин плода (HbF) и его физиологическое значение.
• 139. Полиморфные формы гемоглобинов человека. Гемоглобинопатии. Анемические гипоксии
• 140. Биосинтез гема и его регуляция. Нарушения синтеза тема. Порфирии.
• 141. Распад гема. Обезвреживание билирубина. Нарушения обмена били­рубина-желтухи: гемолитическая, обтурационная, печеночно-клеточная. Желтуха новорожденных.
• 142. Диагностическое значение определения билирубина и других желч­ных пигментов в крови и моче.
• 143. Обмен железа: всасывание, транспорт кровью, депонирование. Нару­шение обмена железа: железодефицитная анемия, гемохроматоз.
• 144. Основные белковые фракции плазмы крови и их функции. Значение их определения для диагностики заболеваний. Энзимодиагностика.
• 145. Свертывающая система крови. Этапы образования фибринового сгу­стка. Внутренний и внешний пути свертывания и их компоненты.
• 146. Принципы образования и последовательность фукционирования фер­ментных комплексов прокоагулянтного пути. Роль витамина к в свертывании крови.
• 147. Основные механизмы фибринолиза. Активаторы плазминогена как тромболитические средства. Основаные антикоагулянты крови: анти­тромбин III, макроглобулин, антиконвертин. Гемофилии.

• а каждый грамм гемоглобина– 1,34 млкислорода. Содержаниегемоглобинавкровиздорового человека составляет 13–16%, т.е. в 100 млкрови13–16 ггемоглобина. При РО2 в артериальнойкрови107–120 гПагемоглобиннасыщенкислородомна 96%. Следовательно, в этих условиях 100 млкровисодержит 19–20 об. %кислорода:

  В венозной крови в состоянии покоя РО2 = 53,3 гПа, и в этих условиях гемоглобин насыщен кислородом лишь на 70–72%, т.е. содержание кислорода в 100 мл венозной крови не превышает

  Артериовенозная разница по кислороду будет около 6 об. %. Таким образом, за 1 мин ткани в состоянии покоя получают 200–240 млкислорода (при условии, что минутный объем сердца в покое составляет 4 л). При взаимодействии молекулы кислорода с одним из четырех гемов гемоглобина кислород присоединяется к одной из половинокмолекулы гемоглобина (допустим, к α-цепи этой половинки). Как только такое присоединение произойдет, α-полипептидная цепь претерпевает конформа-ционные изменения, которые передаются на тесно связанную с ней β-цепь; последняя также подвергается конформационным сдвигам. β-Цепь присоединяет кислород, имея уже большее сродство к нему. Таким путем связывание одноймолекулы кислорода благоприятствует связыванию второй молекулы (так называемое кооперативное взаимодействие). После насыщения кислородом одной половины молекулы гемоглобина возникает новое, внутреннее, напряженное состояние молекулыгемоглобина, которое вынуждает и вторую половину гемоглобина изменить конфор-мацию. Теперь еще две молекулы кислорода, по-видимому, по очереди связываются со второй половинкой молекулы гемоглобина, образуя оксигемоглобин.

  Организм располагает несколькими механизмами переноса СО 2 от тканей к легким. Часть его переносится в физически растворенном виде. Растворимость СО 2 в плазме крови в 40 раз превышает растворимость в ней кислорода, тем не менее при небольшой артериовенозной разнице РСО 2 (напряжение СО 2 в венозной крови, притекающей к легким по легочной артерии, равно 60 гПа, а в артериальной крови – 53,3 гПа) в физически растворенном виде может быть перенесено в покое 12–15 мл СО 2 , что составляет 6–7% от всего количества переносимого углекислого газа. Некоторое количество СО 2 может переноситься в виде карбаминовой формы. Оказалось, что СО2 может присоединяться к гемоглобинупосредством карбаминовой связи, образуя карбгемоглобин, или карбаминогемо-глобин

  Карбгемоглобин – соединение очень нестойкое и чрезвычайно быстро диссоциирует в легочных капиллярах с отщеплением СО 2 . Количество карбаминовой формы невелико: в артериальной крови оно составляет 3 об. %, в венозной – 3,8 об. % . В виде карбаминовой формы из ткани к легким переносится от 3 до 10% всего углекислого газа, поступающего из тканей в кровь. Основная масса СО 2 транспортируется с кровью к легким в форме бикарбоната, при этом важнейшую роль играет гемоглобин эритроцитов.

  Гемоглобин F - это белок-гетеротетрамер из двух α-цепей и двух γ-цепей глобина, или гемоглобин α 2 γ 2 . Этот вариант гемоглобина есть и в крови взрослого человека, но в норме он составляет менее 1 % от общего количества гемоглобина крови взрослого и определяется в 1-7 % от общего числа эритроцитов крови. Однако у плода эта форма гемоглобина является доминирующей, основной. Гемоглобин F обладает повышенным сродством к кислороду и позволяет сравнительно малому объёму крови плода выполнять кислородоснабжающие функции более эффективно. Однако гемоглобин F обладает меньшей стойкостью к разрушению и меньшей стабильностью в физиологически широком интервале pH и температур. В течение последнего триместра беременности и вскоре после рождения ребёнка гемоглобин F постепенно - в течение первых нескольких недель или месяцев жизни, параллельно увеличению объёма крови - замещается «взрослым» гемоглобином А (HbA), менее активным транспортёром кислорода, но более стойким к разрушению и более стабильным при различных значениях pH крови и температуры тела. Такое замещение происходит вследствие постепенного снижения продукции γ-цепей глобина и постепенного увеличения синтеза β-цепей созревающими эритроцитами. Повышенное сродство к кислороду HbF определяется его первичной структурой: в γ-цепях вместо лизина-143 (β-143 лизин у HbA находится серин-143, вносящий дополнительный отрицательный заряд. В связи с этим молекула HbA менее положительно заряжена и основной конкурент за связь гемоглобина с кислородом − 2,3ДФГ (2,3-дифосфоглицерат) - в меньшей степени связывается с гемоглобином, в этих условиях кислород получает приоритет и связывается с гемоглобином в большей степени

