Концентрация газа в альвеолах отличается от концентрации газов в атмосферном воздухе. Атмосферный воздух содержит 20,94% кислорода, 0,03% двуокиси углерода, 79,03% азота. Воздух же в альвеолах содержит 14,2-14,6% кислорода, 5,5-5,7% двуокиси углерода и 80% азота.
Таблица 11 – Содержание и парциальное давление дыхательных газов
| Содержание газов | Парциальное давление | |||
| О2 | СО2 | О2 | СО2 | |
| Вдыхаемый воздух | 0,209 | 0,0003 | 150 мм рт.ст. | 0,2 мм рт.ст. |
| Альвеолярная смесь | 0,14 | 0,056 | 100 мм рт.ст. | 40 мм рт.ст. |
| Выдыхаемая смесь | 0,16 | 0,04 | 114 мм рт.ст. | 29 мм рт.ст. |
Газообмен между альвеолярным воздухом и кровью в легких осуществляется вследствие разности парциального давления О2 и СО2 в альвеолах и в крови. Каждый из газов переходит из области более высокого парциального давления в область более низкого давления. Парциальное давление СО2 в альвеолах (40 мм рт.ст.) меньше, чем в оплетающих их капиллярах (46 мм рт.ст.), поэтому газ переходит из капилляров в альвеолы, т.е СО2 удаляется из венозной крови в альвеолы и далее поступает в атмосферу. Парциальное давление О2 в альвеолах (более 100 мм рт.ст.) выше, чем в капиллярах легких (40 мм рт.ст.), этим и объясняется переход О2 из альвеол в капилляры легких. Эта разница в концентрациях как СО2, так и О2 имеет большое значение, так как определяет скорость газообмена в легких. Обмен газов между кровью и альвеолярным воздухом осуществляется через мембраны, образованные однослойным эпителием капилляров и альвеол. Время, в течение которого возможна диффузия при прохождении эритроцита через легочные капилляры, около 0,3 сек.
Транспорт газов кровью
Кислород к тканям и двуокись углерода от тканей переносятся кровью. Газы находятся в жидкости как в состоянии физического растворения, так и в химически связанном виде. В 100 мл артериальной крови растворено 3 мл свободного кислорода и 19 мл связано гемоглобином. Двуокиси углерода в 100 мл артериальной крови физически растворено 2,5 мл, а в химически связанной форме находится 50-52 мл, в венозной крови – 55-58 мл. В плазме большая часть СО2 содержится в форме солей угольной кислоты. Около 25-30% выделяемой в легких двуокиси углерода переносит гемоглобин. Количество оксигемоглобина в крови зависит от ряда условий. Так как интенсивно работающим тканям требуется кислород, то диссоциация оксигемоглобина будет тем интенсивнее, чем ниже в тканях парциальное давление О2, выше парциальное давление СО2 и чем больше водородных ионов в тканях.
|
|
Газообмен между кровью и тканями (тканевое дыхание)
Газообмен в тканях, как и в легких происходит вследствие разности парциального давления О2 и СО2 в капиллярах и в тканях. Ткани поглощают О2 и отдают СО2. Газы переходят из области большего давления в область меньшего. На интенсивность газообмена влияют длина капилляров, разница парциального давления, химический состав крови, скорость кровотока и т.д. От численности капилляров, их длины зависит диффузионная поверхность, через которую происходит газообмен между кровью и тканью. Чем интенсивнее обмен в какой-либо ткани, органе или системе органов, тем больше требуется О2. В этих органах плотность капилляров повышается. Так, в миокарде на каждое мышечное волокно приходится один капилляр, расстояние между ними составляет около 25 мкм. В коре головного мозга это расстояние равно примерно 40 мкм, а в скелетных мышцах – приблизительно 80 мкм.
|
|
При нарушениях газообмена в легких или при нарушении процессов транспорта кислорода к тканям в последних возникает состояние тканевой гипоксии – снижение парциального давления кислорода или тканевой аноксии – парциальное давление кислорода равно 0 мм.рт.ст.
Регуляция дыхания
Главная цель регуляции дыхания состоит в поддержании соответствия легочной вентиляции потребностям организма.
Нервная регуляция дыхания осуществляется дыхательным центром продолговатого мозга. Он обеспечивает непроизвольную регуляцию частоты и глубины дыхания, например, воздействие на холодовые, болевые и другие рецепторы может приостановить дыхание. Произвольная регуляция глубины и частоты дыхания осуществляется при участии коры больших полушарий. Так, например, мы можем произвольно ускорить или остановить дыхание.
