Troca gasosa e transporte de gases no corpo. Fases do processo respiratório

A respiração é a função mais importante do corpo, garante a manutenção de um nível ideal de processos redox nas células, a respiração celular.

Órgãos especializados (nariz, pulmões, diafragma, coração) e células (hemácias, células nervosas, quimiorreceptores de vasos sanguíneos e células nervosas do cérebro que formam o centro respiratório) estão envolvidos na garantia do processo respiratório.

Convencionalmente, o processo de respiração pode ser dividido em três etapas principais: respiração externa, transporte de gases (oxigênio e dióxido de carbono) pelo sangue (entre os pulmões e as células) e respiração tecidual (oxidação de várias substâncias nas células).

respiração externa- troca gasosa entre o corpo e o ar atmosférico circundante.

Transporte de gases pelo sangue. O principal transportador de oxigênio é a hemoglobina, uma proteína encontrada dentro dos glóbulos vermelhos. Com a ajuda da hemoglobina, até 20% do dióxido de carbono também é transportado.

Tecido ou respiração interna. Este processo pode ser condicionalmente dividido em dois: a troca de gases entre o sangue e os tecidos, o consumo de oxigênio pelas células e a liberação de dióxido de carbono (respiração endógena intracelular).

Obviamente, o estado de saúde também é determinado pelo estado da função respiratória, e a capacidade de reserva do corpo, a reserva de saúde depende da capacidade de reserva do sistema respiratório.

Transporte de gases pelo sangue

No corpo, o oxigênio e o dióxido de carbono são transportados pelo sangue. O oxigênio proveniente do ar alveolar para o sangue liga-se à hemoglobina dos eritrócitos, formando a chamada oxihemoglobina, e desta forma é entregue aos tecidos. Nos capilares teciduais, o oxigênio é separado e passa para os tecidos, onde é incluído nos processos oxidativos. A hemoglobina livre se liga ao hidrogênio e se transforma na chamada hemoglobina reduzida. O dióxido de carbono formado nos tecidos passa para o sangue e entra nos glóbulos vermelhos. Em seguida, parte do dióxido de carbono se combina com a hemoglobina reduzida, formando a chamada carbhemoglobina, e nesta forma o dióxido de carbono é entregue aos pulmões. No entanto, a maior parte do dióxido de carbono nos eritrócitos, com a participação da enzima anidrase carbônica, é convertida em bicarbonatos, que passam para o plasma e são transportados para os pulmões. Nos capilares pulmonares, os bicarbonatos se decompõem com a ajuda de uma enzima especial e o dióxido de carbono é liberado. O dióxido de carbono é separado da hemoglobina. O dióxido de carbono passa para o ar alveolar e é removido com o ar expirado para o ambiente externo.

3 .... Características do processo de proteção do corpo da influência de fatores externos e internos. Mecanismos de defesa congênitos: reflexos protetores incondicionados, funções de barreira da pele e membranas mucosas, síndrome de adaptação

A pele está intimamente ligada a todos os órgãos e sistemas do corpo. Desempenha muitas funções importantes, sendo as principais protetoras, respiratórias, absorção, excretora, formadora de pigmentos. Além disso, a pele participa de reações vasculares, termorregulação, processos metabólicos, reações neurorreflexas do corpo.

função de proteção a pele é muito diversa. A proteção mecânica contra estímulos externos é fornecida por um estrato córneo denso, especialmente nas palmas das mãos e plantas dos pés. Devido a essas propriedades, a pele é capaz de resistir a influências mecânicas - pressão, hematomas, rasgos, etc.

A pele protege amplamente o corpo da exposição à radiação. Os raios infravermelhos são quase completamente bloqueados pelo estrato córneo, ultravioleta - parcialmente. Penetrando profundamente na epiderme, os raios UV estimulam a produção de pigmento - melanina absorvendo os raios UV e, assim, protegendo as células dos efeitos nocivos do excesso de radiação e insolação (exposição à radiação solar.

Em defesa contra irritantes químicos a queratina do estrato córneo desempenha um papel importante. A principal barreira à penetração de eletrólitos, não eletrólitos e água na pele é a camada transparente e a parte mais profunda do estrato córneo, ricos em colesterol.

Proteção contra microorganismos dotado de propriedades bactericidas da pele. O número de diferentes microorganismos na superfície da pele humana saudável varia de 115 mil a 32 milhões por 1 cm quadrado. A pele intacta é impermeável a microorganismos.

adaptativo síndrome - um conjunto de reações protetoras do corpo humano ou animal (principalmente o sistema endócrino) sob estresse. Na síndrome de adaptação, os estágios de ansiedade (mobilização de forças protetoras), resistência (adaptação ao situação difícil), exaustão (com estresse severo e prolongado, pode terminar em morte). Os conceitos de síndrome de adaptação e estresse foram apresentados por G. Selye.

Existem três estágios no desenvolvimento da síndrome de adaptação:

Estágio ansiedade: dura de várias horas a dois dias. Inclui duas fases - choque e contra-choque (neste último, as reações de defesa do corpo são mobilizadas).

no palco resistência a resistência do corpo a várias influências é aumentada. O segundo estágio leva à estabilização ou é substituído pelo último estágio - exaustão.

Estágio exaustão: as reações de defesa estão enfraquecidas, o próprio corpo e a psique estão cansados.

A síndrome de adaptação também apresenta sinais fisiológicos: aumento do córtex adrenal, diminuição do timo, baço e gânglios linfáticos, distúrbios metabólicos com predominância de processos de decomposição.

INGRESSO 27

Ciclo de atividade cardíaca

O trabalho mecânico do coração está associado à contração de seu miocárdio. O trabalho do ventrículo direito é três vezes menor que o trabalho do ventrículo esquerdo.

