Закон Фика

• Газообмен осуществляется путем простой диффузии по за­ кону Фика:

• диффузия газа прямо пропорциональна градиенту его парциального давления и площади барьера, обратно пропорциональна толщине барьера:

• v = К S (Р₁- Р₂) / L,

• где v — скорость диффузии; К — коэффициент диффузии; S — площадь барьера; Р — парциальное давление О₂ (Р₁ - в авельолах, Р₂ - в легочных капиллярах) или СО₂; L — толщина барьера.

46. Транспорт газов с кровью. Факторы, влияющие на образование и диссоциацию оксигемоглобина. Кислородная емкость крови. Оксигемометрия. Газообмен между кровью и тканями.

Обогащенная кислородом артериальная кровь из легких поступает в сердце и по сосудам большого круга кровообра­щения разносится по всему организму. Напряжение О₂ в ар­териях большого круга кровообращения несколько ниже, чем в артериальной крови легочных капилляров. Это связано с тем, что, во-первых, постоянно происходит перемешивание крови от хорошо и плохо вентилируемых участков легких, а во-вторых, часть крови по артериоловенулярным шунтам мо­жет перебрасываться из вен в артерии большого круга крово­обращения, минуя легкие. Напряжение О₂ в артериальной крови претерпевает возрастные изменения: у молодых здоро­вых людей оно составляет 95 мм рт. ст., к 40 годам уменьша­ется до 80 мм рт. ст., к 70 годам — до 70 мм рт. ст. Напряже­ние СО₂ в артериях большого круга кровообращения у моло­дых людей составляет 40 мм рт. ст. и с возрастом изменяется незначительно. О₂ и СО₂ в крови находятся в двух состояни­ях: в химически связанном и в растворенном. Содержание этих газов в крови — константные величины.

Транспорт кислорода. В артериальной крови содержание О₂ составляет 18—20 об.%, а в венозной — 12 об.%. Количе­ство физически растворенного в крови О₂ равно всего лишь 0,3 об.%; следовательно, практически весь О₂ переносится кровью в виде химического соединения с гемоглобином.

Гемоглобин — красный кровяной пигмент, содержащийся в эритроцитах; состоит из 4 одинаковых групп — гемов. Гем представляет собой протопорфирин, в центре которого рас­положен ион двухвалентного железа, играющий важную роль в переносе О₂. Каждый гем присоединяет к себе по 1 молеку­ле О₂, одна молекула гемоглобина связывает 4 молекулы О₂, возникает обратимая связь, при этом валентность железа не изменяется. Это называется оксигенацией гемоглобина. Вос­становленный гемоглобин (НЬ) становится окисленным — НЬО₂ (оксигемоглобин).

Зависимость степени оксигенации гемоглобина от парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе графически представляется в виде кривой диссоциации оксигемоглобина, или сатурационной кривой.

Максимальное количество кислорода, которое может быть связано в 100 мл крови при полном насыщении гемоглобина кислородом, называется кислородной емкостью крови. Величину кислородной емкости легких определяет количество гемоглобина, 1г которого связывает 1,36-1,34 мл кислорода.

Оксигемометрия — фотометрический метод измерения степени насыщения артериальной крови кислородом, основанный на спектральных свойствах оксигемоглобина и восстановленного гемоглобина. Для оксигемометрии пользуются специальными приборами — оксигемометрами, построенными на принципах фотоэлемента. Оксигемометрия широко применяется для изучения динамики насыщения артериальной крови кислородом у человека в состоянии покоя и при различных функциональных нагрузках, а также при операциях на органах грудной клетки.

Оксигемометрия  основана на том что оксигемоглобин во много раз меньше поглощает проходящий через слой крови красный свет, чем восстановленный гемоглобин. Величину светового потока, прошедшего через слой крови, определяют при помощи селенового фотоэлемента, ток которого после усиления отклоняет стрелку индикаторного прибора пропорционально степени оксигенации крови. При непрерывной оксигемометрии у человека ушной фотодатчик надевают на верхнюю часть ушной раковины. Свет лампочки накаливания проходит сквозь толщу ушной раковины и попадает на фотоэлемент. Полная артериализация крови исследуемого участка ушной раковины наступает после ее прогревания теплом осветительных лампочек датчика в течение 15 мин. Прогрев не должен вызывать ожога (особенно у больного под наркозом и у детей). Показания оксигемометра с ушным датчиком относительны и зависят от исходного положения стрелки прибора. Поэтому для точных измерений процента насыщения крови кислородом исходное положение стрелки прибора устанавливают на 96—97%, если здоровый исследуемый дышит воздухом; при дыхании того же исследуемого чистым кислородом (в течение 3—4 мин.) стрелку прибора устанавливают на 100%.

