В легких гемоглобин присоединяет кислород и переходит в

В легких гемоглобин присоединяет кислород и переходит в thumbnail

В легких гемоглобин присоединяет кислород и переходит в

Одним из самых сложных процессов, что происходят в организме человека, несомненно, является дыхание. И сложность эта не только в танце легких, благодаря которому человек получает кислород, но и в процессах, с помощью которых этот кислород проникает дальше, в ткани, где превращается в углекислый газ, что отправляется в обратное путешествие. О данных процессах и пойдет речь далее.

Итак, приступим. Человек делает вдох, иии… Далеко не весь кислород поступает в легкие, а затем и в кровь. Часть вдыхаемого воздуха остается в так называемом мертвом пространстве. Мертвое пространство, в свою очередь, делится на анатомическое (дыхательные пути), в котором остается около 30 % вдыхаемого воздуха, и функциональное (вентилируемые, но по каким-то причинам не перфузируемые альвеолы).

Ухудшение альвеолярного газообмена может происходить при неглубоком и частом дыхании (причиной может стать перелом ребер, паралич дыхательной мускулатуры различного генеза и др.), а также при увеличении мертвого пространства, вызванном разнообразными причинами (нарушение перфузии альвеол в результате воспалительных заболеваний легких, удаление доли или целого легкого и др.), при снижении скорости кровотока по альвеолярным капиллярам (ТЭЛА, инфаркт легкого), при наличии диффузионного барьера (отек легких) и в результате ослабления альвеолярной вентиляции при обтурации просвета бронха. Газообмен между легкими и кровью происходит путем диффузии в соответствии с законом Фика. В легочных капиллярах она происходит за счет разности парциальных давлений в альвеолах и эритроцитах.

В альвеолах парциальное давление кислорода значительно превышает таковое для углекислого газа и составляет примерно 13,3 кПа (100 мм рт. ст.) и 5,3 кПа (40 мм рт. ст.) соответственно. Альвеолы омываются приносимой легочными артериями венозной кровью, в которой соотношение парциальных давлений этих двух газов обратно пропорционально и составляет приблизительно 5,3 кПа (40 мм рт. ст.) для кислорода и 6,1 кПа (46 мм рт. ст.) для углекислого газа. В среднем разница парциальных давлений составляет около 8 кПа (60 мм рт. ст.) для кислорода и около 0,8 кПа для углекислого газа.

Как уже было сказано выше, кислород путем диффузии проникает в кровь легочных капилляров. Диффузионное расстояние для кислорода при этом составляет 1–2 мкм, то есть именно на такое расстояние он проникает внутрь капилляра. Обмен крови в легочном капилляре происходит примерно за 0,75 секунды, но этого времени хватает на то, чтобы парциальные давления в альвеолах и в крови пришли в равновесие.

Кровь, в которой показатели парциального давления для кислорода и углекислого газа примерно равны таковым в альвеолах, называется артериализированной. Однако за счет наличия в легких артериовенозных шунтов и притока венозной крови из бронхиальных вен такой она остается недолго. В результате парциальное давление кислорода в аорте составляет примерно 12,0 кПа (как уже было сказано выше, парциальное давление в артериализированной крови равно таковому в альвеолах и составляет 13,3 кПа), а давление углекислого газа меняется незначительно и не приводит к затруднению его диффузии из крови в альвеолы.

Но кислород непосредственно в ткани попадает лишь в крайне незначительных количествах: для свободного перемещения по организму ему необходим транспортер. Эту функцию выполняет содержащийся в эритроцитах белок — гемоглобин. Гемоглобин существует в оксигенированной и неоксигенированной формах. В дезокси-гемоглобине железо находится на уровне порфиринового кольца и стабилизируется электростатическими силами, что обеспечивает поддержание всей структуры. Появившись, кислород начинает «тянуть» за железо, которое переносится на проксимальный гистидин на другом конце полипептидной цепи и меняет структуру всего протеина.

