Насыщение гемоглобина кислородом снижается если
Несмотря на то, что исследование кислотно-основного состояния, строго говоря, подразумевает исследование только величины pH (концентрации ионов H+), в реальности в него также включается исследование физиологически важных газов, присутствующих в крови – O2 и CO2. Анализ газов показывает эффективность газообмена по величинам парциальных давлений – pO2 и pCO2.
Через альвеолярную мембрану молекулы любых газов перемещаются диффузно по градиенту концентрации. Молекулы O2 атмосферного воздуха поступают из альвеол в кровь, а молекулы CO2 из крови в альвеолы до тех пор пока их парциальные давления не выровняются.
Величина парциального давления – это процентная доля газа в общем объеме.
Углекислый газ
Концентрация СО2 в альволярном воздухе столь низка, а в крови столь высока, что диффузия этого газа в альвеолы чрезвычайно эффективна и скорость его удаления зависит только от альвеолярной вентиляции – общего объема воздуха, транспортируемого в минуту между альвеолами и атмосферой (“скорости выдувания”).
Следовательно,
- при усиленной вентиляции легких углекислый газ быстро выводится, и показатель pCO2в крови снижается. Это означает потерю организмом угольной кислоты (ионов H+), что является причиной защелачивания крови – алкалоза, называемого дыхательным или респираторным.
- при недостаточной альвеолярной вентиляции величина рСО2 повышается, что свидетельствует о недостаточном его удалении и накоплении H2CO3. Иными словами, повышение в крови показателя рСО2 является причиной дыхательного ацидоза.
Увеличенное pCO2 (гиперкапния) всегда свидетельствует о снижении альвеолярной вентиляции.
Кислород
Вопросы, связанные с оксигенацией крови и транспортом кислорода более сложны. Связано это с тем, что в виде свободных (растворенных) молекул O2 находится лишь небольшая доля общего кислорода крови. Основная часть кислорода связана с гемоглобином (оксигемоглобин) и истинное содержание кислорода зависит от двух дополнительных параметров – концентрации Hb и насыщения (сатурации) гемоглобина кислородом.
Оксигемоглобин
Оксигемоглобин (HbО2) – процентное содержание в крови, является отношением фракции оксигемоглобина (HbО2) к сумме всех фракций (общему гемоглобину).
Насыщение гемоглобина кислородом
Насыщение гемоглобина кислородом (HbOSAT, SО2), представляет собой отношение фракции оксигенированного гемоглобина к тому количеству гемоглобина в крови, который способен транспортировать О2.
Отличия между двумя показателями HbО2 и HbOSAT заключаются в том, что у пациентов возможно наличие в крови такой формы гемоглобина, которая не способна акцептировать О2 (Hb‑CO, metHb, сульфоHb). Но так как большинство больных не имеют в крови повышенного содержания этих форм гемоглобина, значения HbО2 и SО2 обычно очень близки.
Например, если при отравлении нитритами количество metHb составляет 15%, тогда величина HbО2 никогда не сможет превысить 85%, но насыщение (HbOsat) может быть различно – от максимума (HbOsat=95-98%) при полном насыщении до низких величин при отсутствии кислорода.
Показатель насыщения кислородом показывает процент доступных мест связывания на гемоглобине.
Иллюстрация понятий оксигемоглобина (HbO2) и насыщения гемоглобина (HbO2sat)
Парциальное давление кислорода (pO2)
Парциальное давление O2 выступает как движущая сила, приводящая к насыщению гемоглобина кислородом. И хотя, как правило, чем выше pO2 тем выше HbOsat, эта зависимость не является линейной.
Кривая диссоциации гемоглобина в норме и
при изменении pH и концентрации 2,3-дифосфоглицерата
В центральной части кривой насыщения (или кривой диссоциации) гемоглобина малейшие сдвиги pO2 приводят к резким изменениям насыщения гемоглобина. И наоборот, при высоком pO2 (80-90-100 мм рт.ст) кривая становится плоской, насыщение гемоглобина мало зависит от колебаний кислорода в плазме.