Газообмен между кровью и тканями.

Перенос O₂ и СO₂ между кровью системных капилляров и клетками тканей осуществляется путем простой диффузии, т. е. так же, как между кровью легочных капилляров и альвеолярным воздухом. Скорость переноса газа через слой ткани прямо пропорциональна площади слоя и разнице парциального давления газа по обе его стороны и обратно пропорциональна толщине слоя. При газообмене между тканями и кровью толщина диффузионного барьера менее 0,5 мкм, однако в мышцах в состоянии покоя расстояние между открытыми капиллярами составляет около 50 мкм. При работе, когда потребление кислорода мышцами увеличивается, открываются добавочные капилляры, что уменьшает диффузионное расстояние и увеличивает диффузионную поверхность. Поскольку СO₂ диффундирует в тканях примерно в 20 раз быстрее, чем O₂, удаление углекислого газа происходит гораздо легче, чем снабжение кислородом.

Диффузионные градиенты:

• РО₂ притекающей к тканям крови -95 мм рт. ст.;

• в межклеточной жидкости -45,

• на поверхности клеток -20;

• в митохондриях -1 мм рт. ст.

• Эти градиенты обеспечивают поступление кислорода из крови в клетки тканей.

• РСО₂ в притекающей к тканям крови -40 мм рт. ст., в клетках - 60 мм рт. ст., что обеспечивает поступление СО₂ из клеток тканей в кровь.

• РСО₂ в притекающей к тканям крови -40 мм рт. ст.,

• в клетках - 60 мм рт. ст., что обеспечивает поступление СО₂ из клеток тканей в кровь.

Количественная характеристика обмена О₂ между кровью и тканями.

• Количественно обмен меж­ду кровью и тканями характеризует артериовенозная разница по О₂, равная 50 мл О₂/л крови,

• и коэффициент использования О₂, характеризующий долю О₂ поступившего из крови в клетки ткани

Показателем тканевого дыхания в организме является потребление О₂ (ПО₂) , л/мин: ПО₂ = Артериовенозная разница О₂ • МОК.

Это наиболее адекватный показатель значения физической нагрузки.

В целом организме

• Минимальное ПО₂ равно 0,2 л/мин

• В покое – 0,3 л/мин

• Максимальное – 3,0 л/мин

Основные пути потребления кислорода.

• Митохондриалъный путь (40 — 85% всего О2); восстановление четырех электронов О2 до воды под действием цитохрооксидазы, основная функция — аккумуляция энергии в виде АТФ.

• Микросомалъный путь в гладкой ЭПС (10 —40 % всего потребляемого О2); монооксигеназная реакция (с участием цитохрома Р450) внедряет атом кислорода в молекулу окисляемого вещества, что приводит к образованию полярных (т. е. водорастворимых) веществ. Основные функции этого пути — синтез и инакти вация стероидных гормонов, детоксикация ксенобиотиков, в том числе лекарств.

• Образование активных продуктов неполного восстановления О2 (супероксидный анион, перекись водорода, гидроксильный радикал, пероксид водорода, синглетный кислород) — 5—15 % (в нейтрофилах — до 90 %) всего потребляемого О2. Функциональная роль: фагоцитарная активность лейкоцитов, вазомоторное действие, лизис клеточных мембран (например, при овуляции) и др.

• Миоглобин (много в красных мышцах и миокарде). Депонирует и транспортирует О2 в клетке. Обладает высоким сродством к О2 (Р5о = 8 мм рт. ст.) и отдает его только при низком Р02 в клетке (меньше 10 мм рт. ст., например при сокращении мышц).