Повышение кислородной емкости крови. Транспорт кислорода кровью. Кривая диссоциации оксигемоглобина, ее характеристика. Кислородная емкость крови. Роль давления газов в их переносе кровью

Кровообращение выполняет одну из важнейших функций переноса кислорода от легких к тканям, а углекислого газа - от тканей к легким. Потребление кислорода клетками тканей может изменяться в значительных пределах, например при переходе от состояния покоя к физической нагрузке и наоборот. В связи с этим кровь должна обладать большими резервами, необходимыми для увеличения ее способности переносить кислород от легких к тканям, а углекислый газ в обратном направлении.

Транспорт кислорода.

При 37 С растворимость 02 в жидкости составляет 0,225 мл л-1 кПа-1 (0,03 мл/л/мм рт. ст.). В условиях нормального парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе, т. е. 13,3 кПа или 100 мм рт.ст., 1 л плазмы крови может переносить только 3 мл 02, что недостаточно для жизнедеятельности организма в целом. В покое в организме человека за минуту потребляется примерно 250 мл кислорода. Чтобы тканям получить такое количество кислорода в физически растворенном состоянии, сердце должно перекачивать за минуту огромное количество крови. В эволюции живых существ проблема транспорта кислорода была более эффективно решена за счет обратимой химической реакции с гемоглобином эритроцитов. Кислород переносится кровью от легких к тканям организма молекулами гемоглобина, которые содержатся в эритроцитах.

Гемоглобин способен захватывать кислород из альвеолярного воздуха (соединение называется ок-сигемоглобином) и освобождать необходимое количество кислорода в тканях. Особенностью химической реакции кислорода с гемоглобином является то, что количество связанного кислорода ограничено количеством молекул гемоглобина в эритроцитах крови. Молекула гемоглобина имеет 4 места связывания с кислородом, которые взаимодействуют таким образом, что зависимость между парциальным давлением кислорода и количеством переносимого кислорода с кровью имеет S-образную форму, которая носит название кривой насыщения или диссоциации оксигемоглобина (рис. 10.18). При парциальном давлении кислорода 10 мм рт. ст. насыщение гемоглобина кислородом составляет примерно 10 %, а при Р02 30 мм рт. ст. - 50-60 %. При дальнейшем увеличении парциального давления кислорода от 40 мм рт. ст. до 60 мм рт. ст. происходит уменьшение крутизны кривой диссоциации оксигемоглобина и процент его насыщения кислородом возрастает в диапазоне от 70-75 до 90 % соответственно. Затем кривая диссоциации оксигемоглобина начинает занимать практически горизонтальное положение, поскольку увеличение парциального давления кислорода с 60 до 80 мм рт. ст. вызывает прирост насыщения гемоглобина кислородом на 6 %. В диапазоне от 80 до 100 мм рт. ст. процент образования оксигемоглобина составляет порядка 2. В результате кривая диссоциации оксигемоглобина переходит в горизонтальную линию и процент насыщения гемоглобина кислородом достигает предела, т. е. 100. Насыщение гемоглобина кислородом под влиянием Р02 характеризует своеобразный молекулярный «аппетит» этого соединения к кислороду.

Значительная крутизна кривой насыщения гемоглобина кислородом в диапазоне парциального давления от 20 до 40 мм рт. ст. способствует тому, что в ткани организма значительное количество кислорода может диффундировать из крови в условиях фадиента его парциального давления между кровью и клетками тканей (не менее 20 мм рт. ст.). Незначительный процент насыщения гемоглобина кислородом в диапазоне его парциального давления от 80 до 100 мм рт. ст. способствует тому, что человек без риска снижения насыщения артериальной крови кислородом может перемещаться в диапазоне высот над уровнем моря до 2000 м.

Общие запасы кислорода в организме обусловлены его количеством, находящимся в связанном состоянии с ионами Fe2+ в составе органических молекул гемоглобина эритроцитов и миоглобина мышечных клеток.

Один грамм гемоглобина связывает 1,34 мл 02. Поэтому в норме при концентрации гемоглобина 150 г/л каждые 100 мл крови могут переносить 20,0 мл 02.

