Молекула гема
Каждая молекула гемоглобина содержит 4 молекулы гема. Каждая молекула гема в состоянии присоединить по одной молекуле кислорода.
Такова грузоподьёмность и предназначение эритроцита – возить кислород. Под этот небольшой автомобильчик организм организовал фабрику получения кислорода из воздуха (лёгкие) и дороги в любую точку организма (капилляры). В любую и прямо к клеткам! Если бы такие дороги были в Крыму, то у нас отдыхали бы все китайцы!
Чтобы получать кислород из воздуха организм придумал изменять давление,чтобы кислород легко присоединялся к железу. Называется это давление парциальным (давление характерно для каждого газа воздушной смеси). Чем выше процентное содержание газа в смеси, тем соответственно выше его парциальное давление. Атмосферный воздух, как известно, является смесью газов. Давление атмосферного воздуха 760 мм рт. ст. Парциальное давление кислорода в атмосферном воздухе составляет 20,94% от 760 мм, т. е. 159 мм; азота - 79,03% от 760 мм, т. е. около 600 мм; углекислого газа в атмосферном воздухе мало - 0,03%, поэтому и парциальное давление его составляет 0,03% от 760 мм - 0,2 мм рт. ст.
В жидкой и воздушной среде парциальное давление газа разное. Молекулы газа в силу диффузии переходят из области большего парциального давления в область низкого парциального давления. В легких кислород из альвеолярного воздуха переходит в кровь, а углекислый газ из крови поступает в легкие.
Кислород поступивший в ткани по градиенту (разнице) парциального давления из крови тканевых капилляров достигает митохондрий. Переходу кислорода в ткани способствует раскрытие дополнительных капилляров при участии гистамина.
Путь кислорода охватывает три отрезка:
транспорт эритроцитами;
диффузию из капилляров большого круга кровообращения ацинуса легких в клетки тканей и их митохондрии;
химические реакции с цитохромной системой митохондрий для образования АТФ.
На обмен кислорода и углекислого газа в тканях влияют:
площадь обменной поверхности (ацинусы легкого и уплощенные альвеолоциты),
количество эритроцитов, протекающих по капиллярам в единицу времени,
величина диффузионного расстояния и коэффициенты диффузии тех сред, через которые осуществляется перенос газов (сурфактантная система).
Вначале об эритроците.
Внутри эритроцита содержится очень важный фермент – карбоангидраза. При помощи данного фермента происходит химическая реакция: углекислый газ объединяется с молекулой воды, в результате этой нехитрой реакции образуется угольная кислота, которая распадаясь на ион водорода и бикарбонат ион, легко растворяется в воде и может в составе плазмы крови транспортироваться к легким. По достижению эритроцитом легочной ткани (на уровне микроциркуляторного русла) с угольной кислотой происходит обратный процесс – ее распад на воду и углекислый газ.
В капиллярах малого круга кровообращения напряжение СО2 снижается. От HbСО2 отщепляется СО2. Одновременно происходит образование HbО2. HbО2 вытесняет К+ из бикарбонатов. Угольная кислота (H2CO3) в эритроцитах быстро разлагается на СО2 и Н2О. Гидрокарбонатные ионы -НСО3 входят в эритроциты, а ионы Cl- выходят в плазму крови, где уменьшается количество бикарбоната Na+. Двуокись углерода диффундирует в альвеолярный воздух.
Обратите внимание на ионы: К, Na, Cl, а также гидрокарбонаты, сульфаты и хлориды– о них мы будем говорить позже.
Совершенно уникальной является система формирования жидкой среды и капилляров, по которым двигаются эритроциты. Капилляры лёгких и капилляры тканей, внутренних органов имеют диаметр меньше диаметра эритроцита, поэтому в артериоло-венулярном сегменте тканей эритроциты «протискиваются» полностью соприкасаясь с поверхностью альвеол, двигаются друг за другом и каждый сначала отдаёт кислород и сразу получает углекислый газ. Никто порожняком не ходит.
Среднее время прохождения эритроцита через капилляр большого круга кровообращения составляет у человека 2,5 с, в малом круге — 0,3—1 с.!
