Роль крови в дыхании

Методы исследования газов крови. Впервые И. М. Сеченову в 1858 г. удалось при помощи сконструированного им прибора извлечь из крови газы и исследовать их. Прибор, названный им абсорбциометром, был основан на том, что при помощи ртутного насоса над кровью создавался вакуум, куда и поступали выходящие при этом из крови газы. После нескольких повторных извлечений все газы крови из нее выкачивались. Извлеченные таким образом газы затем исследовались.

Большинство современных приборов основано на том же принципе, что и прибор И. М. Сеченова. В некоторых приборах применяются химические вытеснители. Добавляя к крови раствор виннокаменной кислоты, достигают вытеснения углекислоты. Кислород же вытесняется путем вливания в кровь раствора железосинеродистого калия. Вытесненные газы собирают в специальные приемники и исследуют.

Рис. ОБРАЗОВАНИЕ ОКСИГЕМОГЛОБИНА ПРИ РАЗНЫХ ПАРЦИАЛЬНЫХ ДАВЛЕНИЯХ КИСЛОРОДА

В клинике и в физиологических лабораториях широко применяется прибор оксигемометр, который позволяет определить содержание кислорода в крови в целом организме без взятия крови и ее химического анализа. С помощью этого прибора, основанного на изучении спектра крови, можно установить степень насыщения кислородом крови, протекающей через мочки уха человека.

Связывание, перенос и отдача кислорода

Кислород и углекислый газ находятся в крови в физически растворенном состоянии (растворение газов в жидкости называется абсорбцией) и в химически связанном виде.

Из 100 мл крови можно выделить только 20 мл кислорода; между тем в физически растворенном состоянии в 100 мл крови может находиться только 0,3 мл кислорода. Так как количество кислорода, содержащегося в 100 мл крови, во много раз больше, чем может находиться в растворенном состоянии, то ясно, что кислород в основном находится в химически связанном виде.

Веществом, вступающим в химическую связь с кислородом, является гемоглобин. Кислород из воздуха диффундирует в плазму крови, а из плазмы поступает в эритроциты и вступает в химическую связь с гемоглобином. Гемоглобин при этом превращается в оксигемоглобин; 1 г гемоглобина может связать 1,34 мл кислорода.

Превращение гемоглобина в оксигемоглобин, т. е. степень насыщения гемоглобина кислородом, связано с величиной парциального давления кислорода, но зависимость эта не прямо

пропорциональная. Гемоглобин обладает особым свойством, имеющим очень важное биологическое значение: он может энергично вступать в соединение с кислородом даже при его незначительном парциальном давлении. Приводимые ниже цифры дают представление об этом свойстве гемоглобина.

Давление кислорода в мм рт. ст.

0

10

20

40

100

 Процент оксигемоглобина

0

55

72

84

92

Из этих данных следует, что гемоглобин энергично соединяется с кислородом уже при его низком парциальном давлении; с увеличением парциального давления кислорода возрастает степень насыщения им гемоглобина, но чем выше становится давление кислорода, тем медленнее нарастает степень образования оксигемоглобина. Так, при парциальном давлении кислорода, равном 10 мм рт. ст., 55% гемоглобина превращается в оксигемоглобин, а при давлении 40 мм рт. ст. 84% гемоглобина насыщены кислородом. При дальнейшем увеличении давления степень насыщения гемоглобина кислородом возрастает более медленно.

Это взаимоотношение между величиной парциального давления кислорода и степенью насыщения гемоглобина кислородом выражено кривой, которая приведена на рис.

В альвеолярном воздухе парциальное давление кислорода равно 100—110 мм рт. ст.. чего вполне достаточно для того, чтобы 97% гемоглобина артериальной крови насытились кислородом.

По оси абсцисс отложено давление кислорода в миллиметрах ртутного столба, по оси ординат — процент насыщения гемоглобина кислородом.

При таком насыщении гемоглобина кислородом в кровь поступает около 1000 мл кислорода. Это следует из уже известных нам данных: в 100 мл крови находится 420 мл кислорода, общее количество крови в среднем равно 5000 мл, следовательно, в кровь может поступить около 1000 мл кислорода. При мышечной работе потребность в кислороде возрастает и равняется 4000—5000 мл в минуту. Доставка необходимого количества кислорода обеспечивается за счет усиления кровообращения, в результате чего кровь несколько раз в течение минуты совершает свой кругооборот. Артериальная кровь, насыщенная в легких кислородом, идет в капиллярную сеть большого круга кровообращения, где оксигемоглобин отдает тканям кислород. Оксигемоглобин, отдавший кислород, называется восстановленным гемоглобином. В артериальной крови почти весь гемоглобин превращен в оксигемоглобин, а в венозной крови, оттекающей от капилляров большого круга кровообращения, преобладает восстановленный гемоглобин.