Количество 02, которое может связаться с гемоглобином эритроцитов крови при насыщении 100 % его количества, называется кислородной емкостью гемоглобина . Другим показателем дыхательной функции крови является содержание 02 в крови (кислородная емкость крови ), которое отражает его истинное количество, как связанного с гемоглобином, так и физически растворенного в плазме. Поскольку в норме артериальная кровь насыщена кислородом на 97 %, то в 100 мл артериальной крови содержится примерно 19,4 мл 02.

Максимальное количество кислорода, обратимо связанное кровью; выражается в объемных процентах; зависит от концентрации в крови гемоглобина. Кислородная емкость крови человека ок. 18 20% … Большой Энциклопедический словарь

кислородная емкость крови - максимальное количество кислорода, которое может быть связано в 100 мл крови … Большой медицинский словарь

кислородная ёмкость крови - максимальное количество кислорода, обратимо связанное кровью; выражается в объёмных процентах; зависит от концентрации в крови гемоглобина. Кислородная ёмкость человека около 18 20%. * * * КИСЛОРОДНАЯ ЕМКОСТЬ КРОВИ КИСЛОРОДНАЯ ЕМКОСТЬ КРОВИ,… … Энциклопедический словарь

Кислородная терапия - I Кислородная терапия (греч. therapeia лечение; синоним оксигенотерапия) применение кислорода с лечебной целью. Используется главным образом для лечения гипоксии при различных формах острой и хронической дыхательной недостаточности, реже для… … Медицинская энциклопедия

Гипоксия - I Гипоксия (hypoxia; греч. hypo + лат. oxy кислород; синоним: кислородное голодание, кислородная недостаточность) патологический процесс, возникающий при недостаточном снабжении тканей организма кислородом или нарушении его утилизации в… … Медицинская энциклопедия

Газообмен - I Газообмен совокупность процессов обмена газов между организмом и окружающей средой; состоит в потреблении кислорода и выделении углекислого газа с незначительными количествами газообразных продуктов и паров воды. Интенсивность Г.… … Медицинская энциклопедия

Семейство Скумбриевые (Scombridae) - Скумбриевидные хорошо обособленный подотряд, все представители которого обитают в море и ведут пелагический образ жизни, не будучи связанными с дном ни в каком периоде жизненного цикла. Они характеризуются удлиненным веретеновидным телом … Биологическая энциклопедия

Обыкновенный тунец - (Thunnus thynnus) см. также СЕМЕЙСТВО СКУМБРИЕВЫЕ (SCOMBRIDAE) Обыкновенный тунец очень крупная рыба, достигающая в длину 3 м и массы около 560 кг. У этого великана толстое, почти круглое в поперечном сечении, веретеновидное тело, резко… … Рыбы России. Справочник

Дыхательная недостаточность - I Дыхательная недостаточность патологическое состояние, при котором система внешнего дыхания не обеспечивает нормального газового состава крови, либо он обеспечивается только повышенной работой дыхания, проявляющейся одышкой. Это определение,… … Медицинская энциклопедия

Строение млекопитающих - Внешний облик млекопитающих многообразен. Это объясняется удивительным разнообразием свойственной им жизненной обстановки наземная поверхность, кроны деревьев, почва, вода, воздух. Очень сильно варьируют и размеры тела от 3, 8 см при… … Биологическая энциклопедия

При взаимодействии с кислородом гемоглобин не окисляется, а оксигенируется - присоединяет 02 без изменения валентности железа (Fe2+). Это возможно благодаря существованию в геме вблизи Fe2+ электростатического поля, которое не позволяет железу простетической группы отдавать электрон и превращаться в Fe3+, т.е. окисляться.

У новорожденных первых дней жизни концентрация гемоглобина максимально высокая, в среднем она составляет 185 г/л. К 3-6-му месяцу количество гемоглобина в крови ребенка снижается (до 115 г/л). В последующие периоды (до 18 лет) содержание гемоглобина в крови растет, достигая у девушек 135 г/л, а у юношей 145 г/л.