Сдвиг влево происходит при защелачивании и снижении концентрации 2,3-дифосфоглицерата и сигнализирует об увеличении сродства кислорода к гемоглобину (в легких). Сдвиг вправо – это снижение сродства кислорода к гемоглобину (в тканях), обеспечивается закислением среды и накоплением 2,3-дифосфоглицерата.
Показатель pO2 не отражает содержание кислорода в цельной крови! Но хотя pO2 и не показывает общее количество кислорода в крови, но это общее количество зависит от pO2 через показатель сатурации гемоглобина.
В свою очередь имеются факторы, влияющие на величину pO2:
1. Альвеолярная вентиляция. Хотя она влияет как на pO2 так и на pCO2, но доля кислорода в альвеолах при гипервентиляции может лишь слегка увеличиться, приближаясь к pO2 атмосферного воздуха, при гиповентиляции – стремительно падает, вытесняясь поступающим из крови CO2. В то же время доля CO2 в альвеолах быстро снижается при усиленной вентиляции.
2. Вентиляционно-перфузионное соотношение, определяется тем, что
- не вся кровь, притекающая к легким, соприкасается с хорошо вентилируемыми альвеолами (спадение альвеол, уплотнение стенки).
- не все хорошо вентилируемые альвеолы получают достаточно крови (правожелудочковая сердечная недостаточность).
3. Концентрация кислорода во вдыхаемом воздухе (FiO2, fraction of inspired oxygen).
В таблице приведены сравнительные величины концентрации кислорода и углекислого газа в воздухе, крови и тканях.
Необходимо обратить внимание на перепады концентраций кислорода и углекислого газа в крови и альвеолярном воздухе. Важной особенностью является то, что pO2 в альвеолярном воздухе и артериальной крови очень близки, т.е. в обычных условиях глубоким и/или частым дыханием невозможно повысить потребление кислорода и насыщение им гемоглобина. В то же время разность концентраций pCO2 в венозной крови и альвеолярном воздухе позволяет эффективно его удалять при частом дыхании.
| pO2, мм рт.ст. | pCO2, мм рт.ст | |
| Вдыхаемый воздух | 159 | 0,23 |
| Альвеолярный воздух | 105-110 | 40 |
| Артериальная кровь | 83-108 | 35-45 |
| Ткани | 10-20 | 50-60 |
| Венозная кровь | 35-49 | 46-51 |
| Выдыхаемый воздух | 116 | 32 |
Источник
Оглавление темы “Вентиляция легких. Перфузия легких кровью.”: Сродство гемоглобина к кислороду. Изменение сродства гемоглобина к кислороду. Эффект Бора.Молекула гемоглобина может находиться в двух формах — напряженной и расслабленной. Расслабленная форма гемоглобина имеет свойство насыщаться кислородом в 70 раз быстрее, чем напряженная. Изменение фракций напряженной и расслабленной формы в общем количестве гемоглобина в крови обусловливает S-образный вид кривой диссоциации оксигемоглобина, а следовательно, так называемое сродство гемоглобина к кислороду. Если вероятность перехода от напряженной формы гемоглобина к расслабленной больше, то возрастает сродство гемоглобина к кислороду, и наоборот. Вероятность образования указанных фракций гемоглобина изменяется в большую или меньшую сторону под влиянием нескольких факторов. Основной фактор — это связывание кислорода с геминовой фуппой молекулы гемоглобина. При этом чем больше геминовых фупп гемоглобина связывают кислород в эритроцитах, тем более легким становится переход молекулы гемоглобина к расслабленной форме и тем выше их сродство к кислороду. Поэтому при низком Р02, что имеет место в метаболически активных тканях, сродство гемоглобина к кислороду ниже, а при высоком Р02 — выше. Как только гемоглобин захватывает кислород, повышается его сродство к кислороду и молекула гемоглобина становится насыщенной при связывании с четырьмя молекулами кислорода.
