Газообмін та транспорт газів в організмі. Етапи процесу дихання

Дихання є найважливішою функцією організму, воно забезпечує підтримку оптимального рівня окислювально-відновних процесів у клітинах, клітинного дихання.

У забезпеченні процесу дихання беруть участь спеціалізовані органи (ніс, легені, діафрагма, серце) та клітини (еритроцити, нервові клітини, хеморецептори кровоносних судин та нервові клітини головного мозку, що утворюють дихальний центр).

Умовно процес дихання можна розділити на три основні етапи: зовнішнє дихання, транспорт газів (кисню та вуглекислого газу) кров'ю (між легкими та клітинами) та тканинне дихання (окислення різних речовин у клітинах).

Зовнішнє дихання- газообмін між організмом і навколишнім атмосферним повітрям.

Транспорт газів кров'ю. Основним переносником кисню є гемоглобін, білок, що знаходиться всередині еритроцитів. За допомогою гемоглобіну транспортується до 20% вуглекислого газу.

Тканинне чи внутрішнє дихання. Цей процес умовно можна розділити на два: обмін газів між кров'ю та тканинами, споживання кисню клітинами та виділення вуглекислого газу (внутрішньоклітинне, ендогенне дихання).

Очевидно, що стан здоров'я визначається станом функції дихання, а резервні можливості організму, запас здоров'я залежить від резервних можливостей системи дихання.

Транспорт газів кров'ю

В організмі кисень та вуглекислий газ транспортуються кров'ю. Кисень, що надходить із альвеолярного повітря в кров, зв'язується з гемоглобіном еритроцитів, утворюючи так званий оксигемоглобін, і в такому вигляді доставляється до тканин. У тканинних капілярах кисень відщеплюється і перетворюється на тканини, де входить у окислювальні процеси. Вільний гемоглобін зв'язує водень і перетворюється на так званий відновлений гемоглобін. Вуглекислий газ, що утворюється в тканинах, переходить у кров і надходить до еритроцитів. Потім частина вуглекислого газу з'єднується з відновленим гемоглобіном, утворюючи так званий карбгемоглобін, і в такому вигляді вуглекислий газ доставляється до легень. Однак більша частина вуглекислого газу в еритроцитах за участю ферменту карбоангідрази перетворюється на бікарбонати, які переходять у плазму та транспортуються до легень. У легеневих капілярах бікарбонати за допомогою спеціального ферменту розпадаються та виділяється вуглекислий газ. Відщеплюється вуглекислий газ та від гемоглобіну. Вуглекислий газ переходить в альвеолярне повітря і з повітрям, що видихається, видаляється в зовнішнє середовище.

3….Хар-ка процесу захисту ор-ма від впливу чинників зовнішнє і всередину середовища. Природжені мех-ми захисту: безумовні захисні рефлекси, бар'єрні функції шкіри та слизових оболонок, адаптаційний синдром

Шкіра тісно пов'язана з усіма органами та системами організму. Вона виконує безліч важливих функцій, основні з них захисна, дихальна, абсорбційна, видільна, пігментоутворююча. Крім того, шкіра бере участь у судинних реакціях, терморегуляції, обмінних процесах, нервово-рефлекторних реакціях організму.

Захисна функціяшкіри дуже різноманітна. Механічний захист від зовнішніх подразників забезпечується щільним роговим шаром, особливо на долонях та підошвах. Шкіра завдяки цим властивостям здатна чинити опір механічним впливам - тиску, ударам, розривам та ін.

Шкіра значною мірою захищає організм від радіаційних дій.Інфрачервоні промені майже повністю затримуються роговим шаром, ультрафіолетові – частково. Проникаючи в глиб епідермісу, УФ-промені стимулюють вироблення пігменту. меланіну, що поглинає УФ-промені і тим самим захищає клітини від шкідливого впливу надмірної радіації та інсоляції (опромінення сонячної радіації)

У захисті від хімічних подразниківвелику роль грає кератин рогового шару. Основним бар'єром для проникнення в шкіру електролітів, неелектролітів, а також води є прозорий шар і найглибша частина рогового шару, багаті на холестерин.

Захист від мікроорганізмівзабезпечується бактерицидними властивостями шкіри. Кількість різних мікроорганізмів на поверхні здорової шкіри людини варіює від 115 тис. до 32 млн. на 1 см квадратний. Неушкоджена шкіра непроникна мікроорганізмів.

Адаптаційнийсиндром-сукупність захисних реакцій організму людини або тварини (переважно ендокринної системи) при стресі. В адаптаційному синдромі розрізняють стадії тривоги (мобілізація захисних сил), резистентності (пристосування до важкої ситуації), виснаження (при сильному та тривалому стресі може закінчитися смертю). Концепції адаптаційного синдрому та стресу висунуті Г. Сельє.

У розвитку адаптаційного синдрому виділяють три стадії:

Стадія тривоги: триває від кількох годин до двох діб Включає дві фази – шок і протишок (на останній відбувається мобілізація захисних реакцій організму).

На стадії опірностістійкість організму до різних впливів підвищено. Друга стадія призводить або до стабілізації, або змінюється останньою стадією виснаженням.

Стадія виснаження: захисні реакції ослаблені, сам організм та психіка стомлені.

У адаптаційного синдрому є і фізіологічні ознаки: збільшення кори надниркових залоз, зменшення вилочкової залози, селезінки та лімфатичних вузлів, порушення обміну речовин з переважанням процесів розпаду.