Do ponto de vista mecânico, o coração é uma bomba de ação rítmica, facilitada pelo aparelho valvular. As contrações e relaxamentos rítmicos do coração fornecem um fluxo contínuo de sangue. A contração do músculo cardíaco é chamada sístole, seu relaxamento - diástole. A cada sístole ventricular, o sangue é ejetado do coração para a aorta e o tronco pulmonar.

Em condições normais, a sístole e a diástole são claramente coordenadas no tempo. O período, incluindo uma contração e subsequente relaxamento do coração, é ciclo cardíaco. Sua duração em um adulto é de 0,8 segundos com uma frequência de contrações de 70 a 75 vezes por minuto. O início de cada ciclo é a sístole atrial. Dura 0,1 segundos. Ao final da sístole atrial, ocorre sua diástole, assim como a sístole ventricular. A sístole ventricular dura 0,3 segundos. Durante a sístole, a pressão arterial aumenta nos ventrículos. Ao final da sístole ventricular, inicia-se a fase de relaxamento geral, com duração de 0,4 segundos. Em geral, o período de relaxamento dos átrios é de 0,7 segundos e o dos ventrículos é de 0,5 segundos. O significado fisiológico do período de relaxamento é que, durante esse período, ocorrem processos metabólicos entre as células e o sangue no miocárdio, ou seja, a capacidade de trabalho do músculo cardíaco é restaurada.

2 ... Características gerais dos órgãos respiratórios: cavidade nasal

A principal função da respiração é fornecer oxigênio aos tecidos humanos e liberá-los do dióxido de carbono. EM sistema respiratórioórgãos secretores que realizam a condução do ar (cavidade nasal, nasofaringe, laringe, traquéia, brônquios) e funções respiratórias ou de troca gasosa (pulmões)

cavidade nasal

Distinguir entre o nariz externo e a cavidade nasal. Devido ao nariz externo, o volume da cavidade nasal aumenta. A cavidade nasal é dividida por um septo nasal vertical em duas metades simétricas, que na frente se comunicam com a atmosfera externa através do nariz externo com a ajuda de narina, e atrás - com a nasofaringe usando choan. Nas paredes laterais desta cavidade estão localizados turbinados, dividindo cada metade das passagens nasais da cavidade nasal. Abre na passagem nasal inferior ducto nasolacrimal através do qual uma certa quantidade de fluido lacrimal é liberada na cavidade nasal. As paredes da cavidade nasal são revestidas por uma membrana mucosa formada por epitélio ciliado.

A cavidade nasal é uma seção especializada do trato respiratório superior, uma vez que aqui o ar inalado é preparado para posterior movimento através do trato respiratório e é exposto a tratamento especial:

aquece ou esfria até a temperatura do corpo;

Hidratado por muco, localizado na mucosa nasal;

· limpo e desinfetado: o muco envolve as partículas de poeira que se depositam na mucosa; muco contém uma substância bactericida - lisozima, com a ajuda da qual as bactérias patogênicas são destruídas;

submetidos a controle químico: na membrana mucosa da parte superior da cavidade nasal estão localizados receptores olfativos.

A cavidade nasal tem cavidades adicionais seios paranasais localizado nos ossos aéreos do crânio: na mandíbula superior seio maxilar, no osso frontal - seio frontal (frontal), e também existem cavidades adicionais nos ossos esfenóide e etmóide. A inflamação da membrana mucosa desses seios leva a doenças graves sinusite e frontite.

E sobre . Hoje você aprenderá como os gases são transportados em nosso sangue.

O transportador de oxigênio dos pulmões para os tecidos e dióxido de carbono dos tecidos para os pulmões é o sangue. No estado livre (dissolvido), uma quantidade tão pequena desses gases é transferida que eles podem ser negligenciados com segurança ao avaliar as necessidades do corpo. Para simplificar, assumiremos ainda que a principal quantidade de oxigênio e dióxido de carbono é transportada em um estado ligado.

transporte de oxigênio

O oxigênio é transportado na forma de oxihemoglobina. A oxihemoglobina é um complexo de hemoglobina e oxigênio molecular.

A hemoglobina é encontrada nos glóbulos vermelhos - eritrócitos. Os eritrócitos ao microscópio parecem um bagel ligeiramente achatado, um buraco no qual se esqueceram de furar até a ponta. Essa forma incomum permite que os eritrócitos interajam com o sangue circundante com uma área maior do que as células esféricas (lembre-se - de corpos com volume igual, a bola tem uma área mínima). Além disso, o eritrócito é capaz de se dobrar em um tubo, espremendo-se em um capilar estreito e atingindo os cantos mais remotos do corpo.

Apenas 0,3 ml de oxigênio se dissolve em 100 ml de sangue à temperatura corporal. O oxigênio, que se dissolve no plasma sanguíneo dos capilares da circulação pulmonar, difunde-se nos eritrócitos, liga-se imediatamente à hemoglobina, formando a oxihemoglobina, na qual o oxigênio é de 190 ml / l. A taxa de ligação do oxigênio é alta - o tempo de absorção do oxigênio difuso é medido em milésimos de segundo. Nos capilares dos alvéolos com ventilação e suprimento sanguíneo adequados, quase toda a hemoglobina do sangue que entra é convertida em oxi-hemoglobina. Mas a própria taxa de difusão dos gases "para frente e para trás" é muito mais lenta do que a taxa de ligação dos gases. isso implica segunda conclusão prática: para que a troca gasosa seja bem-sucedida, o ar deve “fazer pausas”, durante as quais a concentração de gases no ar alveolar e o fluxo sanguíneo têm tempo para se igualar, ou seja deve haver uma pausa entre a inspiração e a expiração .