В 1 л крови взрослого человека содержится 140-160 г гемоглобина. Один грамм гемоглобина связывает 1,34 мл 0 2 (коэффициент Гюфнера). Следовательно, в 5 л цельной крови здорового человека содержится около 1000 мл 0 2 (у мужчин больше, чем у женщин). При такой кислородной емкости крови человек способен на несколько минут приостановить внешнее дыхание без каких-либо отрицательных последствий для жизнедеятельности организма.

Насыщение гемоглобина кислородом происходит в микрососудах легких, а его деоксигенация - в тканях. На рис. 4.1.11 представлен график зависимости насыщения гемоглобина кислородом (НЬ0 2) от изменения напряжения газа (Р 02) в крови.

Рис. 4.1.11 . Зависимость насыщения гемоглобина от парциального давления кислорода (мм рт. ст.) в среде (о). Сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина в зависимости от напряжения С0 2 в крови (б)

При превышении напряжения газа 25 мм рт. ст. кровь насыщается кислородом на 50% (Р5о0 2). Если напряжение кислорода в среде увеличивается до 60 мм рт. ст., гемоглобин оксигенируется практически полностью (более чем на 90%). Однако даже при вдыхании чистого кислорода никогда не может быть достигнуто 100%-ного насыщения крови в артериях. Это связано с тем, что в левое предсердие впадает кровь, оттекающая по бронхиальным венам, кроме того, некоторое количество альвеол в легких постоянно (перманентно) находятся в нефункционирующем состоянии (физиологический шунт).

Диффузия 0 2 из крови, как и в легких, в капиллярах периферических тканей происходит в радиальном направлении и по градиенту концентрации (рис. 4.1.12). При прохождении крови через капилляры тканей напряжение кислорода (Р 02) снижается до 40 мм рт. ст., а насыщение гемоглобина кислородом (НЬ0 2) - до 75%.

Рис. 4.1.12.

Потребление кислорода клетками тканей отражает разница между поступившим количеством 0 2 в виде НЬ0 2 и оставшимся НЬ0 2 в венозной крови. В покое каждые 1000 мл крови доставляют от легких к тканям около 50 мл 0 2 . Однако в тканевых капиллярах диссоциирует не весь НЬ0 2 , поскольку напряжение кислорода в функционирующих клетках никогда не снижается до нулевых значений. Интенсивность экстракции газа из артериальной крови в капиллярах характеризует коэффициент использования (утилизации) кислорода. Этот показатель отражает долю объема кислорода, которую отдает артериальная кровь при прохождении через капилляры тканей. В состоянии покоя коэффициент утилизации кислорода составляет около 25%. Во время тяжелой работы интенсивность извлечения кислорода из артериальной крови в работающие мышцы резко возрастает, отражением чего является увеличение коэффициента утилизации кислорода до 75-85%.

Общее потребление кислорода в пересчете на единицу массы тела (1 кг) у детей больше, чем у взрослых. Это связано с более высокой интенсивностью обмена веществ в детском организме, особенно в период максимальной двигательной активности. Так, у детей 1 года потребление кислорода составляет около 7,5-8 мл/мин/кг, а к 6 годам оно достигает максимальной величины - 9,2 мл/мин/кг. В школьном и подростковом возрасте интенсивность обменных процессов снижается, а величина потребления кислорода к 18 годам достигает значений, характерных для взрослых, - 4,5 мл/мин/кг.

Кровь - густая жидкость красного цвета, состоящая из плазмы и форменных элементов .

Основные форменные элементы:

• эритроциты - осуществляют транспортировку кислорода к органам и тканям;
• лейкоциты - ответственны за фагоцитоз, иммунные процессы, пирогенные реакции;
• тромбоциты - участвуют в процессах свертывания крови.

Плазма составляет бОльшую часть объема циркулирующей крови, и представляет собой коллоидно-электролитно-белковый раствор, в котором взвешены форменные элементы. Белок плазмы обеспечивает значительную часть коллоидно-осмотического давления крови, а такие белки, как альбумины, связывают лекарственные вещества, токсины и транспортируют их к местам разрушения.