КВИТОК 27

Цикл серцевих деят-ти

Механічна робота серця пов'язана із скороченням його міокарда. Робота правого шлуночка втричі менше від роботи лівого шлуночка.

Серце з механічної точки зору є насосом ритмічної дії, чому сприяє клапанний апарат. Ритмічні скорочення та розслаблення серця забезпечують безперервний струм крові. Скорочення серцевого м'яза називається систолою, його розслаблення - діастоли. При кожній систолі шлуночків відбувається виштовхування крові із серця в аорту та легеневий стовбур.

У звичайних умовах систола та діастола чітко узгоджені у часі. Період, що включає одне скорочення та подальше розслаблення серця, становить серцевий цикл. Його тривалість у дорослої людини дорівнює 0,8 секунд при частоті скорочень 70 - 75 разів на хвилину. Початком кожного циклу є систола передсердь. Вона триває 0,1 сек. Після закінчення систоли передсердь настає їх діастола, а також систола шлуночків. Систола шлуночків триває 0,3 сек. У момент систоли у шлуночках підвищується тиск крові. Після закінчення систоли шлуночків починається фаза загального розслаблення, що триває 0,4 сек. У цілому нині період розслаблення передсердь дорівнює 0,7 сек., а шлуночків - 0,5 сек. Фізіологічне значення періоду розслаблення полягає в тому, що за цей час у міокарді відбуваються обмінні процеси між клітинами та кров'ю, тобто відбувається відновлення працездатності серцевого м'яза.

2…Загальна хар-ка органів дихання: носова порожнина

Основна фун-ия дихання-забезпечений тканин людська орг-ми киснем і звільнення їх від вуглекислого газу. У дихальної системивиділяють органи, що виконують повітропровідну (порожнину носа, носоглотка, гортань, трахея, бронхи) і дихальну, або газообмінну функцію (легкі)

Носова порожнина

Розрізняють зовнішній ніс та носову порожнину. За рахунок зовнішнього носа збільшується об'єм носової порожнини. Носова порожнина поділена вертикальною носовою перегородкою на дві симетричні половини, які спереду повідомляються із зовнішньою атмосферою через зовнішній ніс за допомогою ніздрів, а ззаду - з носоглоткою за допомогою Хоан. На бічних стінках цієї порожнини розташовані носові раковини, що ділять кожну половину носової порожнини носові ходи. У нижній носовий хід відкривається нососльозний канал, За яким у носову порожнину виділяється деяка кількість слізної рідини. Стінки носової порожнини вистелені слизовою оболонкою, утвореною миготливим епітелієм.

Носова порожнина - спеціалізований відділ верхніх дихальних шляхів, тому що тут повітря, що вдихається, готується для подальшого руху по дихальних шляхах і піддається спеціальної обробки:

· Зігрівається або охолоджується до температури тіла;

· Зволожується за рахунок слизу, що знаходиться в слизовій носовій порожнині;

· Очищається та знезаражується: слиз обволікає частинки пилу, що осідають на слизову; слиз містить бактерицидну речовину - лізоцим, за допомогою якого зазнають руйнування хвороботворних бактерій;

· піддається хімічному контролю: у слизовій верхній частині носової порожнини розташовуються нюхові рецептори.

Носова порожнина має додаткові порожнини. придаткові пазухи носа, розташовані в повітроносних кістках черепа: у верхній щелепі гайморова пазуха, у лобовій кістці - лобова (фронтальна) пазуха, а також є додаткові порожнини в клиноподібній та гратчастій кістці. Запалення слизової оболонки цих пазух призводить до серйозних захворювань гаймориту та фронтиту.

І про. Сьогодні ви дізнаєтесь про те, як транспортуються гази у нашій крові.

Переносником кисню від легень до тканин та вуглекислого газу від тканин до легень є кров. У вільному (розчиненому) стані переноситься настільки мала кількість цих газів, що їх сміливо можна знехтувати в оцінці потреб організму. Для простоти надалі вважатимемо, що основна кількість кисню та вуглекислого газу транспортується у зв'язаному стані.

Транспорт кисню

Кисень транспортується у вигляді оксигемоглобіну. Оксигемоглобін - це комплекс гемоглобіну та молекулярного кисню.

Гемоглобін міститься в червоних кров'яних тільцях. еритроцитах. Еритроцити під мікроскопом схожі на трохи плескатий бублик, дірку в якому забули проткнути до кінця. Така незвичайна форма дозволяє еритроцитам взаємодіяти з навколишньою кров'ю більшою площею, ніж кулястим клітинам (пам'ятаєте - з тіл, що мають рівний об'єм, куля має мінімальну площу). А крім того, еритроцит здатний згортатися в трубочку, протискаючись у вузький капіляр і добираючись до найвіддаленіших куточків організму.

У 100 мл крові при температурі тіла розчиняється лише 0,3 мл кисню. Кисень, що розчиняється в плазмі крові капілярів малого кола кровообігу, дифундує в еритроцити, відразу ж зв'язується гемоглобіном, утворюючи оксигемоглобін, в якому кисню 190 мл/л. Швидкість зв'язування кисню велика - час поглинання кисню, що дифузував, вимірюється тисячними частками секунди. У капілярах альвеол з відповідними вентиляцією та кровопостачанням практично весь гемоглобін притікаючої крові перетворюється на оксигемоглобін. А ось сама швидкість дифузії газів «туди і назад» значно повільніша за швидкість зв'язування газів. звідси випливає другий практичний висновок: щоб газообмін йшов успішно, повітря має «отримувати паузи», за час яких встигає вирівнятися концентрація газів в альвеолярному повітрі та крові, що припливає, тобто обов'язково має бути пауза між вдихом і видихом .

