Обмін газів у легенях і тканинах

Обмін газів у легенях. У легенях відбувається обмін газів між альвеолярним повітрям і кров’ю через стінки плоского епітелію альвеол і кровоносних судин. Цей процес залежить від парціального тиску газів в альвеолярному повітрі і їх напруги в крові.

Оскільки парціальний тиск О₂ в альвеолярному повітрі великий, а у венозній крові його напруга значна менше, то О₂ дифундує з альвеолярного повітря в кров, а вуглекислий газ, унаслідок його більшої напруги у венозній крові, переходить з її в альвеолярне повітря. Дифузія газів здійснюється до настання рівності парціальних тисків. При цьому венозна кров перетворюється в артеріальну – вона одержує 7 об’ємних відсотків кисню і віддає 6 об’ємних відсотків вуглекислого газу.

Кожен газ, перш ніж перейти в зв’язаний стан, знаходиться в стані фізичного розчинення. Кисень, пройшовши цю фазу, надходить в еритроцит, де з’єднується з гемоглобіном і перетворюється в оксигемоглобін:

ННЬ + О₂  ННЬО₂

Оскільки оксигемоглобін є більш сильною кислотою, чим вугільна, то він в еритроцитах реагує з бікарбонатом калію, унаслідок чого утвориться калійна сіль оксигемоглобіну –KHbO₂) і вугільна кислота:

КHCO₃ + НHbO₂  KhbO₂ + Н₂СO₃

Утворена вугільна кислота під впливом карбоангідрази піддається дегідратації: H₂CO₃  Н₂О + СО₂ і вуглекислий газ, що утвориться, виділяється в альвеолярне повітря.

В міру зменшення вуглекислоти в еритроциті на зміну їй із плазми крові надходять іони HCO₃^, що утворяться внаслідок дисоціації бікарбонату натрію: NaHCO₃  Na⁺ + НСО₃^. Замість іонів НСО₃^ з еритроцитів у плазму надходять іони Cl.

Обмін газів у тканинах. Артеріальна кров, що приходить до тканин, містить 19 об’ємних відсотків кисню, парціальна напруга якого дорівнює 100 мм рт. ст., і 52 об’ємних відсотка CO₂ з напругою 40 мм рт. ст.

Оскільки в тканинах у процесі обміну речовин кисень безупинно використовується, то його напруга в тканинній рідині утримується біля нуля. Тому О₂ в силу різниці напруг дифундує з артеріальної крові в тканини.

У результаті обмінних процесів, що відбуваються в тканинах, утвориться CO₂ і його напруга в тканинній рідині дорівнює 60 мм рт. ст., а в артеріальній крові значно менше. Тому CO₂ дифундує з тканин у кров у бік меншої напруги. Вуглекислий газ, надходячи з тканинної рідини в плазму крові, приєднує воду і перетворюється на слабку, легко дисоціюючу вугільну кислоту: Н₂О + CO₂ = Н₂СОз. Н₂СО₃ диссоціює на іони Н⁺ і НСО₃^: Н₂СОз  Н⁺ + НСОз^, і її кількість зменшується, унаслідок чого підсилюється утворення Н₂СОз із CO₂ і Н₂О, що поліпшує зв’язки вуглекислого газу. У цілому при цьому зв’язується невелика кількість CO₂, тому що константа дисоціації Н₂СО₃ невелика. Зв’язки CO₂, головним чином забезпечують білки плазми крові. Білки, володіючи амфотерними властивостями, у плазмі крові поводяться як слабкі кислоти і утворюють солі з лужними металами. Вступаючи в реакцію з вугільною кислотою, вони здійснюють буферний ефект: аніон білка зв’язує водневі іони, утворити недисоційовану молекулу (зменшує кислотність середовища), а в дисоційованому стані залишається аніон вугільної кислоти і катіон металу.

Н⁺ + НСО₃ + B⁺ + Р^  HP + НСО₃^ + В⁺

(В⁺ – катіон металу, Р^ – білковий аніон). Катіон металу й аніон НСО₃^ утворять диссоциирующий бікарбонат: НСО₃^ +В⁺ = ВНСО₃. Зв’язки водневих іонів і утворення бікарбонатів за допомогою білків забезпечує постійний перенос вуглекислого газу від тканин до легень.

Ведучу роль у переносі вуглекислого газу грає білок гемоглобін. Оболонка еритроцита проникна для вуглекислого газу, що, потрапляючи в еритроцит, під впливом карбоангідрази піддається гідратації і перетворюється в Н₂СО₃. У капілярах тканин калієва сіль оксигемоглобіну (KНbO₂),взаємодіючи з вугільною кислотою, утворить бікарбонат калію (КНСО₃), відновлений гемоглобін (ННb) і кисень, що віддається тканинам.

Одночасно вугільна кислота дисоціює: Н₂СО₃  Н⁺ + НСО₃^. Концентрація іонів НСО₃^ в еритроцитах стає більшою, ніж у плазмі, і вони з еритроцита переходять у плазму. У плазмі аніон НСО₃^ зв’язується з катіоном натрію Na⁺ і утвориться бікарбонат натрію (NaНСОз). З плазми крові замість аніонів НСО₃^ в еритроцити переходять аніони Cl^. Так відбувається зв’язки СО₂, що надходить у кров із тканин і перенос його до легень. СО₂ переноситься в основному у вигляді бікарбонату натрію в плазмі і частково у вигляді бікарбонату калію в еритроцитах.