МЕХАНІЗМ ГАЗООБМІНУ

Людина дихає атмосферним повітрям, який являє собою суміш газів: 79,02% азоту, 20,95% кисню, 0,03% вуглекислого газу і ін. У вдихуваному (альвеолярному) повітрі міститься менше кисню і більше вуглекислого газу, ніж в атмосферному. Це пов'язано з тим, що в момент видиху «шкідливий» простір заповнюється повітрям, що виходить з глибших частин легких. Це повітря змішується з атмосферним повітрям, проникаючим в легені під час вдиху.

Альвеолярний повітря контактує з тонкими стінками легеневих капілярів, за якими в легені приходить венозна кров. В альвеолах відбувається газообмін між повітрям і кров'ю (рис. 10.12). Інтенсивність обміну газів і їх рух з легких в кров або з крові в легені залежать від парціального тиску 0₂ і С0₂ в газовій суміші легких і в крові (тиск газів в рідині називається напругою). Величину парціального тиску можна розрахувати, знаючи тиск суміші газів в цілому (в мм рт. Ст. Або атмосферах) і процентний вміст даного газу в суміші (табл. 10.3).

Рух газів здійснюється з області більшого тиску в область меншого. Отже, кисень буде надходити з легких, де його парціальний тиск в альвеолярному повітрі одно 106 мм рт. ст., в кров (напруга 0₂ в венозної крові - 40 мм рт. ст.), а вуглекислий газ із крові - в альвеолярне повітря (див. табл. 10.2).

Мал. 10.12. Газообмін в альвеолах легенів

Таблиця 10.3

Парціальний тиск (напруга) 0₂ і С0₂ в різних ділянках судинного русла, мм рт. ст.

Для розчинення газів в крові має значення температура тіла: чим вона вища, тим менше газу розчиняється в крові. Кількість газу, яке можна розчинити при тиску 760 мм рт. ст. в 1 мм рідини при певній температурі, називається коефіцієнтом розчинності. Для кожного газу коефіцієнт розчинності має певну величину.

У капілярах альвеол кисень проникає в еритроцити, де з'єднується з гемоглобіном (НЬ) і перетворюється в окси- гемоглобін (НЬ0₂). У вигляді оксигемоглобіну транспортується 19 об.% 0₂, 0,3 об.% 0₂, потрапив в кров, перебуває в стані фізичного розчинення в плазмі крові. Освіта оксигемоглобина залежить від напруги 0₂ в крові: його збільшення сприяє утворенню оксигемоглобіну; при зменшенні напруги кисню оксигемоглобін розпадається і віддає кисень. На графіку залежність насичення гемоглобіну киснем від його напруги в крові виражається у вигляді кривої, яку називають кривою дисоціації оксигемоглобіну (рис. 10.13). На малюнку показано, що в зоні щодо високого парціального тиску (права частина діаграми) при тиску 90-100 мм рт. ст. крива йде майже горизонтально, гемоглобін майже повністю насичується киснем. В альвеолярному повітрі парціальний тиск кисню - 106 мм рт. ст., тому кров в капілярах легких повністю насичується киснем. При зменшенні парціального тиску кисню (ліва частина діаграми - круто йде вниз) оксигемоглобін піддається розкладанню. Теоретично 1 г гемоглобіну може зв'язати 1,39 мл 0₂. Однак частина гемоглобіну знаходиться в неактивному стані, і реально пов'язується тільки 1,34 мл 0₂.

Мал. 10.13. Залежність насичення гемоглобіну крові людини киснем від умов:

а - від температури; 6 - від вмісту солей; в - від змісту С0₂. По осі абсцис - парціальний тиск 0₂ (В мм рт. Ст.), По осі ординат - ступінь насичення (в%)

Так як 1 л крові містить в середньому 150 г гемоглобіну, то в зазначеному обсязі міститься 0,2 л 0₂. Ця величина називається кисневої ємністю крові. При зменшенні парціального тиску 0₂ вдихає повітрі і зниженні його в плазмі крові кількість оксигенированной гемоглобіну падає.