Lembre-se disso!
A conversão de hemoglobina reduzida (livre de oxigênio) (desoxihemoglobina) em hemoglobina oxidada (contendo oxigênio) (oxihemoglobina) depende do conteúdo de oxigênio dissolvido na parte líquida do plasma sanguíneo. Além disso, os mecanismos de assimilação do oxigênio dissolvido são muito eficazes.

Por exemplo, uma subida a uma altura de 2 km acima do nível do mar é acompanhada por uma diminuição da pressão atmosférica de 760 para 600 mm Hg. Art., pressão parcial de oxigênio no ar alveolar de 105 a 70 mm Hg. Art., e o conteúdo de oxihemoglobina é reduzido em apenas 3%. E, apesar da diminuição da pressão atmosférica, os tecidos continuam a receber oxigênio com sucesso.

Em tecidos que requerem muito oxigênio para a vida normal (músculos ativos, fígado, rins, tecidos glandulares), a oxihemoglobina "libera" oxigênio de forma muito ativa, às vezes quase completamente. Em tecidos nos quais a intensidade dos processos oxidativos é baixa (por exemplo, no tecido adiposo), a maior parte da oxihemoglobina não “abre mão” do oxigênio molecular - o nível dissociação oxihemoglobina baixa. A transição dos tecidos de um estado de repouso para um estado ativo (contração muscular, secreção de glândulas) cria automaticamente condições para aumentar a dissociação da oxihemoglobina e aumentar o suprimento de oxigênio aos tecidos.

A capacidade da hemoglobina de "segurar" o oxigênio ( afinidade da hemoglobina pelo oxigenio) diminui com o aumento da concentração de dióxido de carbono e íons de hidrogênio. Da mesma forma, um aumento na temperatura afeta a dissociação da oxihemoglobina.

A partir daqui fica fácil entender como os processos naturais estão interligados e equilibrados entre si. As alterações na capacidade da oxihemoglobina de reter o oxigênio são de grande importância para garantir o suprimento de tecidos com ele. Nos tecidos nos quais os processos metabólicos ocorrem intensamente, a concentração de dióxido de carbono e íons de hidrogênio aumenta e a temperatura aumenta. Isso acelera e facilita o "retorno" do oxigênio pela hemoglobina e facilita o curso dos processos metabólicos.

em fibras músculo esquelético contém mioglobina, que está intimamente relacionada com a hemoglobina. Tem uma afinidade muito alta para o oxigênio. Tendo "pegado" uma molécula de oxigênio, ela não a liberará mais no sangue.

A quantidade de oxigênio no sangue

A quantidade máxima de oxigênio que o sangue pode ligar quando a hemoglobina está completamente saturada com oxigênio é chamada de capacidade de oxigênio do sangue. A capacidade de oxigênio do sangue depende do conteúdo de hemoglobina nele.

No sangue arterial, o teor de oxigênio é apenas ligeiramente (3-4%) inferior à capacidade de oxigênio do sangue. Em condições normais, 1 litro de sangue arterial contém 180-200 ml de oxigênio. Mesmo nos casos em que, em condições experimentais, uma pessoa respira oxigênio puro, sua quantidade no sangue arterial corresponde praticamente à capacidade de oxigênio. Em comparação com a respiração com ar atmosférico, a quantidade de oxigênio transportada aumenta ligeiramente (em 3-4%).

O sangue venoso em repouso contém cerca de 120 ml/l de oxigênio. Assim, fluindo pelos capilares teciduais, o sangue não abre mão de todo o oxigênio.

A fração de oxigênio captada pelos tecidos a partir do sangue arterial é denominada fator de utilização de oxigênio. Para calculá-lo, divida a diferença entre o teor de oxigênio no sangue arterial e venoso pelo teor de oxigênio no sangue arterial e multiplique por 100.

Por exemplo:
(200-120): 200 x 100 = 40%.

Em repouso, a taxa de utilização de oxigênio pelo corpo varia de 30 a 40%. Com trabalho muscular intensivo, sobe para 50-60%.

Leia sobre no próximo artigo.

Material preparado: Atamovich

Discutimos em detalhes como o ar entra nos pulmões. Agora vamos ver o que acontece com ele a seguir.

sistema circulatório

Concluímos que o oxigênio na composição do ar atmosférico entra nos alvéolos, de onde passa por sua fina parede por difusão nos capilares, envolvendo os alvéolos em uma rede densa. Os capilares se conectam às veias pulmonares, que transportam sangue oxigenado para o coração e, mais especificamente, para o átrio esquerdo. O coração funciona como uma bomba, bombeando o sangue para todo o corpo. Do átrio esquerdo, o sangue enriquecido com oxigênio irá para o ventrículo esquerdo e de lá - em uma jornada pela circulação sistêmica, para órgãos e tecidos. Tendo trocado nos capilares do corpo com tecidos nutrientes, dando oxigênio e tomando dióxido de carbono, o sangue é coletado nas veias e entra no átrio direito do coração, e a circulação sistêmica é fechada. A partir daí começa um pequeno círculo.

O pequeno círculo começa no ventrículo direito, de onde a artéria pulmonar transporta sangue para "carregar" o oxigênio para os pulmões, ramificando-se e enredando os alvéolos com uma rede capilar. A partir daqui novamente - pelas veias pulmonares até o átrio esquerdo e assim por diante ad infinitum. Para imaginar a eficácia desse processo, imagine que o tempo para uma circulação completa do sangue seja de apenas 20 a 23 segundos. Durante esse tempo, o volume de sangue tem tempo de “contornar” completamente a circulação sistêmica e pulmonar.

