Механизмы переноса кислорода и углекислого газа с участием гемоглобина

Реферат

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.

11 стр., 5275 слов

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.

11 стр., 5039 слов

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.

4 стр., 1881 слов

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 ...

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 »)

6 стр., 2836 слов

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.