Кровообращение выполняет одну из важнейших функций переноса кислорода от легких к тканям, а углекислого газа — от тканей к легким. Потребление кислорода клетками тканей может изменяться в значительных пределах, например при переходе от состояния покоя к физической нагрузке и наоборот. В связи с этим кровь должна обладать большими резервами, необходимыми для увеличения ее способности переносить кислород от легких к тканям, а углекислый газ в обратном направлении.
Транспорт кислорода.
При 37 С растворимость 02 в жидкости составляет 0,225 мл • л-1 • кПа-1 (0,03 мл/л/мм рт. ст.). В условиях нормального парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе, т. е. 13,3 кПа или 100 мм рт.ст., 1 л плазмы крови может переносить только 3 мл 02, что недостаточно для жизнедеятельности организма в целом. В покое в организме человека за минуту потребляется примерно 250 мл кислорода. Чтобы тканям получить такое количество кислорода в физически растворенном состоянии, сердце должно перекачивать за минуту огромное количество крови. В эволюции живых существ проблема транспорта кислорода была более эффективно решена за счет обратимой химической реакции с гемоглобином эритроцитов. Кислород переносится кровью от легких к тканям организма молекулами гемоглобина, которые содержатся в эритроцитах.
Гемоглобин способен захватывать кислород из альвеолярного воздуха (соединение называется ок-сигемоглобином) и освобождать необходимое количество кислорода в тканях. Особенностью химической реакции кислорода с гемоглобином является то, что количество связанного кислорода ограничено количеством молекул гемоглобина в эритроцитах крови. Молекула гемоглобина имеет 4 места связывания с кислородом, которые взаимодействуют таким образом, что зависимость между парциальным давлением кислорода и количеством переносимого кислорода с кровью имеет S-образную форму, которая носит название кривой насыщения или диссоциации оксигемоглобина (рис. 10.18). При парциальном давлении кислорода 10 мм рт. ст. насыщение гемоглобина кислородом составляет примерно 10 %, а при Р02 30 мм рт. ст. — 50—60 %. При дальнейшем увеличении парциального давления кислорода от 40 мм рт. ст. до 60 мм рт. ст. происходит уменьшение крутизны кривой диссоциации оксигемоглобина и процент его насыщения кислородом возрастает в диапазоне от 70—75 до 90 % соответственно. Затем кривая диссоциации оксигемоглобина начинает занимать практически горизонтальное положение, поскольку увеличение парциального давления кислорода с 60 до 80 мм рт. ст. вызывает прирост насыщения гемоглобина кислородом на 6 %. В диапазоне от 80 до 100 мм рт. ст. процент образования оксигемоглобина составляет порядка 2. В результате кривая диссоциации оксигемоглобина переходит в горизонтальную линию и процент насыщения гемоглобина кислородом достигает предела, т. е. 100. Насыщение гемоглобина кислородом под влиянием Р02 характеризует своеобразный молекулярный «аппетит» этого соединения к кислороду.
Значительная крутизна кривой насыщения гемоглобина кислородом в диапазоне парциального давления от 20 до 40 мм рт. ст. способствует тому, что в ткани организма значительное количество кислорода может диффундировать из крови в условиях фадиента его парциального давления между кровью и клетками тканей (не менее 20 мм рт. ст.). Незначительный процент насыщения гемоглобина кислородом в диапазоне его парциального давления от 80 до 100 мм рт. ст. способствует тому, что человек без риска снижения насыщения артериальной крови кислородом может перемещаться в диапазоне высот над уровнем моря до 2000 м.
Читайте также: Какие бывают смягчители ткани
Рис. 10.18. Кривая диссоциации оксигемоглобина. Пределы колебания кривой при РС02 = 40 мм рт. ст. (артериальная кровь) и РС02 = 46 мм рт. ст. (венозная кровь) показывают изменение сродства гемоглобина к кислороду (эффект Ходена).
Общие запасы кислорода в организме обусловлены его количеством, находящимся в связанном состоянии с ионами Fe2+ в составе органических молекул гемоглобина эритроцитов и миоглобина мышечных клеток.
Один грамм гемоглобина связывает 1,34 мл 02. Поэтому в норме при концентрации гемоглобина 150 г/л каждые 100 мл крови могут переносить 20,0 мл 02.
Количество 02, которое может связаться с гемоглобином эритроцитов крови при насыщении 100 % его количества, называется кислородной емкостью гемоглобина. Другим показателем дыхательной функции крови является содержание 02 в крови (кислородная емкость крови), которое отражает его истинное количество, как связанного с гемоглобином, так и физически растворенного в плазме. Поскольку в норме артериальная кровь насыщена кислородом на 97 %, то в 100 мл артериальной крови содержится примерно 19,4 мл 02.
