БИОЛОГИЯ

Газообмен в легких

В легких происходит газообмен между поступающим в альвеолы воздухом и протекающей по капиллярам кровью. Интенсивному газообмену между воздухом альвеол и кровью способствует малая толщина описанного аэрогема- тического барьера.

Альвеолярный воздух - это воздух, находящийся в альвеолах, он отличается от атмосферного по концентрации содержащихся в нем газов. В покое поглощение организмом взрослого «среднего» человека кислорода из альвеолярного воздуха составляет от 250 до 300 мл мин-1, а выделение углекислого газа - от 200 до 250 мл мин-1.

Кислород в процессе диффузии проходит из просвета альвеолы в кровеносные капилляры через аэрогематический барьер, плазму крови и мембрану эритроцита. Общее расстояние не превышает 5 мкм. CO2 диффундирует в обратном направлении. Диффузия осуществляется благодаря градиенту парциальных давлений O2 и СО2 в альвеолярном воздухе и в крови.

Транспорт газов кровью

Гемоглобин (Hb) представляет собой хромопротеид, молекула которого состоит из четырех полипептидных цепей, в состав каждой из них входит гем - прото- порфирин, в центре которого находится ион двухвалентного железа. Содержание Hb в крови здорового взрослого человека составляет в среднем 158 г/л у мужчин и 140 г/л у женщин. Однако этот показатель колеблется в зависимости от возраста, состояния здоровья, географических условий (высота над уровнем моря) и т. д. Уменьшение содержания Hb ниже 130 г/л (мужчины) и 120 г/л (женщины) называется анемией (от греч. a, an - начальная часть слова со значением отрицания, haima - кровь). У здорового человека среднее содержание НЬ в одном эритроците составляет около 31 . 1012 г (31 пг).

Благодаря свойству гемоглобина вступать в соединение с кислородом и углекислым газом кровь способна поглощать эти газы в значительном количестве. В 100 мл артериальной крови содержится до 20 мл кислорода и до 52 мл углекислого газа. Одна молекула гемоглобина способна присоединить к себе четыре молекулы кислорода, образуя неустойчивое соединение оксигемоглобин. Известно, что 1 мл гемоглобина связывает 1,34 мл кислорода. В 100 мл крови содержится 15 г гемоглобина. Сразу после диффузии в эритроциты кислород связывается с гемоглобином, в результате чего образуется оксиге- моглобин (НЬО2), который диффундирует к центру эритроцита, при этом валентность железа не меняется. Один г гемоглобина связывает 1,34 мл О2.

В тканях организма в результате непрерывного обмена веществ, интенсивных окислительных процессов расходуется кислород и образуется углекислый газ. При поступлении крови в ткани гемоглобин отдает клеткам кислород. Образовавшийся углекислый газ переходит (диффундирует) из тканей в кровь и присоединяется к гемоглобину. При этом образуется непрочное соединение - карбгемоглобин. Быстрому соединению гемоглобина с углекислым газом способствует находящийся в эритроцитах фермент карбоангидраза.

CO2 диффундирует из эритроцитов только после его освобождения из химической связи. Во время прохождения через легочные капилляры эритроциты захватывают кислород, и в них увеличивается напряжение О2, в то же время напряжение CO2 в крови снижается.

Следует подчеркнуть, что у здорового человека напряжение дыхательных газов в крови становится практически таким же, как их парциальные давления в альвеолах. Окись углерода (СО) обладает гораздо большим сродством к гемоглобину, чем кислород (в 350 раз). НЬ + СО <=> НЬСО (карбоксигемогло- бин), распад которого происходит значительно медленнее, чем оксигемоглобина. Поэтому даже при малом содержании в воздухе окиси углерода (СО) гемоглобин соединяется не с кислородом, а с окисью углерода. При этом снабжение организма кислородом, его транспорт к клеткам, тканям нарушается, прекращается. Человек в этих условиях задыхается и может погибнуть из-за непоступления кислорода в ткани.

рН артериальной крови человека колеблется в узких пределах - от 7,37 до 7,43. В регуляции кислотно-щелочногоравнове- сия участвует ряд механизмов: буферные свойства крови, газообмен в легких и выделительная функция почек.

Буферные системы, (от англ. to buff - смягчать толчки) - это совокупность веществ, сохраняющих постоянство рН крови. В первую очередь, к ним относится бикарбонатная система, которая состоит из относительно слабой угольной кислоты, образующейся при гидратации С02, и сопряженного основания - бикарбоната:

С02 + Н20 <=> Н2С03 <=> Н+ + НС03-

Эта система тесно связана с дыхательной, которая, поддерживая постоянное напряжение CO2 в крови, обеспечивает высокое содержание буферных систем. Кроме того, буферную функцию выполняют фосфатная система, белки плазмы, буферные основания.

Напряжение 02 и С02 в артериальной крови является основным, конечным результатом внешнего дыхания. Сложная работа дыхательной системы призвана приспосабливать внешнее дыхание к постоянно меняющимся условиям внешней и внутренней среды организма. Эта деятельность регулируется нервной системой. В продолговатом мозге расположены центры вдоха и выдоха. Попеременные раздражения нейронов этих центров обусловливают ритмичные чередования вдоха и выдоха. К дыхательным центрам постоянно поступают сигналы о степени растяжения легких. Вдох и выдох запускаются по принципу отрицательной обратной связи.

Важную роль в регуляции дыхания (также по принципу обратной связи) играют рН артериальной крови, напряжение в ней С02 и 02. Так, например, увеличение напряжения С02 в артериальной крови (гиперкапния) приводит к повышению минутного объема дыхания. Как правило, при этом возрастают как дыхательный объем, так и частота дыхательных движений. Если снижается рН артериальной крови по сравнению с нормальным уровнем, вентиляция легких увеличивается. Снижение напряжения 02 в артериальной крови (гипоксия) сопровождается увеличением вентиляции легких. При этом газы крови и рН могут воздействовать на нейроны дыхательных центров как непосредственно, так и путем возбуждения особых рецепторов - хеморецепторов, которые расположены в стенках некоторых крупных сосудов (общей сонной артерии, дуги аорты).

Физическая активность приводит к увеличению вентиляции легких, т. к. сокращающиеся мышцы используют больше кислорода. Кроме того, на дыхательные центры действуют сильные температурные воздействия, температура тела, различные гормоны, боль.