Транспорт газов кровью.
Как О2, так и СО2 плохо растворимы в плазме крови, поэтому основная часть газов транспортируется в химически связанном виде. Вместе с тем в газообмене (между кровью и альвеолярным газом, между кровью и тканевой жидкостью) принимают участие только газы, растворённые в плазме.
В капиллярах малого круга кровообращения кислород из альвеолярного газа диффундирует в плазму, а из неё – в эритроциты, где взаимодействует с гемоглобином. О2 связывается с железом в молекуле гемоглобина, при этом образуется нестойкое соединение – оксигемоглобин. Этот процесс называется оксигенацией. Каждая молекула гемоглобина присоединяет четыре молекулы О2. Объём крови 100 мл крови способен максимально связать 20 мл кислорода, этот показатель называется кислородной ёмкостью крови. В тканях оксигемоглобин легко отдает кислород и превращается в восстановленный гемоглобин, который вновь транспортируется к легким (Слайд 2).
Прочность связи гемоглобина с кислородом (другими словами, сродство гемоглобина к кислороду) зависит от ряда факторов: при повышении температуры и кислотности, а также увеличении концентрации СО2 сродство гемоглобина к кислороду снижается, и наоборот. В интенсивно работающих тканях, где выделяется тепло, накапливаются кислые продукты и углекислый газ, гемоглобин сравнительно легко отдаёт кислород. В капиллярах малого круга (в лёгких), сродство гемоглобина к кислороду повышается, и оксигенация протекает легко (Слайд ,).
Углекислый газ поступает в кровь из тканей. В тканевых капиллярах растворившийся СО2 диффундирует в эритроциты, где под влиянием фермента карбоангидразы превращается в угольную кислоту. Н2СО3 диссоциирует на ионы Н+ и НСО3-. Ионы НСО3- диффундируют в плазму, а вместо них в эритроциты поступают ионы Cl-.
Освобождающийся Н+ ион в эритроцитах связывается с гемоглобином, образуется восстановленный гемоглобин.
Кроме того, примерно 10% СО2 соединяется с гемоглобином, образуя карбгемоглобин. Следует отметить, что в отличие от кислорода углекислый газ присоединяется не к железу, а к белковой части гемоглобина. Таким образом, большая часть углекислого газа транспортируется в виде бикарбонат иона, меньшая часть – в виде карбогемоглобина (Слайд 4).
Регуляция дыхания. Дыхательный центр
Для нормального протекания в тканях окислительных процессов необходимо, чтобы газовый состав крови (то есть концентрация в плазме кислорода и углекислого газа) поддерживался на определённом уровне. Вместе с тем, как потребление и выделение газов тканями, так и их содержание газов во вдыхаемом воздухе может существенно меняться. Для того, чтобы газовый состав крови оставался постоянным в меняющихся условиях, существует система регуляции дыхания. Эта система обеспечивает изменение вентиляции (то есть, по сути, частоты и глубины дыхания) в соответствии условиями внешней среды и потребностями организма.
В центральной нервной системе существует группа нейронов, обеспечивающих регуляцию дыхания. Их объединяют под названием дыхательный центр. Дыхательный центр находится в различных отделах центральной нервной системы (Слайд 5).
В спинном мозге к нему относят α-мотонейроны, управляющие работой дыхательных мышц, то есть ядро диафрагмального нерва (иннервирует диафрагму) и нейроны передних рогов спинного мозга (иннервируют межрёберные мышцы). Однако нейроны спинного мозга не способны обеспечивать дыхательные движения самостоятельно, они находятся под контролем ядер продолговатого мозга.
В продолговатом мозге находятся группы нейронов, генерирующих дыхательный ритм и посылающих импульсы к спинному мозгу. Выделяют нейроны, обеспечивающие вдох – инспираторные, и выдох – экспираторные. Нейроны вдоха находятся в дорсальных отделах продолговатого мозга на дне IV желудочка, они образуют дорсальную дыхательную группу. В вентральной дыхательной группе, расположенной спереди и латерально, имеются как инспираторные, так и экспираторные нейроны.
В верхней части моста (задний мозг) находится пневмотаксический центр. Он играет важную роль в регуляции продолжительности фаз вдоха и выдоха, отвечает за смену этих фаз.
В регуляции дыхания также принимают участие гипоталамус и кора больших полушарий.
Гипоталамус оказывает влияние на частоту и глубину дыхания при физической нагрузке, повышении температуры тела и окружающей среды, при возникновении сильных эмоций.
Кора больших полушарий обеспечивает произвольный контроль дыхательных движений (человек может осознанно менять частоту и глубину дыхания, задерживать дыхание). Кроме того, за счёт коры происходит условно-рефлекторная регуляция дыхания. Например, у спортсменов учащение и углубление дыхания может появляться перед стартом, когда физической нагрузки ещё нет (Слайд 6).
Таким образом, дыхательный центр представляет собой группу связанных между собой нейронов, расположенных в спинном и продолговатом мозге, мосту, гипоталамусе и коре больших полушарий