Механизмы переноса кислорода и углекислого газа с участием гемоглобина

метки: Кислород, Транспорт, Углекислый, Кровь, Ткань, Гемоглобин, Животное, Альвеолярный

Кровь — внутренняя среда организма, образованная жидкой соединительной тканью. Состоит из плазмы и форменных элементов: клеток лейкоцитов и постклеточных структур (эритроцитов и тромбоцитов).

Циркулирует по системе сосудов под действием силы ритмически сокращающегося сердца и не сообщается непосредственно с другими тканями тела ввиду наличия гистогематических барьеров. В среднем, массовая доля крови к общей массе тела человека составляет 6,5-7 %.

Пла́зма кро́ви (от греч. πλάσμα — нечто сформированное, образованное) — жидкая часть крови, в которой взвешены форменные элементы — вторая часть крови. Процентное содержание плазмы в крови составляет 52—61 %. Макроскопически представляет собой однородную несколько мутную (иногда почти прозрачную) желтоватую жидкость, собирающуюся в верхней части сосуда с кровью после осаждения форменных элементов. Гистологически плазма является межклеточным веществом жидкой ткани крови.

Гемоглоби́н (от др.-греч. αἷμα — кровь и лат. globus — шар) — сложный железосодержащий белокживотных, обладающих кровообращением, способный обратимо связываться с кислородом, обеспечивая его перенос в ткани. У позвоночных животных содержится в эритроцитах, у большинства беспозвоночныхрастворён в плазме крови (эритрокруорин) и может присутствовать в других тканях[1].

Молекулярная масса гемоглобина человека — около 66,8 кДа.

Эритроци́ты (от греч. ἐρυθρός — красный и κύτος — вместилище, клетка), также известные под названием кра́сные кровяные тельца́, — клетки крови позвоночных животных (включая человека) и гемолимфы некоторых беспозвоночных (сипункулид, у которых эритроциты плавают в полости целома[1] и некоторых двустворчатых моллюсков[2]).

Они насыщаются кислородом влёгких или в жабрах и затем разносят его по телу животного.

Диффу́зия (лат. diffusio — распространение, растекание, рассеивание, взаимодействие) — процесс взаимного проникновения молекул или атомов одного вещества между молекулами или атомами другого, приводящий к самопроизвольному выравниванию их концентраций по всему занимаемому объёму

Активный транспорт — перенос вещества через клеточную или внутриклеточную мембрану ( трансмембранный А.т.) или через слой клеток (трансцеллюлярный А.т.), протекающий против градиента концентрации из области низкой концентрации в область высокой, т. е. с затратой свободной энергии организма. В большинстве случаев, но не всегда, источником энергии служит энергия макроэргических связей АТФ.

Влияние производственных факторов на физическое состояние человека

... неблагоприятного влияния на здоровье потомства. Настоящий реферат посвящен вопросам характера и степени воздействия ОВПФ на здоровье человека, на функционирование его систем, возникновение заболеваний и других отдельных отрицательных последствий. организм человек вредный производственный опасный 1. ...

Кислоро́д — элемент 16-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы VI группы), второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 8. Обозначается символом O (лат. Oxygenium).

Кислород — химически активный неметалл, является самым лёгким элементом из группыхалькогенов. Простое вещество кислород (CAS-номер: 7782-44-7) принормальных условиях — газ без цвета, вкуса и запаха, молекула которого состоит из двухатомов кислорода (формула O2), в связи с чем его также называют дикислород[3].

Жидкий кислород имеет светло-голубой цвет, а твёрдый представляет собой кристаллы светло-синего цвета.

Диокси́д углеро́да (углеки́слый газ, двуо́кись углеро́да, окси́д углеро́да (IV), у́гольный ангидри́д) — бесцветный газ (в нормальных условиях), без запаха, со слегка кисловатым вкусом.

Сурфакта́нт (в переводе с английского — поверхностно-активное вещество[1]) — смесь поверхностно-активных веществ, находящаяся на границе воздух-жидкость в лёгочных альвеолах, то есть выстилающая альвеолы изнутри. Препятствует спадению (слипанию) альвеол за счёт снижения поверхностного натяжения жидкости. Сурфактант секретируется специальной разновидностью альвеолоцитов I I типа.

Аэрогематический барьер-Барьер между альвеолярным воздухом и кровью (аэрогематический барьер) образованэндотелиальными клетками и базальной мембраной капилляров , прослойками интерстициальной ткани, базальной мембраной альвеолярного эпителия, альвеолоцитами (I типа — плоскими, выстилающими 95% поверхности альвеол, и II типа — крупными, округлыми клетками с зернистой цитоплазмой, продуцирующими сурфактант ) и альвеолярной жидкостью .