Каждый эритроцит работает полноценно 120 дней. Затем весь состав эритроцитов заменяется. Кислородный транспорт очень изматывает и требует абсолютной работоспособности в любое время и в любом состоянии. Такие требования у организма к этой машине.
Считайте, что каждые 3 месяца Вы рождаетесь снова. Если бы у нас в жизни машины так меняли для безаварийной эсплуатации!
Отдельного внимания требует организация пунктов получения кислорода в лёгких – альвеол. Легкие человека содержат более 700 миллионов альвеол. Они имеют общую площадь приблизительно 80 кв м. Толщина клеточного слоя составляет всего 0.1-0.2 мкм. Это достигается за счет уплощения клеток, выстилающих альвеолу.
Электронная фотография альвеол
По сути альвеолы — это микроскопические воздушные пузырьки, снаружи покрытые сетью кровеносных сосудов. При вдохе альвеолы расширяются, при выдохе — сжимаются. Изнутри альвеолы покрыты слоем особого вещества – сурфактанта, которое не дает воздушным пузырькам слипаться при выдохе, т.к. сурфактант изменяет поверхностное натяжение в альвеолах – увеличивает натяжение со вдохом при увеличении объема альвеол и уменьшает поверхностное натяжение с выдохом, когда альвеолы сжимаются.
В альвеолах сурфактант гарантирует диффузию и присоединение кислорода к гему эритроцита в капилляре для снабжения клеток организма кислородом. Кто он такой?
Клеточный слой ткани лёгких очень тонкий - всего 0.1-0.2 мкм. Это достигается растягиванием и уплощением клеток, выстилающих альвеолу – процесс напоминает изготовление тонкого теста. Клетки носят название альвеолоциты. Выделяют альвеолоциты I и II типа. Сам пузырек разделен перегородками, которые поддерживают его форму и представляют собой соединительно-тканные волокна с густой сетью кровеносных сосудов. Альвеолоциты являются промежуточным звеном в газообмене между капиллярами перегородки и воздухом альвеол. Дыхательные клетки непосредственно участвуют в газообмене, а альвеолоциты II типа продуцируют специальное вещество - суфрактант. Оно и берёт на себя гарантии получения кислорода тканями.
Суфрактант создает в альвеоле поверхностное натяжение, которое препятствует ее спадению и слипанию. Кислород усваивается альвеолоцитами после того, как он растворится в суфрактанте.
Здесь становится понятным разница парциального давления газа в воздушной и жидкой среде. Жидкая среда – это сурфактант.
При его отсутствии, например у недоношенных детей (особенно, родившихся до 26 недели), процесс дыхания становится невозможным, что может стать причиной гибели ребенка.
Суфрактант состоит на 90% из жиров и на 10% из белков. Поэтому часто люди, сидящие на «безжировой» диете, страдают гипоксией — кислородной недостаточностью, которая может привести к необратимым изменениям.
Посмотрите как выглядит современная электронная структура ацинуса.
1-просвет альвеол
2-сурфактантный комплекс
3-эндотелиальные клетки
4-просвет капилляра с эритроцитами
5-эритроциты в капилляре в «очереди»
6-межальвеолярная шпора
7-альвеолоциты I типа
8-альвеолоциты II типа
9-липофибробласты
10-альвеолярные макрофаги
Мы рассмотрели с Вами процесс использования кислорода в клетках для энергетики и метаболизма, а также процесс появления кислорода в организме и его транспортирование к клеткам.
Теперь – для чего это нужно.
Основу хирургических состояний составляют несколько синдромов:
Синдром раны
Синдром кровотечения
Синдром воспаления
Синдром травмы
Синдром новообразования (+ ткань – доброкачественная или злокачественная).
Хирурги выполняют работу по восстановлению условий для нормального снабжения тканей кислородом и ликвидации обстоятельств и препятствий, которые нарушают этот процесс.
Нормализация условий кислородного обеспечения тканей и органов является краеугольным камнем хирургической специальности любой специализации.
Предлагаю небольшую часть работы по раневому процессу. Описание даёт возможность представить себе цепочку событий, которые происходят при формировании послеоперационного рубца в процессе заживления раны.
«II фаза: пролиферации (регенерации, дегидратации)
Коротко: рана заполняется клеточным матриксом – основой для формирования рубца и сокращается.
