В этой части речь идет о переносе газов кровью: о значении физических факторов для переноса газов кровью, о роли давления газов в их переносе кровью, о кислородной емкости крови, о содержании газов в крови, о связывании кислорода кровью, о связывании углекислого газа кровью.
Перенос газов кровью.
Значение физических факторов для переноса газов кровью.
Растворение газов в жидкостях зависит от ряда факторов: от свойств самого газа, от свойств жидкости (концентрации в ней солей, ее температуры), от объема и давления газа над жидкостью.
Показателем растворимости газов служит коэффициент растворимости (или абсорбционный коэффициент). Его величина показывает тот объем газа, который растворяется в 1 см3 жидкости при температуре 0 градусов Цельсия и давлении 760 мм рт.ст.
Коэффициент растворимости газа тем больше, чем ниже температура; он уменьшается с повышением температуры и при температуре кипения равен нулю (газ из раствора весь испаряется). Коэффициент растворимости в крови для кислорода равен 0,022, для азота - 0,011, для углекислоты - 0,511.
В состоянии растворения в артериальной крови содержится 0,25 мл О2, 2,69 мл СО2 и 1,04 мл N.
Физическое растворение газов очень мало, а поэтому оно не имеет большого значения для их переноса кровью. Важным фактором переноса газов кровью является образование химических соединений с веществами плазмы крови и эритроцитов. Для установления химических связей и физического растворения газов важна величина давления газа над жидкостью.
Роль давления газов в их переносе кровью.
Поступление газа в жидкость зависит от его давления. Если над жидкостью находится смесь газов, то движение и растворение каждого из них зависят от его парциального давления. Парциальное давление можно рассчитать исходя из общего давления смеси газов и их процентного содержания.
Всю газовую смесь атмосферного воздуха принимают за 100%, он обладает давлением 760 мм рт.ст., а часть газа (О2 - 20,95%) принимают за X. Отсюда: X=(760х20,95):100=159,22 мм рт.ст. При расчете парциального давления газов в альвеолярном воздухе необходимо учитывать, что он насыщен водяными парами, давление которых составляет 47 мм рт.ст. Следовательно, на долю газовой смеси, входящей в состав альвеолярного воздуха приходится давления не 760 мм рт.ст., а 760-47=713 мм рт.ст. Это давление принимается за 100%.
Отсюда легко вычислить, что парциальное давление О2, который содержится в альвеолярном воздухе в количестве 14,3%, будет равно: (713х14,3):100=102 мм рт.ст.
Соответственный расчет парциального давления СО2 показывает, что оно равно 40 мм рт.ст.
Альвеолярный воздух контактирует с тонкими стенками легочных капилляров, по которым приходит к легким венозная кровь. Интенсивность обмена газов и направление их движения (из легких в кровь или из крови в легкие) зависят от парциального давления кислорода и углекислоты в газовой смеси в легких и в крови (давление газов в жидкостях называют их напряжением).
Напряжение кислорода в венозной крови равно 40 мм рт.ст., углекислоты - 46 мм рт.ст. Движение газов осуществляется от большего давления к меньшему. Следовательно. кислород будет поступать из легких (его парциальное давление в них равно 102 мм рт.ст.) в кровь (его напряжение в крови 400 мм рт.ст.) в альвеолярный воздух (давление 40 мм рт.ст.)
Кислородная емкость крови. Содержание газов в крови.
В крови кислород соединяется с гемоглобином и образует непрочное соединение - оксигемоглобин. Насыщение крови кислородом зависит от количества гемоглобина в крови. Максимальное количество кислорода, которое может поглотить 100 мл крови, называют кислородной емкостью крови. Известно, что в 100 г крови человека содержится 14% гемоглобина. Каждый грамм гемоглобина может связать 1,34 мл О2. Значит, 100 мл крови могут перенести 1,34х14%=19 мл (или 19 объемных процентов). Это и есть кислородная емкость крови.
Можно рассчитать степень насыщения крови кислородом. Для этого нужно разделить содержание кислорода исследуемой крови на ее кислородную емкость.
Связывание кислорода кровью.
В артериальной крови 0,25 объемного процента О2 находится в состоянии физического растворения в плазме, а остальные 18,75 объемного процента - в эритроцитах в связанном состоянии с гемоглобином в виде оксигемоглобина. Связь гемоглобина с кислородом зависит от величины напряжения газов: если оно увеличивается, гемоглобин присоединяет кислород и образуется оксигемоглобин (НВО2). При уменьшении напряжения кислорода оксигемоглобин распадается и отдает кислород. Кривую, отражающую зависимость насыщения гемоглобина кислородом от напряжения последнего, называют кривой диссоциации оксигемоглобина. Даже при небольшом парциальном давлении кислорода (40 мм рт.ст.) с ним связываются 75-80% гемоглобина. При давлении 80-90 мм рт.ст. гемоглобин почти полностью насыщается кислородом. В альвеолярном воздухе парциальное давление кислорода равно 120 мм рт.ст., поэтому кровь в легких будет полностью насыщена кислородом.
