Тема: Физиология дыхания. Функциональная система, обеспечивающая постоянство газов крови. Физико-химические свойства крови

Цель: изучить физиологическое значение дыхания для организма человека, легочные объемы, транспорт газов кровью, изучить физико – химические свойства крови, состав крови и ее значение для организма

План лекции:

легочные объемы.
давление в плевральной полости.
диффузия газов.
транспорт кислорода.
транспорт углекислого газа.
обмен газов в тканях.
состав и количество крови.
вязкость и относительная плотность крови
осмотическое давление крови.
реакция крови и поддержание ее постоянства.
состав плазмы крови.
значение минерального состава плазмы и кровезамещающие растворы.
белки плазмы крови.
онкотическое давление плазмы крови.

Дыхание – это совокупность процессов, обеспечивающих потребление организмом кислорода и выделение углекислого газа.

Давление в плевральной полости. В плевральной полости находится небольшое количество серозной жидкости, по составу схожую с лимфой. Легкие постоянно находятся в растянутом состоянии. Давление в плевральной ниже атмосферного, т.е отрицательное. Это обусловлено эластической тягой легких, т.е постоянным стремлением легких уменьшить свой объем. В конце спокойного выдоха давление в плевральной полости равно – 3 мм.рт.ст. Давление в альвеолах равно атмосферному. В конце спокойного вдоха снижается давление в плевральной полости до – 6 мм.рт.ст.

Пневмоторакс – если в плевральную полость попадет небольшое количество воздуха, то легкие частично спадаются, но вентиляция их продолжается. Такое состояние называется закрым пневмотораксом. Через некоторое время воздух из плевральной полости всасывается, и легкое расправляется. При вскрытии грудной клетки, например при ранениях или операциях, давление вокруг легкого становится равным атмосферному и легкое спадается полностью. Вентиляция легкого прекращается – открытый пневмоторакс.

Легочные объемы.

дыхательный объем – при спокойном дыхании человек вдыхает и выдыхает около 500 мл воздуха (от 300 до 800 мл);
резервный объем вдоха – сверх спокойного дыхания человек может еще вдохнуть около 3000 мл воздуха;
резервный объем выдоха – после спокойного выдоха человек может выдохнуть еще около 1300 мл;
жизненная емкость легких – дыхательный объем + резервный объем вдоха + резервный объем выдоха = 4800 мл.
остаточный объем – после максимального глубокого выдоха в легких остается 1200 мл воздуха;
общая емкость легких – ЖЕЛ + остаточный объем = 6000 мл.
анатомически мертвое пространство – воздух, находящийся в воздухоносных путях не участвует в газообмене – 150 мл. Значит, из 500 мл вдыхаемого воздуха в альвеолы поступает лишь около 350 мл.

Диффузия газов. От альвеолярного воздуха кровь отделяет легочная мембрана, которая состоит из зндотелиальных клеток, плоского альвеолярного эпителия, слоя сурфактанта. Диффузия газов происходит из-за разности парциального давления этих газов в альвеолярном воздухе и их напряжением в крови. В крови газы находятся в растворенном (свободном) состоянии и химически связанном состоянии. В диффузии участвуют только растворенные газы. Сила, с которой молекулы растворенного газа стремятся войти в газовую среду, называется напряжением газа в жидкости. Таким образом, в состоянии равновесия напряжение газа равно парциальному давлению газа над жидкостью. Если парциальное давление газа выше его напряжения, газ будет растворяться. Если парциальное давление ниже его напряжения, то газ будет выходит из раствора в газовую среду.

Транспорт кислорода. В 100 мл крови при температуре тела человека растворяется лишь 0,3 мл кислорода. Кислород диффундирует в эритроциты и сразу связывается с гемоглобином, образуя оксигемоглобин в котором кислорода 190 мл/л. Скорость связывания кислорода с гемоглобином около 3 мсек.

Транспорт двуокиси углерода. Двуокись углерода непрерывно образуется в клетках и диффундирует в кровь тканевых капилляров. Молекулы двуокиси углерода связываются с гемоглобином и образуется карбгемоглобин.

Обмен газов в тканях. Наименьшее напряжение кислорода наблюдается в местах потребления – митохондрии клеток. Молекулы кислорода диффундируют в направлении более низких величин напряжения кислорода. При большой интенсивности окислительных процессов напряжение кислорода в клетках может приблизится к нулю. Увеличение скорости кровотока резко повышает напряжение кислорода в тканях. Двуокись углерода диффундирует по градиенту напряжений в кровеносные капилляры и транспортируется в легкие.