Запам'ятайте це!
Перетворення відновленого (безкисневого) гемоглобіну (дезоксигемоглобіну) на окислений (містить кисень) гемоглобін (оксигемоглобін) залежить від вмісту розчиненого кисню в рідкій частині плазми крові. Причому механізми засвоєння розчиненого кисню дуже ефективні.

Наприклад, підйом на висоту 2 км над рівнем моря супроводжується зниженням атмосферного тиску з 760 до 600 мм рт. ст., парціального тиску кисню в альвеолярному повітрі зі 105 до 70 мм рт. ст., а вміст оксигемоглобіну знижується лише на 3%. І, незважаючи на зниження атмосферного тиску, тканини продовжують успішно забезпечуватись киснем.

У тканинах, що вимагають для нормальної життєдіяльності багато кисню (м'язи, що працюють, печінка, нирки, залізисті тканини), оксигемоглобін «віддає» кисень дуже активно, іноді майже повністю. У тканинах, в яких інтенсивність окислювальних процесів мала (наприклад, у жировій тканині), більша частина оксигемоглобіну не «віддає» молекулярний кисень - рівень дисоціаціїоксигемоглобіну низький. Перехід тканин зі стану спокою в діяльний стан (скорочення м'язів, секреція залоз) автоматично створює умови для збільшення дисоціації оксигемоглобіну та збільшення постачання тканин киснем.

Здатність гемоглобіну «утримувати» кисень ( спорідненість гемоглобіну до кисню) знижується зі збільшенням концентрації вуглекислого газу та іонів водню. Подібним чином діє на дисоціацію оксигемоглобіну підвищення температури.

Звідси стає легко зрозумілим, як взаємопов'язані та збалансовані щодо один одного природні процеси. Зміни здатності оксигемоглобіну утримувати кисень має велике значення для забезпечення постачання їм тканин. У тканинах, у яких процеси обміну речовин протікають інтенсивно, концентрація вуглекислого газу та іонів водню збільшується, а температура підвищується. Це прискорює та полегшує «віддачу» гемоглобіном кисню та полегшує перебіг обмінних процесів.

У волокнах скелетних м'язівміститься близький до гемоглобіну міоглобін. Він має дуже високу спорідненість до кисню. «Схопившись» за молекулу кисню, він не віддасть її у кров.

Кількість кисню у крові

Максимальна кількість кисню, яка може зв'язати кров за повного насичення гемоглобіну киснем, називається кисневої ємністю крові. Киснева ємність крові залежить від вмісту в ній гемоглобіну.

В артеріальній крові вміст кисню лише небагато (на 3-4%) нижчий від кисневої ємності крові. У звичайних умовах 1 л артеріальної крові міститься 180-200 мл кисню. Навіть у тих випадках, коли в експериментальних умовах людина дихає чистим киснем, її кількість в артеріальній крові практично відповідає кисневій ємності. У порівнянні з диханням атмосферним повітрям кількість кисню, що переноситься, збільшується мало (на 3-4%).

Венозна кров у стані спокою містить близько 120 мл/л кисню. Таким чином, протікаючи по тканинних капілярах, кров віддає не весь кисень.

Частина кисню, що поглинається тканинами з артеріальної крові, називається коефіцієнтом утилізації кисню. Для його обчислення ділять різницю вмісту кисню в артеріальній та венозній крові на вміст кисню в артеріальній крові та множать на 100.

Наприклад:
(200-120): 200 х 100 = 40%.

У спокої коефіцієнт утилізації кисню організмом коливається від 30 до 40%. За інтенсивної м'язової роботи він підвищується до 50-60%.

Про читайте у наступній статті.

Матеріал підготував: Atamovich

Ми докладно розглянули як повітря потрапляє у легені. Тепер побачимо, що з ним відбувається далі.

Система кровообігу

Ми зупинилися на тому, що кисень у складі атмосферного повітря надходить у альвеоли, звідки через їхню тонку стінку за допомогою дифузії переходить у капіляри, що обплутують альвеоли густою мережею. Капіляри з'єднуються в легеневі вени, які несуть кров, насичену киснем, у серці, а точніше в його ліве передсердя. Серце працює як насос, прокачуючи кров по всьому організмі. З лівого передсердя збагачена киснем кров вирушить у лівий шлуночок, а звідти - у подорож великим колом кровообігу, до органів і тканин. Обмінявшись у капілярах тіла з тканинами поживними речовинами, Віддавши кисень і забравши вуглекислий газ, кров збирається у вени і надходить у праве передсердя серця, і велике коло кровообігу замикається. Звідти починається мале коло.

Мале коло починається в правому шлуночку, звідки легенева артерія несе кров на «зарядку» киснем у легені, розгалужуючись та обплутуючи альвеоли капілярною мережею. Звідси знову - по легеневих венах в ліве передсердя і так нескінченно. Щоб уявити ефективність цього процесу, уявіть собі, що час повного обороту крові становить всього 20-23 секунди. За цей час об'єм крові встигає повністю «оббігти» і велике та мале коло кровообігу.