Para saturar com oxigênio um ambiente que muda tão ativamente quanto o sangue, os seguintes fatores devem ser levados em consideração:

A quantidade de oxigênio e dióxido de carbono no ar inalado (composição do ar)

Eficiência da ventilação dos alvéolos

A eficiência da troca gasosa alveolar (a eficácia das substâncias e estruturas que garantem o contato com o sangue e a troca gasosa)

Composição do ar inspirado, expirado e alveolar

Em condições normais, uma pessoa respira ar atmosférico, que tem uma composição relativamente constante. O ar expirado sempre contém menos oxigênio e mais dióxido de carbono. Menos oxigênio e mais dióxido de carbono no ar alveolar. A diferença na composição do ar alveolar e expirado é explicada pelo fato de que este último é uma mistura de ar do espaço morto e ar alveolar.

O ar alveolar é o ambiente gasoso interno do corpo. A composição gasosa do sangue arterial depende de sua composição. Mecanismos reguladores mantêm a constância da composição do ar alveolar, que, durante a respiração tranquila, depende pouco das fases de inspiração e expiração. Por exemplo, o conteúdo de CO 2 no final da inspiração é apenas 0,2-0,3% menor do que no final da expiração, pois apenas 1/7 do ar alveolar é renovado a cada respiração.

Além disso, as trocas gasosas nos pulmões ocorrem continuamente, independentemente das fases de inspiração ou expiração, o que ajuda a equalizar a composição do ar alveolar. Com a respiração profunda, devido ao aumento da taxa de ventilação dos pulmões, aumenta a dependência da composição do ar alveolar na inspiração e expiração. Ao mesmo tempo, deve-se lembrar que a concentração de gases “no eixo” do fluxo de ar e em sua “borda da estrada” também será diferente: o movimento do ar “ao longo do eixo” será mais rápido e a composição será mais próximo da composição do ar atmosférico. Na região superior dos pulmões, os alvéolos são ventilados com menos eficiência do que nas seções inferiores dos pulmões adjacentes ao diafragma.

ventilação alveolar

A troca gasosa entre o ar e o sangue ocorre nos alvéolos. Todos os outros componentes dos pulmões servem apenas para fornecer ar a este local. Portanto, não é a quantidade total de ventilação dos pulmões que é importante, mas a quantidade de ventilação dos alvéolos. É menor que a ventilação dos pulmões pelo valor da ventilação do espaço morto. Assim, com um volume respiratório minuto igual a 8000 ml e uma frequência respiratória de 16 por minuto, a ventilação do espaço morto será de 150 ml x 16 = 2400 ml. A ventilação dos alvéolos será igual a 8000 ml - 2400 ml = 5600 ml. Com o mesmo volume respiratório por minuto de 8000 ml e uma frequência respiratória de 32 por minuto, a ventilação do espaço morto será de 150 ml x 32 = 4800 ml e a ventilação dos alvéolos será de 8000 ml - 4800 ml = 3200 ml , ou seja será duas vezes menor do que no primeiro caso. isso implica primeira conclusão prática, a eficiência da ventilação dos alvéolos depende da profundidade e frequência da respiração.

A quantidade de ventilação pulmonar é regulada pelo corpo de forma a assegurar uma composição gasosa constante do ar alveolar. Assim, com o aumento da concentração de dióxido de carbono no ar alveolar, o volume minuto da respiração aumenta, com a diminuição, diminui. No entanto, os mecanismos reguladores desse processo não estão nos alvéolos. A profundidade e a frequência da respiração são reguladas pelo centro respiratório com base nas informações sobre a quantidade de oxigênio e dióxido de carbono no sangue.

Troca gasosa nos alvéolos

A troca gasosa nos pulmões é realizada como resultado da difusão de oxigênio do ar alveolar para o sangue (cerca de 500 litros por dia) e dióxido de carbono do sangue para o ar alveolar (cerca de 430 litros por dia). A difusão ocorre devido à diferença de pressão entre esses gases no ar alveolar e no sangue.

A difusão é a penetração mútua de substâncias em contato umas com as outras devido ao movimento térmico das partículas da substância. A difusão ocorre no sentido de diminuir a concentração da substância e leva a uma distribuição uniforme da substância em todo o volume que ocupa. Assim, uma concentração reduzida de oxigênio no sangue leva à sua penetração através da membrana da barreira ar-sangue (aerogemática), uma concentração excessiva de dióxido de carbono no sangue leva à sua liberação no ar alveolar. Anatomicamente, a barreira ar-sangue é representada pela membrana pulmonar, que, por sua vez, é constituída por células endoteliais capilares, duas membranas principais, epitélio escamoso alveolar e uma camada de surfactante. A espessura da membrana pulmonar é de apenas 0,4-1,5 mícrons.

Um surfactante é um surfactante que facilita a difusão de gases. A violação da síntese do surfactante pelas células do epitélio pulmonar torna o processo de respiração quase impossível devido a uma forte desaceleração no nível de difusão dos gases.

O oxigênio que entra no sangue e o dióxido de carbono trazido pelo sangue podem estar tanto na forma dissolvida quanto na forma ligada quimicamente. Em condições normais, no estado livre (dissolvido), uma quantidade tão pequena desses gases é transferida que eles podem ser negligenciados com segurança ao avaliar as necessidades do corpo. Para simplificar, assumiremos que a principal quantidade de oxigênio e dióxido de carbono é transportada em um estado ligado.

transporte de oxigênio

O oxigênio é transportado na forma de oxihemoglobina. A oxihemoglobina é um complexo de hemoglobina e oxigênio molecular.

A hemoglobina é encontrada nos glóbulos vermelhos - eritrócitos. Os glóbulos vermelhos sob um microscópio parecem um donut ligeiramente achatado. Essa forma incomum permite que os eritrócitos interajam com o sangue circundante com uma área maior do que as células esféricas (de corpos com volume igual, a bola tem uma área mínima). Além disso, o eritrócito é capaz de se dobrar em um tubo, espremendo-se em um capilar estreito e atingindo os cantos mais remotos do corpo.

