Главная > Болезни > Зависимость концентрации углекислого газа в крови от концентрации

Зависимость концентрации углекислого газа в крови от концентрации

  • Физиология
  • История физиологии
  • Методы физиологии

Дыхание — это физиологический процесс, обеспечивающий поступление в организм кислорода и удаление углекислого газа. Дыхание протекает в несколько стадий:

  • внешнее дыхание (вентиляция легких);
  • обмен газов в легких (между альвеолярным воздухом и кровью капилляров малого круга кровообращения);
  • транспорт газов кровью;
  • обмен газов в тканях (между кровью капилляров большого круга кровообращения и клетками тканей);
  • внутреннее дыхание (биологическое окисление в митохондриях клеток).

Физиология дыхания изучает первые четыре процесса. Внутреннее дыхание рассматривается в курсе биохимии.

Функциональная система транспорта кислорода — совокупность структур сердечно-сосудистого аппарата, крови и их регуляторных механизмов, образующих динамическую саморегулирующуюся организацию, деятельность всех составных элементов которой создает диффузионные ноля и градиенты pO2 между кровью и клетками тканей и обеспечивает адекватное поступление кислорода в организм.

Целью ее функционирования является минимизация разности между потребностью и потреблением кислорода. Оксидазный путь использования кислорода, сопряженный с окислением и фосфорилированием в митохондриях цепи тканевого дыхания, является наиболее емким в здоровом организме (используется около 96-98 % потребляемого кислорода). Процессы транспорта кислорода в организме обеспечивают также и его антиоксидантную защиту.

  • Гипероксия — повышенное содержание кислорода в организме.
  • Гипоксия — пониженное содержание кислорода в организме.
  • Гиперкапния — повышенное содержание углекислого газа в организме.
  • Гиперкапнемия — повышенное содержание углекислого газа в крови.
  • Гипокапния — пониженное содержание углекислого газа в организме.
  • Гипокаппемия — пониженное содержание углекислого газа в крови.

Рис. 1. Схема процессов дыхания

Потребление кислорода — количество кислорода, поглощаемое организмом в течение единицы времени (в покое 200- 400 мл/мин).

Степень насыщения крови кислородом — отношение содержания кислорода в крови к ее кислородной емкости.

Объем газов, находящихся в крови, принято выражать в объемных процентах (об%). Этот показатель отражает количество газа в миллилитрах, находящееся в 100 мл крови.

Кислород транспортируется кровью в двух формах:

  • физического растворения (0,3 об%);
  • в связи с гемоглобином (15-21 об%).

Молекулу гемоглобина, не связанную с кислородом, обозначают символом Нb, а присоединившую кислород (оксигемоглобин) — НbO2. Присоединение кислорода к гемоглобину называют оксигенацией (сатурацией), а отдачу кислорода — де- оксигенацией или восстановлением (десатурацией). Гемоглобину принадлежит основная роль в связывании и транспорте кислорода. Одна молекула гемоглобина при полной оксигена- ции связывает четыре молекулы кислорода. Один грамм гемоглобина связывает и транспортирует 1,34 мл кислорода. Зная содержание гемоглобина в крови, легко рассчитать кислородную емкость крови.

Кислородная емкость крови — это количество кислорода, связанного с гемоглобином, находящимся в 100 мл крови, при его полном насыщении кислородом. Если в крови содержится 15 г% гемоглобина, то кислородная емкость крови составит 15 • 1,34 = 20,1 мл кислорода.

В нормальных условиях гемоглобин связывает кислород в легочных капиллярах и отдает его в тканевых благодаря особым свойствам, которые зависят от ряда факторов. Основным фактором, влияющим на связывание и отдачу гемоглобином кислорода, является величина напряжения кислорода в крови, зависящая от количества растворенного в ней кислорода. Зависимость связывания гемоглобином кислорода от его напряжения описывается кривой, получившей название кривой диссоциации оксигемоглобина (рис. 2.7). На графике но вертикали отмечен процент молекул гемоглобина, связанных с кислородом (%НbO2), по горизонтали — напряжение кислорода (рO2). Кривая отражает изменение %НbO2 в зависимости от напряжения кислорода в плазме крови. Она имеет S-образный вид с перегибами в области напряжения 10 и 60 мм рт. ст. Если рО2 в плазме становится больше, то оксигенация гемоглобина начинает нарастать почти линейно нарастанию напряжения кислорода.

Рис. 2. Кривые диссоциации: а — при одинаковой температуре (Т = 37 °С) и различном рСО2,: I- оксимиоглобина нрн нормальных условиях (рСО2 = 40 мм рт. ст.); 2 — окенгемоглобина при нормальных условиях (рСО2, = 40 мм рт. ст.); 3 — окенгемоглобина (рСО2, = 60 мм рт. ст.); б — при одинаковом рС02 (40 мм рт. ст.) и различной температуре

Реакция связывания гемоглобина с кислородом является обратимой, зависит от сродства гемоглобина к кислороду, которое, в свою очередь, зависит от напряжения кислорода в крови:

При обычном парциальном давлении кислорода в альвеолярном воздухе, составляющем около 100 мм рт. ст., этот газ диффундирует в кровь капилляров альвеол, создавая напряжение, близкое к парциальному давлению кислорода в альвеолах. Сродство гемоглобина к кислороду в этих условиях повышается. Из приведенного уравнения видно, что реакция сдвигается в сторону образования окенгемоглобина. Оксигенация гемоглобина в оттекающей от альвеол артериальной крови достигает 96-98%. Из-за шунтирования крови между малым и большим кругом оксигенация гемоглобина в артериях системного кровотока немного снижается, составляя 94-98%.

Сродство гемоглобина к кислороду характеризуется величиной напряжения кислорода, при котором 50% молекул гемоглобина оказываются оксигенированными. Его называют напряжением полунасыщения и обозначают символом Р50. Увеличение Р50 свидетельствует о снижении сродства гемоглобина к кислороду, а его снижение — о возрастании. На уровень Р50 влияют многие факторы: температура, кислотность среды, напряжение СО2, содержание в эритроците 2,3-дифосфоглицерата. Для венозной крови Р50 близко к 27 мм рт. ст., а для артериальной — к 26 мм рт. ст.