В результате гемоглобин переходит в оксигенированную форму, альфа- и бета-цепи при этом поворачиваются относительно друг друга на 15 градусов, облегчая присоединение остальных молекул кислорода. В итоге каждый из четырех содержащихся в нем атомов двухвалентного железа обратимо связывается с молекулой кислорода, что превращает молекулу гемоглобина в оксигемоглобин. По сравнению с миоглобином гемоглобин имеет низкое сродство к кислороду, однако оно не статично. Так, миоглобин может связывать кислород только одним участком, поэтому кривая его связывания — гипербола. Кривая связывания гемоглобина с кислородом имеет S-образную форму, демонстрируя, что при его связывании с первой молекулой кислорода гемоглобин имеет очень низкое сродство к кислороду, но при связывании последующих молекул кислорода сродство остальных его субъединиц к нему значительно увеличивается и в конечном счете повышается примерно в 500 раз.

В легких гемоглобин присоединяет кислород и переходит в

При этом альфа-цепи связывают кислород легче, чем бета-цепи. Этот процесс назван кооперативным взаимодействием. По мере снижения парциального давления кислорода в крови происходит его высвобождение из гемоглобина и поступление в ткани. Например, парциальное давление кислорода в работающих мышцах составляет всего 26 мм рт. ст, и при прохождении эритроцитов через капилляры, кровоснабжающие мышцы, происходит высвобождение и поступление в мышечные клетки примерно ⅓ всего переносимого гемоглобином кислорода. При повышении температуры тела также возрастает потребность в кислороде, что, в свою очередь, стимулирует высвобождение и поступление его в ткани. При снижении температуры, напротив, развивается гипоксия тканей, способствующая компенсаторному увеличению сродства гемоглобина к кислороду.

Читайте также:  Проблема низкого гемоглобина у женщин

Гемоглобин также осуществляет перенос от тканей к легким продуктов тканевого дыхания — углекислого газа и ионов водорода. В ходе окислительных процессов в клетке выделяется углекислый газ, в результате гидратации которого образуются ионы водорода, что, в свою очередь, приводит к снижению рН. Давно известно, что снижение рН и повышение концентрации углекислого газа в крови оказывает сильное влияние на способность гемоглобина связывать кислород.

В легких гемоглобин присоединяет кислород и переходит в

В периферических сосудах показатели рН низкие, и по мере связывания гемоглобина с ионами водорода и углекислым газом происходит снижение его сродства к кислороду. Это влияние величины рН и концентрации углекислого газа на способность гемоглобина связывать кислород называют эффектом Бора.

Обратная ситуация имеет место в альвеолярных капиллярах, где присоединение кислорода к гемоглобину превращает тот в более сильную кислоту.

При этом сродство гемоглобина к углекислому газу снижается, а повышение кислотности гемоглобина приводит к высвобождению излишка ионов водорода и образованию в крови из бикарбоната угольной кислоты, которая затем распадается на воду и углекислый газ. В обоих случаях углекислый газ из крови поступает в альвеолы, а затем в атмосферу. Данный процесс назван эффектом Холдейна. Стоит отметить, что важную роль в образовании углекислого газа в эритроцитах играет ион хлора, поступающий в плазму крови в обмен на бикарбонат при участии белка-переносчика АЕ1. Данный процесс в англоязычной литературе получил название «Chloride shift» или «перенос Хамбургера».

На сродство гемоглобина к кислороду оказывает влияние и присутствующее в эритроцитах вещество, получившее название 2,3-бисфосфоглицерат (БФГ). Его образование — своего рода побочная реакция анаэробного гликолиза, происходящего в эритроцитах в ходе ферментативного превращения глюкозы в пируват под действием фермента бифосфоглицератмутазы. БФГ способен самостоятельно связываться с неоксигенированной формой гемоглобина, образуя солевой мостик между двумя его бета-субъединицами и снижая сродство к кислороду.

При этом гемоглобин способен связать только одну молекулу БФГ, а при присоединении кислорода БФГ вытесняется из полости. В обычных условиях в эритроцитах крови содержится достаточно большое количество БФГ, которое может увеличиваться в условиях гипоксии (например, у дайверов при погружении на глубину), а также при восхождении на большую высоту. В первые часы подъема концентрация БФГ в эритроцитах будет возрастать, а сродство кислороду снижаться. Но на большой высоте парциальное давление будет значительно ниже такового на уровне моря, а значит, оно снизится и в тканях. При этом БФГ будет облегчать передачу кислорода от гемоглобина к тканям.

