Перенос газов кровью гемоглобин

Кровь переносит кислород и углекислый газ. В крови, как и во всякой жидкости, газы могут находиться в двух состояниях: в физически растворенном и химически связанном. И кислород и углекислый газ в очень небольшом количестве растворяются в плазме крови. Большая часть кислорода и углекислого газа переносится в химически связанном виде.

Основной переносчик кислорода – гемоглобин крови. 1 г гемоглобина связывает 1,34 мл кислорода. Гемоглобин обладает способностью вступать в соединение с кислородом, образуя оксигемоглобин. Чем выше парциальное давление кислорода, тем больше образуется оксигемоглобина. В альвеолярном воздухе парциальное давление кислорода 100-110 мм рт. ст. При таких условиях 97% гемоглобина крови связывается с кислородом. Кровь приносит к тканям кислород в виде оксигемоглобина. Здесь парциальное давление кислорода низкое, и оксигемоглобин – соединение непрочное – высвобождает кислород, который используется тканями. На связывание кислорода гемоглобином оказывает влияние и напряжение углекислого газа. Углекислый газ уменьшает способность гемоглобина связывать кислород и способствует диссоциации оксигемоглобина. Повышение температуры также уменьшает возможности связывания гемоглобином кислорода. Известно, что температура в тканях выше, чем в легких. Все эти условия помогают диссоциации оксигемоглобина, в результате чего кровь отдает высвободившийся из химического соединения кислород в тканевую жидкость.

Свойство гемоглобина связывать кислород имеет жизненно важное значение для организма. Иногда люди гибнут от недостатка кислорода в организме, окруженные самым чистым воздухом. Это может случиться с человеком, оказавшимся в условиях пониженного давления (на больших высотах), где в разреженной атмосфере очень низкое парциальное давление кислорода. 15 апреля 1875 г. воздушный шар “Зенит”, на борту которого находились три воздухоплавателя, достиг высоты 8000 м. Когда шар приземлился, то в живых остался только один человек. Причиной гибели людей было резкое снижение парциального давления кислорода на большой высоте. На больших высотах (7-8 км) артериальная кровь по своему газовому составу приближается к венозной; все ткани тела начинают испытывать острый недостаток в кислороде, что и приводит к тяжелым последствиям. Подъем на высоту более 5000 м обычно требует пользования особыми кислородными приборами.

При специальной тренировке организм может приспосабливаться к пониженному содержанию кислорода в атмосферном воздухе. У тренированного человека углубляется дыхание, увеличивается количество эритроцитов в крови за счет усиленного образования их в кроветворных органах и поступления из депо крови. Кроме того, усиливаются сердечные сокращения, что приводит к увеличению минутного объема крови.

Для тренировки широко применяют барокамеры.

Углекислый газ переносится кровью в виде химических соединений – бикарбонатов натрия и калия. Связывание углекислого газа и отдача его кровью зависят от его напряжения в тканях и крови.

Кроме того, в переносе углекислого газа участвует гемоглобин крови. В капиллярах тканей гемоглобин вступает в химическое соединение с углекислым газом. В легких это соединение распадается с освобождением углекислого газа. Около 25-30% выделяемого в легких углекислого газа переносит гемоглобин.

74 Дыхание, его значение. Давление в плевральной полости

Дыхание обеспечивает газообмен в организме, являющийся необходимым звеном обмена веществ.

В основе лежат процессы окисления углеводов, жиров и белков, в результате чего освобождается энергия, обеспечивающая жизнедеятельность.

Быстрое приспособление дыхания к потребностям человека регулирует центральная нервная система (в продолговатом мозге имеется дыхательный центр).

Помимо этого, кора головного мозга обеспечивает выполнение дыхательных движений, необходимых для речи, пения.

Газообмен происходит в альвеолах легких. Воздух попадает в них по дыхательным путям: сначала в носовую полость, глотку (общий путь для воздуха и пищи), затем по дыхательной системе — гортани, дыхательному горлу, бронхам. Последние, разветвляясь, несут кислород в легочные альвеолы.

Дата добавления: 2015-04-11; просмотров: 9; Нарушение авторских прав



содержание   .. 

60 

61 

62 

63 

64 

65 

66 

67 

68 

69  70 
..

Газообмен в тканях (анатомия человека)

В легких кровь из венозной превращается а артериальную, богатую О2 и
бедную СО2. Артериальная кровь направляется к тканям, где в
результате непрерывно идущих окислительных процессов потребляется О2 и
образуется СО2. В тканях напряжение О2 близко
к нулю, а напряжение СО2 около
60 мм рт. ст. Вследствие разности давления СО2 из
ткани Диффундирует в кровь, а О2- в ткани. Кровь становится
венозной и по венам поступает в легкие, где цикл обмена газов
повторяется.