Щоб наситити киснем таке мінливе середовище, як кров, необхідно враховувати наступні фактори:

Кількість кисню та вуглекислого газу у повітрі, що вдихається (склад повітря)

Ефективність вентиляції альвеол (площа зіткнення, на якій відбувається обмін газами між кров'ю та повітрям)

Ефективність альвеолярного газообміну (ефективність речовин та структур, що забезпечують дотик крові та газообмін)

Склад вдихуваного, видихуваного та альвеолярного повітря

У звичайних умовах людина дихає атмосферним повітрям, яке має відносно постійний склад. У повітрі, що видихається, завжди менше кисню і більше вуглекислого газу. Найменше кисню та найбільше вуглекислого газу в альвеолярному повітрі. Відмінність у складі альвеолярного повітря, що видихається, пояснюється тим, що останній є сумішшю повітря мертвого простору і альвеолярного повітря.

Альвеолярне повітря є внутрішнім газовим середовищем організму. Від його складу залежить газовий склад артеріальної крові. Регуляторні механізми підтримують сталість складу альвеолярного повітря, яке при спокійному диханні мало залежить від фаз вдиху та видиху. Наприклад, вміст С0 2 наприкінці вдиху лише на 0,2-0,3% менше, ніж наприкінці видиху, оскільки за кожному вдиху оновлюється лише 1/7 частина альвеолярного повітря.

Крім того, газообмін у легенях протікає безперервно, незалежно від фаз вдиху або при видиху, що сприяє вирівнюванню складу альвеолярного повітря. При глибокому диханні, через наростання швидкості вентиляції легень, залежність складу альвеолярного повітря від вдиху та видиху збільшується. При цьому треба пам'ятати, що концентрація газів «на осі» повітряного потоку і на його «узбіччі» теж відрізнятиметься: рух повітря «по осі» буде швидше і склад буде наближатися до складу атмосферного повітря. В області верхівок легень альвеоли вентилюються менш ефективно, ніж у нижніх відділах легень, що прилягають до діафрагми.

Вентиляція альвеол

Газообмін між повітрям та кров'ю здійснюється в альвеолах. Всі інші складові легень служать тільки для доставки повітря до цього місця. Тому важливою є не загальна величина вентиляції легень, а величина вентиляції саме альвеол. Вона менша за вентиляцію легень на величину вентиляції мертвого простору. Так, при хвилинному обсязі дихання, що дорівнює 8000 мл і частоті дихання 16 за хвилину, вентиляція мертвого простору складе 150 мл х 16 = 2400 мл. Вентиляція альвеол дорівнюватиме 8000 мл - 2400 мл = 5600 мл. При тому самому хвилинному обсязі дихання 8000 мл і частоті дихання 32 за хвилину вентиляція мертвого простору складе 150 мл х 32 = 4800 мл, а вентиляція альвеол 8000 мл - 4800 мл = 3200 мл, тобто. буде вдвічі меншою, ніж у першому випадку. звідси випливає перший практичний висновок, ефективність вентиляції альвеол залежить від глибини та частоти дихання.

Величина вентиляції легень регулюється організмом в такий спосіб, щоб забезпечити постійний газовий склад альвеолярного повітря. Так, у разі підвищення концентрації вуглекислого газу в альвеолярному повітрі хвилинний обсяг дихання збільшується, при зниженні - зменшується. Проте регуляторні механізми цього процесу не в альвеолах. Глибина та частота дихання регулюються дихальним центром на підставі інформації про кількість кисню та вуглекислого газу в крові.

Обмін газів в альвеолах

Газообмін у легенях здійснюється в результаті дифузії кисню з альвеолярного повітря в кров (близько 500 л на добу) та вуглекислого газу з крові в альвеолярне повітря (близько 430 л на добу). Дифузія відбувається внаслідок різниці тиску цих газів в альвеолярному повітрі та в крові.

Дифузія - взаємне проникнення дотичних речовин одна в одну внаслідок теплового руху частинок речовини. Дифузія відбувається в напрямку зниження концентрації речовини і веде до рівномірного розподілу речовини по всьому об'єму, що займається ним. Так, знижена концентрація кисню в крові веде до його проникнення через мембрану повітряно-кров'яного (аерогематичного) бар'єру, надмірна концентрація вуглекислого газу в крові веде до його виділення в альвеолярне повітря. Анатомічно повітряно-кров'яний бар'єр представлений легеневою мембраною, яка у свою чергу складається з ендотеліальних клітин капілярів, двох основних мембран, плоского альвеолярного епітелію, шару сурфактанту. Товщина легеневої мембрани лише 0,4-1,5 мкм.

Сурфактант – поверхнево-активна речовина, яка полегшує дифузію газів. Порушення синтезу сурфактанту клітинами легеневого епітелію робить процес дихання практично неможливим через різке уповільнення рівня дифузії газів.

Кисень, що поступив у кров, і принесений кров'ю вуглекислий газ можуть перебувати як в розчиненому вигляді, так і в хімічно зв'язаному. У звичайних умовах у вільному (розчиненому) стані переноситься настільки мала кількість цих газів, що їх сміливо можна знехтувати в оцінці потреб організму. Для простоти вважатимемо, що основна кількість кисню та вуглекислого газу транспортується у зв'язаному стані.

Транспорт кисню

Кисень транспортується у вигляді оксигемоглобіну. Оксигемоглобін - це комплекс гемоглобіну та молекулярного кисню.