  "

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ФИЗИОЛОГИИ И ПАТОФИЗИОЛОГИИ

ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ

Основной функцией системы внешнего дыхания явля­ется оксигенация крови и удаление углекислого газа. Внеш­нее дыхание можно разделить на два этапа: вентиляция лег­ких и газообмен в них. Вентиляция - это процесс вдоха и выдоха. Процесс вдоха обеспечивается сокращением дыха­тельных мышц, основной мышцей вдоха является диафра­гма. Сокращение дыхательных мышц приводит к уменьше­нию внутриплеврального давления на 8-10 см вод. ст. ниже атмосферного давления за счет увеличения объема грудной клетки. Вследствие этого увеличивается объем легких, а давление в альвеолах понижается на 1-2 см вод. ст. ниже атмосферного давления, и воздух на вдохе поступает у аль­веолы. Разницу между внутриплевральным и внутриальвеолярным давлением называют транспульмональным дав­лением, за счет которого и происходит расширение легких.

Для непосредственного сокращения дыхательных мышц необходима импульсация из дыхательного центра, нейроны которого расположены в ретикулярной формации продол­говатого мозга. Нервные импульсы, которые генерируют нейроны дыхательного центра, проходят по проводящим путям спинного мозга, где расположены мотонейроны ды­хательных мышц, далее направляются по нервным волок­нам к нервно-мышечным синапсам и затем стимулируют сокращение дыхательных мышц. Мотонейроны диафрагмы расположены в C I -C V сегментах спинного мозга (респира­торный тракт), где образуют диафрагмальные нервы, кото­рые являются двигательными нервами диафрагмы. Мото­нейроны дыхательных межреберных мышц расположены посегментарно в спинном мозге; импульсы от них, в основном, идут по межре­берным нервам.

Вентиляция легких направлена на поддержание нормального состава аль­веолярного воздуха. Каков нормальный состав альвеолярного воздуха?

Для освещения этого вопроса необходимо остановиться на определении парциального давления газа в смеси газов. Согласно закону Дальтона, смесь газов образует на стенке закрытой емкости давление, которое равняется сумме парциальных давлений всех газов смеси, а парциальное давление каждого газа в смеси прямо пропорционально его концентрации в смеси. Таким образом, если в атмосферном воздухе концентрация кислорода составляет 20,91 %, а ат­мосферное давление на уровне моря - 760 мм рт. ст., то парциальное давление кислорода в атмосфере будет составлять около 1/5 от атмосферного давления, или 150 мм рт. ст. (20 кПа).

Давление альвеолярного воздуха равно атмосферному при температуре те­ла 37 0 С. В нем на водяные пары припадает 47 мм рт. ст., на все другие газы ос­тается 713 мм рт. ст. Вследствие того, что азот является биологически инертным газом, его концентрация в альвеолах такая же, как и в атмосфере, а именно - 79 %. Таким образом, на кислород и углекислый газ остается около 21 % от 713 мм рт. ст. При условиях нормальной вентиляции парциальное давление углекислого газа в альвеолярном воздухе (Р A СО 2) составляет 40 мм рт. ст. (5,3 кПа), тогда:

Р A О 2 = (АлД - 47) х 0,21 - Р A СО 2 ,

где АлД - альвеолярное давление, которое равно атмосферному и составляет с поправкой на дыхательный коэффициент немногим более 100 мм рт. ст., или 13,3 кПа.

Основным показателем адекватности вентиляции легких принято считать Р A СО 2 .

Следующим этапом внешнего дыхания является газообмен в легких. Об­мен кислорода и углекислого газа между альвеолярным воздухом и кровью ле­гочных капилляров осуществляется путем диффузии через альвеолокапиллярную мембрану. Согласно закону диффузии Фика, скорость диффузии (M/t) прямо пропорциональна разности парциальных давлений газов с обеих сторон мембраны (ΔР), площади диффузии (S, в норме - альвеолярная поверхность), коэффициенту диффузии (k), коэффициенту растворимости газа в жидкости (ά, поскольку в легочном интерстиции и на поверхности альвеол присутствует жидкость) и обратно пропорциональна толщине мембраны (х):

M/t = (ΔP x S x k x ά)/x.

ΔР для кислорода равна 60-70 мм рт. ст., углекислого газа - 6 мм рт. ст. Несмотря на это, а также на значительную величину коэффициента диффузии для кислорода, за счет того, что коэффициент растворимости для углекислого газа намного больше, он диффундирует через альвеолокапиллярную мембрану более чем в 20 раз быстрее кислорода. Благодаря широкой поверхности диф­фузии (альвеолярная поверхность в среднем составляет 80 м 2) резервы диф­фузии в легких немалые, поэтому в клинической практике нарушения диффузии, как основной фактор нарушения газообмена, имеют принципиальное зна­чение практически только при отеке легких.

Кроме диффузии, для нормального газообмена в легких необходимо нор­мальное соотношение между альвеолярной вентиляцией и легочной перфу­зией (V A /Q C), которое в норме составляет 0,8-1,0. При условии увеличения V A /Q C вентилируются альвеолы, которые не перфузируются, поэтому разви­вается гипервентиляция с уменьшением Р A СО 2 (гипокапния). При условии уменьшения V A /Q C развивается гипоксемия (уменьшение РО 2 в артериальной крови). Особо опасно уменьшение V A /Q C до 0, когда перфузия альвеол сохра­нена, а вентиляция отсутствует (шунтирование крови справа налево – Qs/Qt, где Qs- венозная примесь, Qt – сердечный выброс), и венозная кровь без оксигенации и отдачи углекислого газа поступает в легоч­ные вены. Виды нарушений вентиляционно-перфузионных соотношений при­ведены на рис. 1.