Когда эритроциты, содержащие гемоглобин, достигают тканей, то кислород из эритроцитов диффундирует в клетки. В мышцах он поступает в своеобразного депо кислорода — в молекулы миоглобина, из которого кислород используется в биологическом окислении мышц. Диффузия кислорода из гемоглобина эритроцитов в ткани обусловлена низким Р02 в тканях — 35 мм рт. ст. Внутри клеток тканей напряжение кислорода, необходимое для поддержания нормального метаболизма, составляет еще меньшую величину — не более 1 кПа. Поэтому кислород путем диффузии из капилляров достигает метаболически активных клеток. Некоторые ткани приспособлены к низкому содержанию Р02 в капиллярах крови, что компенсируется высокой плотностью капилляров на единицу объема тканей. Например, в скелетной и сердечной мышцах Р02 в капиллярах может снизиться чрезвычайно быстро во время сокращения. В мышечных клетках содержится белок миоглобин, который имеет более высокое сродство к кислороду, чем гемоглобин. Миоглобин интенсивно насыщается кислородом и способствует его диффузии из крови в скелетную и сердечную мышцы, где он обусловливает процессы биологического окисления. Эти ткани способны экстрагировать до 70 % кислорода из крови, проходящей через них, что обусловлено снижением сродства гемоглобина к кислороду под влиянием температуры тканей и рН. Эффект рН и температуры на сродство гемоглобина к кислороду. Молекулы гемоглобина способны реагировать с ионами водорода, в результате этой реакции происходит снижение сродства гемоглобина к кислороду. При насыщении гемоглобина менее 100 % низкое рН понижает связывание кислорода с гемоглобином — кривая диссоциации оксигемоглобина смещается вправо по оси х. Это изменение свойства гемоглобина под влиянием ионов водорода называется эффектом Бора. Метаболически активные ткани продуцируют кислоты, такую как молочная, и С02. Если рН плазмы крови снижается от 7,4 в норме до 7,2, что имеет место при сокращении мыщц, то концентрация кислорода в ней будет возрастать вследствие эффекта Бора. Например, при постоянном рН 7,4 кровь отдавала бы порядка 45 % кислорода, т. е. насыщение гемоглобина кислородом снижалось до 55 %. Однако когда рН снижается до 7,2, кривая диссоциации смещается по оси х вправо. В результате насыщение гемоглобина кислородом падает до 40 %, т. е. кровь может отдавать в тканях до 60 % кислорода, что на 1/з больше, чем при постоянном рН.
Метаболически активные ткани повышают продукцию тепла. Повышение температуры тканей при физической работе изменяет соотношение фракций гемоглобина в эритроцитах и вызывает смещение кривой диссоциации оксигемоглобина вправо вдоль оси х. В результате большее количество кислорода будет освобождаться из гемоглобина эритроцитов и поступать в ткани. Эффект 2,3-дифосфоглицерата (2,3-ДФГ) на сродство гемоглобина к кислороду. При некоторых физиологических состояниях, например при понижении Р02 в крови ниже нормы (гипоксия) в результате пребывания человека на большой высоте над уровнем моря, снабжение тканей кислородом становится недостаточным. При гипоксии может понижаться сродство гемоглобина к кислороду вследствие увеличения содержания в эритроцитах 2,3-ДФГ. В отличие от эффекта Бора, уменьшение сродства гемоглобина к кислороду под влиянием 2,3-ДФГ не является обратимым в капиллярах легких. Однако при движении крови через капилляры легких эффект 2,3-ДФГ на снижение образования оксигемоглобина в эритроцитах (плоская часть кривой диссоциации оксигемоглобина) выражен в меньшей степени, чем отдача кислорода под влиянием 2,3-ДФГ в тканях (наклонная часть кривой), что обусловливает нормальное кислородное снабжение тканей. – Также рекомендуем “Углекислый газ. Транспорт углекислого газа.” |
Источник
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 10 июля 2013;
проверки требуют 29 правок.
Эффект Вериго — Бора (синонимы — эффект Вериго, эффект Бора) — зависимость степени диссоциации оксигемоглобина от величины парциального давления углекислоты в альвеолярном воздухе и крови, при снижении которого сродство кислорода к гемоглобину повышается, что затрудняет переход кислорода из капилляров в ткани. Эффект этот был открыт независимо друг от друга Б. Ф. Вериго в 1892 году[1] и датским физиологом К. Бором в 1904 году[2].