Гемоглобін міститься в червоних кров'яних тільцях. еритроцитах. Еритроцити під мікроскопом схожі на трохи плескатий бублик. Така незвичайна форма дозволяє еритроцитам взаємодіяти з навколишньою кров'ю більшою площею, ніж кулястим клітинам (з тіл, що мають рівний об'єм, куля має мінімальну площу). А крім того, еритроцит здатний згортатися в трубочку, протискаючись у вузький капіляр і добираючись до найвіддаленіших куточків організму.

У 100 мл крові при температурі тіла розчиняється лише 0,3 мл кисню. Кисень, що розчиняється в плазмі крові капілярів малого кола кровообігу, дифундує в еритроцити, відразу ж зв'язується гемоглобіном, утворюючи оксигемоглобін, в якому кисню 190 мл/л. Швидкість зв'язування кисню велика - час поглинання кисню, що дифузував, вимірюється тисячними частками секунди. У капілярах альвеол з відповідними вентиляцією та кровопостачанням практично весь гемоглобін притікаючої крові перетворюється на оксигемоглобін. А ось сама швидкість дифузії газів «туди і назад» значно повільніша за швидкість зв'язування газів.

звідси випливає другий практичний висновок: щоб газообмін йшов успішно, повітря має «отримувати паузи», за час яких встигає вирівнятися концентрація газів в альвеолярному повітрі і крові, що притікає, тобто обов'язково повинна бути пауза між вдихом і видихом.

Перетворення відновленого (безкисневого) гемоглобіну (дезоксигемоглобіну) на окислений (містить кисень) гемоглобін (оксигемоглобін) залежить від вмісту розчиненого кисню в рідкій частині плазми крові. Причому механізми засвоєння розчиненого кисню дуже ефективні.

Наприклад, підйом на висоту 2 км над рівнем моря супроводжується зниженням атмосферного тиску з 760 до 600 мм рт. ст., парціального тиску кисню в альвеолярному повітрі зі 105 до 70 мм рт. ст., а вміст оксигемоглобіну знижується лише на 3%. І, незважаючи на зниження атмосферного тиску, тканини продовжують успішно забезпечуватись киснем.

У тканинах, що вимагають для нормальної життєдіяльності багато кисню (м'язи, що працюють, печінка, нирки, залізисті тканини), оксигемоглобін «віддає» кисень дуже активно, іноді майже повністю. У тканинах, в яких інтенсивність окисних процесів мала (наприклад, у жировій тканині), більша частина оксигемоглобіну не «віддає» молекулярний кисень - рівень дисоціації оксигемоглобіну низький. Перехід тканин зі стану спокою в діяльний стан (скорочення м'язів, секреція залоз) автоматично створює умови для збільшення дисоціації оксигемоглобіну та збільшення постачання тканин киснем.

Здатність гемоглобіну «утримувати» кисень (спорідненість гемоглобіну до кисню) знижується зі збільшенням концентрації вуглекислого газу (ефект Бору) та іонів водню. Подібним чином діє на дисоціацію оксигемоглобіну підвищення температури.

Звідси стає легко зрозумілим, як взаємопов'язані та збалансовані щодо один одного природні процеси. Зміни здатності оксигемоглобіну утримувати кисень має велике значення для забезпечення постачання їм тканин. У тканинах, у яких процеси обміну речовин протікають інтенсивно, концентрація вуглекислого газу та іонів водню збільшується, а температура підвищується. Це прискорює та полегшує «віддачу» гемоглобіном кисню та полегшує перебіг обмінних процесів.

У волокнах скелетних м'язів міститься близький до гемоглобіну міоглобін. Він має дуже високу спорідненість до кисню. «Схопившись» за молекулу кисню, він не віддасть її у кров.

Кількість кисню у крові

Максимальна кількість кисню, яка може зв'язати кров за повного насичення гемоглобіну киснем, називається кисневою ємністю крові. Киснева ємність крові залежить від вмісту в ній гемоглобіну.

В артеріальній крові вміст кисню лише небагато (на 3-4%) нижчий від кисневої ємності крові. У звичайних умовах 1 л артеріальної крові міститься 180-200 мл кисню. Навіть у тих випадках, коли в експериментальних умовах людина дихає чистим киснем, її кількість в артеріальній крові практично відповідає кисневій ємності. У порівнянні з диханням атмосферним повітрям кількість кисню, що переноситься, збільшується мало (на 3-4%).

Венозна кров у стані спокою містить близько 120 мл/л кисню. Таким чином, протікаючи по тканинних капілярах, кров віддає не весь кисень.

Частина кисню, що поглинається тканинами з артеріальної крові, називається коефіцієнтом утилізації кисню. Для його обчислення ділять різницю вмісту кисню в артеріальній та венозній крові на вміст кисню в артеріальній крові та множать на 100.

Наприклад:
(200-120): 200 х 100 = 40%.

У спокої коефіцієнт утилізації кисню організмом коливається від 30 до 40%. За інтенсивної м'язової роботи він підвищується до 50-60%.

Транспорт вуглекислого газу

Вуглекислий газ транспортується кров'ю у трьох формах. У венозній крові можна виявити близько 58 об. % (580 мл/л) С02, причому лише близько 2,5 об'ємних % перебувають у розчиненому стані. Деяка частина молекул С02 з'єднується в еритроцитах з гемоглобіном, утворюючи карбогемоглобін (приблизно 4,5 об.%). Решта С02 хімічно пов'язана і міститься у вигляді солей вугільної кислоти (приблизно 51 об. %).

Вуглекислий газ є одним із найчастіших продуктів хімічних реакцій обміну речовин. Він безперервно утворюється в живих клітинах і звідти дифундує кров тканинних капілярів. В еритроцитах він з'єднується з водою та утворює вугільну кислоту (С02 + Н20 = Н2С03).