Apenas 0,3 ml de oxigênio se dissolve em 100 ml de sangue à temperatura corporal. O oxigênio, que se dissolve no plasma sanguíneo dos capilares da circulação pulmonar, difunde-se nos eritrócitos, liga-se imediatamente à hemoglobina, formando a oxihemoglobina, na qual o oxigênio é de 190 ml / l. A taxa de ligação do oxigênio é alta - o tempo de absorção do oxigênio difuso é medido em milésimos de segundo. Nos capilares dos alvéolos com ventilação e suprimento sanguíneo adequados, quase toda a hemoglobina do sangue que entra é convertida em oxi-hemoglobina. Mas a própria taxa de difusão dos gases "para frente e para trás" é muito mais lenta do que a taxa de ligação dos gases.

isso implica segunda conclusão prática: para que as trocas gasosas sejam bem-sucedidas, o ar deve “obter pausas”, durante as quais a concentração de gases no ar alveolar e no fluxo sanguíneo tenha tempo de se igualar, ou seja, deve haver uma pausa entre a inspiração e a expiração.

A conversão de hemoglobina reduzida (livre de oxigênio) (desoxihemoglobina) em hemoglobina oxidada (contendo oxigênio) (oxihemoglobina) depende do conteúdo de oxigênio dissolvido na parte líquida do plasma sanguíneo. Além disso, os mecanismos de assimilação do oxigênio dissolvido são muito eficazes.

Por exemplo, uma subida a uma altura de 2 km acima do nível do mar é acompanhada por uma diminuição da pressão atmosférica de 760 para 600 mm Hg. Art., pressão parcial de oxigênio no ar alveolar de 105 a 70 mm Hg. Art., e o conteúdo de oxihemoglobina é reduzido em apenas 3%. E, apesar da diminuição da pressão atmosférica, os tecidos continuam a receber oxigênio com sucesso.

Em tecidos que requerem muito oxigênio para a vida normal (músculos ativos, fígado, rins, tecidos glandulares), a oxihemoglobina "libera" oxigênio de forma muito ativa, às vezes quase completamente. Em tecidos nos quais a intensidade dos processos oxidativos é baixa (por exemplo, no tecido adiposo), a maior parte da oxihemoglobina não “abre mão” do oxigênio molecular - o nível a dissociação da oxihemoglobina é baixa. A transição dos tecidos de um estado de repouso para um estado ativo (contração muscular, secreção de glândulas) cria automaticamente condições para aumentar a dissociação da oxihemoglobina e aumentar o suprimento de oxigênio aos tecidos.

A capacidade da hemoglobina de “reter” o oxigênio (a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio) diminui com o aumento das concentrações de dióxido de carbono (efeito Bohr) e íons de hidrogênio. Da mesma forma, um aumento na temperatura afeta a dissociação da oxihemoglobina.

A partir daqui fica fácil entender como os processos naturais estão interligados e equilibrados entre si. As alterações na capacidade da oxihemoglobina de reter o oxigênio são de grande importância para garantir o suprimento de tecidos com ele. Nos tecidos nos quais os processos metabólicos ocorrem intensamente, a concentração de dióxido de carbono e íons de hidrogênio aumenta e a temperatura aumenta. Isso acelera e facilita o "retorno" do oxigênio pela hemoglobina e facilita o curso dos processos metabólicos.

As fibras musculares esqueléticas contêm mioglobina próxima à hemoglobina. Tem uma afinidade muito alta para o oxigênio. Tendo "pegado" uma molécula de oxigênio, ela não a liberará mais no sangue.

A quantidade de oxigênio no sangue

A quantidade máxima de oxigênio que o sangue pode ligar quando a hemoglobina está totalmente saturada com oxigênio é chamada de capacidade de oxigênio do sangue. A capacidade de oxigênio do sangue depende do conteúdo de hemoglobina nele.

No sangue arterial, o teor de oxigênio é apenas ligeiramente (3-4%) inferior à capacidade de oxigênio do sangue. Em condições normais, 1 litro de sangue arterial contém 180-200 ml de oxigênio. Mesmo nos casos em que, em condições experimentais, uma pessoa respira oxigênio puro, sua quantidade no sangue arterial corresponde praticamente à capacidade de oxigênio. Em comparação com a respiração com ar atmosférico, a quantidade de oxigênio transportada aumenta ligeiramente (em 3-4%).

O sangue venoso em repouso contém cerca de 120 ml/l de oxigênio. Assim, fluindo pelos capilares teciduais, o sangue não abre mão de todo o oxigênio.

A fração de oxigênio absorvida pelos tecidos a partir do sangue arterial é chamada de fator de utilização de oxigênio. Para calculá-lo, divida a diferença entre o teor de oxigênio no sangue arterial e venoso pelo teor de oxigênio no sangue arterial e multiplique por 100.

Por exemplo:
(200-120): 200 x 100 = 40%.

Em repouso, a taxa de utilização de oxigênio pelo corpo varia de 30 a 40%. Com trabalho muscular intensivo, sobe para 50-60%.

Transporte de dióxido de carbono

O dióxido de carbono é transportado no sangue em três formas. No sangue venoso, cerca de 58 vol. % (580 ml/l) de CO2, sendo que destes, apenas cerca de 2,5% em volume estão no estado dissolvido. Algumas das moléculas de CO2 se combinam com a hemoglobina nos eritrócitos, formando a carbhemoglobina (aproximadamente 4,5 vol.%). O restante do CO2 está ligado quimicamente e contido na forma de sais de ácido carbônico (aproximadamente 51 vol.%).

O dióxido de carbono é um dos produtos mais comuns das reações químicas no metabolismo. É continuamente formado em células vivas e a partir daí se difunde no sangue dos capilares teciduais. Nos eritrócitos, combina-se com a água e forma o ácido carbônico (CO2 + H20 = H2CO3).