История открытия[править | править код]
Основу разработки проблемы гипоксии заложил русский учёный-физиолог И. М. Сеченов фундаментальными работами по физиологии дыхания и газообменной функции крови. Большое значение имеют также исследования русского физиолога Б. Ф. Вериго по физиологии газообмена в лёгких и тканях. Опираясь на идеи Сеченова о сложных формах взаимодействия между диоксидом углерода и кислородом в крови (Вериго работал в лабораториях Сеченова, И. Р. Тарханова и И. И. Мечникова), он впервые установил зависимость степени диссоциации оксигемоглобина от величины парциального давления углекислоты в крови.
Биохимический механизм[править | править код]
Эффект Вериго — Бора: влияние pH на кривую насыщения гемоглобина кислородом
В клетках периферических тканей органическое топливо окисляется в митохондриях с использованием кислорода (клеточное дыхание), доставляемого гемоглобином из лёгких; при этом в качестве продуктов образуются углекислый газ, вода и другие соединения. Образование углекислого газа в тканях одновременно приводит и к повышению концентрации ионов H+ (то есть к понижению pH), поскольку при гидратации CO2 образуется H2CO3 — слабая угольная кислота, диссоциирующая на ионы H+ и бикарбонат-ионы:
H2CO3 ⇄ H+ + HCO3-.
Гемоглобин переносит значительную долю (около 20 %) общего количества CO2 и ионов H+, образующихся в тканях и поступающих в лёгкие и почки, обеспечивающих выделение этих продуктов.
За много лет до открытия этого механизма было обнаружено, что на связывание кислорода гемоглобином очень сильное влияние оказывает pH и концентрация CO2: при присоединении CO2 и ионов H+ способность гемоглобина связывать O2 снижается. Действительно, в периферических тканях с относительно низким значением pH и высокой концентрацией CO2 сродство гемоглобина к кислороду падает. И наоборот, в лёгочных капиллярах выделение CO2 и сопутствующее ему повышение pH крови приводит к увеличению сродства гемоглобина к кислороду. Это влияние величины pH и концентрации CO2 на связывание и освобождение O2 гемоглобином и называют эффектом Вериго — Бора.
Реакция связывания кислорода гемоглобином в виде
Hb + O2 ⇄ HbO2
в действительности отражает неполную картину, поскольку не учитывает дополнительные лиганды H+ и CO2.
Чтобы объяснить влияние концентрации ионов H+ на связывание кислорода, следует записать эту реакцию в иной форме:
HHb+ + O2 ⇄ HbO2 + H+,
где HHb+ — протонированная форма гемоглобина. Из этого уравнения следует, что кривая насыщения гемоглобина кислородом зависит от концентрации ионов H+. Гемоглобин связывает и O2, и ионы H+, но между этими двумя процессами существует обратная зависимость. Если парциальное давление кислорода велико (что наблюдается, например, в лёгких), то гемоглобин связывает его, освобождая при этом ионы H+. При низком парциальном давлении кислорода (что имеет место в тканях) связываться с гемоглобином будут ионы H+.
Эффективность связывания гемоглобином углекислого газа (с образованием карбаминогемоглобина, чаще именуемого карбгемоглобином[3]) находится в обратной зависимости от связывания кислорода. В тканях часть избыточного CO2 связывается с гемоглобином, сродство последнего к O2 снижается, и происходит высвобождение кислорода. В лёгких же связывается избыток O2 воздуха, тем самым сродство гемоглобина к CO2 уменьшается, и CO2 выделяется в альвеолярный воздух, способствуя лёгкому закислению крови за счёт ионов H+, возникающих при диссоциации угольной кислоты (см. выше).
Описанные зависимости делают молекулу гемоглобина великолепно приспособленной к осуществлению совместного переноса эритроцитами кислорода, углекислого газа и ионов H+[4].
См. также[править | править код]
- Эффект Холдейна (открыт Джоном Скоттом Холдейном)
Примечания[править | править код]
- ↑ Verigo B. F. Zur Frage über die Wirkung des Sauerstoff auf die Kohlensäureausscheidung in den Lungen // Archiv für die gesammte Physiologie des Menschen und der Thiere : статья. — 1892. — № 51. — С. 321—361.