Насичена киснем кров по капілярах надходить в органи і тканини, де відбуваються дисоціація оксігемоглобі- на і віддача кисню. Цей процес залежить від змісту С0₂ в крові і pH плазми крові. Зі збільшенням вмісту С0₂ і кислотності крові дисоціація оксигемоглобіну зростає. На розпад оксигемоглобіну впливає також підвищення температури тіла. Газообмін у тканинах відбувається за тим же принципом, що і в легких: кисень з артеріальної крові тканинних капілярів, де його концентрація висока (100 мм рт. Ет.), Дифундує в тканинну рідину з більш низькою концентрацією 0₂. Оскільки в тканинах кисень безперервно використовується в процесі обміну речовин, то його напруга в тканинної рідини утримується близько нуля.

В результаті обмінних процесів, що відбуваються в тканинах, утворюється С0₂. Напруга вуглекислого газу в тканинної рідини становить 60 мм рт. ст., в артеріальній крові його значно менше - 40 мм рт. ст. Тому С0₂ дифундує з тканини в кров капілярів, в сторону меншої напруги. У плазмі крові вуглекислий газ приєднує воду і перетворюється в слабку, легко дисоціюють вугільну кислоту. Цей процес пов'язує лише невелика кількість С0₂. В значній мірі зв'язування С0₂ забезпечується білками крові і еритроцитів. Провідну роль в зв'язуванні вуглекислого газу грає гемоглобін. Оболонка еритроцита проникна для С0₂. Показано, що еритроцити в венозної крові мають більший обсяг, ніж в артеріальній, так як в них з плазми крові надходить вода. В еритроцитах С0₂ піддається гідратації і перетворюється в Н₂С0₃. Вугільна кислота витісняє 0₂ з оксигемоглобіну еритроцита і цим сприяє віддачі кисню тканинам.

Одночасно в еритроциті утворюється бікарбонат калію:

кпьо₂ + П₂С0₃ ~ рамках CCMS₃ + ННЬ + 0₂

Таким чином, в еритроцитах С0₂ переноситься у вигляді бікарбонату калію. Насичення плазми солями вугільної кислоти здійснюється через еритроцити. У міру просування по кровоносному руслу концентрація аніонів НС0₃ в еритроцитах стає більше, ніж в плазмі. Вони з еритроцитів переходять в плазму і утворюють з катіонами Na⁺ бікарбонат натрію (NaHC0₃). Таким чином, більша частина С0₂ (2/3) переноситься плазмою крові у вигляді бікарбонату натрію.

У міру просування по кровоносному руслу кров з артеріальної перетворюється в венозну. При цьому зміст С0₂ в ній збільшується на 6% (в артеріальній крові міститься в середньому 52%, а в венозної крові - 58% С0₂).

У легких венозна кров знову насичується киснем, а С0₂ із зони високої концентрації в легеневих капілярах переходить в зону низької концентрації, в альвеоли.

У період внутрішньоутробного розвитку в крові плоду міститься мало кисню і багато вуглекислого газу в порівнянні з кров'ю дорослого організму: у плода - 60 об.% С02, тоді як в крові матері - 45-50 об.%.

У новонародженої дитини після перших дихальних рухів виявляється високий вміст С0₂ в крові з пупкової артерії. Газовий склад крові у новонародженого швидко змінюється. Відразу після кількох дихальних рухів він зрівнюється зі складом альвеолярного повітря, при цьому напруга С0₂ в крові новонародженого становить не більше 30-35 мм рт. ст. У перші дні життя дитини напруга С0₂ в крові дещо збільшується, що говорить про невідповідність у нього легеневої вентиляції утворення С0₂. В подальшому газовий склад крові дитини наближається до його рівня у дорослого.

Більшість дослідників вважають, що у плода обмін газів здійснюється шляхом дифузії. Оскільки в крові плода вуглекислого газу на 12-15% більше, ніж у матері, то він легко переходить від плоду в кров матері. У крові плоду людини повністю відсутній фермент карбоангидраза, тому обмін С0₂ в тканинах і плаценті відбувається без участі ферментативних процесів. перенесення 0₂ також здійснюється шляхом дифузії, яка полегшується в зв'язку з тим, що в крові матері кисню міститься значно більше, ніж в крові плоду. Насичення крові киснем у плода менше, ніж у дорослого: його гемоглобін насичений киснем тільки на 50-75%.