Цей процес каталізується (пришвидшується у двадцять тисяч разів) ферментом карбоангідразою. Карбоангідразу міститься в еритроцитах, у плазмі крові її немає. Т.ч. процес з'єднання вуглекислого газу з водою відбувається практично тільки в еритроцитах. Але це процес оборотний, який може змінювати свій напрямок. Залежно від концентрації вуглекислого газу карбоангідразу каталізує як утворення вугільної кислоти, так і розщеплення її на вуглекислий газ та воду (у капілярах легень).

Завдяки зазначеним процесам зв'язування концентрація С02 в еритроцитах виявляється невисокою. Тому нові кількості С02 продовжують дифундувати всередину еритроцитів. Нагромадження іонів всередині еритроцитів супроводжується підвищенням осмотичного тиску, в результаті у внутрішньому середовищі еритроцитів збільшується кількість води. Тому обсяг еритроцитів у капілярах великого кола кровообігу дещо зростає.

Гемоглобін має більшу спорідненість до кисню, ніж до вуглекислого газу, тому в умовах підвищення парціального тиску кисню карбогемоглобін перетворюється спочатку на дезоксигемоглобін, а потім на оксигемоглобін.

Крім того, при перетворенні оксигемоглобіну на гемоглобін відбувається збільшенням здатності крові зв'язувати двоокис вуглецю. Це явище називається ефекту Холдейна. Гемоглобін служить джерелом катіонів калію (К+), необхідні зв'язування вугільної кислоти у вигляді вуглекислих солей - бікарбонатів.

Отже, в еритроцитах тканинних капілярів утворюється додаткова кількість бікарбонату калію, а також карбогемоглобін. У такому вигляді двоокис вуглецю переноситься до легень.

У капілярах малого кола кровообігу концентрація двоокису вуглецю знижується. Від карбогемоглобіну відщеплюється С02. Одночасно відбувається утворення оксигемоглобіну, збільшується його дисоціація. Оксигемоглобін витісняє калій із бікарбонатів. Вугільна кислота в еритроцитах (у присутності карбоангідрази) швидко розкладається на Н20 та С02. Коло завершено.

Залишилося зробити ще одну примітку. Чадний газ (СО) має більшу спорідненість до гемоглобіну, ніж вуглекислий газ (С02) і чим кисень. Тому отруєння чадним газом настільки небезпечні: вступаючи зі сталого зв'язку з гемоглобіном, чадний газ блокує можливість нормального транспорту газів і фактично «душить» організм. Жителі великих міст постійно вдихають підвищені концентрації чадного газу. Це призводить до того, що навіть достатньо повноцінних еритроцитів в умовах нормального кровообігу виявляється нездатним виконати транспортні функції. Звідси непритомність і серцеві напади щодо здорових людейза умов автомобільних пробок.

• < Назад

Ми розглянули лише одну сторону дихального процесу - зовнішнє дихання, тобто обмін газів між організмом та навколишнім середовищем.

Місцем споживання кисню та утворення вуглекислого газу є всі клітини організму, де здійснюється тканинне або внутрішнє дихання. Внаслідок цього, коли йдеться про дихання в цілому, необхідно враховувати шляхи та умови перенесення газів: кисню – від легень до тканин, вуглекислого газу – від тканин до легень. Посередником між клітинами та зовнішнім середовищем є кров. Вона доставляє тканинам кисень і забирає вуглекислий газ.

Рух газів з навколишнього середовища в рідину та рідини в навколишнє середовище здійснюється завдяки різниці їх парціального тиску. Газ завжди дифундує з середовища, де є високий тиск, у середу із меншим тиском. Це відбувається доти, доки не встановиться динамічна рівновага.

Простежимо шлях кисню з навколишнього середовища в альвеолярне повітря, потім у капіляри малого та великого кола кровообігу та до клітин організму.

Парціальний тиск кисню в атмосферному повітрі 21,1 кПа (158 мм рт. ст.), в альвеолярному повітрі - 14,4-14,7 кПа (108-110 мм рт. ст.) та у венозній крові, що притікає до легень, -5,33 кПа (40 мм рт. ст.). В артеріальній крові капілярів великого кола кровообігу напруга кисню становить 13,6-13,9 кПа (102-104 мм рт. ст.), міжтканинної рідини - 5,33 кПа (40 мм рт. ст.), у тканинах - 2 ,67 кПа (20 мм рт. ст.) і менше, залежно від функціональної активності клітин. Таким чином, на всіх етапах руху кисню є різниця його парціального тиску, що сприяє дифузії газу.

Рух вуглекислого газу відбувається у протилежному напрямку. Напруга вуглекислого газу в тканинах, у місцях його утворення – 8,0 кПа та більше (60 і більше мм рт. ст.), у венозній крові – 6,13 кПа (46 мм рт. ст.), у альвеолярному повітрі – 0 0,04 кПа (0,3 мм рт. ст.). Отже, різниця напруги вуглекислого газу шляхом його прямування є причиною дифузії газу від тканин в навколишнє середовище. Схема дифузії газів через стінку Альвеол представлена ​​на рис. 3. Проте одними фізичними закономірностями пояснити рух газів не можна. У живому організмі рівності парціального тиску кисню та вуглекислого газу на етапах їхнього руху ніколи не настає. У легенях постійно відбувається обмін газів внаслідок дихальних рухів грудної клітки, а в тканинах різниця напруги газів підтримується безперервним процесом окислення.