Рис. 1. Виды нарушений вентиляционно-перфузионных соотношений. Три модели соотношения вентиляции к перфузии в легких: а - норма, б - шунт, в - альвеолярное мертвое пространство.

Если Qs/Qt превышает 10 % сердечного выброса, то возникает гипоксемия, если 40 % - гиперкапния. Наиболее часто увеличение внутрилегочного Qs/Qt в клинической практике возникает при ателектазах легких, пневмонии, ОРДС.

Транспорт кислорода и углекислого газа кровью

1. Вентиляция легких обеспечивает доставку кислорода из воздуха (Р i О 2 = 158 мм рт. ст.) к альвеолярному газу (Р A О 2 = 105-110 мм рт. ст.), выведение СО 2 из альвеолярного газа (Р A СО 2 = 40 мм рт. ст.) в атмосферу.

Вентиляция у здорового человека приспособлена к метаболическим потребностям таким образом, что напряжение углекислоты в альвеолярном воздухе и артериальной крови (Р а СО 2) поддерживается на уровне 37-40 мм рт.ст., а напряжение кислорода в артериальной крови (Р а О 2) – в пределах 95-98 мм рт.ст.

Вентиляция легких зависит от дыхательного объема (в физиологических условиях 400-500 мл) и частоты дыхания (в норме 12-16 в ми). Произведение дыхательного объема на частоту дыхания (ЧД) составляет минутный объем дыхания (МОД).

В процессе дыхания не весь вдыхаемый воздух участвует в газообмене. Часть его, около 1 / 3 МОД, остается в мертвом пространстве (ОМП), которое включает в себя верхние дыхательные пути (глотка, трахея, бронхи) и невентилируемые альвеолы. Только 2 / 3 МОД достигает альвеол, что составляет минутную альвеолярную вентиляцию (МАВ). Зависимость между МОД и МАВ выражается формулой: МАВ = МОД – ОМП × ЧД. Следует отметить, что МАВ более важный показатель внешнего дыхания, чем МОД. Так при одышке свыше 30 в мин, несмотря на большой МОД альвеолярная вентиляция обычно снижается. При более низком МОД и замедлении дыхания МАВ может увеличиваться. Например, при МОД – 8000 мл, ЧД – 40 в мин и ОМП – 150 мл МАВ = 8000 – (150 × 40) = 2000 мл, а при МОД – 6000 мл, ЧД – 10 в мин и ОМП – 150 мл МАВ = 6000 – (150 × 10) = 4500 мл.

2.Газообмен в легких обеспечивает поступление кислорода из альвеолярного газа в артериальную (капиллярную) кровь (Р А О 2 = 100 мм рт. ст.), СО 2 удаляется из венозной крови легочных капилляров (P v CO 2 = 46 мм рт. ст.) в альвеолярный газ.

3.Малый круг кровообращения обеспечивает доставку кислорода из легких по легочным венам к левому предсердию, СО 2 транспортируется из правого желудочка к альвеолам.

Большой круг кровообращения обеспечивает доставку кислорода по арте­риям к капиллярам (Р С О 2 уменьшается с 100 мм рт. ст. до 40), СО 2 - из капил­ляров (Р с СО 2 - с 40 до 46 мм рт. ст.) в легкие.

Кислород переносится к тканям в виде его соединения с гемоглобином эритроцита и в незначительном количестве растворенным в плазме. Так как 1 г гемоглобина способен связать 1,34 мл О 2 , кислородная емкость крови при нормальном содержании гемоглобина (150 г/л) составляет приблизительно 20 мл О 2 на 100 мл крови, то есть 20 об%. Кроме того, 100 мл крови переносят 0,3 мл кислорода, растворенного в плазме. Даже минимальное количество кислорода, переносимого плазмой, может играть важную роль при возрастании его парциального давления. Повышение Р а О 2 на 1 мм рт.ст. (0,13 кПа) увеличивает содержание кислорода в плазме на 0,003 об%. Таким образом, обычно, в 100 мл крови кислорода содержится около 2 об% (760 × 0,003), а в барокамере при давлении 3 атмосферы около 6 об%. Этого достаточно для обеспечения организма кислородом при выраженной анемии.

У здорового человека не весь гемоглобин связывается с кислородом. Это обусловлено физиологическим артерио-венозным шунтированием в легких, при котором часть крови проходит через невентилируемые альвеолы. Поэтому насыщение (сатурация) крови кислородом (S а О 2) в норме соответствует 96-98%, а не 100%. Величина S а О 2 зависит и от парциального напряжения кислорода в крови (Р а О 2), которое в норме равно 96-98 мм рт.ст. (42,8-43,1 кПа). Между изменениями Р а О 2 и S а О 2 нет полного соответствия, так как S а О 2 даже при дыхании 100% кислородом под давленим 2-3 атмосферы может достигнуть только 100%, а Р а О 2 при этом повысится до 400-600 мм рт.ст. (53-80 кПа), то есть в 3-4 раза.

4.Транскапиллярный обмен газов: кислород переходит из капиллярной крови в интерстициальную жидкость, а затем - в клетки, где в митохондриях, благодаря механизмам тканевого дыхания (НАД, ФАД, цитохромы, цитохромоксидаза), окисляет водород с образованием воды и энергии, которая аккуму­лируется в АТФ; СО 2 , образующийся в цикле Кребса, переходит в капиллярную кровь.

Обмен кислорода на тканевом уровне обеспечивается сохранением градиента давления, что приводит к переходу О 2 из тканевых капилляров путем диффузии к месту утилизации (митохондрии клеток).