Таблица. Содержание кислорода и углекислого газа в различных средах

Из крови сосудов микроциркуляторного русла кислород но его градиенту напряжения постоянно диффундирует в ткани и его напряжение в крови уменьшается. В то же время напряжение углекислого газа, кислотность, температура крови тканевых капилляров увеличиваются. Это сопровождается снижением сродства гемоглобина к кислороду и ускорением диссоциации оксигемоглобина с высвобождением свободного кислорода, который растворяется и диффундирует в ткани. Скорость высвобождения кислорода из связи с гемоглобином и его диффузии удовлетворяет потребности тканей (в том числе высокочувствительных к недостатку кислорода), при содержании НbО2 в артериальной крови выше 94%. При снижении содержания НbО2менее 94% рекомендуется принимать меры к улучшению сатурации гемоглобина, а при содержании 90% ткани испытывают кислородное голодание и необходимо принимать срочные меры, улучшающие доставку в них кислорода.

Состояние, при котором оксигенация гемоглобина снижается менее 90%, а рО2 крови становится ниже 60 мм рт. ст., называют гипоксемией.

Приведенные на рис. 2.7 показатели сродства Нb к О2, имеют место при обычной, нормальной температуре тела и напряжении углекислого газа в артериальной крови 40 мм рт. ст. При возрастании в крови напряжения углекислого газа или концентрации протонов Н+ сродство гемоглобина к кислороду снижается, кривая диссоциации НbО2, сдвигается вправо. Такое явление называют эффектом Бора. В организме повышение рСО2, происходит в тканевых капиллярах, что способствует увеличению деоксигснации гемоглобина и доставке кислорода в ткани. Снижение сродства гемоглобина к кислороду происходит также при накоплении в эритроцитах 2,3-дифосфоглицерата. Через синтез 2,3-дифосфоглицерата организм может влиять на скорость диссоциации НbO2. У пожилых людей содержание этого вещества в эритроцитах повышено, что препятствует развитию гипоксии тканей.

Повышение температуры тела снижает сродство гемоглобина к кислороду. Если температура тела снижается, то кривая диссоциации НbО2, сдвигается влево. Гемоглобин активнее захватывает кислород, но в меньшей мере отдает его тканям. Это является одной из причин, почему при попадании в холодную (4-12 °С) воду даже хорошие пловцы быстро испытывают непонятную мышечную слабость. Развивается переохлаждение и гипоксия мышц конечностей по причине как уменьшения в них кровотока, так и сниженной диссоциации НbО2.

Из анализа хода кривой диссоциации НbО2видно, что рО2в альвеолярном воздухе может быть снижено с обычного 100 мм рт. ст. до 90 мм рт. ст., а оксигенация гемоглобина будет сохраняться на совместимом с жизнедеятельностью уровне (уменьшится лишь на 1-2%). Такая особенность сродства гемоглобина к кислороду дает возможность организму приспосабливаться к снижению вентиляции легких и понижению атмосферного давления (например, жить в горах). Но в области низкого напряжения кислорода крови тканевых капилляров (10-50 мм рт. ст.) ход кривой резко меняется. На каждую единицу снижения напряжения кислорода деоксигенируется большое число молекул оксигемоглобина, увеличивается диффузия кислорода из эритроцитов в плазму крови и за счет повышения его напряжения в крови создаются условия для надежного обеспечения тканей кислородом.

На связь гемоглобина с килородом влияют и другие факторы. На практике важно учитывать то, что гемоглобин обладает очень высоким (в 240-300 раз большим, чем к кислороду) сродством к угарному газу (СО). Соединение гемоглобина с СО называют карбоксигелюглобином. При отравлении СО кожа пострадавшего в местах гиперемии может приобретать вишнево-красный цвет. Молекула СО присоединяется к атому железа гема и тем самым блокирует возможность связи гемоглобина с кислородом. Кроме того, в присутствии СО даже те молекулы гемоглобина, которые связаны с кислородом, в меньшей степени отдают его тканям. Кривая диссоциации НbО2 сдвигается влево. При наличии в воздухе 0,1% СО более 50% молекул гемоглобина превращается в карбоксигемогло- бин, а уже при содержании в крови 20-25% НbСO человеку требуется врачебная помощь. При отравлении угарным газом важно обеспечить пострадавшему вдыхание чистого кислорода. Это увеличивает скорость диссоциации НbСO в 20 раз. В условиях обычной жизни содержание НbСOв крови составляет 0-2%, после выкуренной сигареты оно может возрасти до 5% и более.

При действии сильных окислителей кислород способен образовывать прочную химическую связь с железом гема, при которой атом железа становится трехвалентным. Такое соединение гемоглобина с кислородом называют метгемоглобином. Оно не может отдавать кислород тканям. Метгемоглобин сдвигает кривую диссоциации оксигемоглобина влево, ухудшая таким образом условия высвобождения кислорода в тканевых капиллярах. У здоровых людей в обычных условиях из-за постоянного поступления в кровь окислителей (перекисей, нитропронзводных органических веществ и т.д.) до 3% гемоглобина крови может быть в виде метгемоглобина.

Низкий уровень содержания этого соединения поддерживается благодаря функционированию антиоксидантных ферментных систем. Образование метгемоглобина ограничивают антиоксиданты (глутатион и аскорбиновая кислота), присутствующие в эритроцитах, а его восстановление в гемоглобин происходит в процессе ферментативных реакций с участием эритроцитариых ферментов дегидрогеназ. При недостаточности этих систем или при избыточном попадании в кровоток веществ (например, фенацетина, противомалярийных лекарственных препаратов и т.д.), обладающих высокими оксидантными свойствами, развивается мстгсмоглобинсмия.