Перенос газов кровью (анатомия человека)

Человек в состоянии покоя в 1 мин потребляет в среднем 250 мл О2 и
выделяет при этом 200 мл СО2. Газы очень слабо растворяются в
жидкости: 100 мл крови могут физически растворить 0,3 мл О2,
2,7 мл СО2 и 1 мл
N2. В крови имеется удивительное вещество – гемоглобин (Нb),
которое способно химически связывать О2 и
СО2 и, кроме того,
поддерживать постоянную реакцию крови. В 100 мл артериальной крови
содержится 20 мл О2, 52 мл СО2 и
1 мл N2. Как сказано выше, очень небольшая часть газов
находится в состоянии простого физического растворения. Основное
количество газов образует в крови непрочное химическое соединение, т. е.
такое, которое легко распадается, диссоциирует при понижении давления
газа над жидкостью.

Перенос кислорода. В эритроцитах находится пигмент крови – гемоглобин,
содержащий железо. Одна молекула гемоглобина присоединяет четыре
молекулы О2, при этом гемоглобин превращается в
оксигемоглобин (НbО2), а кровь из вишневой – венозной –
становится ярко-алой – артериальной:

Эта реакция обратима. В легких гемоглобин насыщается кислородом и
превращается в НbО2, в тканях кислород освобождается. Ход
реакции зависит от напряжения кислорода в среде, окружающей капилляры.
На ход реакции влияет напряжение СО2. Если в тканях
увеличивается образование СО2, то ускоряется расщепление
оксигемоглобина. В капиллярах легких снижается напряжение СО2,
так как газ переходит в альвеолы. Это способствует превращению
гемоглобина в НbО2. Каждый грамм гемоглобина способен связать
1,34 мл О2. В 100 мл крови содержится в норме около 15 г
гемоглобина. Следовательно, кислородная емкость крови, т. е. то
максимальное количество О2, которое может поглотить 100 мл
крови, равна 20,1 мл.

Гемоглобин способен соединяться не только с О2, но и с
другими газами. Особое значение имеет его способность химически
связывать окись углерода, или угарный газ,- СО, продукт неполного
сгорания угля или жидкого топлива. С ним гемоглобин образует соединение,
в 150 – 300 раз более прочное, чем с О2. Оно способно
диссоциировать, но крайне медленно. В результате даже при ничтожном
содержании СО в воздухе гемоглобин соединяется не с О2, а с
СО и превращается в карбоксигемоглобин (НbСО), при этом транспорт О2 к
клеткам прекращается. Если своевременно не принять меры (вынести
человека на свежий воздух, в тяжелом случае переливание крови), то
человек погибнет.

Перенос углекислого газа. Образовавшийся в тканях СО2 вследствие
разности напряжения диффундирует в плазму крови, а из нее – в
эритроциты. В эритроцитах примерно 10% СО2 соединяется
с гемоглобином и образует непрочное химическое соединение –
карбгемоглобин. Остальная часть соединяется с водой и превращается в
угольную кислоту:

СО2 + Н2О
= Н2СО3.

Эта реакция ускоряется в 20 000 раз особым ферментом – карбоангидразой,
находящимся в эритроцитах. Реакция обратимая. В тканевых капиллярах, где
напряжение СО2 высокое,
карбоангидраза способствует синтезу угольной кислоты, химическому
связыванию СО2 и
идет слева направо. В легочных капиллярах, где давление СО2 сравнительно
низкое, реакция идет справа налево, образуются вода и СО2,
которая диффундирует в альвеолярный воздух. Угольная кислота в тканевых
капиллярах реагирует с ионами натрия и калия и образует бикарбонаты
(NaHCO3, КНСО3).

Таким образом, СО2 транспортируется
к легким в физически растворенном виде и в непрочном химическом
соединении, в виде карбогемоглобина, угольной кислоты и бикарбонатов
натрия и калия. Две трети его находится в плазме и треть – в эритроцитах

содержание   .. 

60 

61 

62 

63 

64 

65 

66 

67 

68 

69  70 
..

Сущность дыхательной функции крови состоит в доставке кислорода от легких к тканям и
углекислого газа от тканей к легким (табл. 17.4).

Кровь
осуществляет дыхательную функцию прежде всего благодаря наличию в ней
гемоглобина. Физиологическая функция гемоглобина как переносчика кислорода
основана на способности обратимо связывать кислород. Поэтому в легочных
капиллярах происходит насыщение крови кислородом, а в тканевых капиллярах, где
парциальное давление кислорода резко снижено, осуществляется отдача кислорода
тканям.

В состоянии
покоя ткани и органы человека потребляют около 200 мл кислорода в минуту. При
тяжелой физической работе количество потребляемого тканями кислорода возрастает
в 10 раз и более (до 2–3 л/мин). Доставка от легких к тканям такого количества
кислорода в виде газа, физически растворенного в плазме, невозможна вследствие
малой растворимости кислорода в воде и плазме крови (табл. 17.5).