- ↑ Chr. Bohr, K. Hasselbalch, and August Krogh. Concerning a Biologically Important Relationship — The Influence of the Carbon Dioxide Content of Blood on its Oxygen Binding // Skand. Arch. Physiol. : статья. — 1904. — № 16. — С. 401—412.
- ↑ Карбгемоглобин // Биологический энциклопедический словарь (рус.).
- ↑ Ленинджер А. Основы биохимии: В 3-х томах. Том 1. — М.: Мир, 1985. — С. 208—210. — 367 с.
Литература[править | править код]
- Вериго эффект // Большой медицинский словарь (рус.). — 2000.
Источник
Во время всеобщей самоизоляции, чтобы оставаться здоровым, нужно внимательно следить за состоянием организма. Даже если избежать инфекции, возможны другие проблемы, связанные с длительным пребыванием в помещении. Один из важных показателей — SpO2, или насыщение крови кислородом (сатурация). При его снижении возникает гипоксемия — потенциально опасное состояние, способное привести к хроническим заболеваниям. Однако уже сейчас имеются простые технологии измерения SpO2, которые встречаются, например, в умных часах.
Насыщение крови кислородом показывает количество кислорода, связанного с гемоглобином в красных кровяных клетках — эритроцитах. Гемоглобин с кислородом называется оксигемоглобином, а без — дезоксигемоглобином.
Кислород нужен для того, чтобы обеспечить клетки энергией для жизнедеятельности, поэтому его стабильный уровень в крови очень важен. Организм сам поддерживает баланс. Эритроциты собирают кислород в легких и распределяют его по всем тканям тела, а взамен уносят из них углекислый газ. Во время тренировок и умственной активности организму требуется больше кислорода, чем обычно.
Существует несколько способов измерить сатурацию. Медики определяют насыщение кислородом артериального гемоглобина. Для этого образец взятой из артерии крови помещают в специальный прибор. Другой, более простой способ, — пульсоксиметрия, которая оценивает насыщение крови кислородом в периферических тканях. По похожему принципу устроена и функция определения SpO2 в умных часах.
В обычной жизни уровень насыщения крови кислородом у здоровых людей достигает 96-99 процентов. В любом случае он должен быть больше 94 процентов. На высоте от 1600 метров — там, где разреженный горный воздух содержит меньше кислорода — нижняя граница насыщения опускается до 92 процентов.
В норме сердце за минуту прокачивает около пяти литров крови, доставляя к тканям примерно литр растворенного кислорода. Если кислорода поступает меньше, или это происходит медленнее, — может развиться гипоксемия. Например, из-за длительного пребывания в душном или плохо проветриваемом помещении насыщение крови кислородом может упасть ниже 90 процентов, вызывая головную боль, головокружение, одышку и учащенное сердцебиение. При самоизоляции и в карантине гипоксемия рискует приобрести хронический характер. Человек быстрее утомляется, возникает сонливость, снижается умственная работоспособность.
«Основная причина этих проблем заключается в том, что организация воздухообмена дома — дело добровольное, а информированность населения о том, как это правильно делать, оставляет желать лучшего», — считает кардиолог Андрей Рожков, ведущий специалист сети медицинских клиник «Семейная». По словам врача, такие факторы, как отопление и интенсивно работающая бытовая техника, приводят к пересушиванию воздуха. Кроме того, семьи сейчас находятся в квартирах в полном составе, что также снижает объем свежего воздуха, а значит — и уровень кислорода в нем.
Хроническая гипоксемия не всегда проявляется открыто — человек может даже не подозревать, что его организм страдает от длительной нехватки кислорода. Однако при стрессе или ввиду какого-либо заболевания симптомы гипоксемии усиливаются: могут появиться приступы кашля и спутанность сознания. Кроме того, возрастает нагрузка на кровеносную и дыхательную системы, возникает легочная гипертония и перегрузка правого желудочка сердца — так недалеко и до хронических сердечно-сосудистых проблем. У детей дефицит кислорода вызывает задержку в физическом развитии и нарушения сна.