В зависимости от градиента скорости кровотока изменяется вязкость крови (или текучесть - величина, обратная вязкости). Например, при сахарном диабете вязкость крови возрастает на 20% (соответственно, на 20% уменьшается текучесть). Основной причиной снижения текучести крови является увеличение гематокрита и возрастание концентрации глобулинов и фибриногена. Текучесть крови зависит от физико-химических свойств форменных элементов.

Основные показатели крови:

• плотность: 1,055..1,065;
• объем крови составляет около 8% от массы тела;
• гематокрит (соотношение объемов эритроцитов и плазмы): мужчины - 0,40..0,48; женщины - 0,36..0,42.

Кислородно-транспортная функция крови

Кислородно-транспортная функция крови возможна благодаря наличию гемоглобина , а также разности парциального давления газов на этапе их транспортировки. В условиях покоя организм человека потребляет в течение 1 минуты порядка 250 мл кислорода (при высоких физических нагрузках этот показатель увеличивается на порядок). Рассмотрим механизм доставки кислорода к тканям.

Кислород в крови находится в двух видах: химически связанный с гемоглобином, и физически растворенный в плазме. Опуская несложные расчеты, можно сказать, что кислород, растворенный в плазме крови, составляет порядка 3% от минимальной потребности организма (250 мл/мин). Эта величина настолько мала, что ею в дальнейшем можно пренебречь, и не принимать во внимание значение растворенного кислорода для жизнедеятельности организма.

Поскольку гемоглобин является единственным реальным переносчиком кислорода, то дальнейшие расчеты будут связаны с молекулой гемоглобина, которая состоит из 4 полипептидных цепей, каждая из которых в свою очередь связана с гемом - сложным небелковым соединением, содержащим железо. Когда кислород присоединяется к гемоглобину, последний превращается в оксигемоглобин. Несложно догадаться, что объем переносимого кислорода зависит от кислородной емкости гемоглобина и общего количества гемоглобина, содержащегося в циркулирующей крови.

Кислородная емкость крови - количество кислорода, одномоментно находящегося в связанном виде с гемоглобином в артериальной крови.

Максимальная кислородоемкость 1 г гемоглобина составляет 1,34 мл. Например, при концентрации гемоглобина 150 г/л получается 201 мл связанного кислорода на один литр крови (20,1% по объему) - это и есть величина кислородной емкости крови. В реальных условиях артериальная емкость в крови в норме составляет 18..19%, венозной - 12..14%. Артериовенозная разница по кислороду в норме равна 5..6% по объему. Это значит, что в нормальных условиях наш организм утилизирует порядка 1/4 кислорода, имеющегося в артериальной крови. Остальные 3/4 составляют запас прочности организма по кислороду.

Уровень насыщения гемоглобина кислородом зависит не только от суммарного количества гемоглобина, но и от:

• парциального давления кислорода в крови;
• pH внутренней среды;
• температуры тела.

Графическая зависимость между уровнем насыщения гемоглобина кислородом и парциальным давлением кислорода в крови называется кривой диссоциации оксигемоглобина (КДО). КДО отражает степень насыщения гемоглобина кислородом и носит характер S-образной кривой. Такой характер кривой обеспечивает возможность адекватного насыщения крови при изменениях парциального давления кислорода в крови в широких пределах.

КДО также зависит от pH - чем дальше от легких, тем pH тканей становится меньше (накопление избытка углекислого газа, отсюда - закисление), что уменьшает сродство гемоглобина к кислороду, поэтому артериальная кровь легко отдает кислород тканям на уровне системы микроциркуляции. Обратным током венозная кровь попадает в сеть легочных капилляров, в которых pH значительно выше, чем в венозной сети, вследствие чего сродство гемоглобина к кислороду восстанавливается, и процесс переноса кислорода возобновляется.

КДО также зависит от температуры тела - чем выше температура, тем меньше сродство гемоглобина к кислороду. Этот факт объясняет причину возникновения признаков острой дыхательной недостаточности у больных с высокой температурой тела.

Кроме вышеуказанных факторов на транспортную функцию кислорода существенно влияет внутриклеточный органический фосфат (2,3-дифосфоглицерат - 2,3-ДФГ), который непосредственно образуется в эритроцитах, находится в гемоглобине и влияет на его сродство к кислороду: повышение уровня 2,3-ДФГ в эритроцитах уменьшает сродство, и наоборот.

