Главная | Обратная связь

Лекция 21: Обмен газов в легких, транспорт их кровью, газообмен в тканях.

ВОПРОСЫ, ИЗУЧАЕМЫЕ НА ЛЕКЦИИ

1.Газовый состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха.

2.Обмен газов в легких. Кислородная емкость крови.

3.Транспорт газов кровью. Кривая диссоциации оксигемоглобина.

 

1.Газообмен в легких происходит в результате перехода кислорода воздуха из легких в кровь капилляров, омывающих альвеолы, а из нее в альвеолы поступает углекислота, при этом газы проходят аэрогематический барьер. Молекулы газов преодолевают стенку альвеолоцитов, основную мембрану альвеол, эндотелий сосудов, базальную мембрану сосудов, сурфактант, плазму, мембрану эритроцитов. В процессе диффузии участвуют только молекулы растворенного газа, количество которого в жидкости зависит от: 1) состава жидкости, 2) объема и давления газа над жидкостью, 3) температуры жидкости, 4) природы исследуемого газа. В результате трансальвеолярного обмена газов cостав воздуха изменяется следующим образом.

О2 (об.%) СО2 (об.%) N2 (об.%)

Вдыхаемый воздух 20,9 0,03 79,07

Альвеолярный воздух 14,4 5,6 80,0

Выдыхаемый воздух 16,3 4,0 79,7

 

Движущей силой такого перехода является различие концентраций газов во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе, которое создает разность напряжения (градиент парциального давления) О2 и СО2 по обе стороны альвеолярно–капиллярной мембраны.

Выдыхаемый воздух представляет собой смесь альвеолярного и воздуха мертвого пространства, поэтому он содержит больше О2 и меньше СО2 по сравнению альвеолярным воздухом. Назначение легочной вентиляции состоит в поддержании относительного постоянства уровня парциального давления кислорода (рО2) и углекислого газа (рСО2) в альвеолярном воздухе. Кроме того, необходимо представить, что общая площадь альвеол составляет около 80 – 100 м² и, что достаточно 0,8 с, чтобы газовый состав крови при газообмене в альвеолах и капиллярах уравнивался.

С возрастом количество О₂ в альвеолярном воздухе уменьшается, а СО₂ увеличивается по причине изменения частоты и глубины дыхания. Газовый состав выдыхаемого и альвеолярного воздуха у детей отличается большим содержанием О₂ и меньшим содержанием СО₂, чем у взрослого человека. У детей вследствие большой частоты и меньшей глубины дыхания эффективность дыхания, т.е. процент использования О2 из вдыхаемого воздуха, ниже, чем у взрослых. Однако за счет большей величины относительного минутного объема дыхания у детей снабжение тканей О2 выше, чем у взрослых.

2. Из приведенных данных понятно, что переход О2 из альвеолярного воздуха в кровь и СО2 из крови в альвеолы происходит только путем диффузии. Никакого активного механизма транспорта газов не существует. Движущей силой диффузии являются градиенты парциальных давлений О2 и СО2 по обе стороны альвеолярно–капиллярной мембраны или аэрогематического барьера. Диффузионная способность легких для О2 очень велика, что обусловлено большим количеством альвеол (сотни миллионов) и как указывалось большой поверхностью газообмена, малой толщиной (около 1 мкм) альвеолярно–капиллярной преграды. У человека она примерно равна 25 мл О2 в 1 мин в расчете на 1 мм.рт.ст. градиента рО2. Градиент рО2 между притекающей к легким венозной крови и альвеолярным воздухом составляет 60 мм.рт.ст. Растворимость углексилого газа в жидкостях в 20-25 раз выше, чем у кислорода, поэтому диффузия СО2 из венозной крови в альвеолы происходит быстро и при более низком градиенте рСО2 (6 мм.рт.ст.). После прохождения крови через капилляры легких рСО2 в ней оказывается равным альвеолярному и составляет около 40 мм. рт ст.

Кислород в крови находится в 2–х агрегатных состояниях: в растворенном виде в плазме (0,3 об.%) и в связанном с гемоглобином (около 20 об.%). Учитывая, что молекула Hb состоит из протеидной части и железосодержащих частей (4 гема), его молекула может присоединить к себе 4 молекулы кислорода. Один грамм Hb способен присоединять 1,34 мл О2.

Количество О2, которое может быть связано кровью при ее максимальном насыщении, называется кислородной емкостью крови (КЕкр). Кислородная емкость крови выражается в объемных процентах и зависит от концентрации Hb. У здорового человека она равна 18-20 об.% (у детей 13 -15 об.%). Исходя из связывающей способности гемоглобина, можно рассчитать общую кислородную емкость крови для каждого конкретного случая. В частности, если уровень Hb в периферической крови равен 150 г/л, а объем крови - 5 л, то общая КЕкр составляет 1л (0,00134 л • 150 г/л • 5 л = 1л).

В покое в артериальной крови содержится О2 на 3-4 % ниже показателя кислородной емкости крови, т.е. 17,46 – 19,4 об. %. Венозная кровь в состоянии покоя содержит около 12, 0 об.% О2 и 58,0 об. % СО2 .

Сродство гемоглобина к кислороду зависит от кислотно-щелочного равновесия, температуры диссоциации, концентрации в эритроцитах 2,3 –дифосфоглицерата, снижающих сродство Hb к кислороду.