Поскольку обнаружить у себя хроническую форму гипоксемии довольно сложно, требуется частый контроль за уровнем кислорода в крови. По мнению Андрея Рожкова, людям, не имеющим каких-либо жалоб на самочувствие, измерять уровень кислорода не нужно. Постоянный мониторинг актуален на карантине, когда мы вынужденно проводим много времени в помещении, сталкиваясь с такими симптомами, как одышка, учащенное поверхностное дыхание и сердцебиение. Если SpO2 понижен, то следует чаще проветривать помещение, делать перерывы в работе, избегать переутомления, увеличивая приток свежего воздуха к легким.
Чтобы избежать острой или хронической гипоксемии, нужно изменить образ жизни. Во-первых, правильно питаться и обеспечить поступление в организм витаминов: от этого зависит состояние сосудов и кровяных клеток. Необходимо делать разминку и дыхательную гимнастику в хорошо проветриваемом помещении. Поскольку на фоне пандемии у многих людей нет возможности гулять, проветривать комнаты следует как можно чаще. Обязательно нужно обеспечить приток свежего воздуха перед сном, чтобы не было ощущения спертости и сухости.
По словам Андрея Рожкова, подходящая температура для квартиры — 18-23 градуса Цельсия (за рубежом рекомендуют 16-21 градус Цельсия), а влажность — 45-60 процентов. «Во время бодрствования на каждый час должно приходиться 10-15 минут проветривания, — рекомендует кардиолог. — Перед сном желательно проветрить комнаты с особой интенсивностью, чтобы температура была на уровне 16-18 градусов. Стоит отметить, что предпочтительным является именно сквозное проветривание, когда движение воздуха наиболее интенсивно. Для увлажнения квартиры можно проводить влажную уборку или воспользоваться увлажнителями воздуха».
Процесс восстановления работоспособности и физической активности после карантина должен быть постепенным. Не нужно резко менять режим дня и питания, ведь это может привести к переутомлению. «На работе следует делать короткие перерывы на физическую разминку, а вне работы постараться больше времени проводить на свежем воздухе, — считает врач. — Есть большой риск растерять всю свою энергию и не войти в нормальный рабочий ритм. В первые дни после карантина лучше браться за самые простые и наименее ответственные задачи».
Для долговременного мониторинга за показателем SpO2 альпинисты, профессиональные спортсмены, пилоты легких самолетов — те, кто чаще страдает от нехватки кислорода из-за высоты или физических нагрузок, — обычно используют пульсоксиметр. Это небольшой прибор со светодиодами, который надевается на палец и просвечивает ткани, определяя цвет крови и ее насыщение кислородом.
Пульсоксиметрия удобна, результат показывает почти мгновенно. Но, несмотря на простоту метода, есть несколько нюансов. «Измерения могут быть неточными, если на ногти нанесен лак (или ногти накладные) или даже крем. Кроме того, руки желательно подержать в тепле перед измерением, аппарат нужно надевать на палец ровно так, как указано в инструкции, и держать при этом руку неподвижно», — предупреждает Андрей Рожков.
Более доступный и простой способ тестирования — инфракрасный датчик в умных часах серии Huawei Watch GT 2. Впервые эта функция появилась в Watch GT 2e — модели для молодежи и любителей спорта. Но теперь вся линейка смарт-часов GT 2 поддерживает измерение уровня кислорода в крови. Как и пульсоксиметр, датчик смарт-часов не требует забора крови и лабораторных анализов, принцип его действия основан на поглощении света гемоглобином. От пользователя требуется лишь надеть часы, плотно прижать их к руке, направить экран вертикально вверх и выбрать соответствующий пункт меню, после чего данные появятся на экране. Умные часы позволяют вести постоянный мониторинг за уровнем сатурации крови и не допускать гипоксемии.
Содержание оксигемоглобина может меняться, поэтому для более информативной картины требуется длительный и регулярный мониторинг SpO2. Следует измерять его в разное время суток, во время физических упражнений, умственной работы. Huawei Watch GT 2 позволяют отслеживать и другие важные показатели здоровья, в том числе пульс, уровень стресса и качество сна в режиме реального времени. Вместе с мониторингом SpO2 умные часы могут дать подробную информацию о состоянии организма и предупредить нежелательные сбои в его работе.
Источник