Мал. 3. Схема дифузії газів через мембрану альвеоли

Транспорт кисню кров'ю.Кисень у крові перебуває у двох станах: фізичному розчиненні та у хімічному зв'язку з гемоглобіном. З 19 об% кисню, що витягується з артеріальної крові, тільки 0,3 об% знаходиться в розчиненому стані в плазмі, решта ж кисню хімічно пов'язана з гемоглобіном еритроцитів.

Гемоглобін утворює з киснем дуже неміцну, легко дисоціюючу сполуку - оксигемоглобін: 1 г гемоглобіну зв'язує 1,34 мл кисню. Вміст гемоглобіну у крові становить середньому 140 г/л (14 г%). 100 мл крові може пов'язати 14х1,34 = 18,76 мл кисню (або 19 об%), що становить переважно так звану кисневу ємність крові. Отже, киснева ємність крові є максимальною кількістю кисню, яка може бути пов'язана 100 мл крові.

Насичення гемоглобіну киснем коливається від 96 до 98%. Ступінь насичення гемоглобіну киснем та дисоціація оксигемоглобіну (освіта відновленого гемоглобіну) не знаходяться у прямій пропорційній залежності від напруги кисню. Ці два процеси не є лінійними, а здійснюються за кривою, яка отримала назву кривої зв'язування або дисоціації оксигемоглобіну.

При нульовому напрузі кисню оксигемоглобіну у крові немає. При низьких значеннях парціального тиску кисню швидкість утворення оксигемоглобіну невелика. Максимальна кількість гемоглобіну (45-80%) зв'язується з киснем за його напрузі 3,47-6,13 кПа (26-46 мм рт. ст.). Подальше підвищення напруги кисню призводить до зниження швидкості утворення оксигемоглобіну.

Спорідненість гемоглобіну до кисню значно знижується при зрушенні реакції крові в кислу сторону, що спостерігається в тканинах і клітинах організму внаслідок утворення вуглекислого газу. Ця властивість гемоглобіну має важливе значення для організму. У капілярах тканин, де концентрація вуглекислого газу в крові збільшена, здатність гемоглобіну утримувати Кисень зменшується, що полегшує його віддачу клітинам. У альвеолах легень, де частина вуглекислого газу перетворюється на альвеолярне повітря, здатність гемоглобіну зв'язувати кисень знову зростає.

Перехід гемоглобіну в оксигемоглобін і з нього у відновлений залежить і від температури. При тому самому парціальному тиску кисню в навколишньому середовищіпри температурі 37-38 ° С у відновлену форму переходить найбільша кількість оксигемоглобіну.

Таким чином, транспорт кисню забезпечується в основному за рахунок хімічного зв'язку його з гемоглобіном еритроцитів. Насичення гемоглобіну киснем залежить насамперед від парціального тиску газу в атмосферному та альвеолярному повітрі. Однією з основних причин, що сприяють віддачі кисню гемоглобіном, є зсув активної реакції середовища у тканинах у кислу сторону.

Транспорт вуглекислого газу кров'ю.Розчинність вуглекислого газу у крові вище, ніж розчинність кисню. Однак тільки 2,5-3 об.% вуглекислого газу із загальної його кількості (55-58 об.%) знаходиться в розчиненому стані. Велика частина вуглекислого газу міститься в крові та в еритроцитах у вигляді солей вугільної кислоти (48-51 об%), близько 4-5 об% - у поєднанні з гемоглобіном у вигляді карбгемоглобіну, близько 2 /з усіх сполук вуглекислого газу знаходиться в плазмі та близько 1/з в еритроцитах.

Вугільна кислота утворюється в еритроцитах з вуглекислого газу та води. І.М. Сєченов вперше висловив думку про те, що в еритроцитах повинен бути якийсь фактор типу каталізатора, який прискорює процес синтезу вугільної кислоти. Проте лише 1935 р. припущення, висловлене І.М. Сєченовим, було підтверджено. В даний час встановлено, що в еритроцитах міститься вугільна ангідраза (карбоангідраза) – біологічний каталізатор, фермент, який значно (у 300 разів) прискорює розщеплення вугільної кислоти у капілярах легень. У тканинних капілярах за участю карбоангідрази відбувається синтез вугільної кислоти в еритроцитах. Активність карбоангідрази в еритроцитах настільки велика, що синтез вугільної кислоти пришвидшується у десятки тисяч разів.

Вугільна кислота забирає підстави відновленого гемоглобіну, внаслідок чого утворюються солі вугільної кислоти – бікарбонати натрію у плазмі та бікарбонати калію в еритроцитах. Крім того, гемоглобін утворює хімічну сполуку з вуглекислим газом - карбгемоглобін. Вперше це з'єднання виявлено І.М. Сєченовим. Роль карбгемоглобіну у транспорті вуглекислого газу досить велика. Близько 25-30% вуглекислого газу, що поглинається кров'ю в капілярах великого кола кровообігу, транспортується у вигляді карбгемоглобіну. У легенях гемоглобін приєднує кисень і переходить у оксигемоголбін. Гемоглобін входить у реакцію з бікарбонатами і витісняє їх вугільну кислоту. Вільна вугільна кислота розщеплюється карбоангідразою на вуглекислий газ та воду. Вуглекислий газ дифундує через мембрану легеневих капілярів і перетворюється на альвеолярне повітря. Зменшення напруги вуглекислого газу в капілярах легень сприяє розщепленню карбгемоглобіну зі звільненням вуглекислого газу.