При недостатке кислорода организм компенсирует его дефицит, переключаясь на менее эффективный тип дыхания – анаэробный.

В упрощенной схеме оба пути можно представить следующим образом. Анаэробный путь: глюкоза – пировиноградная кислота – молочная кислота + 2 молекулы АТФ (16 кал. свободной энергии). Аэробный путь: глюкоза – пировиноградная кислота - СО 2 + Н 2 О + 38 молекул АТФ (304 кал. свободной энергии).

Следовательно, большая часть проблем реанимации связана с необходимостью поддержания напряжения О 2 в клетках на уровне, способствующем синтезу АТФ путем аэробного метаболизма. Клеточную гипоксию можно определить как состояние, при котором аэробный метаболизм нарушен.

Углекислота транспортируется кровью в трех основных видах – в растворенном, с бикарбонатом и в соединении с белками (главным образом с гемоглобином) в форме карбаминовых соединений. Если альвеолярная вентиляция становится недостаточной для элиминации выработанной организмом углекислоты, Р а СО 2 повышается (возникает гиперкапния).

Таким образом, благодаря системе внешнего дыхания кислород поступает в кровь, а СО 2 выводится из нее; далее сердце перекачивает кровь, насыщен­ную кислородом, к тканям, а кровь, насыщенную углекислым газом, - к лег­ким.

Транспорт кислорода (DO 2) зависит от сердечного индекса (СИ) и содержания кислорода в артериальной крови (CaO 2).

DO 2 = СИ х CaO 2 ,

CaO 2 = Р A О 2 x k + Hb x SaO 2 x G,

где: k - коэффициент растворимости кислорода (0,031 мл/мм рт. ст./л), G - константа Гюфнера (равна количеству кислорода в мл, которое может присоединить 1 г гемоглобина; в среднем составляет 1,36 (1,34-1,39) мл/г).

При условии СИ = 2,5-3,5 л/мин/м 2 , транспорт кислорода составляет: DO 2 = 520-720 мл/мин/м 2 .

Необходимо отметить, что множество патологических состояний, которые нуждаются в оказании неотложной медпомощи, сопровождаются дефицитом доставки и потребления кислорода, что обусловлено недостаточностью дыха­ния, нарушением кровообращения или анемией. В зависимости от механизма нарушений транспорта кислорода к тканям различают несколько видов гипок­сии.

Кроме своей основной, дыхательной, функции легкие осуществляют нереспираторные (недыхательные) функции механического и метаболического характера, которые связывают легкие с другими системами организма.

Нереспираторные (недыхательные) функции легких:

· защитная – легкие задерживают до 90% вредных механических и токсических продуктов (частицы диаметром болем 2 мкм), которые поступают из окружающей среды (важную роль при этом играют слизь дыхательных путей, которая содержит лизоцим и иммуноглобулины, макрофаги и альвеолоциты I та II типа);

· очистительная (фильтрационная) – легкие очищают кровь от механических примесей (агрегатов клеток, капель жира, мелких тромбов, бактерий, крупных атипичных клеток), которые задерживаются в них и подвергаються деструкции и метаболизму;

· фибринолитическая и антикоагулянтная – улавливание легкими тромбов, поддержание фибринолитической и антикоагулянтной активности крови;

· деструкция белков и жиров – легкие богаты протеолитическими и липолитическими ферментами; в легких продуцируется сурфактант – комплекс липопротеидов, который способствует стабильности альвеолярной ткани;

· участие в водном балансе – легкие удаляют за сутки (посредством перспирации) около 500 мл воды, поддерживая нормальную осмолярность крови и тканей удалением СО 2 и соответственным изменением уровня осмотически активних карбонатов (15-30 мосмоль/сутки); вместе с тем, различные жидкости могут активно всасываться в легких, например адреналин уже через 30 с определяется в крови;

· избирательная деструкция биологически активных веществ (серотонин, гистамин, ангиотензин, ацетилхолин, норадреналин, кинины и простагландины), которые, выполнив свою роль в тканях, подлежат удалению из крови;

· детоксикационная функция – в легких осуществляется метаболизм некоторых лекарственных препаратов – аминазина, индерала, сульфаниламидов и др.;

· участие в теплопродукции и теплоотдачи – суточный теплообмен легких в нормальных условиях составляет 350 ккал, а в условиях критического состояния может быть увеличен в несколько раз;

· гемодинамическая функция – легкие являются резервуаром и одновременно прямым шунтом между правой и левой половинами сердца.

В нормальных условиях для выполнения этих функций необходимо не менее 10% общего поглощенного организмом О 2 . Во время критических состояний это количество возрастает во много раз.

Доставка кислорода (DО 2 ) представляет собой скорость транспорта кислорода артериальной кровью, которая зависит от кровотока и содержания О 2 в артериальной крови. Системная доставка кислорода (DО 2), рассчитывается как:

DO 2 = СаО 2 х Q t (мл/мин) или

DO 2 = ([ (Hb) 1,34% насыщения] + составит 25%, т.е.5 мл/20 мл.

Таким образом, в норме организм потребляет только 25% кислорода, переносимого гемоглобином. Когда потребность в О 2 превосходит возможность его доставки, то коэффициент экстракции становится выше 25%. Наоборот, если доставка О 2 превышает потребность, то коэффициент экстракции падает ниже 25%.

Если доставка кислорода снижена умеренно, потребление кислорода не изменяется благодаря увеличению экстракции О 2 (насыщение гемоглобина кислородом в смешанной венозной крови снижается). В этом случае VO 2 не зависит от доставки.

По мере дальнейшего снижения DO 2 достигается критическая точка, в которой VO 2 становится прямо пропорциональна DO 2 . Состояние, при котором потребление кислорода зависит от доставки, характеризуется прогрессирующим лактат-ацидозом, обусловленным клеточной гипоксией. Критический уровень DO 2 наблюдается в различных клинических ситуациях.

