4. Система транспорта газов

4. 1. Внешнее дыхание

Большинство биологических процессов, как на уровне отдельной клетки, так и целого организма происходит с использованием энергии. Для эффективного образования ее требуется постоянная доставка кислорода к митохондриям клеток. Весь путь поступления кислорода, использования его в окислительных процессах и обратный транспорт образовавшегося углекислого газа составляет единую систему дыхания.

Рис. 34. Схема изменения РО₂ на различных участках пути транспорта О₂: 1 - атмосферный воздух, 2 - газовая смесь альвеол, 3 - кровь капилляров малого круга, 4 - кровь легочной вены, 5 - венозная кровь правого предсердия.

Функциональная система транспорта газов состоит из дыхательных путей, легких, сердечно-сосудистой системы и циркулирующей по ней крови. На каждом этапе этой системы, начиная от вдыхаемого воздуха (воздуха воздухоносных путей) до митохондрий клеток (где кислород используется в окислительных процессов) показатель (парциальное давление кислорода, РО₂), характеризующий насыщенность кислородам, уменьшается (рис. 34).

Потребление кислорода. Основной задачей всей системы транспорта газов является обеспечение организма и его отдельных органов таким количеством кислорода, которое адекватно их энергетическим потребностям. Суммарным показателем активности всей дыхательной системы является потребление кислорода за 1 мин (МПК). У взрослого человека в состоянии покоя МПК около 3,5 мл/мин/кг. Повышение функциональной активности любого органа приводит к росту потребления им О₂. Особенно значительно увеличивается МПК при мышечной работе, так как мышцы являются самым большим органом человеческого организма. К тому же для выполнения физической работы требуется усиление функций многих "вспомогательных" органов и всех органов системы транспорта газов. На уровне дыхания это сказывается в появлении форсированного дыхания - одышки.

Одышка возникает и при многих заболеваниях, так или иначе нарушающих функцию системы дыхания. А в настоящее время количество таких заболеваний возрастает. И не последнюю роль в этом играет то, что легкие это единственный внутренний орган, который находится в непосредственном контакте с внешней средой, состояние которой в большинстве регионов отнюдь не улучшается: контакт легких с внешней средой становится все более опасным.

4.1.1. Гипоксия и основные механизмы ее компенсации

Функциональные возможности системы доставки кислорода определяются прежде всего следующими показателями транспортных возможностей крови и кровообращения:

а) концентрацией кислорода в крови,

б) скоростью доставки кислорода артериальной кровью,

в) интенсивностью потребления кислорода тканями,

г) долей кислорода капиллярной крови, поглощенной тканями.

Т ак как из всех функций, выполняемых системой транспорта газов, начиная с легких, сердечно-сосудистой системы и крови при ее циркуляции по кровеносной системе и легким, доставка кислорода к тканям оказывается наиболее ранимой, в первую очередь нарушающейся функцией, которая раньше всего отражается на состоянии всех органов и организма в целом, то патологические изменения в каждом из этих звеньев могут привести к существенным нарушением функций отдельных органов или организма в целом. Обусловлено это той огромной ролью, которая принадлежит кислороду в митохондриальном окислении, где О₂ используется для эффективного синтеза источника энергии - АТФ. Поэтому прекращение поступления кислорода, приводя к гипоксии, заканчивается гибелью организма через 5-6 минут (это время определяется самым чувствительным к аноксии органом – центральной нервной системой). В результате компенсация нарушений, обусловленных гипоксией, при развитии недостаточности всей системы дыхания является столь необходимой. Естественно, что включение компенсаторных механизмов всецело определяется стадией развивающейся недостаточности (табл. 5), ее выраженностью во всех звеньях цепи транспорта кислорода, начиная с самих легких и сердечно-сосудистой системы, до крови и тканевого дыхания.

Таблица 5. Газовый состав артериальной крови при различной степени дыхательной недостаточности.

В связи с тем, что главная задача легких заключается в трансформации венозной крови в артериальную по газовому составу, то неспособность легких обеспечить такой газообмен для обеспечения адекватного метаболизма тканей, и есть дыхательная недостаточность. Как правило, о дыхательной недостаточности судят по: одышке, низком уровне РаО₂, высоком РаСО₂ и низком рН. При этом мало что дает определение объема и газового состава выдыхаемого воздуха, поскольку это суммарный показатель не позволяющий судить о процессах, происходящих в легких, их отдельных структурно-функциональных нарушениях. В таблице 4.1 представлен газовый состав артериальной крови при различной степени дыхательной недостаточности.

Среди механизмов компенсации гипоксии можно выделить в качестве основных, следующие. Так как газотранспортная функция кроме легких, зависит еще и от сердечно-сосудистой системы и крови (от концентрации в ней эритроцитов и гемоглобина), а в тканях - от активности и направленности метаболизма, то и компенсаторные реакции в первую очередь определяются резервными возможностями этих систем. Со стороны легких эта компенсация осуществляется главным образом путем гипервентиляции или при наличие патологии в каком-либо участке их - перераспределением кровотока в сохраненные отделы. Компенсация гипоксии со стороны сердца определяется ростом ударного и минутного объемов кровотока, увеличения количества функционирующих капилляров. Со стороны крови - это возрастание концентрации эритроцитов, а в них - увеличение содержания гемоглобина и 2,3-ДФГ, что стимулирует дезоксигенацию оксигемоглобина, тем самым улучшая условия поступления кислорода к тканям. В тканях же активируются пути бескислородного образования АТФ и, в частности, гликолиз.

Но нужно иметь в виду, что любая функция проявляется в двух состояниях организма: физиологическом покое и при адаптации к какой-либо деятельности. Поэтому, говоря о развивающейся гипоксии, нужно иметь в виду, что одним из наиболее мощных потребителей кислорода являются функционирующие скелетные мышцы, и уровень их активности также включается в систему компенсации. Поэтому при начальных стадиях недостаточности системы транспорта кислорода организм компенсирует ее снижением мышечной активности, так как в покое гипоксия еще может и не ощущаться. Лишь при далеко зашедшей недостаточности явления гипоксии становятся выраженными и в покое. И здесь проявляется весь указанный выше спектр механизмов компенсации.