Гемоглобин легко взаимодействует и со многими другими растворенными в крови веществами. В частности, при взаимодействии с лекарственными препаратами, содержащими серу, может образовываться сульфгемоглобин, сдвигающий кривую диссоциации оксигемоглобина вправо.

В крови плода преобладает фетальный гемоглобин (HbF), обладающий большим сродством к кислороду, чем гемоглобин взрослого. У новорожденного в эритроцитах содержится до 70% фстального гемоглобина. Гемоглобин F заменяется на НbА в течение первого полугодия жизни.

В первые часы после рождения рО2 артериальной крови составляет около 50 мм рт. ст., а НbО2— 75-90%.

У пожилых людей напряжение кислорода в артериальной крови и насыщение гемоглобина кислородом постепенно снижается. Величину этого показателя рассчитывают по формуле

рO2 = 103,5-0,42 • возраст в годах.

В связи с существованием тесной связи между насыщением кислородом гемоглобина крови и напряжением в ней кислорода был разработан метод пульсоксиметрии, получивший широкое применение в клинике. Этим методом определяют насыщение гемоглобина артериальной крови кислородом и его критические уровни, при которых напряжение кислорода в крови становится недостаточным для его эффективной диффузии в ткани и они начинают испытывать кислородное голодание (рис. 3).

Современный пульсоксиметр состоит из датчика, включающего светодиодный источник света, фотоприемника, микропроцессора и дисплея. Свет от светодиода направляется через ткань пальца кисти (стопы), мочки уха, поглощается оксигемоглобином. Непоглощенная часть светового потока оценивается фотоприемником. Сигнал фотоприемника обрабатывается микропроцессором и подается на экран дисплея. На экране отображается процентное насыщение гемоглобина кислородом, частота пульса и пульсовая кривая.

На кривой зависимости насыщения гемоглобина кислородом видно, что гемоглобин артериальной крови, опекающей из альвеолярных капилляров (рис. 3), полностью насыщенкислородом (SaO2 = 100%), напряжение кислорода в ней составляет 100 мм рт. ст. (рО2, = 100 мм рт. ст.). После диссоциации оксигсмоглобина в тканях кровь становится деоксигенированной и в смешанной венозной крови, возвращающейся в правое предсердие, в условиях покоя гемоглобин остается насыщенным кислородом на 75% (Sv02 = 75%), а напряжение кислорода составляет 40 мм рт. ст. (pvO2 = 40 мм рт. ст.). Таким образом, в условиях покоя ткани поглотили около 25% (≈250 мл) кислорода, высвободившегося из оксигсмоглобина после его диссоциации.

Рис. 3. Зависимость насыщения кислородом гемоглобина артериальной крови от напряжения в ней кислорода

При уменьшении всего лишь на 10% насыщения гемоглобина артериальной крови кислородом (SaO2, Н + + HCO3 — .

Таким образом, внешнее дыхание через влияние на содержание углекислого газа в крови принимает непосредственное участие в поддержании кислотно-щелочного состояния в организме. За сутки с выдыхаемым воздухом из организма человека удаляется около 15 ООО ммоль угольной кислоты. Почки удаляют приблизительно в 100 раз меньше кислот.

Рассчитать влияние растворения углекислоты на рН крови можно, применяя уравнение Гендерсона — Госсельбаха. Для угольной кислоты оно имеет следующий вид:

где рН — отрицательный логарифм концентрации протонов; рК 1 — отрицательный логарифм константы диссоциации (К 1 ) угольной кислоты. Для ионной среды, имеющейся в плазме, рК 1 =6,1.

Концентрацию [СО2] можно заменить напряжением [рС02]:

Тогда рН = 6,1 + lg[HCO3 — ] / 0,03 рСО2.

Среднее содержание HCO3 — в артериальной крови в норме равно 24 ммоль/л, а рСО2 — 40 мм рт. ст.

Подставив эти значения, получим:

рН = 6,1 + lg24 / (0,03 • 40) = 6,1 + lg20 = 6,1 + 1,3 = 7,4.

Таким образом, пока соотношение [HCO3 — ] / 0,03 рС02 равно 20, рН крови будет 7,4. Изменение этого соотношения происходит при ацидозе или алкалозе, причинами которых могут быть нарушения в системе дыхания.

Различают изменения кислотно-щелочного состояния, вызванные нарушениями дыхания и метаболизма.

Дыхательный алкалоз развивается при гипервентиляции легких, например при пребывании на высоте в горах. Недостаток кислорода во вдыхаемом воздухе приводит к возрастанию вентиляции легких, а гипервентиляция — к избыточному вымыванию из крови углекислого газа. Соотношение [HCO3 — ] / рС02 сдвигается в сторону преобладания анионов и рН крови увеличивается. Увеличение рН сопровождается усилением выведения почками бикарбонатов с мочой. При этом в крови будет обнаруживаться меньшее, чем в норме, содержание анионов HCO3 — или так называемый «дефицит оснований».

Читайте также:  Анализ крови цветной показатель обозначение в анализе крови

Дыхательный ацидоз развивается из-за накопления в крови и тканях углекислого газа, обусловленного недостаточностью внешнего дыхания или кровообращения. При гиперкапнии показатель соотношения [HCO3 — ] / рСО2, снижается. Следовательно, снижается и рН (см. выше приведенные уравнения). Это подкисление может быть быстро устранено усилением вентиляции.

При дыхательном ацидозе почки увеличивают выведение с мочой протонов водорода в составе кислых солей фосфорной кислоты и аммония (Н2РО4 — и NH4 + ). Наряду с усилением секреции протонов водорода в мочу увеличивается образование анионов угольной кислоты и усиление их реабсорбции в кровь. Содержание HCO3 — в крови возрастает и рН возвращается к норме. Это состояние называют компенсированным дыхательным ацидозом. О его наличии можно судить по величине рН и нарастанию избытка оснований (разности между содержанием [HCO3 — ] в исследуемой крови и в крови с нормальным кислотно-щелочным состоянием.