Например, его значение 300 мл/ (мин * м 2) отмечено после операций в условиях искусственного кровообращения и у больных с острой дыхательной недостаточностью.

Напряжение углекислого газа в смешанной венозной крови (PvCO 2) в норме составляет примерно 46 мм рт. ст., что является конечным результатом смешивания крови, притекающей из тканей с различными уровнями метаболической активности.

Венозное напряжение углекислого газа в венозной крови меньше в тканях с низкой метаболической активностью (например, в коже) и больше в органах с высокой метаболической активностью (например, в сердце).

Двуокись углерода легко диффундирует. Ее способность к диффузии в 20 раз превышает таковую у кислорода. СО 2 , по мере образования в процессе клеточного метаболизма, диффундирует в капилляры и транспортируется к легким в трех основных формах: в виде растворенной СО 2 , в виде аниона бикарбоната и в виде карбаминовых соединений.

СО 2 очень хорошо растворяется в плазме. Количество растворенной фракции определяется произведением парциального давления СО 2 и коэффициента растворимости (=0,3 мл/л крови /мм рт. ст). Около 5% общей двуокиси углерода в артериальной крови находится в форме растворенного газа.

Анион бикарбоната является преобладающей формой СО 2 (около 90%) в артериальной крови. Бикарбонатный анион является продуктом реакции СО 2 с водой с образованием Н 2 СО 3 и ее диссоциации:

СО 2 + Н 2 О Н 2 СО 3 Н + + НСО 3 - (3.25).

Реакция между СО 2 и Н 2 О протекает медленно в плазме и очень быстро в эритроцитах, где присутствует внутриклеточный фермент карбонгидраза. Она облегчает реакцию между СО 2 и Н 2 О с образованием Н 2 СО 3 . Вторая фаза уравнения протекает быстро без катализатора.

По мере накопления НСО 3 - внутри эритроцита анион диффундирует через клеточную мембрану в плазму. Мембрана эритроцита относительно непроницаема для Н + , как и вообще для катионов, поэтому ионы водорода остаются внутри клетки. Электрическая нейтральность клетки в процессе диффузии СО 2 в плазму обеспечивает приток ионов хлора из плазмы в эритроцит, что формирует так называемый хлоридный сдвиг (сдвига Гамбургера).

Часть Н + , остающихся в эритроцитах, забуферируется, соединяясь с гемоглобином. В периферических тканях, где концентрация СО 2 высока и значительные количества Н + накапливаются эритроцитами, связывание Н + облегчается деоксигенацией гемоглобина.

Восстановленный гемоглобин лучше связывается с протонами, чем оксигенированный. Таким образом, деоксигенация артериальной крови в периферических тканях способствует связыванию Н + посредством образования восстановленного гемоглобина.

СО 2 + Н 2 О + HbО 2 > HbHHCO 3 + О 2

Это увеличение связывания СО 2 с гемоглобином известно как эффект Холдейна. В легких процесс имеет противоположное направление. Оксигенация гемоглобина усиливает его кислотные свойства, и высвобождение ионов водорода смещает равновесие преимущественно в сторону образования СО 2:

О 2 + НСО 3 - + HbН + > СО 2 + Н 2 О + HbО 2

Наиболее широко для обеспечения достаточного газообмена при ОДН используют ингаляцию О 2 . С этой целью применяют различные устройства, такие как: носовые канюли, негерметичные маски, маски Вентури и др. Недостаток носовых катетеров и обычных лицевых масок в том, что точное значение FiO 2 остается неизвестным.

Для приблизительной оценки концентрации О 2 при использовании носового катетера можно пользоваться следующим правилом: при скорости потока 1 л/мин FiO 2 составляет 24%; увеличение скорости на 1 л/мин повышает FiO 2 на 4%. Скорость потока не должна превышать 5 л/мин. Маска Вентури обеспечивает точные значения FiO 2 (обычно 24, 28, 31, 35, 40 или 50%).

Маску Вентури часто используют при гиперкапнии: она позволяет подобрать РaO 2 таким образом, чтобы максимально снизить задержку CO 2 . Маски без возвратного дыхания имеют клапаны, препятствующие смешиванию вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Такие маски позволяют создать FiO 2 до 90%.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Министерство образования Российской Федерации

Пензенский Государственный Университет

Медицинский Институт

Кафедра Терапии

"Транспорт газов кровью"

Выполнила: студентка V курса

Проверил: к. м. н., доцент

План

• Литература

1. Транспорт кислорода

Кислород транспортируется артериальной кровью в двух формах: связанный с гемоглобином внутри эритроцита и растворенный в плазме.

Эритроцит происходит из недифференцированной костномозговой ткани. При созревании клетка утрачивает ядро, рибосомы и митохондрии. Вследствие этого эритроцит не способен к выполнению таких функций, как клеточное деление, окислительное фосфорилирование и синтез белка. Источником энергии для эритроцита служит преимущественно глюкоза, метаболизируемая в цикле Эмбдена-Миергофа, или гексозомонофосфатном шунте.

Наиболее важным внутриклеточным белком для обеспечения транспорта О 2 и СО 2 является гемоглобин, представляющий собой комплексное соединение железа и порфирина. С одной молекулой гемоглобина связываются максимально четыре молекулы О 2 .

Гемоглобин, полностью загруженный О 2 , называется оксигемоглобином , а гемоглобин без О 2 или присоединивший менее четырех молекул О 2 - деоксигенированным гемогл о бином .

Основной формой транспорта О 2 является оксигемоглобин. Каждый грамм гемоглобина может максимально связать 1,34 мл О 2 . Соответственно, кислородная емкость крови находится в прямой зависимости от содержания гемоглобина:

О 2 емкость крови = [ Hb ] 1,34 О 2 /г Hb /100 мл крови .

