Механизм удаления углекислого газа
Углекислый газ образуется в клетках в ходе активного метаболизма. Из-за этого его парциальное напряжение ($pCO_2$) в тканевой жидкости достигает максимальных значений — 60 мм рт. ст. В притекающей артериальной крови этот показатель значительно ниже и составляет 40 мм рт. ст. Именно благодаря этому градиенту углекислый газ направленно движется из тканей в просвет капилляров. После завершения газообмена оттекающая венозная кровь имеет $pCO_2$ на уровне 46–48 мм рт. ст.
Процесс транспорта углекислоты делится на несколько этапов. Лишь небольшая часть газа физически растворяется непосредственно в плазме. Основная масса проникает внутрь эритроцитов, где происходит реакция гидратации: $CO_2$ соединяется с молекулами воды с образованием угольной кислоты ($H_2CO_3$).
Эта химическая реакция катализируется специфическим ферментом — карбонгидразой. Важно помнить, что этот фермент присутствует исключительно в эритроцитах (в плазме крови его нет). Карбонгидраза ускоряет процесс в 15 000 раз. В итоге благодаря эритроцитам кровь способна переносить в растворенном виде в три раза больше углекислого газа, чем если бы транспорт осуществлялся только силами плазмы.
Газообмен между кровью и клетками: передача кислорода
Четвертый этап дыхания характеризуется передачей кислорода клеткам. В активно работающих тканях парциальное напряжение кислорода ($pO_2$) практически снижается до нуля. Чтобы артериальная кровь максимально полно отдала кислород, включаются вспомогательные физиологические механизмы.
Главным фактором является эффект Бора. Его суть заключается в том, что накопление кислых продуктов метаболизма способствует диссоциации оксигемоглобина, то есть отщеплению от него кислорода. К таким «кислым» продуктам относятся:
- Углекислота ($CO_2$).
- Молочная кислота (лактат).
Помимо этого, тканевые метаболиты (например, гистамин) воздействуют на сосудистую стенку, вызывая раскрытие дополнительных резервных капилляров. Существенное влияние оказывает и температурный фактор: повышение температуры в работающих тканях усиливает переход кислорода из крови в клетки (происходит сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина вправо). В результате коэффициент утилизации кислорода (КУК), составляющий в покое 40%, при физической работе увеличивается до 60%.
Особенности снабжения мышц кислородом и роль миоглобина
Во время интенсивного мышечного сокращения возникает физиологическое противоречие: потребность ткани в кислороде резко возрастает, однако условия его доставки парадоксальным образом ухудшаются. Это происходит из-за механического сдавления мышечных капилляров напряженными волокнами. Решением этой проблемы стало существование кратковременного клеточного депо кислорода — белка миоглобина.
Миоглобин выполняет функцию аварийного запаса и обеспечивает аэробные процессы. Его наличие критически важно для ритмически сокращающегося миокарда. Сродство миоглобина к кислороду значительно выше, чем у гемоглобина, что определяет специфическую динамику его насыщения и отдачи:
- Насыщение: Уже при $pO_2$ 4 мм рт. ст. половина молекул переходит в оксимиоглобин. При $pO_2$ 40 мм рт. ст. миоглобин насыщен полностью (в то время как гемоглобин при таком давлении еще продолжает насыщаться). В легких (при $100 мм рт. ст.$) оба белка насыщены на 100%.
- Отдача при гипоксии: Когда напряжение кислорода в ткани падает до 10 мм рт. ст., оксигемоглобин активно диссоциирует, отдавая до 90% кислорода. В этих же суровых условиях оксимиоглобин все еще удерживает до 80% своего запаса, расставаясь с ним только при самом глубоком, критическом падении давления.
Чтобы легко запомнить эффект Бора, представьте, что работающая ткань «потеет» кислотой (лактатом и углекислотой) и разогревается. Эта кислая и горячая среда буквально «выдавливает» кислород из приходящего гемоглобина.
Вопросы с занятий и экзамена
Где в крови находится фермент карбонгидраза?
Карбонгидраза находится исключительно внутри эритроцитов. В плазме крови этот фермент отсутствует.
Почему при мышечном сокращении ухудшается доставка кислорода?
Во время сокращения напряженные мышечные волокна механически сдавливают капилляры, что временно перекрывает кровоток и затрудняет приток свежей порции кислорода.
В чем главное отличие миоглобина от гемоглобина при кислородном голодании?
Миоглобин имеет значительно большее сродство к кислороду. При снижении pO2 до 10 мм рт. ст. гемоглобин отдает до 90% кислорода, а миоглобин все еще удерживает до 80%, работая как неприкосновенный аварийный запас.
Что ещё разобрать по теме
- Кривая диссоциации оксигемоглобина и ее сдвиги
- Влияние гистамина и других местных метаболитов на микроциркуляцию
- Химизм реакции гидратации углекислого газа
- Особенности газообмена в тканях миокарда
- Сравнительная характеристика коэффициента утилизации кислорода в разных органах
Разберите тему целиком в курсе «Физиология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Газообмен в тканях» и ещё 4 085 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 106 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Дыхание»
Бесплатные видеоуроки: физиологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.