Метаболический ацидоз обусловлен поступлением в организм избытка кислот с пищей, нарушениями метаболизма или введением лекарственных препаратов. Увеличение концентрации водородных ионов в крови приводит к возрастанию активности центральных и периферических рецепторов, контролирующих рН крови и ликвора. Учащенная импульсация от них поступает к дыхательному центру и стимулирует вентиляцию легких. Развивается гипокапиия. которая несколько компенсирует метаболический ацидоз. Уровень [HCO3 — ] в крови снижается и это называют дефицитом оснований.

Метаболический алкалоз развивается при избыточном приеме внутрь щелочных продуктов, растворов, лекарственных веществ, при потере организмом кислых продуктов обмена или избыточной задержке почками анионов [HCO3 — ]. Дыхательная система реагирует на повышение соотношения [HCO3 — ]/рС02 гиповентиляцией легких и повышением напряжения углекислого газа в крови. Развивающаяся гиперкапния может в определенной мере компенсировать алкалоз. Однако объем такой компенсации ограничен тем, что накопление углекислого газа в крови идет не более, чем до напряжения 55 мм рт. ст. Признаком компенсированного метаболического алкалоза является наличие избытка оснований.

Имеется три важнейших пути взаимосвязи транспорта кислорода и углекислого газа кровью.

Взаимосвязь по типу эффекта Бора (увеличение рСО-, снижает сродство гемоглобина к кислороду).

Взаимосвязь по типу эффекта Холдэна. Она проявляется в том, что при деоксигенации гемоглобина увеличивается его сродство к углекислому газу. Высвобождается дополнительное число аминогрупп гемоглобина, способных связывать углекислый газ. Это происходит в тканевых капиллярах и восстановленный гемоглобин может в больших количествах захватывать углекислый газ, выходящий в кровь из тканей. В соединении с гемоглобином транспортируется до 10% от всего переносимого кровью углекислого газа. В крови легочных капилляров гемоглобин оксигенируется, его сродство к углекислому газу снижается и около половины этой легко обмениваемой фракции углекислого газа отдастся в альвеолярный воздух.

Еще один путь взаимосвязи обусловлен изменением кислотных свойств гемоглобина в зависимости от его соединения с кислородом. Величины констант диссоциации этих соединений в сопоставлении с угольной кислотой имеют такое соотношение: Hb02 > Н2С03 > Нb. Следовательно, НbО2 обладает более сильными кислотными свойствами. Поэтому после образования в легочных капиллярах он забирает катионы (К+) от бикарбонатов (КНСО3) в обмен на ионы Н + . В результате этого образуется H2CO3 При повышении концентрации угольной кислоты в эритроците фермент карбоангидраза начинает разрушать ее с образованием СО2 и Н20. Углекислый газ диффундирует в альвеолярный воздух. Таким образом, оксигенация гемоглобина в легких способствует разрушению бикарбонатов и удалению аккумулированного в них углекислого газа из крови.

Превращения, описанные выше и происходящие в крови легочных капилляров, можно записать в виде последовательных символических реакций:

Деоксигенация Нb02 в тканевых капиллярах превращает его в соединение с меньшими, чем у Н2С03, кислотными свойствами. Тогда вышеприведенные реакции в эритроците текут в обратном направлении. Гемоглобин выступает поставщиком ионов К’ для образования бикарбонатов и связывания углекислого газа.

Переносчиком кислорода от легких к тканям и углекислого газа от тканей к легким является кровь. В свободном (растворенном) состоянии переносится лишь небольшое количество этих газов. Основное количество кислорода и углекислого газа переносится в связанном состоянии.

Кислород, растворяющийся в плазме крови капилляров малого круга кровообращения, диффундирует в эритроциты, сразу связывается с гемоглобином, образуя оксигемоглобин. Скорость связывания кислорода велика: время полунасыщения гемоглобина кислородом около 3 мс. Один грамм гемоглобина связывает 1,34 мл кислорода, в 100 мл крови 16 г гемоглобина и, следовательно, 19,0 мл кислорода. Эта величина называется кислородной емкостью крови (КЕК).

Превращение гемоглобина в оксигемоглобин определяется напряжением растворенного кислорода. Графически эта зависимость выражается кривой диссоциации оксигемоглобина (рис. 6.3).

На рисунке видно, что даже при небольшом парциальном давлении кислорода (40 мм рт. ст.) с ним связывается 75-80% гемоглобина.

При давлении 80-90 мм рт. ст. гемоглобин почти полностью насыщается кислородом.

Рис. 4. Кривая диссоциации оксигемоглобина

Кривая диссоциации имеет S-образную форму и состоит из двух частей — крутой и отлогой. Отлогая часть кривой, соответствующая высоким (более 60 мм рт. ст.) напряжениям кислорода, свидетельствует о том, что в этих условиях содержание оксигемоглобина лишь слабо зависит от напряжения кислорода и его парциального давления во вдыхаемом и альвеолярном воздухе. Верхняя отлогая часть кривой диссоциации отражает способность гемоглобина связывать большие количества кислорода, несмотря на умеренное снижение его парциального давления во вдыхаемом воздухе. В этих условиях ткани достаточно снабжаются кислородом (точка насыщения).

Крутая часть кривой диссоциации соответствует напряжению кислорода, обычному для тканей организма (35 мм рт. ст. и ниже). В тканях, поглощающих много кислорода (работающие мышцы, печень, почки), оке и гемоглобин диссоциирует в большей степени, иногда почти полностью. В тканях, в которых интенсивность окислительных процессов мала, большая часть оксигемоглобина не диссоциирует.

Свойство гемоглобина — легко насыщаться кислородом даже при небольших давлениях и легко его отдавать — очень важно. Благодаря легкой отдаче гемоглобином кислорода при снижении его парциального давления обеспечивается бесперебойное снабжение тканей кислородом, в которых вследствие постоянного потребления кислорода его парциальное давление равно нулю.

Распад оксигемоглобина на гемоглобин и кислород увеличивается с повышением температуры тела (рис. 5).