Зависимость % насыщения гемоглобина О2 от величины его парциального давления выражается графически линией, имеющей S-образную форму (кривая диссоциации оксигемоглобина). Она состоит из двух основных частей – крутой и пологой. Крутая часть этой кривой отражает быстрый рост уровня оксигемоглобина при увеличении рО2 в крови от 10 до 40 мм.рт.ст., достигающий 90 % насыщения при рО2. Отлогая часть, соответствующая более высоким показателям рО2, свидетельствует о том, что в этих условиях содержание оксигемоглобина лишь слабо зависит от парциального давления кислорода во вдыхаемом и альвеолярном воздухе. Анализ хода кривой диссоциации оксигемоглобина показывает, что с уменьшением рО2 в крови происходит диссоциация оксигемоглобина, т.е. % содержание оксигемоглобина уменьшается, а восстановленного нарастает.

3. В различных условиях деятельности может возникнуть острое снижение насыщенности крови кислородом – гипоксемия (от гипо …, лат. oxigenium- кислород и haima – кровь). Она может возникать в результате снижения рО2 в альвеолярном воздухе (произвольная задержка дыхания, вдыхание воздуха с пониженным рО2), при физических нагрузках, а также при патологических состояниях. Гипоксемия ведет к гипоксии (кислородному голоданию), пониженному содержанию О2 в органах и тканях организма и гиперкапнии (от греч. hyper – сверх, kapnos – дым) – увеличению уровня СО2 в артериальной крови выше нормы (38–40 мм.рт.ст).

Образующийся в тканях СО2 диффундирует в тканевые капилляры. Откуда переносится венозной кровью в легкие, где переходит в альвеолы и удаляется выдыхаемым воздухом. Углекислый газ, как и кислород, находится в крови в двух состояниях, растворенном в плазме (около 5 % всего количества) и химически связанном с другими веществами (95 %) в виде соединений: угольной кислоты (Н2СО3, 2,5 об. %), солей угольной кислоты (NaНСО3 и КНСО3, 51,0 об.%) и в связи с гемоглобином (НbНСО3, карбгемоглобин, 4,5 об.%). В состоянии покоя с дыханием из организма человека удаляется 230 – 250 мл СО2 в 1 минуту. Обмен газов между кровью и тканями осуществляется также путем диффузии. Между кровью в капиллярах и межтканевой жидкостью существует градиент напряжения О2, который составляет 30–80 мм.рт.ст., а напряжение СО2 в интерстициальной жидкости на 20–40 мм.рт.ст. выше, чем в крови. Кроме того, на обмен О2 и СО2 в тканях влияют площадь обменной поверхности, количество эритроцитов, скорость кровотока, коэффициенты диффузии газов в тех средах, через которые осуществляется их перенос. Артериальная кровь отдает тканям не весь кислород. Разность между об.% О2 в притекающей к тканям артериальной крови (около 20 об.%) и оттекающей от них венозной крови (примерно 13 об.%) называется аретрио–венозной разностью по кислороду (7 об.%). Эта величина служит важной характеристикой дыхательной функции крови, показывая, какое количество О2 доставляют тканям каждые 100 мл крови. Для характеристики потребления тканями О2 вычисляют коэффициент утилизации кислорода путем деления величины артерио–венозной разницы на содержание О2 в артериальной крови и умножения на 100. В покое он составляет 30–40 % (в миокарде, сером веществе мозга, печени, корковом веществе надпочечников до 40–60 %), а при тяжелом физическом труде достигает 80–90 % в связи с потреблением кислорода скелетными мышцами. В снабжении мышц О2 при тяжелой работе имеет определенное значение внутримышечный пигмент миоглобин, который связывает дополнительно 1,0 – 1,5 л О2. Связь с миоглобином более прочная, чем с гемоглобином. Оксимиоглобин отдает О2 только при выраженной гипоксемии.

Контрольные вопросы для самоподготовки студентов.

1.Что представляет собой аэрогематический барьер?

2.Приведите данные по газовому составу вдыхаемого, альвеолярного и выдыхаемого воздуха. Что является движущей силой газообмена в легких?

3.В чем имеются отличия газообмена в легких у детей и подростков?

4.Каким основными факторами определяется большая диффузионная способность легких по отношению к О2?

5.В чем особенность диффузии СО2 из венозной крови в альвеолы?

6.Назовите основные агрегатные состояния гемоглобина и дайте по ним пояснения.

7.Что такое кислородная емкость крови, чему она равна у здоровых людей?

8.Дайте разъяснения по понятию гипоксемия.

9.Что характеризует показатели артерио–венозной разницы, коэффициент утилизации кислорода?

10.Что такое миоглобин и какова его роль при мышечной работе?

Ссылки на литературные источники, приведенные в рабочей программе дисциплины.

Основная литература.

1.Лекционный материал кафедры медико-биологических основ физического воспитания и смежных дисциплин.

2.Солодков, А.С. Физиология человека. Общая. Спортивная. Возрастная : Учебник./ А.С.Солодков, Е..Б.Сологуб . М.: Олимпия Пресс, 2005.- 527 с., С. 126–129.

Дополнительная литература.

1.Физиология человека / под ред. Г.И.Косицкого. М., 1985. С. 294–304.

2.Возрастная физиология: Учеб.-метод. пособие / Под редакцией д.м.н. Ю. М. Досина.- Мн.: БГПУ, 2006. – c. 266, С. 125–126.