Диффузия газов в легких. Транспорт кислорода кровью. Кислородная емкость крови.

В каждый литр крови, протекающей по легочным капиллярам, поступает из альвеолярного воздуха около 50 мл кислорода, а из крови в альвеолы – 45 мл углекислого газа. Концентрация О2 и СО2 в альвеолярном воздухе остается при этом практически постоянной благодаря вентиляции альвеол (см. раздел 4.2). Обмен газов осуществляется через легочную мембрану (толщина которой около 1 мкм) путем диффузии вследствие разности их парциального давления в крови и альвеолах.

Со стороны альвеол поверхность этой мембраны покрыта особым веществом – сурфактантом. Это вещество образует слой толщиной 0, 5 мкм. Он состоит из фосфолипидов, белков и полисахаридов, постоянно вырабатывается клетками эпителия альвеол и обновляется примерно через 30 часов.

Роль сурфактанта:

1) снижает поверхностное натяжение альвеолярных стенок;

2) создает возможность расправления легкого при первом вдохе новорожденного;

3) препятствует спадению легких при выдохе;

4) обеспечивает эластичность и стабильность легочной ткани;

5) регулирует скорость абсорбции О2 и интенсивность испарения воды с поверхности альвеол;

6) очищает поверхность альвеол от попавших с дыханием инородных частиц;

7) обладает бактериостатическим действием.

Кислород находится в крови и в растворенном виде, и в виде соединения с гемоглобином. Однако растворимость О2 очень низкая: в 100 мл плазмы может раствориться не более 0, 3 мл О2, поэтому основная роль в переносе кислорода принадлежит гемоглобину. 1 г Hb присоединяет 1, 34 мл О2, поэтому при содержании гемоглобина 150 г/л (15г/100 мл) каждые 100 мл крови могут переносить 20, 8 мл кислорода. Это так называемая кислородная емкость гемоглобина. Отдавая О2 в капиллярах, оксигемоглобин превращается в восстановленный гемоглобин. В капиллярах тканей гемоглобин способен также образовать непрочное соединение с СО2 (карбогемоглобин). В капиллярах легких, где содержание СО2 значительно меньше, углекислый газ отделяется от гемоглобина.

Кислородная емкость крови включает в себя кислородную емкость гемоглобина и количество О2, растворенное в плазме. В норме 100 мл артериальной крови содержит 19 – 20 мл кислорода, а 100 мл венозной – 13 – 15 мл.

Обмен газов между кровью и тканями. Коэффициент утилизации кислорода представляет собой количество О2, которое потребляют ткани, в процентах от общего его содержания в крови. Наибольший он в миокарде – 40 – 60 %. В сером веществе головного мозга количество потребляемого кислорода примерно в 8 – 10 раз больше, чем в белом. В корковом веществе почки примерно в 20 раз больше, чем во внутренних участках ее мозгового вещества. При тяжелых физических нагрузках коэффициент утилизации О2 мышцами и миокардом возрастает до 90 %.

Кривая диссоциации оксигемоглобина показывает зависимость насыщения гемоглобина кислородом от парциального давления последнего в крови. Так как эта кривая носит нелинейный характер, то насыщение гемоглобина в артериальной крови кислородом происходит даже при 70 мм рт. ст. Насыщение гемоглобина кислородом в норме не превышает 96 – 97 %. В зависимости от напряжения О2 или СО2, увеличения температуры, уменьшении рН кривая диссоциации может сдвигаться вправо (что означает меньшее насыщение кислородом) или влево (что означает большее насыщение кислородом).

4.4. Транспорт углекислого газа кровью. Карбоангидраза.

Растворимость углекислого газа в плазме почти в 20 раз больше, чем у кислорода, однако в растворенном виде переносится не более 10 % всего СО2. В 100 мл венозной крови содержится объемных процентов (58 об. %) СО2, из них 2, 5 об. % переноситсяв виде свободно растворимой формы, примерно 4, 5 об. % – в виде карбогемоглобина и около 48 – 51 об. % в виде угольной кислоты и ее солей (натриевая – в плазме, калиевая – в эритроците), которые образуются из СО2 и Н2О:

Н2О + СО2 → Н2СО3.

Угольная кислота сразу диссоциирует на ионы Н+ + НСО3

В плазме реакция образования Н2СО3 идет медленно, но в эритроцитах под влиянием фермента карбоангидразы эта реакция идет быстрее в 10 тыс. раз. Избыток ионов НСО3 - из эритроцитов диффундирует в плазму, где взаимодействует с Na+ и образует NaHCO3. Это и есть основная транспортная форма углекислого газа. Небольшое количество СО2 переносится связанным с белками (карбаминовые соединения). В легких происходит обратный процесс: ион бикарбоната, связываясь с ионом водорода, опять образует угольную кислоту, которая тут же распадается до СО2 и воды. Таким образом, при выделении одной молекулы СО2 происходит связывание одного иона водорода, что может приводить к изменениям рН крови.

В капиллярах тканей происходит отсоединение О2 от Hb с образованием дезоксигемоглобина, который является более слабой кислотой, чем Н2СО3 и оксигемоглобин, поэтому он связывает ион водорода, образующийся при диссоциации Н2СО3. Следовательно, присутствие восстановленного гемоглобина в венозной крови способствует связыванию СО2 и образованию Н2СО3, тогда как образование оксигемоглобина в легочных капиллярах облегчает отдачу СО2.