Что же способствует отдаче кислорода в капиллярах? В переходе кислорода из крови к тканям решающее значение имеет разность напряжений кислорода в артериальной крови и в тканях. Кислород из крови поступает в тканевую жидкость и из нее в клетки, где принимает участие в окислительных процессах.

Это возможно потому, что напряжение кислорода, растворенного в артериальной крови, протекающей через капилляры, равно 100—110 мм рт. ст., в тканевой жидкости — 20— 40 мм рт. ст., а в клетках свободного кислорода нет. Разность напряжения растворенного кислорода, равная 70—80 мм рт. ст., обеспечивает энергичный переход кислорода из плазмы крови в тканевую жидкость.

Оксигемоглобин, который является нестойким соединением, отдает кислород в плазму; в силу разности напряжения растворенный кислород переходит в тканевую жидкость и оттуда в клетку, где вступает в окислительные процессы.

Помимо разности в напряжении растворенного кислорода, на степень отдачи кислорода оксигемоглобином сильно влияет величина напряжения углекислого газа, растворенного в крови. Специальными исследованиями доказано, что чем выше напряжение углекислого газа, растворенного в крови, тем слабее становится связь гемоглобина с кислородом, т. е. тем больше кислорода освобождается.

В капиллярах большого круга кровообращения наряду с переходом кислорода из крови в тканевую жидкость происходит и переход углекислого газа из тканевой жидкости в кровь. Количество углекислого газа растет и его напряжение в крови возрастает, а это обстоятельство вызывает ослабление связи гемоглобина с кислородом и способствует больнему освобождению кислорода.

В легких же происходит отдача углекислого газа; его напряжение в крови падает и благодаря этому сродство гемоглобина с кислородом повышается, т.е. гемоглобин начинает более энергично соединяться с кислородом и превращаться в оксигемоглобин.

Кроме концентрации углекислого газа, на прочность связи гемоглобина с кислородом влияет также реакция крови. Незначительный сдвиг реакции в кислую сторону влечет за собой усиление отдачи кислорода. Такой сдвиг реакции происходит в мышцах, где образовавшаяся во время работы молочная кислота поступает в кровь. При этом освобождение кислорода на крови и его переход в ткани происходят более усиленно, что полностью соответствует во время работы возрастающей потребности мышц в больших количествах кислорода.

На прочность связи гемоглобина с кислородом влияет также температура. При повышенной температуре связь ослабевает, при пониженной — увеличивается. Связывание и перенос углекислоты. В 100 мл крови может раствориться 3 мл углекислого газа, между тем из такого количества крови можно извлечь 50 мл этого газа. Следовательно, углекислый газ, как и кислород, находится в крови не только в виде физического раствора, но и в химически связанном виде. Угольная кислота в крови в основном соединена со щелочами и образует двууглекислые соли, или бикарбонаты. Углекислота находится в крови преимущественно в виде бикарбонатов натрия и калия.

Кроме этих солей, в переносе углекислого газа участвует и гемоглобин.

Еще в конце прошлого века И. М. Сеченов показал, что гемоглобин участвует в переносе углекислого газа. Им было показано, что гемоглобин в капиллярах тканей вступает в химическую связь с углекислым газом и отдает его в легких.

Связь углекислого газа с гемоглобином является непрочной и легко нарушается.

Для поступления углекислого газа в кровь и перехода из крови в альвеолярный воздух требуется наличие разности его давления.

В тканевой жидкости напряжение растворенного углекислого газа составляет около 60 мм рт. ст., а в артериальной крови — 40 мм рт. ст.; следовательно, имеется достаточная разность, и углекислый газ диффундирует в кровь. В венозной крови его напряжение составляет 47 мм рт. ст., а его парциальное давление в альвеолярном воздухе — 40 мм рт. ст. Такая разность давлений вполне достаточна для перехода углекислого газа в альвеолярный воздух.

Большое значение в переходе углекислого газа из крови в альвеолярный воздух имеет процесс образования оксигемоглобина.

Мы уже знаем, что в легких почти весь гемоглобин переходит в оксигемоглобин. Образовавшийся оксигемоглобин способствует усиленному выделению углекислого газа. В капиллярах же тканей оксигемоглобин переходит в восстановленный гемоглобин, а восстановленный гемоглобин способствует усиленному поглощению углекислого газа.

На процесс освобождения углекислого газа очень большое влияние оказывает фермент карбоангидраза. Этот фермент в 1500—2000 раз ускоряет расщепление угольной кислоты на воду и углекислый газ, который и поступает в альвеолярный воздух.

Этот же фермент в капиллярах тканей способствует образованию угольной кислоты.

Следовательно, карбоангидраза в капиллярах тканей содействует образованию угольной кислоты, а в капиллярах легких — ее расщеплению.

Статья на тему Роль крови в дыхании