В легких гемоглобин присоединяет кислород и переходит в

Некоторые вещества способны прочно связываться с гемоглобином или же вовсе менять его структуру. Одним из них является угарный газ, чье сродство к гемоглобину в 200 раз превышает таковое для кислорода. Отравления угарным газом часто происходят в помещениях с печным отоплением, при пожарах и авариях на производстве. Со временем кислород вытесняет угарный газ из гемоглобина, и в легких случаях пациенты помещаются под наблюдение и получают ингаляции с увлажненным кислородом. Необходимой мерой при тяжелых отравлениях угарным газом является переливание эритроцитарной массы.

К веществам, способным изменять структуру гемоглобина, относятся метгемоглобинобразователи — соединения, способные окислять двухвалентное железо в геме до трехвалентного. К ним относятся нитриты, нитраты, некоторые местные анестетики, аминофенолы, хлораты, примахин и некоторые сульфаниламиды. Состояние, характеризующееся появлением в крови окисленного гемоглобина, называют метгемоглобинемией. При высокой метгемоглобинемии капля крови, помещенная на фильтровальную бумагу, имеет характерный коричневый цвет, а при пропускании кислорода через пробирку с такой кровью ее цвет не меняется. Метгемоглобинемия выше 70 % от общего содержания гемоглобина часто приводит к гибели пациента еще до момента постановки диагноза.

Источники:

  1. Harrison’s hematology and oncology Longo, Dan L (Dan Louis), Third edition. New York : McGraw-Hill Education Medical, 2017.
  2. Наглядная физиология, С. Зильбернагль, А. Деспопулос, 2013.
  3. Ленинджер А. Основы биохимии: В 3-х т. Т. 1. /Д. Нельсон, М. Кокс ; Пер. с англ.-М.: БИНОМ: Лаборатория знаний, 2011.- 694 с.

Источник

Сегодня мы рассмотрим весь путь кислорода в теле живого организма-с момента вдоха и до утилизации.

Важно знать!

Не каждый понимает, что процессы вдоха и выдоха — это лишь вентиляция легких, а сам процесс дыхания лежит гораздо глубже-на клеточном уровне.

funkidslive.com

Явление клеточного дыхания формируется из семи этапов. Причём ,шесть из них изучает наука физиология, а один – биохимия. Эти этапы можно разделить на 3 основные группы:

· захват кислорода;

· его передвижение по организму;

· рассредоточение в тканях.

Воздухоносные пути

Первым шагом долгого пути кислородной молекулы по организму является вдох. Вдыхаемый кислород прежде, чем попасть в кровь, должен пройти через целую систему органов.

Читайте также:  Препараты для повышения гемоглобина для инъекций

Их основными функциями являются:

· согревающая;

· увлажняющая;

· очищающая.

Носовая полость

Первым воздухоносным каналом является носовая полость. Носовые ходы полости покрыты слизистым эпителием, покрытым ресничками. Наружный нос представляет собой костно-хрящевую систему, имеющую пирамидальную форму. Внутри полости имеется перегородка. Всего в носу существует две боковые, задняя и передняя стенки. Нижняя стенка представляет собой твердое нёбо, верхняя — костную решетку, боковую стенку представляют верхняя челюсть и слезная кость.

Боковые стенки носовой полости содержат по три специальные раковины, увеличивающие внутреннюю площадь соприкасаемой с воздухом поверхности. Носовая полость представлена двумя ходами. Они узки и извилисты. Слизистая носовой полости обильно снабжена кровеносными сосудами. Реснички очищают воздух, выполняя функцию щетки, на которой оседают пылевые частички.

Глотка

Этот орган выполняет функции трубки, по которой воздух из носа проходит дальше, в гортань.

Гортань

Именно сюда попадает воздух из носовой полости и глотки. Гортань имеет хрящевое строение. Она служит перевалочным пунктом транспортировки воздуха в трахеи. В гортани имеется специальный надгортанный хрящ, который защищает воздухоносные пути от попадания частичек пищи во время еды.

Трахея

Этот орган дыхания представляет собой 12-сантиметровую трубку, в стенки которой встроены хрящевые полукольца. Задняя стенка трахеи образована перепонкой из соединительной ткани. Слизистая трахеи покрыта мерцательным эпителием и служит для дальнейшего очищения поступаемого из гортани воздуха. Своей задней частью трахея присоединена к пищеводу, а справа и слева от нее проходят пучки нервов и кровеносных сосудов. Внутренняя часть органа выстлана лимфоидной тканью, в которой находится большое количество слизистых желёз.

bway.net

Бронхи

Бронхов всего два — правый и левый. Каждый из бронхов соединяется с легким и там разветвляется на крошечные трубочки-бронхиолы, переходящие затем в альвеолярные ходы, стенки которых покрыты альвеолами-наростами, представляющими собой легочные пузырьки. Их полости выстланы однослойным эпителием и множеством капилляров. Через эти тончайшие стенки осуществляется газообмен: кислород транспортируется в кровь, а обратно передается углекислый газ.