Esse processo é catalisado (acelerado vinte mil vezes) pela enzima anidrase carbônica. A anidrase carbônica é encontrada nos eritrócitos, não no plasma sanguíneo. Assim, o processo de combinação do dióxido de carbono com a água ocorre quase exclusivamente nos eritrócitos. Mas esse processo é reversível, o que pode mudar sua direção. Dependendo da concentração de dióxido de carbono, a anidrase carbônica catalisa tanto a formação de ácido carbônico quanto sua divisão em dióxido de carbono e água (nos capilares dos pulmões).

Devido a esses processos de ligação, a concentração de CO2 nos eritrócitos é baixa. Portanto, todas as novas quantidades de CO2 continuam a se difundir para os eritrócitos. O acúmulo de íons no interior dos eritrócitos é acompanhado por um aumento da pressão osmótica neles, como resultado, aumenta a quantidade de água no ambiente interno dos eritrócitos. Portanto, o volume de eritrócitos nos capilares da circulação sistêmica aumenta ligeiramente.

A hemoglobina tem maior afinidade com o oxigênio do que com o dióxido de carbono; portanto, em condições de aumento da pressão parcial do oxigênio, a carbo-hemoglobina primeiro se transforma em desoxi-hemoglobina e depois em oxi-hemoglobina.

Além disso, quando a oxihemoglobina é convertida em hemoglobina, há um aumento na capacidade do sangue de se ligar ao dióxido de carbono. Esse fenômeno é chamado de efeito Haldane. A hemoglobina serve como fonte de cátions de potássio (K +), necessários para a ligação do ácido carbônico na forma de sais carbônicos - bicarbonatos.

Assim, nos eritrócitos dos capilares teciduais, forma-se uma quantidade adicional de bicarbonato de potássio, assim como a carbohemoglobina. Nesta forma, o dióxido de carbono é transportado para os pulmões.

Nos capilares da circulação pulmonar, a concentração de dióxido de carbono diminui. O CO2 é clivado da carbohemoglobina. Ao mesmo tempo, ocorre a formação de oxihemoglobina, sua dissociação aumenta. A oxihemoglobina desloca o potássio dos bicarbonatos. O ácido carbônico nos eritrócitos (na presença da anidrase carbônica) se decompõe rapidamente em H2O e CO2. O círculo está completo.

Resta fazer mais uma observação. O monóxido de carbono (CO) tem maior afinidade pela hemoglobina do que o dióxido de carbono (CO2) e o oxigênio. Portanto, o envenenamento por monóxido de carbono é tão perigoso: entrando em uma relação estável com a hemoglobina, o monóxido de carbono bloqueia a possibilidade de transporte normal de gás e realmente “sufoca” o corpo. Moradores de grandes cidades inalam constantemente concentrações elevadas de monóxido de carbono. Isso leva ao fato de que mesmo um número suficiente de eritrócitos completos em condições de circulação sanguínea normal é incapaz de realizar funções de transporte. Portanto, desmaios e ataques cardíacos são relativamente pessoas saudáveis em engarrafamentos.

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Consideramos apenas um lado do processo respiratório - respiração externa, ou seja, a troca de gases entre o corpo e seu ambiente.

O local de consumo de oxigênio e a formação de dióxido de carbono são todas as células do corpo, onde ocorre o tecido ou a respiração interna. Com isso, quando se trata da respiração em geral, é preciso levar em consideração as formas e condições de transferência dos gases: oxigênio - dos pulmões para os tecidos, dióxido de carbono - dos tecidos para os pulmões. O intermediário entre as células e o ambiente é o sangue. Ele fornece oxigênio aos tecidos e remove o dióxido de carbono.

O movimento dos gases do ambiente para o líquido e do líquido para o ambiente é realizado devido à diferença em sua pressão parcial. Um gás sempre se difunde de um ambiente onde há alta pressão, em um ambiente com menor pressão. Isso continua até que o equilíbrio dinâmico seja estabelecido.

Tracemos o caminho do oxigênio do meio ambiente para o ar alveolar, depois para os capilares da circulação pulmonar e sistêmica e para as células do corpo.

A pressão parcial de oxigênio no ar atmosférico é de 21,1 kPa (158 mm Hg), no ar alveolar - 14,4-14,7 kPa (108-110 mm Hg) e no sangue venoso que flui para os pulmões, -5,33 kPa (40 mmHg ). No sangue arterial dos capilares da circulação sistêmica, a tensão de oxigênio é de 13,6-13,9 kPa (102-104 mm Hg), no líquido intersticial - 5,33 kPa (40 mm Hg), nos tecidos - 2 ,67 kPa ( 20 mm Hg) e menos, dependendo da atividade funcional das células. Assim, em todas as etapas do movimento do oxigênio, há uma diferença em sua pressão parcial, o que contribui para a difusão do gás.

O movimento do dióxido de carbono ocorre na direção oposta. A tensão do dióxido de carbono nos tecidos, nos locais de sua formação - 8,0 kPa ou mais (60 mm Hg ou mais), no sangue venoso - 6,13 kPa (46 mm Hg), no ar alveolar - 0,04 kPa (0,3 mmHg). Portanto, a diferença de voltagem do dióxido de carbono ao longo de seu caminho é a causa da difusão do gás dos tecidos para o meio ambiente. O esquema de difusão de gases através da parede dos alvéolos é mostrado na fig. 3. No entanto, o movimento dos gases não pode ser explicado apenas pelas leis físicas. Em um organismo vivo, nunca ocorre a igualdade da pressão parcial de oxigênio e dióxido de carbono nos estágios de seu movimento. Nos pulmões, ocorre uma constante troca de gases devido aos movimentos respiratórios do tórax, enquanto nos tecidos, a diferença de tensão dos gases é mantida por um processo contínuo de oxidação.