Недостаток кислорода в крови в состоянии компенсировать увеличение минутного объема кровообращения.

Транспорт углекислого газа

В состоянии покоя в течение 1 минуты в тканях образуется и выделяется легкими порядка 180 мл углекислого газа, который является конечным продуктом аэробного гликолиза. Углекислый газ образуется в клетках, реагирует с водой, образуя угольную кислоту, которая диссоциирует на ионы водорода и HCO 3- , после чего углекислота диффундирует через клеточные мембраны и попадает в венозную кровь.

Каким образом углекислый газ выводится из организма?

Основное количество углекислого газа (более 80%) транспортируется из тканей к легким в форме бикарбоната - оксигенированный гемоглобин является более сильной кислотой, чем деоксигенированный, благодаря чему обеспечивается связывание углекислого газа в тканевых капиллярах и его освобождение в легочных. Остальной углекислый газ переносится плазмой крови (6..7%), и в виде карбаминовой формы (3..10%).

Показатели газов крови

Для того, чтобы максимально точно определить содержание газов в крови необходимо одновременное исследование артериальной, венозной и капиллярной крови. Однако, при отсутствии существенных нарушений газообмена, о состоянии газов можно судить по артериализированной капиллярной крови, которая берется после 5-ти минутного разогрева (растирания) мочки уха или пальца кисти. Исследование содержания газов в крови проводят при помощи специализированных анализаторов микрометодом Аструппа.

Нормальные показатели газов крови у лиц молодого и среднего возраста (у лиц старшего возраста происходит снижение последних двух показателей):

Сердце

Основная функция сердечной мышцы - осуществление постоянного кровотока. Зависит от состояния эндокарда, миокарда, перикарда, клапанного механизма, частоты сердечных сокращений и ритма.

На уровне капилляров движущей силой обмена веществ является гидродинамическое и коллоидно-осмотическое давление.

Постоянство плазмы крови и межклеточной жидкости обеспечивает лимфатическая система. Ее объем около 2 л, а скорость лимфотока - 0,5..1 мл/сек.

ВНИМАНИЕ! Информация, представленная сайте сайт носит справочный характер. Администрация сайта не несет ответственности за возможные негативные последствия в случае приема каких-либо лекарств или процедур без назначения врача!

Соединения гемоглобина с газами.

Миоглобин.

Помощь при отравлении угарным газом.

Патологические соединения гемоглобина с кислородом.

При действии сильных окислителей Fe 2+ переходит в Fe 3+ - это прочное соединение метгемоглобин. При накоплении его в крови наступает смерть.

Соединение гемоглобина с СО 2

называется карбгемоглобин (HbCO 2). В артериальной крови его содержится 52об% или 520 мл/л. В венозной – 580 об% или 580 мл/л.

Патологическое соединение гемоглобина с СО называется карбоксигемоглобин (HbCO). Присутствие в воздухе даже 0,1% СО превращает 80% гемоглобина в карбоксигемоглобин. Соединение стойкое. При обычных условиях распадается очень медленно.

1)обеспечить доступ кислорода

2) вдыхание чистого кислорода увеличивает скорость распада карбоксигемоглобина в 20 раз.

Это гемоглобин, содержащийся в мышцах и миокарде. Обеспечивает потребности в кислороде при сокращении с прекращением кровотока (статические напряжение скелетных мышц).

Соединения гемоглобина с кислородом называется оксигемоглобином (HbO 2), обеспечивает алый цвет артериальной крови.

Это количество кислорода, которое может связать 100г крови. Известно, что один г. гемоглобина связывает 1,34 мл О 2 . КЕК = Hb∙1,34 . Для артериальной крови КЕК = 18 – 20 об% или 180 – 200 мл/л крови.

Кислородная емкость зависит от:

1) количества гемоглобина.

2) температуры крови (при нагревании крови снижается)

3) рН (при закислении снижается)

3.Рефлекторные влияния на дыхание с рецепторов легких, воздухоностных путей и дыхательных мышц. Хеморецепторы и их роль в регуляции дыхания(артериальные и центральные хеморецепторы).