Регуляция дыхания обеспечивается взаимодействием гуморальных и рефлекторных механизмов. Изменение концентрации СО2 в значительно большей степени влияет на процесс дыхания, чем изменение концентрации О2. Избыток двуокиси углерода ускоряет частоту и глубину дыхания, а недостаток – замедляет. В результате усиления вентиляции легких дыхание приостанавливается, т.к. концентрация двуокиси углерода в крови снижается. легких оту и глубину дыханияизменение концентрации Оизвольно ускорить или остановить дыхание.а
Выделительная система
К выделительной системе относятся почки, мочевой пузырь, мочеточники.
|
|
Почки
Почки – парный орган. Масса почки – 120 г. Они расположены симметрично по обе стороны позвоночного столба. Через почки выводятся из организма излишки воды и минеральных солей, аммиак, мочевина, мочевая кислота и некоторые другие вещества. Почки поддерживают постоянную величину рН крови, регулируют содержание гемоглобина в крови, а также артериальное давление.
Место входа в почку артерий, лимфатических сосудов и выхода мочеточника и вен называется почечными воротами. На поперечном разрезе почка состоит из коркового и мозгового вещества. Мозговое вещество образует почечные пирамидки, которые своим основанием примыкают к корковому веществу, а верхушкой обращены к почечной чашечке. Малые почечные чашечки переходят в почечную лоханку и далее в мочеточник.
Кровоснабжение почки осуществляется из почечной артерии, которая делится на большое количество мелких сосудов и, в конечном итоге. На приносящие клубочковые артериолы. Последние в нефроне разветвляются на капилляры клубочка. Далее они собираются в выносящую артериолу.
Структурной и функциональной единицей почки является нефрон. Каждая почка состоит из 1 млн. нефронов. Нефрон начинается клубочком, состоящим примерно из 50 капиллярных петель, образующих мальпигиев клубочек, погруженный в двустенную чашу – капсулу. Между стенками капсулы имеется полость, в которую фильтруется первичная моча. Первичная моча переходит в извитой каналец первого порядка, далее в петлю Генле, потом в извитой каналец второго порядка и заканчивается собирательной трубкой. По собирательной трубке вторичная моча поступает в почечную лоханку.
Этапы образования мочи
Образование мочи состоит из трех этапов: фильтрации, обратного всасывания (реабсорбция) и канальцевой секреции.
Из капилляров клубочков моча фильтруется через полупроницаемую мембрану капсулы. Она пропускает молекулы диаметром примерно до 100 ангстрем, поэтому крупномолекулярные вещества через мембрану не проходят. Неорганические и низкомолекулярные вещества (мочевина, мочевая кислота, глюкоза, аминокислоты и др.) свободно проходят через клубочковый фильтр. Фильтрация идет благодаря разнице давления, так как сосуд, приносящий кровь, имеет больший диаметр, чем выносящий сосуд. В течение суток через почки протекает около 1700 л крови, а количество первичной мочи составляет 170 л в сутки. Первичная моча по составу напоминает плазму крови, только без белков. Вторичной мочи в сутки выделяется 1-2 л, следовательно, обратно всасывается 168 л жидкости.
Обратное всасывание (реабсорбция) – это второй этап образования мочи. В канальцах вновь всасываются и поступают в кровь вода, глюкоза. Многие аминокислоты, витамины, большая часть ионов натрия, кальция, калия, хлора. В извитых канальцах первого порядка воды всасывается 40-45% от профильтровавшейся в клубочках, в петле Генле реабсорбируется 25-28%, в собирательных трубках – до 20%. Две части петли Генле, восходящая и нисходящая, действуют взаимосвязано. В нисходящей части петли происходит обратное всасывание воды благодаря разности осмотических давлений в межтканевой жидкости и внутри нисходящей части петли Генле. Переход воды из канальцев в межтканевую жидкость происходит потому. Что в межклеточной среде концентрация веществ выше, чем в капиллярах. А это различие поддерживается тем, что в восходящей части петли Генле происходит активный процесс всасывания ионов натрия. Восходящая часть петли Генле проницаема для натрия, но непроницаема для воды. В то же время нисходящая часть проницаема для воды, но непроницаема для натрия. Повышение концентрации мочи от нисходящей к восходящей части пели Генле в связи с всасыванием воды в нисходящей части петли Генле способствует переходу минеральных веществ из просвета канальцев восходящей части петли Генле в межтканевую жидкость. В собирательных трубках также происходит всасывание воды. В извитых канальцах регуляции яреабсорбции ионов происходит при участии гормонов коркового слоя надпочечников, в первую очередь альдостерона.