Arroz. 3. Esquema de difusão de gases através da membrana alveolar

Transporte de oxigênio no sangue. O oxigênio no sangue está em dois estados: dissolução física e ligação química com a hemoglobina. Dos 19% em volume de oxigênio extraídos do sangue arterial, apenas 0,3% em volume está dissolvido no plasma, enquanto o restante do oxigênio está quimicamente ligado à hemoglobina eritrocitária.

A hemoglobina forma com o oxigênio um composto muito frágil e facilmente dissociável - a oxihemoglobina: 1 g de hemoglobina se liga a 1,34 ml de oxigênio. O conteúdo de hemoglobina no sangue é em média de 140 g/l (14 g%). 100 ml de sangue podem ligar 14x1,34 = 18,76 ml de oxigênio (ou 19 vol%), que é basicamente a chamada capacidade de oxigênio do sangue. Portanto, a capacidade de oxigênio do sangue representa a quantidade máxima de oxigênio que pode ser retida por 100 ml de sangue.

A saturação da hemoglobina com oxigênio varia de 96 a 98%. O grau de saturação da hemoglobina com oxigênio e a dissociação da oxihemoglobina (a formação de hemoglobina reduzida) não são diretamente proporcionais à tensão de oxigênio. Esses dois processos não são lineares, mas seguem uma curva chamada curva de ligação ou dissociação da oxi-hemoglobina.

Com tensão de oxigênio zero, não há oxihemoglobina no sangue. Em valores baixos da pressão parcial de oxigênio, a taxa de formação de oxihemoglobina é baixa. A quantidade máxima de hemoglobina (45-80%) se liga ao oxigênio em sua voltagem de 3,47-6,13 kPa (26-46 mm Hg). Um aumento adicional na tensão de oxigênio leva a uma diminuição na taxa de formação de oxi-hemoglobina.

A afinidade da hemoglobina pelo oxigênio diminui significativamente quando a reação do sangue muda para o lado ácido, o que é observado nos tecidos e células do corpo devido à formação de dióxido de carbono. Esta propriedade da hemoglobina é essencial para o corpo. Nos capilares teciduais, onde a concentração de dióxido de carbono no sangue é aumentada, a capacidade da hemoglobina de reter oxigênio diminui, o que facilita seu retorno às células. Nos alvéolos dos pulmões, onde parte do dióxido de carbono passa para o ar alveolar, a capacidade da hemoglobina de se ligar ao oxigênio aumenta novamente.

A transição da hemoglobina para a oxihemoglobina e dela para a reduzida também depende da temperatura. Na mesma pressão parcial de oxigênio em ambiente a uma temperatura de 37-38 ° C, a maior quantidade de oxihemoglobina passa para a forma reduzida.

Assim, o transporte de oxigênio é fornecido principalmente devido à sua ligação química com a hemoglobina eritrocitária. A saturação da hemoglobina com oxigênio depende principalmente da pressão parcial do gás no ar atmosférico e alveolar. Uma das principais razões que contribuem para a liberação de oxigênio pela hemoglobina é a mudança da reação ativa do ambiente nos tecidos para o lado ácido.

Transporte de dióxido de carbono no sangue. A solubilidade do dióxido de carbono no sangue é maior do que a solubilidade do oxigênio. No entanto, apenas 2,5-3 vol% de dióxido de carbono de sua quantidade total (55-58 vol%) está em estado dissolvido. A maior parte do dióxido de carbono está contida no sangue e nos eritrócitos na forma de sais de ácido carbônico (48-51 vol%), cerca de 4-5 vol% - em combinação com a hemoglobina na forma de carbhemoglobina, cerca de 2/3 de todos os compostos de dióxido de carbono estão no plasma e cerca de 1/s nos eritrócitos.

O ácido carbônico é formado nos glóbulos vermelhos a partir do dióxido de carbono e da água. ELES. Sechenov foi o primeiro a sugerir que os eritrócitos deveriam conter algum fator como um catalisador que acelerasse o processo de síntese do ácido carbônico. No entanto, apenas em 1935 a suposição feita por I.M. Sechenov, foi confirmado. Agora foi estabelecido que os eritrócitos contêm anidrase carbônica (anidrase carbônica) - um catalisador biológico, uma enzima que acelera significativamente (300 vezes) a quebra do ácido carbônico nos capilares dos pulmões. Nos capilares teciduais, com a participação da anidrase carbônica, o ácido carbônico é sintetizado nos eritrócitos. A atividade da anidrase carbônica nos eritrócitos é tão grande que a síntese do ácido carbônico é acelerada dezenas de milhares de vezes.

O ácido carbônico remove as bases da hemoglobina reduzida, resultando na formação de sais de ácido carbônico - bicarbonatos de sódio no plasma e bicarbonatos de potássio nos eritrócitos. Além disso, a hemoglobina forma um composto químico com dióxido de carbono - carbhemoglobina. Este composto foi descoberto pela primeira vez por I.M. Sechenov. O papel da carbhemoglobina no transporte de dióxido de carbono é bastante grande. Cerca de 25-30% do dióxido de carbono absorvido pelo sangue nos capilares da circulação sistêmica é transportado na forma de carbhemoglobina. Nos pulmões, a hemoglobina liga o oxigênio e passa para a oxihemoglobina. A hemoglobina reage com bicarbonatos e desloca o ácido carbônico deles. O ácido carbônico livre é clivado pela anidrase carbônica em dióxido de carbono e água. O dióxido de carbono difunde-se através da membrana dos capilares pulmonares e passa para o ar alveolar. Uma diminuição na tensão do dióxido de carbono nos capilares dos pulmões contribui para a quebra da carbhemoglobina com a liberação de dióxido de carbono.

Assim, o dióxido de carbono é transportado para os pulmões na forma de bicarbonatos e em estado de ligação química com a hemoglobina (carbemoglobina). Um papel importante nos mecanismos mais complexos de transporte de dióxido de carbono pertence à anidrase carbônica eritrocitária.