Для нормальной работы дыхательных нейронов, правильного чередования вдоха – выдоха необходима импульсация:

1) с хеморецепторов центральных и периферических;

2) с механорецепторов:

а) ирритантных воздухоносных путей;

б) рецепторного растяжения легких.

3) с проприорецепторов дыхательных мышц.

Рефлексы с хеморецепторов.

Деятельность дыхательного центра, его инспираторных нейронов зависит в значительной степени от содержания в крови СО 2 , Н + , в меньшей степени от содержания О 2 . Эти факторы усиливают деятельность дыхательного центра, воздействуя на центральные и периферические хеморецепторы.

Периферические или артериальные – в дуге аорты и каротидных синусах возбуждаются через 3 – 5с.

Аортальные при снижении РО 2 до 80 – 20мм рт ст., вызывают учащение сердцебиений, гипоксический стимул.

Каротидные – при повышении СО 2 (гиперкапнический стимул) и Н + (ацидотический стимул) – обеспечивают увеличение частоты дыхания.

Центральные (медуллярные) рецепторы обнаружены в продолговатом мозге. Реагируют на Н + и концентрацию СО 2 во внеклеточной жидкости. Возбуждаются позже периферических, оказывают более сильное и длительное влияние на ДЦ, чем периферические каротидные.

> СО 2 , > Н 2 увеличивают легочную вентиляцию за счет увеличения ЧД и ДО.

Рефлексы с механорецепторов .

Механорецепторы дыхательной системы выполняют 2 функции:

1) регуляция глубины и длительности вдоха, смена его выдохом;

2) обеспечивают защитные дыхательные рефлексы.

Роль рецепторов растяжения легких.

Они локализованы в гладкомышечном слое стенок трахеобронхиального дерева. Возбуждаются при растяжении дыхательных путей и легких при вдохе.

Афферентные сигналы идут по волокнам блуждающего нерва.

Итог возбуждения – торможение вдоха и его смена выдохом (рефлекс Геринга – Брейера).

Выключение информации с рецепторов растяжения приводит к углубленным, затянутым вдохам, как и при нарушении связей с пневмотоксическим центром. Если прекратить связь с рецепторами растяжения и ПТЦ, то дыхание останавливается на вдохе, иногда прерываясь короткими экспирациями – апнейзис.

Ирритантные рецепторы (механо и хемочувствительные) расположены в эпителиальном и субэпителиальном слоях стенок воздухоносных путей.

Ирритационные рецепторы возбуждаются:

1) резким изменением объема легких. Участвуют в формировании рефлекса на спадение бронхов – бронхокострикцию ;

2) возбуждаются при неравномерной вентиляции легких – обеспечивает «вздохи» 3 раза в час для улучшения вентиляции и расправления легких;

3) возбуждаются при снижении растяжимости легочной ткани при бронхиальной астме, отеке легких, пневмотораксе, застое крови в малом круге кровообращения, вызывая характерную одышку и чувство жжения, першения в горле.

4) возбуждаются пылевыми частицами и накапливающейся слизью – защитные рефлексы. Если ирритантные рецепторы трахеи – кашель; бронхов увеличивается частота дыхания.

5) возбуждаются хеморецепторы при действии паров едких веществ (аммиак, эфир, табачный дым и т. д.).

6) есть J – рецепторы в интерстиции легких, реагируют на гистамин, простагландин – в ответ частое, поверхностное дыхание (тахипное).

Рефлексы с проприорецепторов дыхательных мышц .

В диафрагме их мало. Большое значение имеют проприорецепторы межреберных мышц и вспомогательные дыхательные мышцы:

1) возбуждаются если вдох или выдох затруднен, мышцы растянуты, в результате этого сокращение мышцы увеличивается (проприоцептивный рефлекс). Таким образом, автоматически регулируется сила сокращения дыхательных мышц при сужении бронхов, спазме голосовой щели, набухании слизистой дыхательных путей.

2) проприорецепторы дыхательных мышц возбуждаются при возбуждении γ – мотонейрона – например, произвольная регуляция дыхания.