Характеристика внешнего дыхания
Физиология дыхания
Дыхание – совокупность физиологических процессов, обеспечивающих поступление кислорода в организм, использование его тканями для окислительно-восстановитедбных реакций и выведения углекислого газа.
Функция дыхания осуществляется следующими процессами:
— внешнее (легочное) дыхание (обмен газов между легкими и атмосферой, легкими и кровью);
— перенос кислорода к тканям и СО2 от них (осуществляется сердечно-сосудистой системой);
— газообмен между тканями и кровью.
Внешнее дыхание у человека обеспечивается трахеей, бронхами, бронхиолами и альвеолами (Рис. 31), площадь которых около 100м 2 , а объем воздуха в них 2-3 л. В норме альвеолы не слипаются, так как на их внутренней поверхности находится жидкость, содержащая сурфактанты – вещества, снижающие поверхностное натяжение.
Рис. 31. Схема дыхательной системы (отдельной частью вынесен альвеолярный аппарат).
Газообмен между легкими и окружающей средой идет за счет вдоха и выдоха (при этом используется респираторная система, содержащая нос и рот):
· Во время вдоха воздух через носовую или ротовую полости, далее через гортань, трахею и бронхиальное дерево доходит до альвеол, где вступает в тесный контакт с кровью в легочных капиллярах. При вдохе объем легких увеличивается на 250-300 мл, давление в них становится ниже атмосферного и воздух поступает в дыхательные пути. Этот процесс активный, обусловлен сокращением наружных межреберных мышц и опусканием диафрагмы. Стенки наружного носового хода устланы мерцательным эпителием, который задерживает поступающую с воздухом пыль. Внутри носового хода происходит нагревание воздуха и его увлажнение. Дыхание через нос предпочтительно, т.к. при дыхании через рот воздух сразу поступает в глотку и из нее в гортань, не очищаясь и не согреваясь. Дыхание через рот может быть более экономичным при физических нагрузках, поскольку снижается сопротивление воздушному потоку во время вдоха и незначительно улучшается снабжение кислородом.
· При выдохе объем грудной полости уменьшается, воздух в легких сжимается, давление в них становится выше атмосферного и воздух выходит наружу. Выдох в покое осуществляется пассивно за счет тяжести грудной клетки и расслабления диафрагмы. Форсированный выдох идет активно за счет сокращения внутренних межреберных мышц и мышц плечевого пояса и брюшного пресса.
Читайте также: Стулья с обивкой из ткани для кухни
· Важная роль при вдохе и выдохе принадлежит герметически замкнутой плевральной полости, образованной висцеральным (покрывает легкое) и париетальным (выстилает грудную клетку изнутри) листками плевры и защищенная небольшим количеством жидкости. Давление в плевральной полости ниже атмосферного и оно еще больше снижается при вдохе, способствуя поступлению воздуха в легкие. При попадании воздуха или жидкости в плевральную полость легкие спадаются за счет их эластической тяги и дыхание становится невозможным за счет тяжелых осложнений (пневмогидроторакс).
Общая емкость легких – количество воздуха в легких после максимального вдоха (у взрослого 4-6 л). Общая емкость состоит из 4 компонентов:
1. Дыхательный объем – количество воздуха проходящего через легкие при спокойном вдохе-выдохе – 300-500 мл.
2. Резервный объем вдоха (1,5 – 3л) – воздух, который можно вдохнуть после обычного вдоха.
3. Резервный объем выдоха – (1 – 1,5 л) – воздух, который еще можно выдохнуть после обычного выдоха.
4. Остаточный объем (1-1,2 л) – воздух, который остается в легких после максимального выдоха и выходит только при пневмотораксе.
Сумма дыхательного объема и резервных объемов вдоха и выдоха равна жизненной емкости легких (ЖЕЛ), которая составляет 3,5 – 5 л, а у спортсменов 6 л и более. ЖЕЛ зависит от возраста, массы, роста, пола, состояния физической тренированности человека и от других факторов.
В покое человек делает 10-18 дыхательных циклов в минуту. Один цикл состоит из вдоха, выдоха и дыхательной паузы. У женщин частота дыхания на 1-2 цикла больше. В ряде случаев, например, у больных детей, этот порядок нарушается, и дыхание осуществляется по схеме: вдох — пауза — выдох. Такое дыхание называется инверсивным.
Нормальная частота дыхания в минуту:
Легочная вентиляция — объем воздуха, который проходит через легкие за одну минуту. Величина легочной вентиляции определяется умножением величины дыхательного объема на частоту дыхания, поэтому минутный объем дыхания (МОД) равен 6-8 л. МОД является количественным показателем вентиляции легких. Вентиляция легких обеспечивает обновление состава альвеолярного воздуха и ее интенсивность зависит от глубины и частоты дыхания. При физических нагрузках МОД достигает 150-200 л/мин. Из воздуха альвеол кислород переходит в кровь, а в него из крови поступает СО2, поэтому газовый состав альвеол в процессе вентиляции легких меняется.