Исходя из
приведенных в табл. 17.5 данных, а также зная РO2 в артериальной
крови – 107–120 гПа (80–90 мм рт. ст.), нетрудно видеть, что количество
физически растворенного кислорода в плазме крови не может превышать 0,3 об. %.
При расчете кислородной емкости крови этой величиной можно пренебречь.

Итак, функцию
переносчика кислорода в организме выполняет гемоглобин. Напомним, что молекула
гемоглобина построена из 4 субъединиц (полипептидных цепей), каждая из которых
связана с гемом (см. главу 2). Следовательно, молекула гемоглобина имеет 4
гема, к которым может присоединяться кислород, при этом гемоглобин переходит в
оксигемо-глобин.

Гемоглобин
человека содержит 0,335% железа. Каждый грамм-атом железа (55,84 г) в составе
гемоглобина при полном насыщении кислородом связывает 1 грамм-молекулу
кислорода (22400 мл). Таким образом, 100 г гемоглобина могут связывать

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

Возрастание
интенсивности окислительных процессов в тканях, например при усиленной мышечной
работе всегда связано с более полным извлечением кислорода из крови. Кроме
того, при физической работе резко увеличивается скорость кровотока. Зависимость
между степенью насыщения гемоглобина кислородом и РО2, можно
выразить в виде кривой насыщения гемоглобина кислородом, или кривой диссоциации
оксигемоглобина, которая имеет S-образную форму и характеризует сродство
гемоглобина к кислороду (рис. 17.6).

Характерная
для гемоглобина S-образная кривая насыщения кислородом свидетельствует, что
связывание первой молекулы кислорода одним из

гемов
гемоглобина облегчает связывание последующих молекул кислорода тремя другими
оставшимися гемами. Долгое время механизм, лежащий в основе этого эффекта,
оставался загадкой, так как, по данным рентгено-структурного анализа, 4 гема в
молекуле гемоглобина довольно далеко отстоят друг от друга и вряд ли могут
оказывать взаимное влияние. В последнее время принято следующее объяснение
происхождения S-образ-ной кривой. Считают, что тетрамерная молекула гемоглобина
способна обратимо распадаться на две половинки, каждая из которых содержит одну
α-цепь и одну β-цепь:

При
взаимодействии молекулы кислорода с одним из четырех гемов гемоглобина кислород
присоединяется к одной из половинок молекулы 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 одной молекулы кислорода
благоприятствует связыванию второй молекулы (так называемое кооперативное
взаимодействие).

После насыщения
кислородом одной половины молекулы гемоглобина возникает новое, внутреннее,
напряженное состояние молекулы гемоглобина, 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.

S-образная
форма кривой насыщения гемоглобина кислородом имеет большое физиологическое
значение. При такой форме кривой обеспечивается возможность насыщения крови
кислородом при изменении РО2 в довольно широких пределах. Например,
дыхательная функция крови существенно не нарушается при снижении РО2
в альвеолярном воздухе со 133,3 до 80–93,3 гПа. Поэтому подъем на высоту до
3,0–3,5 км над уровнем моря не сопровождается развитием выраженной гипоксемии.

Численно
сродство гемоглобина к кислороду принято выражать величиной Р50 –
парциальное напряжение кислорода, при котором 50% гемоглобина связано с
кислородом (рН 7,4 температура 37°С). Нормальная величина Р50 около
34,67 гПа (см. рис. 17.6). Смещение кривой насыщения гемоглобина кислородом
вправо означает уменьшение способности гемоглобина связывать кислород и,
следовательно, сопровождается повышением Р50. Напротив, смещение
кривой влево свидетельствует о повышенном сродстве гемоглобина к кислороду,
величина Р50 снижена.

Ход кривой
насыщения гемоглобина кислородом или диссоциации оксигемоглобина зависит от
ряда факторов. Сродство гемоглобина к кислороду в первую очередь связано с рН.
Чем ниже рН, тем меньше способность гемоглобина связывать кислород и тем выше Р50.
В тканевых капиллярах рН ниже (поступает большое количество СО2), в
связи с чем гемоглобин легко отдает
кислород. В легких СО2 выделяется, рН повышается и гемоглобин
активно присоединяет кислород.

Способность
гемоглобина связывать кислород зависит также от температуры. Чем выше
температура (в тканях температура выше, чем в легких), тем меньше сродство
гемоглобина к кислороду. Напротив, снижение температуры вызывает обратные
явления.

Количество
гемоглобина в крови, а также в какой-то мере его способность связывать кислород
(характер кривой диссоциации оксигемоглобина) несколько меняются с возрастом.
Например, у новорожденных содержание гемоглобина доходит до 20–21% (вместо
обычных для взрослого 13–16%). У человека имеется несколько гемоглобинов,
которые образуются в различном количестве в разные стадии онтогенеза и
различаются по своему сродству к кислороду.

Рассмотрим
нарушения дыхательной функции крови при некоторых патологических состояниях.