Альвеола- 2) Концевая часть респираторного аппарата в лёгком млекопитающих — оплетённый соединительнотканными волокнами пузырёк, открытый в полость альвеолярного хода или альвеолярной бронхиолы; выстлан однослойным плоским эпителием, к которому снаружи тесно прилегает эндотелий капилляров , что максимально обеспечивает газообмен междуальвеолярным воздухом и кровью.

Капилля́ры (от лат. capillaris — волосяной) являются самыми тонкими сосудами в организме человека и других животных. Средний их диаметр составляет 5-10 мкм.

Механизм переноса кислорода путем диффузии кислорода и углекислого газа через аэрогематический барьер

Схема аэрогематического барьера

Перенос О2 из альвеолярного газа в кровь и СО2 из крови в альвеолярный происходит исключительно путем диффузии . Ее движущей силой служат разности ( градиенты) парциальных давлений (напряжений ) О2 и СО2 по обе стороны аэрогематического барьера , образованного альвеолокапиллярной мембраной . Никакого механизма активного транспорта газов здесь нет.

Кислород и углекислый газ диффундируют в растворенном состоянии : все воздухоносные пути увлажнены слоем слизи .Важное значение для облегчения О2 имеет сурфактантная выстилка альвеол , так как кислород растворяется в фосфолипидах , входящих в состав сурфактантов , гораздо лучше , чем в воде.

В ходе диффузии через аэрогематический барьер молекулы растворенного газа должны преодолеть : слой сурфактанта , альвеолярный эпителий , две основные мембраны , эндотелий кровеносного капилляра .Ввиду того что в транспорте дыхательных газов существенную роль играют эритроциты , к этому списку добавляются слой плазмы и мембрана эритроцита.

Газовый состав крови

... которую осуществляется газообмен между альвеолярным воздухом и кровью, известна как респираторная, или легочная, мембрана. Для того чтобы кислород прошел из альвеол в легочное капиллярное русло, он должен ... не только его давлением, но и коэффициентом его растворимости. Молекулы некоторых газов, особенно углекислого газа, имеют физическое или химическое сродство с молекулами воды, тогда как молекулы ...

Диффузная способность легких для кислорода очень велика .Это обусловлено огромным числом ( сотни миллионов ) альвеол и большой их газообменной поверхностью ( у человека она составляет около 100м2), а также малой толщиной ( порядка 1 мкм) альвеолокапиллярной мембраны .Диффузионная способность легких у человека равна примерно 25мл 02/мин в расчете на 1 мм РТ.ст градиента парциальных давлений кислорода . При учете того что градиент Ро2 между протекающей к легким венозной кровью и альвеолярным газом обычно превышает 50 мм РТ.ст этого оказывается вполне достаточно , чтобы за время прохождения через легочный капилляр (около 0,8 с) напряжение кислорода в ней успело уравновеситься с альвеолярным Р02 .Несколько более никое ( на 3-6 мм рт.ст ) артериальное -Ро2 по сравнению с альвеолярным объясняется проникновением венозной крови в артериальную через невентилируемые альвеолы , а также артериовенозные шунты . Лишь при ускорении легочного кровотока , например при тяжелой мышечной работе , когда время прохождения крови через капилляры альвеол может сокращаться до 0,3 с, наблюдается недонасыщение крови кислородом в легких , что однако , возмещается увеличением минутного объема крови .

Что касается диффузии СО2 из венозной крови в альвеолы . то даже сравнительно небольшого градиента

Рсо2 (6-10мм ртст.) здесь оказывается вполне достаточно , так как растворимость углекислого газа в 20-25 раз больше, чем у кислорода . Поэтому после прохождения крови через легочные капилляры – Рсо2 в ней оказывается почти равным альвеолярному –обычно около 40 мм рт.ст

Механизм транспорта кислорода кровью

Схема регуляции транспорта О2

Лишь небольшая часть О2(около 2%) , переносимого кровью ,растворена в плазме Основная его часть транспортируется в форме непрочного соединения с гемоглобином , который у позвоночных содержится в эритроцитах .В молекулы этого дыхательного пигмента входит видоспецефический белок –глобин , и одинаково построенная у всех животных простетическая группа — гемм , содержащая двухвалентное железо.

Присоединение кислорода к гемоглобину (оксигенация гемоглобина) происходит без изменения валентности железа , т.е . без переноса электронов , характеризующего истинное окисление .Тем не менее гемоглобин , связанный с кислородом ,принято называть окисленным (правильнее –оксигемоглобин) , а отдавший кислород –восстановленным(правильнее –дезоксигемоглобин)

Механизм транспорта углекислого газа кровью

Хотя СО2 растворяется в жидкости гораздо лучше чем СО2 , только 3-6% общего количества продуцируемого тканями СО2 переносится плазмой крови в физически растворенном состоянии .Остальная часть вступает в химические связи.