Удельный вес вторичной мочи – 1,012-1,020. С мочой выводится мочевина, мочевая кислота, аммиак, креатинин, индикан. У человека мочевина – главный продукт белкового распада.
Мочевой пузырь
По мочеточнику моча поступает в мочевой пузырь. Устья мочеточников расположены в углах основания мочевого пузыря. Различают тело, шейку, дно и верхушку мочевого пузыря. Его нижняя часть переходит в мочеиспускательный канал. Перистальтические волны сокращений, которые происходят в мочеточнике 1-5 раз в минуту, способствуют движению вторичной мочи по мочеточнику со скоростью 2-3 см/с. Перистальтика вызывается тем, что стенка мочеточника обладает автоматией. Вместимость мочевого пузыря – 250-500 мл. В нем накапливается моча. Спереди от мочевого пузыря находится симфиз – соединение костей таза, сзади располагается прямая кишка и у женщин – матка. Стенки мочевого пузыря утончаются при наполнении его жидкостью до 2-3 мм, а при опорожненном пузыре его толщина – около 1,5 см. Стенка мочевого пузыря состоит из слизистой оболочки, мышечной, в которую входят несколько слоев гладких мышц, и соединительнотканной оболочки. Средний слой гладких мышечных волокон в области шейки мочевого пузыря образует вокруг внутреннего отверстия мочеиспускательного канала мышцу – сжиматель мочевого пузыря. Из мочевого пузыря моча поступает в мочеиспускательный канал. У женщин длина мочеиспускательного канала 2,5-3,5 см, у мужчин – 16-22 см.
Регуляция работы почек
Регуляция водно-солевого обмена осуществляется преимущественно гуморальным путем, хотя определенную роль играет нервный механизм. При введении или выведении большого количества жидкости изменяется уровень осмотического давления крови, что в конечном итоге ведет к выделению или задержке жидкости в организме. Регуляция объема жидкости связана с наличием осморецепторов, воспринимающих уровень осмотического давления, и барорецепторов, контролирующих уровень артериального давления.
Осмотическое давление крови в основном регистрируется гипоталамусом. Осморецептивностью обладают клетки, секретирующие антидиуретический гормон. При недостаточном количестве поступающей в организм воды образуется антидиуретический гормон, который воздействует на клетки извитого канальца второго порядка и собирательных трубок, усиливая процесс обратного всасывания воды. В итоге, количество выделяемой вторичной мочи уменьшается. При недостаточности функции задней доли гипофиза процесс обратного всасывания резко уменьшается, и почки могут выводить за сутки до 20-25 л мочи.
Что касается нервной регуляции, которая имеет меньшее значение, то ее механизм сводится к уменьшению или увеличению просвета приносящих или выносящих артериол, вследствие чего меняется фильтрационное давление.
Обмен веществ и энергии
Обмен веществ и энергии (метаболизм) – совокупность протекающих в живых организмах биохимических превращений веществ и энергии, а также обмен веществами и энергией с окружающей средой. Метаболизм складывается из двух процессов – катаболизма и анаболизма.
Катаболизм (диссимиляция, энергетический обмен) – распад, расщепление органических веществ.
Анаболизм (ассимиляция, пластический обмен) – синтез органических веществ.
Интенсивность биохимических реакций, их скорость и четкая последовательность зависят как от наследственных, генетических факторов, так и от воздействия на них нервной и эндокринной систем.
Генетические механизмы регулируют непрерывный синтез веществ, необходимых организму, как в ходе индивидуального развития, так и в процессе жизнедеятельности взрослого организма. Эндокринная система контролирует метаболизм организма. Гормоны, образующиеся в железах внутренней секреции, изменяют интенсивность этапов биосинтеза белка. Громадная роль высшей нервной деятельности обусловлена тем, что различные стрессовые воздействия на организм, в том числе и психические стрессы, вызывают чрезмерные формы эмоционального реагирования. Периферические отделы нервной системы также влияют на обмен веществ в организме. Так, при перерезке нервов в денервированных тканях снижается синтез белков, наблюдается атрофия и т.д.
Основной обмен
Интенсивность процессов метаболизма в состоянии покоя и при условиях, требующих от организма повышенной активности, резко отличаются. В состоянии покоя организму необходимо строго определенное количество энергии для поддержания процессов жизнедеятельности. Под основным обменом понимается количество энергии, необходимое организму натощак (через 12-18 часов после последнего приема пищи) при температуре окружающей среды 16-180С. У взрослого человека средней массы тела и роста основной обмен составляет 1100-1700 ккал/сут., а в расчете на 1 м2 поверхности тела – около 900 ккал/сут. Энергетические затраты организма в состоянии покоя идут на поддержание уровня метаболизма, необходимого для работы дыхательной мускулатуры, сердца, мышечного тонуса, почек, печени и т.д., а также поддержание температуры тела.