У здоровых людей с содержанием гемоглобина 150 г/л кислородная емкость крови составляет 201 мл О 2 крови.

Кровь содержит незначительное количество кислорода, не связанного с гемоглобином, а растворенного в плазме. Согласно закону Генри, количество растворенного О 2 пропорционально давлению О 2 и коэффициенту его растворимости. Растворимость О 2 в крови очень мала: только 0,0031 мл растворяется в 0,1 л крови на 1 мм рт. ст. Таким образом, при напряжении кислорода 100 мм рт. ст. в 100 мл крови содержится только 0,31 мл растворенного О 2 .

СаО 2 = [ (1,34 ) [ Hb ] (Sa О 2 )] + [ (Pa ) (0,0031 )] (3.22).

Кривая диссоциации гемоглобина. Сродство гемоглобина к кислороду возрастает по мере последовательного связывания молекул О 2 , что придает кривой диссоциации оксигемоглобина сигмовидную или S-образную форму.

Верхняя часть кривой (РаО 2 60 мм рт. ст) плоская. Это указывает на то, что SaО 2 и, следовательно, СаО 2 , остаются относительно постоянными, несмотря на значительные колебания РаО 2 . Повышение СаО 2 или транспорта О 2 может быть достигнуто за счет увеличения содержания гемоглобина или растворения в плазме (гипербарическя оксигенация).

РаО 2 , при котором гемоглобин насыщен кислородом на 50% (при 37 0 рН=7,4), известно как Р 50 . Эта общепринятая мера сродства гемоглобина к кислороду. Р 50 крови человека составляет 26,6 мм рт. ст.

Однако оно может изменяться при различных метаболических и фармакологических условиях, воздействующих на процесс связывания кислорода гемоглобином. К ним относят следующие факторы: концентрацию ионов водорода, напряжение углекислого газа, температуру, концентрацию 2,3-дифосфоглицерата (2,3-ДФГ) и др.

Изменение сродства гемоглобина к кислороду, обусловленное колебаниями внутриклеточной концентрации водородных ионов, называется э ф фектом Бора . Снижение рН сдвигает кривую вправо, повышение рН - влево. Форма кривой диссоциации оксигемоглобина такова, что этот эффект более выражен в венозной крови, чем в артериальной. Данный феномен облегчает освобождение кислорода в тканях, практически не сказываясь на потреблении кислорода (в отсутствии тяжелой гипоксии).

2. Транспорт двуокиси углерода

Двуокись углерода оказывает двоякое действие на кривую диссоциации оксигемоглобина. С одной стороны, содержание СО 2 влияет на внутриклеточный рН (эффект Бора). С другой, накопление СО 2 вызывает образование карбаминовых соединений вследствие ее взаимодействия с аминогруппами гемоглобина.

Эти карбаминовые соединения служат в качестве аллостерических эффекторов молекулы гемоглобина и непосредственно влияют на связывание О 2 .

Низкий уровень карбаминовых соединений вызывает сдвиг кривой вправо и снижение сродства гемоглобина к О 2 , что сопровождается увеличение высвобождения О 2 в тканях. По мере роста РаСО 2 сопутствующее ему увеличение карбаминовых соединений сдвигает кривую влево, повышая связывание О 2 гемоглобином.

Органические фосфаты, в частности 2,3-дифосфоглицерат (2,3-ДФГ), образуются в эритроцитах в процессе гликолиза. Продукция 2,3 - ДФГ увеличивается во время гипоксемии, что является важным механизмом адаптации. Ряд условий, вызывающих снижение О 2 в периферических тканях, таких как анемия, острая кровопотеря, застойная сердечная недостаточность и т.д. характеризуются увеличением продукции органических фосфатов в эритроцитах.

При этом уменьшается сродство гемоглобина к О 2 и повышается его высвобождение в тканях. И наоборот, при некоторых патологических состояниях, таких как септический шок и гипофосфатемия, наблюдается низкий уровень 2,3-ДФГ, что приводит к сдвигу кривой диссоциации оксигемоглобина влево.

Температура тела влияет на кривую диссоциации оксигемоглобина менее выражено и клинически значимо, чем описанные выше факторы. Гипертермия вызывает повышение Р 50 , т.е. сдвиг кривой вправо, что является благоприятной приспособительной реакцией не повышенный кислородный запрос клеток при лихорадочных состояниях. Гипотермия, напротив, снижает Р 50 , т.е. сдвигает кривую диссоциации влево.

СО, связываясь с гемоглобином (образуя карбоксигемоглобин), ухудшает оксигенацию периферических тканей посредством двух механизмов. Во-первых, СО непосредственно уменьшает кислородную емкость крови. Во-вторых, снижая количество гемоглобина, доступного для связывания О 2 ; СО снижает Р 50 и сдвигает кривую диссоциации оксигемоглобина влево.

Окисление части двухвалентного железа гемоглобина до трехвалентного приводит к образованию метгемоглобина. В норме у здоровых людей метгемоглобин составляет менее 3% общего гемоглобина. Низкий его уровень поддерживается внутриклеточными ферментными механизмами восстановления.

Метгемоглобинемия может наблюдаться как следствие врожденной недостаточности этих восстановительных ферментов или образования аномальных молекул гемоглобина, резистентных к ферментативному восстановлению (например, гемоглобин М).

3. Доставка кислорода и двуокиси углерода

Доставка кислорода (DО 2 ) представляет собой скорость транспорта кислорода артериальной кровью, которая зависит от кровотока и содержания О 2 в артериальной крови. Системная доставка кислорода (DО 2), рассчитывается как:

DO 2 = СаО 2 х Q t (мл/мин ) или

DO 2 = ([ (Hb ) 1,34 % насыщения ] + [ 0,0031 PaO 2 ) Q t (мл/мин ) = 20 мл О 2 /100 мл крови 5000 мл/мин = 1000 мл О 2 /мин .