Интересный факт!

Легкие человека насчитывают сотни миллионов альвеол. Учеными подсчитано, что их общая площадь составляет около 150 квадратных метров. Именно благодаря им в крови поддерживается нормальный уровень кислорода.

Легкие

Это большой орган дыхательной системы. Он занимает практически всю площадь грудной клетки и состоит из упругой губчатой легочной ткани.

Наружная часть легких покрыта тонкой пленкой — легочной плеврой, а внутри они разделены на доли. Воздух, поступающий в легкие, меняет свой химический состав. Он отдает кислород, и насыщается углекислым газом. Кислород растворяется в плазме крови, затем происходит его связывание с гемоглобином, а плазма снова обогащается кислородом, поступившим из вдыхаемого воздуха.

funkidslive.com

Газообмен

Этот процесс становится возможным благодаря явлению диффузии. Оно заключается в том, что газ с большей концентрацией переходит в область с его меньшей концентрацией.

Кровь из вен, поступая в легкие, отдает углекислый газ и обогащается кислородом, становясь артериальной. Затем она разносит по капиллярам кислород, доставляя его всем тканям организма. Отдав и забрав в процессе диффузии углекислый газ, кровь, став венозной, отправляется к легким, чтобы отдать углекислый газ и забрать кислород, поступивший с новой порцией воздуха.

philpoteducation.com

Гемоглобин

Как известно, организм дышит при помощи специальных механизмов. Плазма крови имеет достаточно низкие показатели растворимости поступающих в неё газов.

Чтобы решить эту проблему, природой был придуман гемоглобин — удивительный белок, который способен переносить клетки кислорода по всему организму. Гемоглобин содержится в эритроцитах. Показателем насыщения крови клетками кислорода является парциальное давление. Его норма составляет 80 миллиметров ртутного столба.

Знаете ли вы?

Для того чтобы нормально существовать, человеческое сердце должно перекачивать до 100 литров крови в минуту.

Заключение

Итак, кислород из вдыхаемого воздуха проходит в капилляры лёгких и соединяется там с гемоглобином. Током крови он переносится к тканям и, отсоединившись от гемоглобина, попадает по своему прямому назначению – к клеткам. Для этого он проходит через клеточную мембрану, преодолевает межклеточное пространство и достигает митохондрий. Это и есть конечный пункт пути кислорода в живом организме.

Кислород является важнейшим элементом для человека. Он поддерживает функционирование каждой клетки, без него невозможен сам факт существования живого организма. Известно, что в воздухе его концентрация колеблется в пределах 21%, и этого бывает достаточно для нормальной работы всех органов и систем. Однако, в случае, когда сердце, легкие или другие органы кровеносной и дыхательной систем больны, полноценное обеспечение организма кислородом становится невозможным, и наступает кислородное голодание – гипоксия. В такой ситуации медики используют специализированные аппараты, увеличивающие содержание кислорода в окружающем воздухе до 90%, что облегчает захват большего числа молекул этого газа легкими.

Читайте также:  Гемоглобин в анализе мочи ребенка

Источник

Связывание гемоглобина с кислородом. Обмен железа

Наиболее важным свойством гемоглобиновой молекулы является ее способность свободно и обратимо связываться с кислородом. Эта способность детально изложена в нашей статье в связи с дыханием, поскольку главной функцией гемоглобина в организме является соединение его с кислородом в легких и затем освобождение этого кислорода в тканевых капиллярах, где парциальное давление кислорода гораздо ниже, чем в легких.

Кислород не соединяется с двумя положительными связями железа гемоглобиновой молекулы. Вместо этого он связывается с так называемыми координационными связями атома железа. Это чрезвычайно свободная связь, поэтому соединение легко обратимо. Более того, кислород не переходит в ионную форму и переносится в виде молекулярного кислорода (составленного из двух атомов кислорода) к тканям, где легко освобождается в тканевые жидкости в форме молекулярного кислорода, а не иона кислорода.