Таким чином, вуглекислий газ переноситься до легень у формі бікарбонатів і в стані хімічного зв'язку з гемоглобіном (карбгемоглобін). Важлива роль найскладніших механізмах транспорту вуглекислого газу належить карбоангидразе еритроцитів.

Кінцевою метою дихання є постачання всіх клітин киснем та видалення з організму вуглекислого газу. Для цієї мети дихання необхідний ряд умов:

1) нормальна діяльність апарату зовнішнього дихання та достатня вентиляція легень;

2) нормальний транспорт газів кров'ю;

3) забезпечення системою кровообігу достатнього кровотоку;

4) здатність тканин «забирати» з крові, що протікає, кисень, утилізувати його і віддавати в кров вуглекислий газ.

Таким чином, тканинне дихання забезпечується функціональними взаємозв'язками між системами дихання, крові та кровообігу.

Кровообіг виконує одну з найважливіших функцій перенесення киснювід легень до тканин, а вуглекислого газу – від тканин до легень. Споживання кисню клітинами тканин може змінюватися в значних межах, наприклад, при переході від стану спокою до фізичного навантаження і навпаки. У зв'язку з цим кров повинна мати великі резерви, необхідні збільшення її здатності переносити кисень від легких до тканин, а вуглекислий газ у зворотному напрямку.

Транспорт кисню.

При 37 С розчинність 02 у рідині становить 0,225 мл л-1 кПа-1 (0,03 мл/л/мм рт. ст.). У разі нормального парціального тиску кисню в альвеолярному повітрі, т. е. 13,3 кПа чи 100 мм рт.ст., 1 л плазми крові може переноситилише 3 мл 02, що замало життєдіяльності організму загалом. У спокої в організмі людини за хвилину споживається приблизно 250 мл кисню. Щоб тканинам отримати таку кількість кисню у фізично розчиненому стані, серце повинне перекачувати за хвилину величезну кількість крові. В еволюції живих істот проблема транспорту кисню була більш ефективно вирішена за рахунок оборотної хімічної реакціїз гемоглобіном еритроцитів Кисень переноситься кров'ю від легень до тканин організму молекулами гемоглобіну, що містяться в еритроцитах.

Гемоглобін здатний захоплювати кисеньз альвеолярного повітря (з'єднання називається оксігемоглобіном) і звільняти необхідну кількість кисню в тканинах. Особливістю хімічної реакції кисню з гемоглобіном є те, що кількість зв'язаного кисню обмежена кількістю молекул гемоглобіну в еритроцитах крові. Молекула гемоглобіну має 4 місця зв'язування з киснем, які взаємодіють таким чином, що залежність між парціальним тиском кисню і кількістю кисню, що переноситься, з кров'ю має S-подібну форму, яка носить назву кривої насичення або дисоціації оксигемоглобіну (рис. 10.18). При парціальному тиску кисню 10 мм рт. ст. насичення гемоглобіну киснем становить приблизно 10%, а за Р02 30 мм рт. ст. - 50-60%. За подальшого збільшення парціального тиску кисню від 40 мм рт. ст. до 60 мм рт. ст. відбувається зменшення крутості кривої дисоціації оксигемоглобіну та відсоток його насичення киснем зростає в діапазоні від 70-75 до 90% відповідно. Потім крива дисоціації оксигемоглобіну починає займати практично горизонтальне положення, оскільки збільшення парціального тиску кисню з 60 до 80 мм рт. ст. викликає приріст насичення гемоглобіну киснем на 6%. У діапазоні від 80 до 100 мм рт. ст. відсоток освіти оксигемоглобіну становить порядку 2. В результаті крива дисоціації оксигемоглобіну переходить у горизонтальну лінію і відсоток насичення гемоглобіну киснем досягає межі, тобто 100. Насичення гемоглобіну киснем під впливом Р02 характеризує своєрідний молекулярний «аппетит» цієї сполуки.

Значна крутість кривої насичення гемоглобіну киснему діапазоні парціального тиску від 20 до 40 мм рт. ст. сприяє тому, що в тканині організму значна кількість кисню може дифундувати з крові в умовах фадієнта його парціального тиску між кров'ю та клітинами тканин (не менше 20 мм рт. ст.). Незначний відсоток насичення гемоглобіну киснем у його парціального тиску від 80 до 100 мм рт. ст. сприяє тому, що людина без ризику зниження насичення артеріальної крові киснем може переміщатися в діапазоні висот над рівнем моря до 2000 м-коду.

Загальні запаси киснюв організмі обумовлені його кількістю, що знаходиться у зв'язаному стані з іонами Fe2+ у складі органічних молекул гемоглобіну еритроцитів та міоглобіну м'язових клітин.

Один грам гемоглобінузв'язує 1,34 мл 02. Тому в нормі при концентрації гемоглобіну 150 г/л кожні 100 мл крові можуть переносити 20,0 мл 02.

Кількість 02, яка може зв'язатися з гемоглобіном еритроцитів крові при насиченні 100% його кількості, називається кисневою ємністю гемоглобіну. Іншим показником дихальної функції крові є вміст 02 у крові ( киснева ємність крові), яке відображає його справжню кількість, як пов'язаного з гемоглобіном, так і фізично розчиненого у плазмі. Оскільки в нормі артеріальна кров насичена киснем на 97 %, то 100 мл артеріальної крові міститься приблизно 19,4 мл 02.