Рис. 5. Кривые насыщения гемоглобина кислородом при разных условиях:

А — в зависимости от реакции среды (рН); Б — от температуры; В — от содержания солей; Г — от содержания углекислого газа. По оси абцисс — парциальное давление кислорода (в мм рт. ст.). по оси ординат — степень насыщения (в %)

Диссоциация оксигемоглобина зависит от реакции среды плазмы крови. С увеличением кислотности крови возрастает диссоциация оксигемоглобина (рис. 5, А).

Связывание гемоглобина с кислородом в воде осуществляется быстро, но полного его насыщения не достигается, как и не происходит полной отдачи кислорода при снижении его парциального
давления. Более полное насыщение гемоглобина кислородом и полная его отдача при понижении напряжения кислорода происходят в растворах солей и в плазме крови (см. рис. 5, В).

Особое значение в связывании гемоглобина с кислородом имеет содержание углекислого газа в крови: чем больше его содержание в крови, тем меньше связывается гемоглобина с кислородом и тем быстрее происходит диссоциация оксигемоглобина. На рис. 5, Г показаны кривые диссоциации оксигемоглобина при разном содержании углекислого газа в крови. Особенно резко понижается способность гемоглобина соединяться с кислородом при давлении углекислого газа, равном 46 мм рт. ст., т.е. при величине, соответствующей напряжению углекислого газа в венозной крови. Влияние углекислого газа на диссоциацию оксигемоглобина очень важно для переноса газов в легких и тканях.

В тканях содержится большое количество углекислого газа и других кислых продуктов распада, образующихся в результате обмена веществ. Переходя в артериальную кровь тканевых капилляров, они способствуют более быстрому распаду оксигемоглобина и отдаче кислорода тканям.

В легких же по мере выделения углекислого газа из венозной крови в альвеолярный воздух с уменьшением содержания углекислого газа в крови увеличивается способность гемоглобина соединяться с кислородом. Тем самым обеспечивается превращение венозной крови в артериальную.

Известны три формы транспорта двуокиси углерода:

  • физически растворенный газ — 5-10%, или 2,5 мл/100 мл крови;
  • химически связанный в бикарбонатах: в плазме NaHC03, в эритроцитах КНСО, — 80-90%, т.е. 51 мл/100 мл крови;
  • химически связанный в карбаминовых соединениях гемоглобина — 5-15%, или 4,5 мл/100 мл крови.

Углекислый газ непрерывно образуется в клетках и диффундирует в кровь тканевых капилляров. В эритроцитах он соединяется с водой и образует угольную кислоту. Этот процесс катализируется (ускоряется в 20 000 раз) ферментом карбоангидразой. Карбоангидраза содержится в эритроцитах, в плазме крови ее нет. Поэтому гидратация углекислого газа происходит практически только в эритроцитах. В зависимости от напряжения углекислого газа карбоангидраза катализируется с образованием угольной кислоты, так и расщеплением ее на углекислый газ и воду (в капиллярах легких).

Часть молекул углекислого газа соединяется в эритроцитах с гемоглобином, образуя карбогемоглобин.

Благодаря указанным процессам связывания напряжение углекислого газа в эритроцитах оказывается невысоким. Поэтому все новые количества углекислого газа диффундируют внутрь эритроцитов. Концентрация ионов НС03 — , образующихся при диссоциации солей угольной кислоты, в эритроцитах возрастает. Мембрана эритроцитов обладает высокой проницаемостью для анионов. Поэтому часть ионов НСО3 — переходит в плазму крови. Взамен ионов НСО3 — в эритроциты из плазмы входят ионы СI — , отрицательные заряды которых уравновешиваются ионами K+. В плазме крови увеличивается количество бикарбоната натрия (NaНСО3 — ).

Накопление ионов внутри эритроцитов сопровождается повышением в них осмотического давления. Поэтому объем эритроцитов в капиллярах большого круга кровообращения несколько увеличивается.

Для связывания большей части углекислого газа исключительно большое значение имеют свойства гемоглобина как кислоты. Оксигемоглобин имеет константу диссоциации в 70 раз большую, чем дезоксигемоглобин. Оксигемоглобин — более сильная кислота, чем угольная, а дезоксигемоглобин — более слабая. Поэтому в артериальной крови оксигемоглобин, вытеснивший ионы К + из бикарбонатов, переносится в виде соли КНbO2. В тканевых капиллярах КНbО2, отдает кислород и превращается в КНb. Из него угольная кислота как более сильная вытесняет ионы К + :

Таким образом, превращение оксигемоглобина в гемоглобин сопровождается увеличением способности крови связывать углекислый газ. Это явление носит название эффекта Холдейна. Гемоглобин служит источником катионов (К+), необходимых для связывания угольной кислоты в форме бикарбонатов.

Итак, в эритроцитах тканевых капилляров образуется дополнительное количество бикарбоната калия, а также карбогемоглобин, а в плазме крови увеличивается количество бикарбоната натрия. В таком виде углекислый газ переносится к легким.

В капиллярах малого круга кровообращения напряжение углекислого газа снижается. От карбогемоглобина отщепляется СО2,. Одновременно происходит образование оксигемоглобина, увеличивается его диссоциация. Оксигемоглобин вытесняет калий из бикарбонатов. Угольная кислота в эритроцитах (в присутствии карбоангидразы) быстро разлагается на воду и углекислый газ. Ионы НСОГ входят в эритроциты, а ионы СI — входят в плазму крови, где уменьшается количество бикарбоната натрия. Углекислый газ диффундирует в альвеолярный воздух. Схематически все эти процессы представлены на рис. 6.

Рис. 6. Процессы, происходящие в эритроците при поглощении или отдаче кровью кислорода и углекислого газа

По материалам www.grandars.ru

Углекислый газ (СО2, диоксид (или двуокись) углерода) является побочным продуктом метаболизма. Вопреки мнению большинства людей, углекислый газ необходим для здоровья и жизни человеческого организма.