Обмен белков
Среди органических веществ клетки белки стоят на первом месте как по количеству (10-12% от общей массы клетки), так и по значению. Белки представляют собой высокомолекулярные полимеры (с молекулярной массой от 6000 до 1 млн. и выше), мономерами которых являются аминокислоты. Живыми организмами используется 20 аминокислот, хотя их существует значительно больше.
По составу различают простые белки (протеины) и сложные (протеиды). Протеины состоят лишь из аминокислот, в то время как в состав протеидов входят белок и небелковая часть, которая называется простетической группой. Различают следующие формы простых белков – альбумины, глобулины, большое число которых находится в плазме крови, а также гистоны, которые связаны с нуклеиновыми кислотами в ядре. Склеропротеины – кератин волос, кожи, коллаген сухожилий и межклеточного вещества костной ткани, эластин связок. К протеидам относят – гликопротеиды, простетическая группа которых представлена углеводами и их производными (муцин – компонент слюны), нуклеопротеиды – простетической группой являются нуклеиновые кислоты (в составе хромосом, рибосом). К хромопротеидам относят гемоглобин, миоглобин. Белковая молекула может состоять из нескольких полипептидных цепей. По структуре белки могут быть фибриллярными и глобулярными.
По функциональному значению аминокислот, входящих в состав белка, их различают на незаменимые и заменимые аминокислоты. Незаменимыми называются такие, которые не образуются в организме. При отсутствии их в пище возникают патологические изменения. Примером незаменимых аминокислот у человека являются – лейцин, изолейцин, валин, фенилаланин, триптофан и др. Например, триптофан необходим для протекания беременности. Заменимые аминокислоты могут образовываться из других аминокислот.
В процессе расщепления белка образуются следующие азотистые продукты распада, выделяемые с мочой, фекалиями и потом – аммиак, мочевина и мочевая кислота. К продуктам распада белков относят также креатин и креатинин, выделяемые мочой. Таким образом, в процессе распада белка образуется азот.
Обмен углеводов
Углеводами называются вещества с общей формулой С п (Н2О) т, где п и т имеют разные значения. Все углеводы являются либо альдегидами, либо кетонами, в состав их молекул входят несколько гидроксильных групп. Химические свойства углеводов определяются именно этими группами. Альдегиды легко окисляются и поэтому являются сильными восстановителями.
Углеводы делятся на три основные класса – моносахариды, дисахариды и полисахариды. Моносахариды – это простые сахара. Их общая формула (СН2О) п, где п = 3-9. В зависимости от числа атомов углерода различают триозы, тетрозы, пентозы (рибоза, дезоксирибоза), гексозы (глюкоза, фруктоза, галактоза, манноза) и гептозы. Моносахариды важны как источник энергии, и используются для построения дисахаридов и полисахаридов. Дисахариды образуются в результате соединения двух моносахаридов, чаще гексоз. Связь между двумя моносахаридами называется гликозидной связью. Она обычно образуется между первым и четвертым углеродными атомами соседних моносахаридов. Этот процесс может повторяться, в результате чего образуются молекулы полисахаридов. Среди дисахаридов наиболее широко распространены мальтоза, лактоза, сахароза. Полисахариды образуются в результате соединения большого числа молекул моносахаридов (гексоз). Наибольшее биологическое значение имеют такие полисахариды как гликоген, крахмал, целлюлоза, хитин.
Обмен липидов
К ним относят простые, сложные липиды, стероиды и пигменты. К простым липидам относят воска. Это – сложные эфиры жирных кислот и длинноцепочечных спиртов. Сложные липиды это такие вещества, которые кроме спирта и кислот имеют в своем составе и другие соединения, например. Гликолипиды. К стероидам относят половые гормоны (эстроген, прогестерон, тестостерон), аденокортикотропные гормоны(альдостерон, кортикостерон, кортизол), желчные кислоты, витамин D.
Витамины
Витамины – биологически активные вещества, синтезирующиеся в организме или поступающие с пищей, которые в малых количествах необходимы для нормального обмена веществ и жизнедеятельности организма.