Доставку и потребление кислорода часто рассчитывают с учётом площади поверхности тела. При сердечном индексе, составляющем 3 л/ (мин * м -2) (Q t делённый на площадь поверхности тела) нормальное значение DО 2 = 540 мл/ (мин м 2). Если обычный показатель сердечного выброса составляет от 2,5 до 3,5 л/мин/м 2 , то нормальная величина DО 2 колеблется от 520 до 720 мл/мин/м 2 .

Существует тонкое сопряжение между артериальным содержанием О 2 , сердечным выбросом, тканевой утилизацией О 2 и содержанием О 2 в смешанной венозной крови.

Некоторые заболевания, такие как РДСВ и сепсис, сопровождаются нарушением сопряжения между утилизацией О 2 периферическими тканями и доставкой кислорода. Утилизация снижается, когда доставка падает ниже некоторого порога.

Отношение между этими переменными выражается правилом Фика, которое устанавливает, что потребление О 2 (объем в 1 мин) является произведение минутного сердечного выброса и артериовенозной разницы О 2:

Потребление О 2 = VO 2 = Q (CaO 2 - CvO 2 ) .

В условия основного обмена взрослый человек потребляет около 250 мл О 2 в минуту, с учетом площади поверхности тела - 110-160 мл/ (мин * м 2). Однако скорость утилизации О 2 различными тканями неодинакова.

Содержание кислорода в смешанной венозной крови представляет собой усредненную величину для венозной крови от всех органов - и низким, и с высоким уровнями экстракции О 2 .

Возросшая кислородная потребность при фиксированном минутном сердечном выбросе вызывает увеличение артерио-венозной разницы по О 2 . Кроме того, нормальный компенсаторный ответ на снижение кровотока проявляется также в виде увеличения поглощения кислорода, достаточного для поддержания VO 2 на нормальном уровне.

Иными словами, падение сердечного выброса компенсируется увеличением разницы SaO 2 - SvO 2 , и VO 2 остаётся неизменным. Следовательно, артериовенозную разницу можно рассматривать как меру адекватности доставки кислорода, а снижение SvO 2 отражает увеличение экстракции кислорода.

При нормальном потреблении кислорода около 250 мл/мин и сердечном выбросе 5000 мл/мин нормальная артериовенозная разница, согласно этому уравнению, составит 5 мл О 2 /100 мл крови. При этом нормальный коэффициент экстракции О 2 [ (СаО 2 - CvO 2) /CaO 2 ] составит 25%, т.е.5 мл/20 мл.

Таким образом, в норме организм потребляет только 25% кислорода, переносимого гемоглобином. Когда потребность в О 2 превосходит возможность его доставки, то коэффициент экстракции становится выше 25%. Наоборот, если доставка О 2 превышает потребность, то коэффициент экстракции падает ниже 25%.

Если доставка кислорода снижена умеренно, потребление кислорода не изменяется благодаря увеличению экстракции О 2 (насыщение гемоглобина кислородом в смешанной венозной крови снижается). В этом случае VO 2 не зависит от доставки.

По мере дальнейшего снижения DO 2 достигается критическая точка, в которой VO 2 становится прямо пропорциональна DO 2 . Состояние, при котором потребление кислорода зависит от доставки, характеризуется прогрессирующим лактат-ацидозом, обусловленным клеточной гипоксией. Критический уровень DO 2 наблюдается в различных клинических ситуациях.

Например, его значение 300 мл/ (мин * м 2) отмечено после операций в условиях искусственного кровообращения и у больных с острой дыхательной недостаточностью.

Напряжение углекислого газа в смешанной венозной крови (PvCO 2) в норме составляет примерно 46 мм рт. ст., что является конечным результатом смешивания крови, притекающей из тканей с различными уровнями метаболической активности.

Венозное напряжение углекислого газа в венозной крови меньше в тканях с низкой метаболической активностью (например, в коже) и больше в органах с высокой метаболической активностью (например, в сердце).

Двуокись углерода легко диффундирует. Ее способность к диффузии в 20 раз превышает таковую у кислорода. СО 2 , по мере образования в процессе клеточного метаболизма, диффундирует в капилляры и транспортируется к легким в трех основных формах: в виде растворенной СО 2 , в виде аниона бикарбоната и в виде карбаминовых соединений.

СО 2 очень хорошо растворяется в плазме. Количество растворенной фракции определяется произведением парциального давления СО 2 и коэффициента растворимости (=0,3 мл/л крови /мм рт. ст). Около 5% общей двуокиси углерода в артериальной крови находится в форме растворенного газа.

Анион бикарбоната является преобладающей формой СО 2 (около 90%) в артериальной крови. Бикарбонатный анион является продуктом реакции СО 2 с водой с образованием Н 2 СО 3 и ее диссоциации:

СО 2 + Н 2 О Н 2 СО 3 Н + + НСО 3 - (3.25).

Реакция между СО 2 и Н 2 О протекает медленно в плазме и очень быстро в эритроцитах, где присутствует внутриклеточный фермент карбонгидраза. Она облегчает реакцию между СО 2 и Н 2 О с образованием Н 2 СО 3 . Вторая фаза уравнения протекает быстро без катализатора.

По мере накопления НСО 3 - внутри эритроцита анион диффундирует через клеточную мембрану в плазму. Мембрана эритроцита относительно непроницаема для Н + , как и вообще для катионов, поэтому ионы водорода остаются внутри клетки. Электрическая нейтральность клетки в процессе диффузии СО 2 в плазму обеспечивает приток ионов хлора из плазмы в эритроцит, что формирует так называемый хл о ридный сдвиг (сдвига Гамбургера ).