Таким образом, к внешнему (легочному) дыханию имеют отношение процессы, обеспечивающие:
· вентиляцию легких, то есть заполнение альвеол атмосферным продуктом;
· интенсивность кровотока через легкие;
· равномерность распределения потока воздуха и объема крови между всеми частями легкого;
· диффузию газов через альвеолярно-капиллярную мембрану.
При этом переход углекислого газа (СО2) осуществляется быстрее, чем кислорода.
Перечисленные процессы регулируют количество СО2 и О2 в крови, выходящей из легких. При физической нагрузке кровь, поступающая в легкие, характеризуется очень высоким содержанием СО2 и низким — кислорода О2. Большое количество углекислого газа не может выводиться одномоментно, поэтому его концентрация в артериальной крови при нагрузке возрастает. Это стимулирует дыхательный центр головного мозга, что в свою очередь вызывает увеличение частоты и глубины дыхания. Следствием этих изменений является увеличение вентиляции легких (гипервентиляция), которая способствует удалению излишков СО2 и насыщению крови кислородом.
Читайте также: Почему нельзя из шелковой ткани шить облегающие изделия
Газообмен между кровью и альвеолами происходит только путем диффузии (пассивный транспорт), движущей силой которой являются градиенты (разности) парциальных давлений кислорода и СО2 по обе стороны альвеолярно-капиллярной мембраны (аэрогематического барьера). Газы диффундируют только в растворенном состоянии, что обеспечивается наличием в воздухоносных путях водяных паров, слизи и сурфактантов.
14.2. Перенос кислорода к тканям и СО2 от них
Дыхательная функция крови обеспечивается доставкой к тканям необходимого количества кислорода. Кислород в крови находится в двух видах – растворенный в плазме и большая часть связана с гемоглобином (оксигемоглобин). Отдавший кислород гемоглобин называют восстановленным или дезоксигемоглобином. В гемоглобине есть 4 частицы железосодержащего гема, поэтому одна молекула гемоглобина может связать 4 молекулы кислорода.
Количество кислорода, связанного гемоглобином в 100 мл крови называется кислородная емкость крови (около 20 мл кислорода), а во всей крови кислородная емкость около 1л.
В некоторых условиях может возникнуть острое снижение насыщения крови кислородом – гипоксемия. Причины гипоксемии:
— вследствие снижения содержания кислорода в альвеолярном воздухе при произвольной задержке дыхания или при вдыхании воздуха с пониженным содержанием кислорода;
— при неравномерной вентиляции различных отделов легких.
Около 5% СО2 растворено в плазме крови, а 95% соединено с другими веществами в крови в виде трех форм:
— соединение с гемоглобином
— в виде угольной кислоты Н2СО3
— в виде солей угольной кислоты – КНСО3
Вместе с удаляемым из крови СО2 выходит и эквивалентное число ионов водорода, что способствует регуляции рН внутренней среды организма, так как избыток ионов водорода способствует закислению среды.
14.3. Газообмен между тканями и кровью (внутреннее или тканевое дыхание)
Образующийся в тканях СО2 диффундирует в тканевые капилляры, а оттуда переносится венозной кровью в легкие, где переходит в альвеолы и удаляется с выдыхаемым воздухом.
Артериальная кровь отдает тканям не весь кислород (Таблица 6). Разница между кислородом в притекающей к тканям артериальной крови (около 20%) и в оттекающей (около 13%) называется артерио-венозной разницей по кислороду (около 7%). Эта величина показывает, какое количество кислорода доставляется тканям с каждыми 100 мл крови.
Чтобы установить, какая часть приносимого кровью кислорода переходит в ткани, вычисляют коэффициент утилизации (использования) кислорода. Его определяют следующим образом: величину артерио-венозной разницы делят на содержание кислорода в артериальной крови и умножают на 100. В покое для всего организма этот коэффициент составляет примерно 30-40%, а для сердца, мозга, печени и почек 40-60%. При тяжелых физических нагрузках в скелетных мышцах и сердце коэффициент утилизации повышается до 80-90%.
В снабжении мышц кислородом при тяжелой работе важное значение имеет внутримышечный пигмент миоглобин, который связывает дополнительно 1-1,5 л кислорода. Связь кислорода с миоглобином более прочная, чем с гемоглобином. Оксимиоглобин отдает кислород только при выраженой гипоксемии.
Сведения об изменениях в составе альвеолярного воздуха, вызванных внешним и внутренним (теневым) дыханием.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом