Перемещение газов в организме на основе чисто физических закономерностей. За счет диффузии.
Процесс диффузии определяется рядом факторов:
Градиент давление Ра-Рв определяет направленность процесса. Интенсивность процесс в прямой пропорции от площади мембраны S через которую дите диффузия и обратнопропорционально расстоянию. Lав. Коэффициент альфа – растворимость газов чем выше альфа тем лучше диффузия. К – коэффициент диффузии.
Толщина стенки альвеолы 1 мкм.. Суммарная площадь альвеол 100 м2. парциальное давление кислорода 102 мм рт. Напряжение О2 в венозной крови 400 мм рт. Эта разность давлений основная причина перемещения О2 из альвеолы в кровь. Насыщенная О2 кровь (оттекающая от альвеолы) – парциальное давление в ней 100 мм рт. она подходит к тканям где напряжение кислорода равно примерно 0 мм рт. И здесь градиент давления определяет движение О2 в ткани.
Причина направленного движения СО2 так же определяется градиентом давления. СО2 образуется в тканях его напряжение там примерно 60 мм рт. В артериальной крови РСО2 = 40 мм рт, поэтому СО2 из ткани поступает в кровь. При этом РСО2 в оттекающей от ткани крови возрастает до 50 мм рт. Это кровь поступает в легкие. В альвеолярном воздухе РСО2 = 40 мм. Рт, поэтому из крови СО2 начинает поступать в альвеолярное пространство.
Когда мы говорим о газе в смеси газов, то применяем термин парциальное давление (часть общего давления этого газа в смеси и зависящая от его процентного содержания). Напряжение газа – термин применяют когда говорят о растворенных в жидкости газах.
Механизм транспорта газов кровью.
Кислород транспортируется:
1. в физически растворенном состоянии (плохо растворим) в 100 мл крови 0,3 мл О2 (около 2%).
2. в химически связанном виде, в соединении с гемоглобином в 100 мл крови в химически связанном состоянии переносится 20 мл кислорода О2+Нв→НвО2.
Один грамм гемоглобина связывает 1,34 мл О2 зная эту величину можно вычислить кислородную емкость крови (КЕК) тот объем О2 который транспортируется 1 литром крови. В 1 литре крови 167 г гемоглобина (мах). 167*1,34=190 мл О2. Оксигемоглобин нестойкое соединение, поскольку не происходит истинного окисления гемоглобина т.к. двухвалентное железо не меняет своей валентности. Гемоглобин узнает когда отдавать или присоединять О2 в зависимости от парциального давления, напряжения кислорода в среде.
В альвеолярном воздухе рО2 = 102 мм рт. При этом происходит максимальное связывание О2 с гемоглобином, и наоборот при снижении рО2 оксигемоглобин начинает разрушаться отдавая О2. Закономерность образования оксигемоглобина хорошо видна на кривой диссоциации гемоглобина
Напряжение полунасыщения(разрядки) – напряжение О2 при котором насыщение гемоглобина кислородом составляет 50%. В норме это приблизительно 30 мл рт ст.
Напряжение насыщения – напряжение О2 при котором насыщение составляет 90% (80 мм рт).
Напряжение разрядки является показателем сродства гемоглобина к кислороду при определенных условиях может повышается или понижаться(при повышении t, уменьшении рН крови, при увеличении напряжения СО2). На сродство влияет наличие фермента 2,3 ди-фосфоглицерата в эритроцитах. При мах насыщении крови оксигемоглобином она насыщается до 98% (не до 100%). Причем от 80 до 102 мм рт %-насыщения мах и практически мало меняется – наблюдается на графике «плато».
Эффект плато позволяет не менять режимов дыхания человеку в условиях изменения барометрического давления связанного с погодой и при подъеме в горы на 1-3 километра более 3 километров и до 7 километров – компенсация снижения диссоциации оксигемоглобина происходит за счет учащения дыхания, подключения депо крови, усилением синтеза гемоглобина.
Транспорт СО2
Транспортируется в физически растворенном состоянии ≈ 2 мл, в виде карбогемоглобина ≈ 15 мл (в соединении с гемоглобином) СО2+Нв→НвСО2.
Это соединение не путать с карбоксигемоглобином – соединение гемоглобина с угарным газом СО. 85% СО2 транспортируется в форме аниона НСО3 - это основная форма транспорта СО2 крови.
| Ткань | Кровь | эритроциты |
| СО2→ О2 | СО2→ ←О2 | СО2+Н2О→Н2СО3 распадается на НСО3- и Н*→ Нв→ННв ←НвО2 |
СО2 образуется в тканях и его напряжение 60 мм рт и он диффундирует в кровь, затем из крови (плазмы) он проникает внутрь эритроцита где взаимодействуя с Н2О образуется угольная кислота. Почему не в плазме, а в эритроците эта реакция? В эритроците есть фермент карбоангидраза, который ускоряет в 20 000 раз эту реакцию. Это скорость важна поскольку эритроцит в капилляре находится 1 секунду и должен успеть «схватить» весь СО2 ткани.
Как только образовалась Н2СО3 начинается немедленная диссоциация Н и НСО3. Концентрация НСО3 нарастает и она начинает диффундировать в плазму и с током крови поступает в легкие в виде бикарбонатов. Эти реакции сопряжения с реакцией отдачи оксигемоглобином кислорода. Избыток водородных ионов нейтрализуется редуцированным гемоглобином (при этом образуется слабая легко диссоциирующая кислота ННв.
В легких происходят прямо противоположные процессы – все то же самое, но стрелки направлены в другую сторону и в схеме ткань поменять на легкие. В легких в присутствии фермента карбоангидразы опять происходит резкое ускорение распада угольной кислоты.
У новорожденного в первые дни после рождения наблюдается высокая КЕК по сравнению со взрослыми. У новорожденых 25 мл у взрослых 19-21 за счет фетального гемоглобина. Через несколько дней после разрушения фетального гемоглобина в крови ребенка 1 года несколько месяцев наблюдается пониженное содержание О2 и СО2 в крови в 4 месяца 15,5 мл О2; СО2 – 38,6 мл. У взрослых соответственно 19-21 и 52.
Регуляция дыхания.