Продолжается от 5 сут. до 3 недель после травмы. В течение этого периода происходит пролиферация соединительной ткани. Фибробласты синтезируют не только коллаген, но и протеогликаны, эластин, содержат энзимы, необходимые для синтеза холестерола, завершения цикла Кребса и гликолиза. Для нормального функционирования фибробластам требуются витамины группы В и С, кислород, аминокислоты и микроэлементы. Фибробласты начинают появляться в ране в конце воспалительной фазы и уже в течение первых 2-3 сут. после возникновения раны, они начинают доминировать среди клеточных популяций в течение первой недели.
Раневые фибробласты продуцируют разнообразные субстанции, необходимые для раневого заживления, включая гликозаминогликаны (GAG) и коллаген. Возрастание содержания коллагена в ране взаимосвязано с увеличением прочности раны.
Фаза пролиферации также сопровождается неоангиогенезом (образование новых капиллярных сосудов, питающих зону раневого дефекта). Если ангиогенез не удовлетворителен, фибробласты перестают мигрировать и раневое заживление прекращается. Ишемические язвы у пациентов с облитерирующим атеросклерозом являются классическим примером этого явления. Источником биохимического стимула ангиогенеза являются макрофаги и тромбоциты.»
Понравилось? Подробнее об этом процессе Вы будете знать позже в соответствующем разделе Вашей подготовки.
Если Вы правильно избрали свою профессиональную дорогу, то имеет смысл поговорить о технологии получения и освоения знаний.
Как изучать хирургическую дисциплину?
Всё будет зависеть от Вашего подхода к процессу получения и обработки знаний. Получение информации, обработка информации,тренировка навыка, практическое использование и накопление опыта – так приблизительно выглядит цепочка профессионального обучения. Но голова – предмет тёмный. Куда обращаться за помощью, если дело не идёт? Куда стукнуть, с кем договариваться, кого вежливо попросить? Включаем GPS.
Наш мозг уникален. Его функции обширны и разнообразны. Изучение мозга привело к неутешительному выводу – мы по-прежнему знаем о нём очень мало. Что мы знаем?
Защитные рефлексы организма контролируются продолговатым мозгом.
Все данные, которые получает мозг от рецепторов (зрительные - частично) поступают в таламус, который переводит и согласует информацию в виде нашего восприятия.
Весь режим нашей жизни – пульс, давлении, дыхание, температуру, желания,эмоции, реакцию на стресс контролирует гипоталамус.
Наша бодрость зависит от биоритма и метаболизма – за это отвечает эпиталамус.
Гипофиз – гормональная лаборатория, отвечающая за наше развитие и функционирование.
Левое полушарие головного мозга – это наша речь, логика и аналитика, а также абстракция.
Правое полушарие головного мозга – куча всевозможной информации о нашей жизни, включая прошлый опыт (опыт поколений) и творчество.
Мозжечок отвечает не только за координацию и положение в пространстве нашего тела, но и за автоматические, рефлекторные, осознанные действия и мышечный тонус.
Лобные доли мозга отвечают за принятие решения, осуществления выбора и планирование – самые трудные жизненные решения, а также фокусирует самокритику.
Префронтальная кора лобных долей – это наша мыслительная и моторная активность. Здесь создаются мыслительные схемы, планы и алгоритмы действий. Здесь нет границы - можно или нельзя. За своё неудачное поведение или поступок и последовавшее за ним наказание Вы можете благодарить именно этот отдел мозга. Аналитика, выбор и решение – таковы основные функции этого отдела.
Схематично такова структура инструмента профессионального обучения и интеллектуального роста.
А что память?
Весь мозг. Помните? - «Здесь – помню, там - не помню». Конкретного участка мозга, отвечающего за память нет. Память – это взаимодействие клеток мозга по ассоциативным связям, которые возникают в периоды обучения, формирования навыка и накопления профессионального опыта.
Эти процессы требуют значительных энергетических ресурсов, метаболического топлива. И Вы уже знаете, что этим топливом для мозга является кислород и глюкоза.
В хирургии необходимо знать и понимать: что ты делаешь и чем ты делаешь.
Для изучения хирургии предлагаю правила, инструкцию и советы по
использованию Вашего инструмента учёбы – мозга.