В процессе дыхания, избыток диоксида углерода удаляется из организма, заменяясь кислородом, однако, в крови остается определенное количество CO2.

Если оно будет значительно выше или ниже нормы, может произойти нарушение некоторых функций организма. Эти функции связаны с сердечно-сосудистой системой, а также с клеточным дыханием. Низкий уровень двуокиси углерода в крови приведет к снижению объема кислорода, поступающего в различные клетки и ткани организма. Увеличение объема углекислого газа в крови также является проблемой для организма. Поэтому необходимо поддерживать нормальный уровень углекислого газа в организме.

Все живые существа нуждаются в воздухе. Он представляет собой смесь газов, таких как углекислый газ (СО2), кислород (O2), окись углерода (CO), азот (N2), водород (H2) и инертные газы. Всем млекопитающим – в том числе и человеку – для жизни и здоровья необходим кислород, который они получают, вдыхая воздух. Выдыхают они при этом смесь двуокиси углерода и небольшого количества кислорода.

Основная часть диоксида углерода присутствует в организме в виде бикарбонатов (HCO3) или угольной кислоты (H2CO3). Кроме того, он также присутствует в организме и в растворенном состоянии.

Обмен газов происходит в альвеолах, являющихся неотъемлемой частью легких. Это происходит с помощью диффузии. Баланс между уровнями этих двух газов, а именно двуокиси углерода (СО2) и кислорода (О2), необходим для поддержания здоровья организма. Если баланс этих газов в организме нарушится, может начаться патология.

Если показатель уровня углекислого газа в организме станет высоким, наступит состояние, известное как гиперкапния (отравление углекислым газом).

Аналогичным образом, если уровень кислорода в крови будет ниже нормы, наступит гипоксия (кислородное голодание).

Все респираторные расстройства включают в себя дисбаланс уровней СО2 и O2 в крови. Небольшой дисбаланс не требует интенсивной терапии, но в тяжелых случаях необходимо оказание медицинской помощи на месте.

Низкий уровень углекислого газа в крови может быть очень вредным для организма. Показатели СО2 снижаются в результате гипервентиляции – глубокого, учащенного дыхания, в результате которого в организм поступает больше кислорода, чем нужно. Это может произойти в результате панических атак или потреблении лекарств, стимулирующих дыхательную систему.

Диоксид углерода повышает кислотность крови. Когда его уровень низок, кровь ощелачивается, что приводит к сужению кровеносных сосудов и ухудшению кровотока. Это может быть очень опасным, поскольку приводит к снижению кровоснабжения мозга и других жизненно важных органов, что приводит к помутнению сознания, головокружению, ухудшению зрения, мышечным судорогам и беспричинной тревожности.

Читайте также:  Таблетки Протекта: инструкция по применению, цена

Когда у человека высокий уровень углекислого газа в крови, наступает состояние, известное как гиперкапния. Одним из наиболее распространенных причин повышения уровня углекислого газа в организме является гиповентиляция – недостаточное для поддержания функций организма поступление кислорода. Она происходит при помутнении или потере сознания или болезни легких, затрудняющей дыхание.

Высокий уровень углекислого газа в крови может вызвать покраснение кожи, повышение артериального давления, судороги, снижение мозговой и нервной активности, головные боли, спутанность сознания и сонливость. В крайнем случае, пациенту для восстановления нормального дыхания будет необходима кислородная маска. Она поможет восстановить баланс кислорода и диоксида углерода в крови.

Длительная гиперкапния может привести к повреждению внутренних органов, таких как мозг. Следует понимать, что длительное пребывание в среде, наполненной СО2 также может повысить его уровень в крови.

Нормальный общий уровень двуокиси углерода в крови находится в пределах 20–29 миллиэквивалентов на литр крови (мэкв/л). Его можно проверить путем анализа. Следует понимать, что отклонение от нормального уровня углекислого газа в крови может свидетельствовать о ряде болезней. Оно является лишь одним из симптомов, сигнализирующих о проблемах в организме.

Если в результате анализа был выявлен аномальный уровень двуокиси углерода, то для стабилизации будут использовать чистый кислород. После нормализации состояния пациента и уровня СО2 будет проведена серия анализов. Это нужно для определения причины высоких или низких показателей углекислого газа в крови.

Симптомы, связанные с высокими показателями СО2 в крови: повышенное артериальное давление, учащенный пульс, покраснение, судороги, головная боль, боль в груди, спутанность сознания и усталость. Выраженность этих симптомов зависит от тяжести случая.

Причины повышения уровня диоксида углерода: энергичные упражнения и многочисленные патологические состояния, такие как хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ), ацидоз, легочные инфекции и атеросклероз.

Высокий уровень углекислого газа в организме может быть причиной влияния профессиональных обязанностей. Подходящим примером является работа у печи или профессиональный дайвинг, в котором человеку приходится надолго задерживать дыхание во время погружения.

Другими причинами высокого уровня СО2 являются загрязнение воздуха и курение. И в том, и в другом случае повреждаются альвеолы, что приводит к ухудшению газообмена в легких.

Основными органами, которые поддерживают баланс углекислого газа и кислорода являются печень и почки. Именно поэтому проблемы в работе любого из этих органов также приводят к гипоксии или гиперкапнии.

Первой помощью пациенту, потерявшему сознание из-за высокого уровня СО2, являются искусственное дыхание и массаж грудной клетки. Но в большинстве случаев отравления углекислым газом нет никаких симптомов. Поэтому нужно проходить регулярные проверки и следить за состоянием здоровья.

По сравнению с отравлением угарным газом, отравление углекислым газом является менее опасным для здоровья. Оксид углерода (СО) – это очень ядовитый газ, без цвета и запаха. Он смертелен даже в минимальных количествах, потому что его молекулы сильнее и быстрее, чем молекулы кислорода, привязываются к молекулам гемоглобина крови. Это приводит к гипоксии (нехватке кислорода) клеток организма.