O objetivo final da respiração é fornecer oxigênio a todas as células e remover o dióxido de carbono do corpo. Para atingir esse objetivo de respiração, várias condições são necessárias:

1) atividade normal do aparelho respiratório externo e ventilação suficiente dos pulmões;

2) transporte normal de gases pelo sangue;

3) fornecer fluxo sanguíneo suficiente pelo sistema circulatório;

4) a capacidade dos tecidos de "tirar" o oxigênio do sangue que flui, utilizá-lo e liberar dióxido de carbono no sangue.

Assim, a respiração dos tecidos é fornecida por relações funcionais entre os sistemas respiratório, sanguíneo e circulatório.

A circulação sanguínea desempenha uma das funções mais importantes transferência de oxigênio dos pulmões para os tecidos e dióxido de carbono dos tecidos para os pulmões. O consumo de oxigênio pelas células teciduais pode variar significativamente, por exemplo, durante a transição de um estado de repouso para atividade física e vice-versa. Nesse sentido, o sangue deve ter grandes reservas necessárias para aumentar sua capacidade de transportar oxigênio dos pulmões para os tecidos e dióxido de carbono na direção oposta.

transporte de oxigênio.

A 37 C, a solubilidade de 02 em líquido é de 0,225 ml l-1 kPa-1 (0,03 ml/l/mm Hg). Sob condições normais de pressão parcial de oxigênio no ar alveolar, ou seja, 13,3 kPa ou 100 mm Hg, 1 l plasma sanguíneo pode transportar apenas 3 ml 02, o que não é suficiente para a vida do organismo como um todo. Em repouso, o corpo humano consome aproximadamente 250 ml de oxigênio por minuto. Para que os tecidos recebam tal quantidade de oxigênio em um estado fisicamente dissolvido, o coração deve bombear uma grande quantidade de sangue por minuto. Na evolução dos seres vivos, o problema do transporte de oxigênio foi resolvido de forma mais eficaz devido à reversibilidade reação química com hemoglobina eritrocitária. O oxigênio é transportado pelo sangue dos pulmões para os tecidos do corpo por moléculas de hemoglobina, que estão contidas nos glóbulos vermelhos.

A hemoglobina é capaz de capturar oxigênio do ar alveolar (o composto é chamado de oxihemoglobina) e liberar a quantidade necessária de oxigênio nos tecidos. Uma característica da reação química do oxigênio com a hemoglobina é que a quantidade de oxigênio ligado é limitada pelo número de moléculas de hemoglobina nos glóbulos vermelhos. A molécula de hemoglobina possui 4 sítios de ligação de oxigênio que interagem de tal forma que a relação entre a pressão parcial de oxigênio e a quantidade de oxigênio transportada no sangue tem uma forma de S, que é chamada de curva de saturação ou dissociação da oxihemoglobina (Fig. 10.18). A uma pressão parcial de oxigênio de 10 mm Hg. Arte. a saturação de hemoglobina com oxigênio é de aproximadamente 10% e em P02 30 mm Hg. Arte. - 50-60%. Com um novo aumento na pressão parcial de oxigênio de 40 mm Hg. Arte. até 60 mm Hg Arte. há uma diminuição na inclinação da curva de dissociação da oxihemoglobina e o percentual de sua saturação de oxigênio aumenta na faixa de 70-75 a 90%, respectivamente. Em seguida, a curva de dissociação da oxihemoglobina começa a assumir uma posição quase horizontal, a partir do aumento da pressão parcial de oxigênio de 60 para 80 mm Hg. Arte. causa um aumento na saturação da hemoglobina com oxigênio em 6%. Na faixa de 80 a 100 mm Hg. Arte. a porcentagem de formação de oxi-hemoglobina é de cerca de 2. Como resultado, a curva de dissociação da oxi-hemoglobina se transforma em uma linha horizontal e a porcentagem de saturação de hemoglobina com oxigênio atinge o limite, ou seja, 100. A saturação de hemoglobina com oxigênio sob a influência de P02 caracteriza um tipo do "apetite" molecular desse composto por oxigênio.

Inclinação significativa da curva saturação da hemoglobina com oxigênio na faixa de pressão parcial de 20 a 40 mm Hg. Arte. contribui para o fato de que nos tecidos do corpo uma quantidade significativa de oxigênio pode se difundir do sangue sob as condições de um gradiente de sua pressão parcial entre o sangue e as células do tecido (pelo menos 20 mm Hg). Uma porcentagem insignificante de saturação de hemoglobina com oxigênio na faixa de sua pressão parcial de 80 a 100 mm Hg. Arte. contribui para o fato de que uma pessoa sem risco de reduzir a saturação do sangue arterial com oxigênio pode se mover na faixa de altitudes de até 2.000 m acima do nível do mar.

Reservas totais de oxigênio no organismo se devem à sua quantidade, que se encontra em estado de ligação com os íons Fe2+ na composição das moléculas orgânicas de hemoglobina nos eritrócitos e mioglobina nas células musculares.

Um grama de hemoglobina liga 1,34 ml 02. Portanto, normalmente, a uma concentração de hemoglobina de 150 g/l, cada 100 ml de sangue pode transportar 20,0 ml 02.

A quantidade de 02 que pode se ligar à hemoglobina das hemácias quando saturadas com 100% de sua quantidade é denominada capacidade de oxigênio da hemoglobina. Outro indicador da função respiratória do sangue é o conteúdo de 02 no sangue ( capacidade de oxigênio do sangue), que reflete sua verdadeira quantidade, tanto associada à hemoglobina quanto fisicamente dissolvida no plasma. Como o sangue arterial normal é 97% saturado com oxigênio, 100 ml de sangue arterial contém aproximadamente 19,4 ml de O2.