Дифузія, транспорт газів кров’ю.

Дифузія кисню з легень у кров і вихід з крові вуглекислого газу — це пасивні процеси, що характеризують другий етап дихання. Швидкість переходу газів через мембрану_, яка складається з альвеолярних, судинних та кров'яних клітин і шарів різних речовин, що їх відокремлюють і вкривають, залежить від багатьох чинників. Головними з них є градієнт парціального тиску газів, товщина дифузійної мембрани, поверхня, через яку відбувається дифузія, та властивості газів.

У людини не можна спостерігати безпосередньо за функцією дифузійноЇ мембрани, тому всі методи визначення дифузії грунтуються на виявленні результатів її, тобто визначенні показників кількості газів у венозній та артеріальній крові, їх порівнянні, а також визначенні загального поглинання кисню та виділення СО₂ організмом за показниками кількості газів у видихнутому та атмосферному повітрі, що необхідно для оцінки стану саме цього етапу дихання.

Дифузія газу через альвеоло-капілярну мембрану є другим етапом процесу дихання, і відповідно до закону Фіка швидкість переносу газу (V_g) прямо пропорційна: градіенту тиску по обидві сторони мембрани (ΔР); поверхні, через яку відбувається дифузія (S); коефіцієнту дифузії (K); обернено пропорційна товщини мембрани (L):

_{Vg = ΔP . S . K / L}

В свою чергу коефіцієнт дифузії (К) прямо пропорційний коефіцієнту розчинності газу (α) і обернено пропорційний √МВ (МВ – молекулярна вага газу). Коефіцієнт розчинності СО₂ у 20 разів у більший у ліпідах та воді, ніж для кисню, тому, не зважаючи на менший градієнт тиску (6 мм рт.ст), СО₂ проходить через альвеолярно-капілярну мембрану швидше, ніж О₂ (градієнт тиску – 60 мм рт.ст.).

Дифузійна здатність легень (ДЗЛ) - це об’єм газу, який проходить через альвеоло-капілярну мембрану за 1 хв. при градієнті тиску 1 мм рт.ст. :

_{ДЗЛ = Vg / ΔP =. S . K / L}

Парціальний тиск газів. РО₂ в артеріальній крові в нормі становить 90 мм рт.ст для людини в 20 років, з віком ця величина зменшується завдяки втраті еластичності легень і в 70 років досягає 70 мм рт.ст. Зменшення напруги кисню в артеріальній крові нижче нормального називають гіпоксемією, але насичення киснем тканин суттєво не змінюється, поки РО₂ не знижується менше 60 мм рт.ст.

РСО₂ в артеріальній крові в нормі 35-45 мм рт.ст. і характеризує стан альвеолярної вентиляції. Збільшення РСО₂ вище норми називають гіперкапнією, зменшення – гіпокапнією.

Транспорт газів кров’ю.

Кисень транспортується кров’ю завдяки гемоглобіну еритроцитів, з яким він утворює сполуку – оксигемоглобін: Hb + O₂ →HbO₂;

Крива дисоціації оксигемоглобіну показує залежність насичення гемоглобіну O₂ у % від РО₂ крові. Вона має S-подібну форму.

Чинники, що впливають на спорідненість гемоглобіну до кисню: рН, рСО₂, температура, концентрація 2,3-дифосфогліцерату (2,3-ДФГ).

Зміщення кривої дисоціації оксигемоглобіну праворуч. Зменшення рН, збільшення рСО₂, підвищення температури крові, збільшення концентрації в еритроцитах 2,3-ДФГ зміщує криву праворуч – це означає, що при тому самому рО₂ дисоціація оксигемоглобіну збільшується: Hb + O₂ ←HbO₂. Це має місце в капілярах, які приносять кров до м’язів під час фізичної роботи, бо знижується рН, підвищується рСО₂, підвищується температура крові.

Зміщення кривої дисоціації оксигемоглобіну ліворуч При зменшенні рН, рСО₂, температури, концентрації 2,3-ДФГ крива дисоціації оксигемоглобіну зміщується ліворуч, це означає, що менше кисню дифундує до клітин організму. Гемоглобін дорослої людини – HbA має меншу спорідненність до кисню, ніж HbF.

Транспортування СО_2. Вуглекислий газ транспортується кров’ю у вигляді: 1) бікарбонатних іонів – 70%; 2) карбогемоглобіну(НнbCO₂) – 23%; 3) СО₂, розчиненого у плазмі – 7%.

В процесі метаболізму в клітинах утворюється СО₂, який завдяки градієнту напруги СО₂ дифундує в плазму крові і в еритроцити. В еритроцитах під впливом ферменту карбоангідрази утворюється вугільна кислота: СО₂ + Н₂О = Н₂СО₃ .

Н₂СО₃ → Н⁺ + НСО₃^-, іон водню зв’язується з Hb, утворюючи слабку кислоту HHb, а іон НСО₃^- переходить у плазму в обмін на аніон хлору (хлорідне зрушення).

В той же час кисень дифундує до клітин організму, що сприяє дифузії СО₂ у кров, бо дезоксигемоглобін є слабшою кислотою за оксигемоглобін і може приєднувати більше іонів водню, внаслідок чого збільшується ступінь дисоціації Н₂СО₃^- →Н⁺ + НСО₃^- , збільшується транспортування СО₂ кров’ю (ефект Холдейна).

У плазмі НСО₃^- взаємодіє з катіонами і створює солі вугільної кислоти (NaНСО₃), які транспортуються до легеневих капілярів.

У легенях всі реакції йдуть навпаки. НСО₃^- входить в еритроцити в обмін на іони Сl^-. Іони Н⁺ разом з іонами НСО₃^- утворюють Н₂СО₃ , яка розпадається під впливом карбоангідрази на СО₂ та Н₂О. Вуглекисли газ дифундує в альвеоли і видихається.

3) Обмін газів між кровью системних капілярів і тканинами здійснюєься завдяки дифузії. Напруга СО₂ в клітинах, який єпродуктом метаболізму, становить близько 60 мм рт.ст, в міжклітинній рідині – 46 мм рт.ст, а в артеріальній крові капілярів – 40 мм рт.ст, такий градієнт тисків забезпечує дифузію газів у капіляри. Напруга кисню в артеріальній крові становить близько 100 мм рт. ст., у міжелітинній рідині – 40 мм рт.ст., у клітинах – близько 0, такий градієнт тисків забезпечує дифузію кисню до клитин, де він бере участь у метаболізмі