Поступая в тканевые капилляры СО2 гидратируется , образуя нестойкую угольную кислоту :

СО2 + Н2О = Н2СО3 a H+ + НСО3-

Направление этой обратимой реакции зависит от Рсо2 в среде. Она резко ускоряется под действием фермента карбоангидразы находящегося в эритроцитах , куда СО2 быстро диффундирует из плазмы.

Транспорт газов кровью и газообмен в легких и тканях

... здоровых людей в условиях автомобильных пробок. Газообмен в легких Кислород переходит из альвеол в кровь легочных капилляров, а углекислота - в обратном направлении вследствие простого физического процесса диффузии; каждый из этих газов переходит из ...

Около 4/5 углекислого газа транспортируется в виде гидрокарбоната НСО2-. Связыванию СО2 способствует уменьшение кислотных свойств (протонного сродства) гемоглобина в момент отдачи им кислорода –дезоксигенирование (эффект Холдейна ).

При этом гемоглобин высвобождает связанный с ним ион калия , с которым , в свою очередь , реагирует угольная кислота :

К+ +НbО2 + Н+ +НСО3-aHHb+KHCO3+O2

Часть ионов НСО3 диффундирует в плазму , связывая там ионы натрия , в эритроцит же поступают в порядке сохранения ионного равновесия ионы хлора .

Кроме того , также за счет уменьшения протонного средства дезоксигенированный гемоглобин легче образует карбаминовые соединения , связывая при этом еще около 15% переносимого кровью СО2

В легочных капиллярах происходит высвобождение части СО2, который диффундирует в альвеолярный газ .Этому способствует более низкое , чем в плазме ,альвеолярное Рсо2 , а также усиление кислотных свойств гемоглобина при его оксигенации .В ходе дегидратации угольной кислоты в эритрацитах (эта реакция тоже резко ускоряется карбоангидразой ) оксигемоглобин вытесняет ионы калия из гидрокарбоната . Ионы НСО3- поступают из плазмы в эритроцит , а ионы с1- в обратном направлении .Таким путем каждые 100 мл крови отдают в легких 4-5 мл СО2- то же количество , какое кровь получает в тканях (артерио-венозная разница по СО2).

Гемоглобин (в силу амфотерных свойств) и гидрокарбонат являются важными буферными системами крови . Гидрокарбонатная система играет особую роль благодаря тому , что в ее состав входит летучая угольная кислота. Так при поступлении в кровь кислых продуктов метаболизма гидрокарбонат как соль слабой (угольной) кислоты отдает свой анион , а избыток углекислого газа выводится легкими , что способствует нормализации рН крови .Поэтому гиповентиляция легких сопровождается наряду с гиперкапнией увеличением концентрации водородных ионов в крови – дыхательным (респираторным ) ацидозом , а гипервентиляция наряду с гипокапнией — сдвигом активной реакции крови в щелочную сторону — дыхательным алкалозом.

Механизм транспорта газов в тканях

Кислород проникает из крови в клетки тканей путем диффузии , обусловленной разностью( градиентом ) его парциальных делений по обе стороны , так называемого гематопаренхим атозного барьера .Так среднее Рог артериальной крови составляет около 100 мм рт.ст.., а в клетках , где кислород непрерывно утилизируется стремится к нулю .Было показано , что кислород диффундирует в ткани не только из капилляров , но частично из артериол . Гематопаренхиматозный барьер помимо эндотелия кровеносного сосуда и клеточной мембраны включает и разделяющую их межклеточную (тканевую ) жидкость.. Перемещение тканевой жидкости , конвективные токи в ней могут способствовать транспорту кислорода между сосудом и клетками . Ту же роль , как полагают , играют внутриклеточные цитоплазматические токи .И все же преобладающим механизмом переноса кислорода здесь служит диффузия , которая протекает тем интенсивнее , чем выше его потребление данной тканью.

Напряжение кислорода в тканях в среднем составляет 20-40мм РТ .ст..Однако эта величина в различных участках живой ткани отнюдь не одинакова .Наибольшее значение РО3 фиксируется вблизи артериального конца кровеносного капилляра , наименьшая – в самой удаленной от капилляра точке ( « мертвый угол »)

Физиологические механизмы газотранспортной системы крови при ...

... гемоглобина кислородом артериальной крови составляет 97 %, а в венозной 75 %. Действие кислорода и потребление кислорода тканями Доставка кислорода («D»кислорода) – скорость с которой кислород доставляется к тканям. «D» кислорода является интегральным показателем и зависит от содержания кислорода ...

Регуляция дыхания

Координированные сокращения дыхательных мышц обеспечиваются ритмической активностью нейронов дыхательного центра . Такие нейроны сгруппированы в целом ряде структур мозгового ствола , поэтому в настоящее время термин дыхательный центр заменяют выражением центральный дыхательный механизм .Неотъемлемым звеном аппарата регуляции дыхания являются также хеморецепторные и механорецепторные системы обеспечивающие нормальную работу центрального дыхательного механизма в соответствии с потребностями организма в обмене газов.