Перенесення кисню кров'ю, медичний довідник
Перенесення кисню кров'ю
У спокої клітини нашого тіла споживають близько 300 л кисню на добу, або 250 мл у хвилину. При фізичних вправах або роботі потреба в ньому може зрости в 10-15 разів. Якби кисень, принесений кров'ю тканин, був просто розчинений в плазмі, крові потрібно було б циркулювати в організмі, навіть знаходиться в стані спокою, зі швидкістю 180 л в хвилину, щоб доставити достатню кількість етбго газу клітинам, так як кисень не особливо добре розчинний в плазмі. Насправді, коли людина відпочиває, кров циркулює зі швидкістю близько 5 л в хвилину і переносить весь кисень, необхідний клітинам. Різниця між 180 і5лв хвилину обумовлена функцією гемоглобіну.
Гемоглобін - це пігмент червоних кров'яних клітин, що здійснює перенесення майже всього кисню і здебільшого вуглекислоти. Кров, яка перебуває в рівновазі з альвеолярним повітрям, може містити в розчині тільки 0,25 мл кисню і 2,7 дл вуглекислоти на 100 мл, але завдяки гемоглобіну 100 мл крові можуть нести близько 20 мл кисню і 50-60 мл вуглекислоти.
Приблизно 2% кисню крові розчинено в плазмі, а решту кількість знаходиться в з'єднанні з гемоглобіном. Після того як кисень входить в кров легеневих капілярів, він дифундує з плазми в еритроцити і з'єднується з гемоглобіном - одна молекула кисню приєднується до однієї молекулі гемоглобіну з утворенням молекули оксігемо-глобіну
Стрілки показують, що ця реакція оборотна, т. Е. Вона може йти в будь-якому напрямку в залежності від умов. Гемоглобін, зрозуміло, приносив би організму мало користі, якби він міг тільки приймати кисень, але не віддавав би його там, де останній необхідний. У легких реакція йде зліва направо з утворенням оксигемоглобіну, а в тканинах - справа наліво зі звільненням кисню. Різний колір артеріальної і венозної крові обумовлений тим, що оксигемоглобін має яскраво-червоне забарвлення, а гемоглобін -пурпурную. З'єднання кисню з гемоглобіном і розщеплення оксигемоглобіну регулюється двома факторами: насамперед кількістю присутнього кисню і в меншій мірі - кількістю вуглекислоти. У легких концентрація кисню відносно висока, і там утворюється оксигемоглобін. Вийшовши з легких, кров проходить через серце і артерії, де концентрація кисню майже не змінюється, до тканин, які бідні киснем. Тут оксигемоглобін розщеплюється, звільняючи кисень, який дифундує в тканинні клітини.
Вуглекислота, з'єднуючись з водою, утворює вугільну кислоту Н2СО3; тому при підвищенні концентрації СО2 кислотність крові зростає. Здатність гемоглобіну переносити кисень при цьому зменшується; таким чином, з'єднання гемоглобіну з киснем частково регулюється кількістю СО2. Це створює надзвичайно ефективну систему перенесення. У капілярах тканин концентрація вуглекислоти висока; дію низької напруги О2 в поєднанні з дією високої напруги СО2 веде до звільнення кисню гемоглобіном. У капілярах легенів (або зябер у риб) напруга СО2 нижче, і під дією високої напруги О2 і низької напруги СО2 гемоглобін приєднує до еебе кисень.
Важливо пам'ятати, що чим більше в крові вуглекислоти, тим більше кислу реакцію має кров, а в кислому розчині здатність гемоглобіну переносити кисень знижена.
