Лабораторне заняття № 5

Регуляція споживання кисню. Гемоглобін як фактор транспорту кисню. Кількісне визначення гемоглобіну в крові

Мета роботи: вивчити біохімічні механізми транспорту кисню і засвоїти методику визначення концентрації гемоглобіну.

Питання для самопідготовки:

1. Які особливості будови складних білків Ви знаєте?

2. Опишіть механізм синтезу і розпаду гемоглобіну.

3. Охарактеризуйте транспортну функцію гемоглобіну.

4. Що таке мікроциркуляторне русло? Як відбувається дифузія газів в капілярах?

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

Доставка кисню в м'язову тканину – один з найважливіших факторів, які впливають на енергоутворення в цій тканині. Отже, від роботи серцево-судинної і дихальної систем залежить м'язовий метаболізм при інтенсивному і тривалому фізичному навантаженні. В стані спокою до м'язів поступає близько 20 мл·хв^-1·кг^-1·крові. При фізичній роботі під впливом симпатичної нервової системи просвіт капілярів збільшується в 5 разів. Окрім цього, на кровопостачання в працюючому м'язі впливають такі фактори як: зниження рН, підвищення температури, збільшення СО₂ і оксиду азоту, а також підвищення концентрації натрію в міжклітинній рідині. Всі ці фактори призводять до збільшення кровотоку в 100 разів. Серцевий викид в стані спокою складає близько 5 л/хв і при фізичній роботі збільшується до 25-30 л/хв. Це можливо за рахунок перерозподілу крові: знижується кровотік у внутрішніх органах, зменшується діаметр великих вен, а працюючі м'язи ніг прискорюють венозне повернення. Цей ефект називають «м'язовим насосом»

Газообмін в легенях людини відбувається на великій площі, яка становить 50 – 90 м². Кисень, який поступає з повітрям в легені за рахунок дифузії, проходить два шари клітин (епітелій альвеол і ендотелій капілярів), а також інтерстинальний простір між ними. Найбільш «труднопрохідними» ділянками є мембрани клітин. На шляху кожного газу знаходяться 5 клітинних мембран і 5 водних розчинів. У цей перелік включені також плазма крові і еритроцити. Кисень поступає в кров з легеневих альвеол, де в незначній кількості розчиняється в плазмі крові (0,3 мл кисню на 100 мл плазми), а основна частина зв'язується з гемоглобіном в еритроцитах. За нормальних умов 1 г Нb може зв'язати 1,34 мл О₂, що складає, при нормальній концентрації гемоглобіну, 21-22 мл О₂ на кожних 100 мл крові. На спорідненість гемоглобіну з киснем значно впливають рН і температура. Зниження рН підсилює дисоціацію оксигенованого гемоглобіну, а, отже, підсилює віддачу кисню гемоглобіном тканинам. Такий же процес має місце і при підвищенні температури: м'яз, який нагрівається під час роботи, отримує з крові більше кисню.

Споживання кисню м'язами залежить від інтенсивності і потужності роботи. Кількість О₂, необхідна організму для повного задоволення енергетичних потреб, називається кисневим запитом. Реальне надходження кисню в організм людини – кисневий прихід. Різниця між кисневим запитом і приходом кисню називається кисневим дефіцитом. Підвищене споживання кисню після закінчення роботи – кисневий борг. Кисневий борг завжди перевищує кисневий дефіцит і складається з двох компонентів – алактатного (швидкий компонент) і лактатного (повільний компонент). У алактатний компонент входить кисень, необхідний для насичення гемоглобіну, міоглобіну, ресинтезу АТФ і креатинфосфату. Лактатний компонент – це кількість кисню, необхідна для утилізації молочної кислоти і інших метаболітів, які накопичилися в процесі роботи.

У міоциті міоглобін приймає кисень від гемоглобіну і депонує його в клітині. У міру зниження парціального тиску в цитоплазмі, кисень переноситься до мітохондрій, де використовується в аеробних процесах енергозабезпечення.

При рівномірній роботі (частота серцевих скорочень не перевищує 120 ударів на хвилину) швидкість споживання кисню зростає до тих пір, доки не наступить стійка рівновага метаболічних процесів, при якій споживання кисню досягає постійного рівня і точно відповідає потребам організму. Такий стійкий стан називається істинним і характеризується різким переважанням аеробного ресинтезу АТФ над анаеробним.

При інтенсивній роботі (частота серцевих скорочень 150-180 ударів на хвилину) не спостерігається стійкої рівноваги метаболічних процесів, і споживання кисню може зростати до досягнення максимального споживання (МСК). При досягненні МСК може спостерігатися хибний стійкий стан, який характеризується тим, що якийсь час споживання кисню підтримується на максимальному рівні. Це відбувається тому, що вичерпані можливості серцево-судинної системи. МСК не може підтримуватися довгий час і при тривалій роботі він знижується унаслідок стомлення.

В умовах кисневого дефіциту відбувається активація анаеробних процесів ресинтезу АТФ, що призводить до накопичення в організмі продуктів анаеробного обміну. У період відновлення зрівнюються прихід і запит кисню і усуваються метаболіти анаеробного обміну за рахунок включення аеробного механізму ресинтезу АТФ.