Для поддержания правильного баланса СО2 и О2 в крови, нужно ежедневно заниматься физическими упражнениями и есть здоровую пищу. Хотя у организма и имеется свой защитный механизм, нужно применять меры предосторожности, так как профилактика лучше, чем лечение.

По материалам doctor-test.ru

Изменение концентрации углекислого газа в крови человека под воздействием электроакустических сигналов нервных клеток Текст научной статьи по специальности «Медицина и здравоохранение»

Аннотация научной статьи по медицине и здравоохранению, автор научной работы — Шаов М. Т., Шаова З. А., Пшикова О. В.

В статье приводятся данные о возможности дистанционного управления концентрацией углекислого газа в артериальной крови человека с помощью «голоса нейрона».

Похожие темы научных работ по медицине и здравоохранению , автор научной работы — Шаов М.Т., Шаова З.А., Пшикова О.В,

Change of concentration of carbonic gas in blood of a person under the influence of electro-acoustic signals of nervous cells

In article cited the data on an opportunity of distant control by concentration of carbonic gas in arterial blood of a human with the help «the voices of neuron».

Текст научной работы на тему «Изменение концентрации углекислого газа в крови человека под воздействием электроакустических сигналов нервных клеток»

- загруженностью на работе (33,1%);

— загруженностью работой по домашнему хозяйству (34,2%);

— со злоупотреблением алкоголем отца ребенка (6,1%);

— с материальными трудностями (36,5%).

В связи с этим отмечено, что больные дети почти в три раза чаще имеют недостаточный вес, в девять раз чаще — отстают от своих сверстников по физической активности, чем здоровые дети .

Таким образом, по результатам исследования можно сделать вывод:

Полученные данные показывают, что необходимым условием сохранения и укрепления здоровья детского населения являются благоприятные условия воспитания, обучения в детских учреждениях, где дети приводят значительную часть своей жизни и факторы среды влияют на рост, развитие и состояние здоровья подрастающего поколения Республики Дагестан.

1. Альжанова Б.Ж. Джусубалиева Т.М., Тастемирова Б. У. Снижение перинатальной смертности от врожденных пороков развития и наследственной патологии // Разработка и внедрение комплексной программы перинатальной диагностики врожденных пороков развития и наследственной патологии у плода. / ГУ съезд акушеров-гинекологов Казахстана. — Алма-Ата, 1991. — С. 65-66. 2. Антипенко Е.Н., Когут Н.Н. Результаты эпидемиологического изучения врожденных пороков развития у детей в городах с разным уровнем загрязнения атмосферного воздуха // Вестник РАМН. — 1993. — N 3. — С. 32-36. 3. Атаджанов Т.В., Юлдашев Б.И., Зайдуллаев В. Б. Состояние показателей кислородотранспосртной функции крови в зависимости от изменений гемодинамики у беременных при сочетании нефропатии и анемии // Матер. ГУ съезда акушер-гинекологов Узбекистана. Ташкент 15-16 мая 1995. — Ташкент, 1995. — С. 68. 4. Атясова Т.Г., Гурьянова В.Ф., Письмарева Л.Н., Дзюбич Л.И. Изменение состояния здоровья детей Чамзинского района Мордовии под влиянием экологической обстановки // Новые Технологии в педиатрии: / Материалы Конгресса педиатров России. — Москва, 19-21 апреля 1995 г. — М., 1995. — С. 8-9. 5. Аубакирова А.Ж., Телеуова Т.Е., Ковалевская Е.И. Выявляемость и характер врожденной офтальмопатологии у детей в Казахстане / Методические рекомендации. — Алма-Ата, 1989. — С. 11. 6. Османов Р.О., Мусаева З.Г., Курбиева С.О. Современное состояние и перспективы оценки влияния факторов окружающей среды на состояние здоровья детского населения. // Юг России №2. — 2008. -Махачкала. — С.119-122. 7. Османов Р.О. Экологический мониторинг, социально-гигиенические условия жизни и биологические особенности у детей с разным уровнем здоровья по Республике Дагестан. // Юг России

ИЗМЕНЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА В КРОВИ ЧЕЛОВЕКА ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ НЕРВНЫХ КЛЕТОК

В статье приводятся данные о возможности дистанционного управления концентрацией углекислого газа в артериальной крови человека с помощью «голоса нейрона».

In article cited the data on an opportunity of distant control by concentration of carbonic gas in arterial blood of a human with the help «the voices of neuron».

Ключевые слова: дистанционное управление, концентрация углекислого газа, артериальная кровь.

Исследования в области экологической физиологии, направленные на изучение механизмов адаптации к экстремальным факторам окружающей среды и разработку способов повышения адаптационных возможностей организма, прошли сложный и длительный путь. Получены интересные результаты. Разработаны оригинальные способы адаптации: начиная от акклиматизации и кончая фар-

№3. 2008. — Махачкала. — С. 118-123.

© 2009. Шаов М.Т., Шаова З.А., Пшикова О.В.

Кабардино-Балкарский государственный университет

макологическими методами. Однако, несмотря на достигнутые научные результаты и разработанные способы адаптации организма, продолжительность жизни и здоровья человека за последние десятилетия в развитых странах существенно не увеличивается, а в России — даже снижается. В то же время физиологи считают, что продолжительность жизни человека в нормальных условиях могла бы достигнуть 130-140 лет. Следовательно, имеет место явное раздвоение: с одной стороны, мы свидетели научно-технического прогресса, с другой — происходит снижение уровня здоровья человека.

Из этой ситуации есть два выхода — это улучшение эндо- и экзоэкологии человека. Улучшение экзоэкологии человека потребует большое время и большие вложения. Эти процессы носят глобальный характер и мало зависят от каждого частного человека. Однако у каждого человека должна быть реальная возможность для улучшения собственной эндоэкологии. Ближе всего к этому стоит медицина, но эндоэкология человека становится ее объектом зачастую на терминальном этапе жизни. Есть и другая причина — до последних десятилетий в практическом здравоохранении основное внимание уделялось медикаментозным способам лечения заболеваний. К настоящему времени число лекарственных препаратов приближается к 100 000 наименований. Появились и проблемы, связанные с применением медикаментов — все чаще встречаются такие патологические состояния как лекарственная болезнь, иммунодефицит, аллергия и др.