Напрямок та швидкість дифузії фактично визначаються парціальним тиском,
або напругою, даного газу. У газовій суміші кожен газ виробляє незалежно від інших газів те ж саме тиск, який він створював би один. На рівні моря, де загальний тиск повітря дорівнює 760 мм рт. ст. кисень створює г / т цього тиску, т. е. 150 мм рт. ст. Іншими словами, парціальний тиск (напруга) кисню в атмосфері дорівнює 150 мм рт. ст. Так як в альвеолярному повітрі кисню менше, ніж в атмосферному, то парціальний тиск кисню в альвеолах становить близько 105 мм рт. ст. Кров проходить через легеневі капіляри занадто швидко, щоб прийти в повну рівновагу з альвеолярним повітрям, так що тиск кисню в артеріальній крові трохи нижче - близько 100 мм рт. ст. Парціальний тиск кисню в тканинах коливається від 0 до 40 мм рт. ст .; тому кисень дифундує з капілярів в тканини. Однак з крові виходить не весь кисень, кров протікає через капіляри занадто швидко, щоб могло бути досягнуто повне рівновагу, і, крім того, тканини зазвичай містять залишковий кисень. У венозної крові, що повертається до легким, тиск кисню дорівнює близько 40 мм рт. ст. У артеріальної крові, де парціальний тиск кисню одно зазвичай 100 мм рт. ст. на кожні 100 мл крові припадає близько 19 мл кисню. При напрузі О2, властивому венозної крові (40 мм рт. Ст.), В кожних 100 мл крові міститься 12 мл кисню. Різниця в 7 мл представляє кількість кисню, віддане тканинам кожними 100 мл крові. Таким чином, 5 л крові нашого тіла за кожен кругообіг по організму можуть передавати тканинам 350 мл кисню. 207. ПЕРЕНЕСЕННЯ ВУГЛЕКИСЛОТИ КРОВ'Ю
Перенесення вуглекислоти представляє для організму особливу проблему, так як при розчиненні вуглекислота швидко перетворюється у вугільну кислоту:
У спокої клітини виділяють близько 200 мл вуглекислоти в 1 хв. Якби вона була просто радтворена в плазмі (яка може переносити в розчиненому стані тільки 4,3 мл вуглекислоти на 1 л), то кров повинна була б циркулювати зі швидкістю 47 л / хв замість 4-5 л / хв. Крім того, при такій кількості вуглекислоти кров мала б рН 4,5, клітини ж здатні виживати лише у вузьких межах рН в області слабо лужної реакції, близькою до нейтральної (при рН приблизно від 7,2 до 7,6). Гемоглобін завдяки своїм унікальним властивостям дозволяє кожного літра крові переносити з тканин до альвеол близько 50 мл вуглекислоти, причому кислотність артеріальної і венозної крові різниться лише на кілька сотих часток одиниці рН. Частина вуглекислоти знаходиться в неміцному хімічному з'єднанні з гемоглобіном, невелика кількість присутня у вигляді вугільної кислоти, велика ж частина вугільної кислоти утворює бікарбонати в результаті нейтралізації іонами натрію і калію, звільняються при перетворенні оксигемоглобина в гемоглобін. Хімічні деталі цього процесу складні і не можуть бути розглянуті в цій книзі. Цікаво відзначити, що в ході еволюції виникло хімічна сполука (гемоглобін), що володіє всіма властивостями, необхідними для обслуговування процесу дихання: здатністю переносити кисень і вуглекислоту і підтримувати рН крові на постійному рівні протягом усіх фаз цього перенесення газів.
Вуглекислота переходить з тканин в кров і з крові в альвеоли, диффундируя з області з більш високим парціальним тиском в область з більш низьким тиском. Тиск вуглекислоти в тканинах становить близько 60, в венозної крові - близько 47, а в альвеолах - близько 35 мм рт. ст. Парціальний тиск вуглекислоти в артеріальною крові дорівнює близько 41 мм рт. ст. так що кров містить багато вуглекислоти і після того, як вона пройшла через легені. Перетворення вуглекислоти в вугільну кислоту в капілярах тканин і зворотне перетворення вугільної кислоти в вуглекислоту прискорюється приблизно в 1500 разів особливим ферментом, званим вугільної ангідрази.
Коли процес нормального видалення вуглекислоти легкими порушується, наприклад при запаленні легенів, її концентрація (фактично концентрація бікарбонатів і вугільної кислоти) в крові зростає, і такий стан крові називається ацидозом. Це не означає, що кров дійсно стає кислою (її реакція все ще залишається кілька лужної); просто відбувається зменшення лужного резерву крові (головним чином натрію). Коли лужної резорв крові виявляється вичерпаним, кров ужз не може зберігати лужну реакцію, її рН змінюється і клітини тканин гинуть від впливу кислої крові. Ацидоз спостерігається також при діабеті. Тут, однак, це пов'язано не з недостатнім видаленням вуглекислоти легкими, а з надмірною освітою кислот тканинами внаслідок порушеного обміну вуглеводів.