Обмен железа

Поскольку железо необходимо для формирования не только гемоглобина, но и других жизненно важных элементов организма (например, миоглобина, цитохромов, цитохромоксидазы, пероксидазы, катализы), важно понять способы утилизации железа в организме. Общее количество железа в теле человека в среднем составляет 4-5 г, причем около 65% этого количества входит в состав гемоглобина. Примерно 4% железа входит в состав миоглобина, 1% находится в составе различных гем-соединений, способствующих внутриклеточному окислению, 0,1% связан с белком трансферрином в плазме крови и 15-30% накапливаются для последующего использования в основном в ретикулоэндотелиальной системе и клетках паренхимы печени главным образом в форме ферритина.

Транспорт, накопление и метаболизм железа в организме схематически представлены на рисунке. После всасывания из тонкого кишечника железо немедленно связывается в плазме крови с бета-глобулином (апотрансферрином), формируя трансферрин, который затем транспортируется в плазме. Железо в трансферрине связано свободно и, следовательно, может высвобождаться в любую тканевую клетку в любой точке тела. Избыток железа в крови откладывается в основном в гепатоцитах и в меньшей степени — в ретикулоэндотелиальных клетках костного мозга.

В цитоплазме клеток железо связывается главным образом с белком апоферритином, формируя ферритин. Молекулярная масса апоферритина — около 460000, и с этой большой молекулой может соединяться в кластеры радикалов железа разное количество железа; следовательно, ферритин может содержать как большое, так и небольшое количество железа. Железо, которое накапливается в виде ферритина, называют резервным железом.

Меньшая часть этого резерва хранится в совершенно нерастворимой форме, называемой гемосидерином. Он в основном формируется, когда общее количество железа в теле больше, чем может связать апоферритин. Гемосидерин собирается в клетках в виде больших кластеров, которые видны под микроскопом, как большие частицы. Наоборот, частицы ферритина так малы и рассеяны, что их можно обычно увидеть в цитоплазме клеток только с помощью электронного микроскопа.

Когда уровень железа в плазме падает до низких значений, некоторое его количество из запаса в форме ферритина легко выделяется в плазму и транспортируется в виде трансферрина к нуждающимся в железе областям. Уникальной особенностью молекулы трансферрина является то, что она прочно связывается с рецепторами клеточной мембраны эритробластов в костном мозге. Затем вместе со связанным железом молекула поглощается эритробластом путем эндоцитоза. Внутри клетки трансферрин освобождает железо прямо в митохондрии, где синтезируется гем.

При отсутствии адекватного количества трансферрина в крови людей недостаточность транспорта железа к эритробластам может вызвать тяжелую гипохромную анемию, которая характеризуется наличием красных клеток крови, содержащих гораздо меньше гемоглобина, чем в норме.

Когда эритроциты завершают свой жизненный путь и разрушаются, гемоглобин, выделившийся из клеток, поглощается моноцитарно-макрофагальными клетками. Железо при этом освобождается и накапливается преимущественно в виде ферритина, чтобы использовать ся, когда необходимо, для формирования нового гемоглобина.

Ежедневная потеря железа. Мужчина выделяет примерно 0,6 мг железа ежедневно, главным образом с фекалиями. Дополнительное количество железа теряется при кровотечении. У женщин дополнительная менструальная потеря крови дает долговременную потерю железа в среднем примерно до 1,3 мг/сут.

– Также рекомендуем “Всасывание железа в кишечнике. Длительность жизни эритроцитов”

Оглавление темы “Эритропоэз. Белые клетки крови”:

1. Влияние эритропоэтина на эритрогенез. Витамин В12 и фолиевая кислота в эритропоэзе

2. Пернициозная анемия. Образование гемоглобина

3. Связывание гемоглобина с кислородом. Обмен железа

4. Всасывание железа в кишечнике. Длительность жизни эритроцитов

5. Разрушение гемоглобина. Разновидности анемий

6. Влияние анемии на кровообращение. Полицитемия – эритремия

7. Влияние полицитемии на кровообращение. Лейкоциты – белые клетки крови

8. Типы белых клеток крови. Происхождение белых клеток крови

9. Длительность жизни белых клеток крови. Нейтрофилы и макрофаги

10. Фагоцитоз. Механизмы и значение фагоцитоза

Источник