В связи с этим в настоящее время явно повышается интерес к природным (натуропатическим) средствам профилактики и лечения заболеваний, а также повышения здоровья человека, т.е. его общего адаптационного потенциала. Именно к таким средствам относится предложенный в настоящей работе способ повышения адаптационного потенциала человека с помощью электроакустических сигналов, которые были позаимствованы у живой природы — нервных клеток коры головного мозга животных (крысы «Вистар»), находящихся в состоянии адаптации к условиям гипоксии.

Интегральной причиной большинства тяжелых заболеваний человека (гипертония, атеросклероз, рак и др.) является гипоксия — недостаточное снабжение кислородом клеток различных органов и нарушение из-за этого аэробной энергопродукции.

Так, при гипоксии (Ро2 в примембранной зоне клеток

Свидетельство о регистрации СМИ Эл № ФС77-52970

По материалам cyberleninka.ru

Несмотря на то, что исследование кислотно-основного состояния, строго говоря, подразумевает исследование только величины pH (концентрации ионов H + ), в реальности в него также включается исследование физиологически важных газов, присутствующих в крови – O 2 и CO 2. Анализ газов показывает эффективность газообмена по величинам парциальных давлений – pO2 и pCO2.

Через альвеолярную мембрану молекулы любых газов перемещаются диффузно по градиенту концентрации. Молекулы O2 атмосферного воздуха поступают из альвеол в кровь, а молекулы CO2 из крови в альвеолы до тех пор пока их парциальные давления не выровняются.

Концентрация СО2 в альволярном воздухе столь низка, а в крови столь высока, что диффузия этого газа в альвеолы чрезвычайно эффективна и скорость его удаления зависит только от альвеолярной вентиляции – общего объема воздуха, транспортируемого в минуту между альвеолами и атмосферой («скорости выдувания»).

  • при усиленной вентиляции легких углекислый газ быстро выводится, и показатель pCO2в крови снижается. Это означает потерю организмом угольной кислоты (ионов H + ), что является причиной защелачивания крови – алкалоза, называемого дыхательным или респираторным.
  • при недостаточной альвеолярной вентиляции величина рСО2 повышается, что свидетельствует о недостаточном его удалении и накоплении H2CO3. Иными словами, повышение в крови показателя рСО2 является причиной дыхательного ацидоза .

Вопросы, связанные с оксигенацией крови и транспортом кислорода более сложны. Связано это с тем, что в виде свободных (растворенных) молекул O2 находится лишь небольшая доля общего кислорода крови. Основная часть кислорода связана с гемоглобином ( оксигемоглобин ) и истинное содержание кислорода зависит от двух дополнительных параметров – концентрации Hb и сатурации (насыщении) гемоглобина кислородом.

Оксигемоглобин (HbО2) – процентное содержание в крови, является отношением фракции оксигемоглобина (HbО2) к сумме всех фракций (общему гемоглобину).

Насыщение (сатурация) гемоглобина кислородом (HbOSAT, SО2), представляет собой отношение фракции оксигенированного гемоглобина к тому количеству гемоглобина в крови, который способен транспортировать О2.

Отличия между двумя показателями HbО2 и HbOSAT заключаются в том, что у пациентов возможно наличие в крови фракции такой формы гемоглобина, которая не способна акцептировать О2 (Hb‑CO, metHb, сульфоHb). Но так как большинство больных не имеют в крови повышенного содержания этих форм гемоглобина, значения HbО2 и SО2 обычно очень близки.

Например, если при отравлении нитритами количество metHb составляет 15%, тогда величина HbО2 никогда не сможет превысить 85%, но насыщение (HbOsat) может быть различно – от максимума (HbOsat=95-98%) при полном насыщении до низких величин при отсутствии кислорода.

Парциальное давление O2 выступает как движущая сила , приводящая к насыщению гемоглобина кислородом. И хотя, как правило, чем выше pO2 тем выше HbOsat, эта зависимость не является линейной.

В центральной части кривой насыщения (или кривой диссоциации) гемоглобина малейшие сдвиги pO2 приводят к резким изменениям насыщения гемоглобина. И наоборот, при высоком pO2 (80-90-100 мм рт.ст) кривая становится плоской, насыщение гемоглобина мало зависит от колебаний кислорода в плазме.

Сдвиг влево происходит при защелачивании и снижении концентрации 2,3-дифосфоглицерата и сигнализирует об увеличении сродства кислорода к гемоглобину (в легких). Сдвиг вправо — это снижение сродства кислорода к гемоглобину (в тканях), обеспечивается закислением среды и накоплением 2,3-дифосфоглицерата.

Показатель pO2 не отражает содержание кислорода в цельной крови! Но хотя pO2 и не показывает общее количество кислорода в крови, но это общее количество зависит от pO2 через показатель сатурации гемоглобина.

В свою очередь имеются факторы, влияющие на величину pO2:

1. Альвеолярная вентиляция. Хотя она влияет как на pO2 так и на pCO2, но доля кислорода в альвеолах при гипер вентиляции может лишь слегка увеличиться, приближаясь к pO2 атмосферного воздуха, при гипо вентиляции – стремительно падает, вытесняясь поступающим из крови CO2. В то же время доля CO2 в альвеолах быстро снижается при усиленной вентиляции.

2. Вентиляционно-перфузионное соотношение, определяется тем, что

  • не вся кровь, притекающая к легким, соприкасается с хорошо вентилируемыми альвеолами (спадение альвеол, уплотнение стенки).
  • не все хорошо вентилируемые альвеолы получают достаточно крови (правожелудочковая сердечная недостаточность).

3. Концентрация кислорода во вдыхаемом воздухе (FiO2, fraction of inspired oxygen).

По материалам biokhimija.ru

Добавить комментарий