Часть Н + , остающихся в эритроцитах, забуферируется, соединяясь с гемоглобином. В периферических тканях, где концентрация СО 2 высока и значительные количества Н + накапливаются эритроцитами, связывание Н + облегчается деоксигенацией гемоглобина.

Восстановленный гемоглобин лучше связывается с протонами, чем оксигенированный. Таким образом, деоксигенация артериальной крови в периферических тканях способствует связыванию Н + посредством образования восстановленного гемоглобина.

СО 2 + Н 2 О + Hb О 2 > HbH + + HCO 3 + О 2

Это увеличение связывания СО 2 с гемоглобином известно как эффект Холдейна . В легких процесс имеет противоположное направление. Оксигенация гемоглобина усиливает его кислотные свойства, и высвобождение ионов водорода смещает равновесие преимущественно в сторону образования СО 2:

О 2 + НСО 3 - + Hb Н + > СО 2 + Н 2 О + Hb О 2

Наиболее широко для обеспечения достаточного газообмена при ОДН используют ингаляцию О 2 . С этой целью применяют различные устройства, такие как: носовые канюли, негерметичные маски, маски Вентури и др. Недостаток носовых катетеров и обычных лицевых масок в том, что точное значение FiO 2 остается неизвестным.

Для приблизительной оценки концентрации О 2 при использовании носового катетера можно пользоваться следующим правилом: при скорости потока 1 л/мин FiO 2 составляет 24%; увеличение скорости на 1 л/мин повышает FiO 2 на 4%. Скорость потока не должна превышать 5 л/мин. Маска Вентури обеспечивает точные значения FiO 2 (обычно 24, 28, 31, 35, 40 или 50%).

Маску Вентури часто используют при гиперкапнии: она позволяет подобрать РaO 2 таким образом, чтобы максимально снизить задержку CO 2 . Маски без возвратного дыхания имеют клапаны, препятствующие смешиванию вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Такие маски позволяют создать FiO 2 до 90%.

Литература

"Неотложная медицинская помощь", под ред. Дж.Э. Тинтиналли, Рл. Кроума, Э. Руиза, Перевод с английского д-ра мед. наук В.И. Кандрора, д. м. н. М.В. Неверовой, д-ра мед. наук А.В. Сучкова, к. м. н. А.В. Низового, Ю.Л. Амченкова; под ред. д.м.н. В.Т. Ивашкина, д.м.н. П.Г. Брюсова; Москва "Медицина" 2001

Интенсивная терапия. Реанимация. Первая помощь: Учебное пособие / Под ред. В.Д. Малышева. - М.: Медицина. - 2000. - 464 с.: ил. - Учеб. лит. для слушателей системы последипломного образования. - ISBN 5-225-04560-Х

Подобные документы

Кислотно-щелочное состояние крови. Вторая и третья фазы свертывания крови, фибринолиз. Особенности проведения возбуждения по сердечной мышце. Состав и ферментативное действие желудочного сока. Механизм газообмена между легкими и кровью, кровью и тканями.

контрольная работа , добавлен 17.01.2010


Система легочной вентиляции - обновление воздуха в альвеолах, где он вступает в контакт с кровью в легочных капиллярах. Давление газов в воде и тканях. Диффузия газов через респираторную мембрану. Химические формы транспортирования двуокиси углерода.

реферат , добавлен 31.03.2009


Строение и функции носовой полости. Внутреннее строение легкого. Система органов дыхания. Обмен газов между воздушной средой и легкими. Транспортировка газов кровью. Обмен газов между легкими и кровью. Органы дыхательных путей. Бронхиолы и альвеолы.

презентация , добавлен 30.03.2013


Диффузия газов в легких. Транспорт газов кровью. Внутреннее или тканевое дыхание. Воздухоносные пути и альвеолы легких. Костно-мышечный каркас грудной клетки и плевра. Нейрогуморальный аппарат регуляции. Изменения формы грудной клетки при вдохе и выдохе.

презентация , добавлен 13.12.2013


Функции крови: основные физико-химические константы, форменные элементы; группы, правила переливания; свертывание крови, регуляция гемостаза. Физиология дыхания: транспорт кислорода и углекислого газа кровью, влияние содержания газов на внешнее дыхание.

методичка , добавлен 07.02.2013


Строение и функции воздухоносных путей, полости носа, гортани, трахеи, легких, плевры. Вентиляция легких и внутрилегочной объем газов, факторы, влияющие на него. Принципы регуляции дыхания. Транспорт газов кровью. Исследование воздухоносных путей.

курсовая работа , добавлен 10.04.2014


Первичные легочные объемы и емкости. Нервная регуляция дыхания. Транспорт кислорода кровью. Взаимодействие нейронов дыхательного центра. Носовое и ротовое дыхание. Мотонейроны спинного мозга. Показатели вентиляции легких. Силы, препятствующие вдоху.

презентация , добавлен 15.02.2014


Функциональная дыхательная система и ее элементы. Структура и строение системы внешнего дыхания. Дыхательные мышцы как двигатель вентиляции. Транспорт газов кровью. Нейронный состав дыхательного центра, центральные и периферические хеморецепторы.

презентация , добавлен 18.06.2013


Общая характеристика системы. Антенатальный период. Структурно-функциональная характеристика системы дыхания. Транспорт газов кровью. Дыхательные движения. Постнатальный период: внешнее дыхание, дыхание при мышечной работе, газообмен, регуляция дыхания.

реферат , добавлен 27.12.2007


Процесс взаимодействия гемоглобина с молекулами кислорода. Роль молекулярного кислорода в дыхательном процессе. Результаты абсорбционного эксперимента. Статистический анализ люминесценции пористых образцов, окрашенных раствором красителей и гемоглобина.