До другого-третього місяця життя в еритроцитах відбувається зміна гемоглобіну - HbF замінюється на НЬА в 1,4-1,7 разів знижується киснева ємність крові. При цьому у дітей поступово наростає інтенсивність легеневого газообміну.

зміст 0₂ і С0₂ в повітрі, що видихається у дітей різних вікових груп,%

зміст С0₂ в повітрі, що видихається у дітей з віком збільшується (табл. 10.4). Відносно високий процентний вміст 0₂ в повітрі, що видихається можна пояснити тим, що у дітей в альвеолах в кров переходить менше 0₂, ніж у дорослих. Так, у 17-річних підлітків використання кисню в легенях становить 4,3%, а у шестирічних дітей тільки 3,3%. У новонародженого ця величина в два рази менше, ніж у дорослого.

1. Методи дерматогліфіки і пальмоскопія - біологія. Частина 1
   У 1892 р Ф. Гальтон в якості одного з методів дослідження людини був запропонований метод вивчення шкірних гребішковою візерунків пальців і долонь, а також згинальних долонних борозен. Він встановив, що зазначені візерунки є індивідуальною характеристикою людини і не змінюються протягом його
2. Метаболізм вуглеводів (цукрів), роль вуглеводів в життєдіяльності - біохімія людини
   Вуглеводний метаболізм (обмін) - сукупність процесів перетворення моносахаридів і їх похідних, а також гомополісахаридів, гетерополісахарідов і різних углеводсодержащих біополімерів в організмі тварин, в тому числі людини. В результаті вуглеводного обміну відбувається постачання організму
3. Метаболізм ліпідів (жирів), роль ліпідів в життєдіяльності - біохімія людини
   Тваринні жири і рослинні масла поряд з білками і вуглеводами - одна з головних складових нормального харчування людини. Вони є основним джерелом енергії. Один грам нейтральних жирів при повному окисленні за участю кисню дає близько 38 кДж енергії. Це вдвічі більше, ніж можна отримати з глікогену
4. Метаболічний синдром X - біохімія людини
   Хвороба, названа метаболічним синдромом X, вперше описана в 1988 р як стан, що підвищує ризик розвитку цукрового діабету 2-го типу. Відмітною ознакою діабету 2-го типу є гальмування надходження глюкози в клітини через зниження чутливості тканин до інсуліну - інсулінорезистентності клітинних
5. Меланоцит-стимулюючий гормон (МСГ), пролактин - біохімія
   Третім гормоном гіпофіза, утворення якого разом з АКТГ і р-ЛПГ відбувається з єдиного поліпептидного попередника, є меланоцит-стимулюючий гормон (МСГ). Виділяють два типи МСГ: а і р; а-МСГ більш консервативний, незалежно від виду тварини він складається з 13 амінокислотних залишків. Нижче
6. Механізм рекомбінації у бактерій - генетика в 2 Ч. Частина 1
   У 1955 р Е. Волльман і Ф. Жакоб розробили метод аналізу, який дозволив з'ясувати, як бактерії обмінюються між собою генами. Це вдалося зробити шляхом переривання кон'югації бактерій в різні терміни після її початку. При змішуванні клітин штамів Hfr і F ~ в співвідношенні 1: 20 відбувається
7. Механізми взаємодії гормону з клітинами - ендокринна і центральна нервова системи, вища нервова діяльність, аналізатори, етологія
   Гормони здатні надавати ряд фізіологічних процесів. Метаболічну, пов'язане зі зміною обміну речовин. Більшість гормонів беруть участь в регуляції обміну речовин шляхом зміни активності ферментативних систем в тканинах. Для деяких гормонів вплив на обмінні процеси є основною функцією. Наприклад,
8. Механізми мембранного транспорту, пасивний транспорт - біохімія
   Ліпідні бішару в значній мірі непроникні для переважної більшості речовин, і тому перенесення через ліпідну фазу вимагає значних енергетичних витрат. розрізняють активний транспорт і пасивний транспорт (Дифузію). Пасивний транспорт - це перенесення молекул по концентраційному або електрохімічного