4.3. Транспорт газов кровью
Кислород от легких к тканям и углекислый газ от тканей к легких переносится кровью. В основном эти газы находятся в крови в химически связанном состоянии. Только небольшая их часть может находиться в свободном состоянии, формируя напряжение кислорода и углекислого газа в крови.
В легких кислород переходит из альвеол сначала в плазму крови легочных капилляров, а затем поступает в эритроциты, где образует с гемоглобином эритроцитов обратимое соединение – оксигемоглобин:
Нв + О2 = НвО2.
Данная реакция является обратимой, а равновесие может сдвигаться вправо или влево в зависимости от имеющейся концентрации кислорода и ряда других факторов.
Максимальное количество кислорода, которое может связать кровь при полном насыщении гемоглобина кислородом, называется кислородной емкостью крови (КЕК). Кислородная емкость крови зависит от содержания в ней гемоглобина. Каждый грамм гемоглобина способен присоединить 1,34 мл кислорода. При содержании в крови 140 г/л гемоглобина кислородная емкость крови будет 1,34 ·140 = около 190–200 мл кислорода..
Так как в тканях кислород непрерывно расходуется, его концентрация (парциальное напряжение) там ниже, чем в артериальной крови. В результате происходит распад (диссоциация) оксигемоглобина на гемоглобин и кислород. Кислород растворяется в плазме и поступает в тканевую жидкость к клеткам тканей, а гемоглобин связывается с поступившим из тканей углекислым газом, образуя также обратимое соединение карбгемоглобин. В виде карбгемоглобина транспортируется лишь 5–15 % всего углекислого газа. Основная часть углекислого газа переносится кровью в форме бикарбонатов натрия и калия (80–90 %), причем бикарбонат калия образуется в эритроцитах, а бикарбонат натрия – в плазме крови.
В легких происходит распад бикарбонатов и карбгемоглобина и образовавшийся углекислый газ поступает в альвеолы и выводится из организма в окружающую среду. Одновременно из альвеол в кровь поступает кислород, который связывается с гемоглобином.
Эти отношения могут быть выражены протекающими в эритроцитах обратимыми химическими реакциями:
Н2О + СО2 = Н2СО3
(реакцию ускоряет в 20 000 раз фермент карбоангидраза),
КНвО2 + Н2СО3 = КНв +О2 + КНСО3-.
Газообмен в тканях. Артериальная кровь с напряжением кислорода 100 мм рт. ст. и углекислого газа 40 мм рт. ст. направляется от легких в ткани, где в результате непрерывно происходящих процессов биологического окисления используется кислород и образуется углекислый газ. В клетках тканей напряжение кислорода колеблется от 0 до 20 мм рт. ст., а напряжение углекислого газа в тканевой жидкости составляет около 60 мм рт. ст. За счет разности напряжений углекислый газ диффундирует из тканевой жидкости в кровь, а кислород переходит из крови в ткани. В результате артериальная кровь превращается в венозную и по венам поступает в легкие, где цикл обмена газов повторяется (рис. 4.6).
Рис. 4.6. Газообмен между кровью и тканями