Витамины – довольно простые органические соединения. По своей химической структуре они весьма различны. Они не могут синтезироваться организмом в достаточном количестве и поэтому должны поступать с пищей. Витамины абсолютно необходимы для нормального протекания метаболических процессов. Недостаточное поступление их в организм ведет к нарушению обмена веществ. При недостатке витамина возникает гиповитаминоз или авитаминоз, а при избытке гипервитаминоз. Гиповитаминоз или авитаминоз возникает при недостаточном их поступлении в организм или при нарушении всасывания веществ в кишечнике, при различных патологических процессах, или, если потребность в них повышается при беременности, росте.
Выделяют две основные группы витаминов: водорастворимые и жирорастворимые.
Водорастворимые витамины
Водорастворимые витамины легко растворяются в воде, к ним относят витамин С – аскорбиновая кислота, витамины группы В: тиамин – витамин В1, витамин В6 (пиродоксин), витамин В2 – рибофлавин, витамин В12 - кобаламин, витамин РР – ниацин и др.
Витамин С содержится в томатах, капусте, лимонах, апельсинах, черной смородине, перце, укропе, моркови, свекле, фасоли, картофеле. Аскорбиновая кислота участвует в окислительно-восстановительных процессах и активизирует расщепление белков.
Авитаминоз витамина С ведет к заболеванию, которое называется цингой. Оно проявляется в возникновении кровоизлияний в мышцах, коже, суставах, кровоточивостью и разрыхлением десен, расшатыванием и выпадением зубов. Это связано со снижением образования коллагена из проколлагена. Сосуды теряют эластические свойства, становятся более проницаемыми и ломкими. В ходе заболевания усиливается общая слабость, истощение. Понижается сопротивляемость организма к инфекционным заболеваниям.
Витамин В1. Большое его количество находится в дрожжах, проростках пшеницы, овсяной муке, грецких орехах, говяжьей печени, яичном желтке, бобах, почках, сердце. Витамин В1 участвует в химических реакциях тканевого обмена.
При авитаминозе возникает заболевание бери-бери. Главным признаком этого заболевания являются признаки полиневрита, т.е. воспалительные изменения нервных волокон. Происходит нарушение чувствительности, параличи. Морфологически обнаруживается дегенерация нервных волокон, миелиновых оболочек, задних столбов спинного мозга, дистрофические изменения в сердце, нарушается образование медиатора – ацетилхолина. Одновременно развивается гипофункция эндокринных желез, замедляется биосинтез белков.
Витамин В12. Основным источником витамина являются мясо, молоко, яйца, рыба, сыр. Витамин В12 участвует в синтезе нуклеиновых кислот.
При авитаминозе возникает злокачественная анемия. Это может быть связано с недостатком витамина в пище, нарушением всасывания в кишечнике, повышением расходования при беременности, нарушением депонирования витамина при поражении печени.
Жирорастворимые витамины
К ним относятся витамины А, Д, К, Е.
Витамин А (ретинол) содержится в жире печени трески, палтуса, печени крупного рогатого скота, в молоке и молочных продуктах, моркови, шпинате, абрикосах, крапиве.
Образуется витамин А из В-каротина – пигмента, который окрашивает морковь в оранжевый цвет. Он расщепляется надвое, и образует витамин.
При авитаминозе витамина А уменьшается содержание родопсина в фоторецепторах сетчатки – палочках. При недостатке витамина развивается куриная слепота, т.е. человек не может видеть в темноте в связи с тем, что функция палочек заключается в видении в сумеречном свете. Также при авитаминозе возникают изменения эпителиальной ткани. Кожа становится сухой, развивается сухость роговицы, ороговение эпителия, конъюнктивы глаза, помутнение и расплавление роговой оболочки. Происходят изменения эпителия дыхательных путей, почек, кишечника. Это может быть причиной возникновения пневмоний, циститов.
Витамин Д (эргокальцеферол). Источниками витамина Д являются рыбий жир, желток яйца, печень трески, молоко, маргарин.
Витамин Д образуется в коже под воздействием ультрафиолетовой радиации солнечного света. Он необходим для всасывания кальция в кишечнике и фиксации его в костной ткани, следовательно, для процессов костеобразования. В связи с чем в крови снижается количество кальция, а также фосфора, т.к. кальций связывает фосфор в кишечнике. Таким образом, витамин Д необходим для кальциево-фосфорного обмена в организме.
При недостатке витамина Д в пище у детей развивается заболевание, называемое рахитом. Рахит проявляется в искривлении костей ног, деформации Костей нижних конечностей, грудной клетки, поздним зарастанием родничков у детей. При рахите нарушается синтез лимонной кислоты, которая необходима для нормального использования кальция в костной ткани. Это является одним из основных механизмов нарушения обмена веществ при рахите.