При рассмотрении кривой диссоциации оксигемоглобина можно заметить, что при уменьшении парциального давления кислорода оксигемоглобин подвергается диссоциации и отдает кислород. При нулевом давлении кислорода оксигемоглобин может отдать весь соединенный с ним кислород.
Свойство гемоглобина - легко насыщаться кислородом, даже при небольших давлениях, и легко его отдавать - очень важно.
Благодаря легкой отдаче гемоглобином кислорода при снижении парциального давления обеспечивается бесперебойное снабжение тканей кислородом, в которых вследствие постоянного потребления кислорода его парциальное давление равно нулю.
Распад оксигемоглобина на гемоглобин и кислород увеличивается с повышением температуры тела.
Диссоциация оксигемоглобина зависит от реакции среды плазмы крови. С увеличением кислотности крови возрастает диссоциация оксигемоглобина.
Связывание гемоглобина с кислородом в воде осуществляется быстро, но полного его насыщения не достигается, так же как не происходит полной отдачи кислорода при снижении его парциального давления. Более полное насыщение гемоглобина кислородом и полная его отдача при понижении напряжения кислорода происходят в растворах солей и в плазме крови.
Особое значение в связывании гемоглобина с кислородом имеет содержание СО2 в крови. Чем больше содержится углекислоты в крови, тем меньше связывается гемоглобин с кислородом и тем быстрее происходит диссоциация оксигемоглобина. Особенно резко понижается способность гемоглобина соединяться с кислородом при давлении СО2, равном 46 мм рт.ст. в венозной крови. Влияние СО2 на диссоциацию оксигемоглобина очень важно для переноса газов в легких и тканях.
В тканях содержится большое количество СО2 и других кислых продуктов распада, образующихся в результате обмена веществ. Переходя в артериальную кровь тканевых капилляров, они способствуют более быстрому распаду оксигемоглобина и отдаче кислорода тканям.
В легких же, по мере выделения СО2 из венозной крови в альвеолярный воздух. с уменьшением содержания СО2 в крови увеличивается способность гемоглобина соединяться с кислородом. Тем самым обеспечивается превращение венозной крови в артериальную.
Связывание углекислого газа кровью.
В артериальной крови содержится 50-52% СО2, а в венозной на 5-6% больше - 55-58%. из них 2,5-2,7 объемного процента в состоянии физического растворения, а остальная часть СО2 переносится в виде солей угольной кислоты: бикарбоната натрия (NaHCO3) в плазме и бикарбоната калия (KHCO3) - в эритроцитах. Часть углекислого газа (от 10 до 20 объемных процентов) может транспортироваться в виде соединений с аминогруппой гемоглобина - карбгемоглобина.
Из всего количества СО2 большая его часть (2/3) переносится плазмой крови.
Одной из важнейших реакций, обеспечивающих транспорт СО2, является образование угольной кислоты из СО2 и Н2О:
H2O+CO2↔H2CO3
Такая реакция в крови ускоряется приблизительно в 20 000 раз. Большая скорость этой реакции обеспечивается ферментом карбоангидразой. При увеличении содержания СО2 в крови (что бывает в тканях) фермент способствует гидратации СО2 и реакция идет в сторону образования Н2СО3. При уменьшении парциального напряжения СО2 в крови (что имеет место в легких) фермент карбоангидраза способствует дегидратации Н2СО3 и реакция идет в сторону образования СО2 и Н2О. Это обеспечивает наиболее быструю отдачу СО2 в альвеолярный воздух.
Связывание СО2 кровью, так же как и кислорода, зависит от парциального давления. Можно построить кривые диссоциации углекислоты, отложив на оси абсцисс парциальное давление СО2, а на оси ординат - количество связанного углекислого газа в объемных процентах. Кривая показывает, что связывание СО2 кровью увеличивается по мере возрастания его парциального давления.
При парциальном напряжении СО2, равном 40 мм рт.ст. (что соответствует его напряжению в артериальной крови), в крови содержится 52% углекислоты. При напряжении СО2, равном 46 мм рт.ст. (что соответствует напряжению в венозной крови), содержание СО2 возрастает до 58%.
На связывание СО2 кровью влияет присутствие оксигемоглобина в крови. Эту зависимость можно проследить при переходе артериальной крови в венозную. Сравнение нижней кривой и верхней НА РИСУНКЕ
показывает, что при превращении артериальной крови в венозную солями гемоглобина отдается кислород и тем самым облегчается ее насыщение углекислым газом. При этом содержание СО2 в ней увеличивается на 6%: с 52% до 58%.
В сосудах легких образование оксигемоглобина способствует отдаче СО2, содержание которого при превращении венозной крови в артериальную уменьшается с 58 до 52 объемных процентов. В присутствии кислорода из крови удаляется весь СО2 при его нулевом напряжении в окружающей среде. В присутствии азота, даже при нулевом напряжении СО2 в окружающей среде, часть его остается связанным с кровью.