Функция крови:

транспортная – циркулирует по сосудам.
дыхательная – связывает и переносит О₂и СО_2.
трофическая (питательная) – обеспечивает все клетки и ткани организма питательными веществами.
экскреторная – уносит из тканей продукты метаболизма.
терморегуляторная – охлаждает энергоемкие органы и согревает органы, теряющие тепло.
поддерживает стабильность гомеостаза.
обеспечивает водно-солевой обмен между кровью и тканями. В артериальной части капилляров жидкость и соли поступают в ткани, а в венозной части капилляров возвращается в кровь.
защитная функция – защищает организм от живых тел и генетически чуждых веществ, обеспечивает иммунитет: клеточный – определяется фагоцитарной активностью лейкоцитов; гуморальный иммунитет – обеспечивается наличием в крови антител, обезвреживающих микробы и их яды.
гуморальная регуляция – переносит гормоны и другие биологически активные вещества от клеток, где они образуются, к другим клеткам.

Состав и количество крови.

Кровь состоит из жидкой части – плазмы и взвешенных в ней форменных элементов: эритроцитов (красные кровяные тельца), лейкоцитов (белые кровяные тельца) и тромбоцитов (кровяных пластинок).

Между плазмой и форменными элементами существует определенное соотношение. Их определяют с помощью гематокрита – специального стеклянного капилляра, разделенного на 100 равных частей. Кровь предварительно центрифугируют и форменные элементы отделяются от плазмы. Таким путем было установлено, что на долю форменных элементов приходится 40-45 % крови, а на долю плазмы – 55-60 %. Общее количество крови в организме человека составляет 6-8 % от массы тела, т.е примерно 4,5-6 литров. Объем циркулирующей крови относительно постоянен. Так как если поступило большое количество жидкости в организм, то часть ее немедленно выводится почками, а большая часть переходит в ткани, от туда постепенно поступает в кровь, а затем в почки и выводится из организма. При недостаточном поступлении жидкости в организм вода из тканей переходит в кровь, а образование мочи уменьшается. Потеря крови на 1/3 ее объема может привести к гибели.

В язкость и относительная плотность крови.

Если вязкость воды принять за единицу, то вязкость плазмы составит 1,7-2,2, а вязкость цельной крови -5. Вязкость крови определяется наличием белков и эритроцитов, которые при своем движении преодолевают силы внешнего и внутреннего трения. Вязкость крови увеличивается при потере воды и увеличении количества эритроцитов. Относительная плотность (удельный вес) цельной крови – 1,050-1,060, эритроцитов – 1, 090, плазмы – 1, 025-1, 034.

Осмотическое давление крови.

Если два раствора разной концентрации разделить полупроницаемой перепонкой, пропускающей только растворитель (например, вода), то вода переходит из вода переходит в белее концентрированный раствор. Сила, определяющая движение растворителя через полупроницаемую мембрану, называется осмотическим давлением. Осмотическое давление кров, лимфы и тканевой жидкости определяет обмен воды между кровью и тканями. Изменение осмотического давления жидкости, окружающей клетки, ведет к нарушениям в них водного обмена. Пример с эритроцитами. В регуляции осмотического давления участвуют органы выделения: почки и потовые железы. Благодаря им вода, поступающая в организм, и продукты обмена, образующиеся в организме, выводятся с мочой и потом, не вызывая существенных сдвигов осмотического давления.

Реакция крови и поддержание ее постоянства.

Активная реакция крови обусловлена соотношением в ней водородных (Н⁺) и гидроксильных ионов (ОН^-). Они поддерживают нормальную РН крови при котором происходит нормальный обмен веществ. Кровь имеет слабо щелочную реакцию: артериальная рН 7,4, а венозная – из-за накопления углекислоты 7,35, а внутри клетки из-за наличия кислых продуктов – 7,0-7,2. Крайние пределы изменения рН крови, совместимые с жи.знью 7,0-7,8. А так же длительное смещение рН на 0,1-0,2 может привести к гибели организма. В процессе метаболизма в кровь поступают углекислота, молочная кислота и другие продукты обмена, вызывающие изменение концентрации водородных ионов.

Поддерживают рН крови буферные системы.

буферная система гемоглобина является самой мощной. Эта система состоит из восстановленного гемоглобина (ННв) и его калиевой соли (КНв). При этом ННв является более слабой кислотой, Н₂СО₃, отдает ей ион К⁺, а сам присоединяет ионы Н⁺ и становится очень слабой кислотой. В тканях система гемоглобина крови выполняет функции щелочи, предотвращая закисление крови из-за поступления в нее СО₂ и ионов водорода. В легких гемоглобин ведет себя как кислота, предотвращая защелачивание крови после выделения из нее угольной кислоты.
карбонатная буферная система (Н₂СО₃ + NaHCO₃): NaHCO₃распадается на ионы Na ⁺и HCO₃^-. При поступлении в кровь более сильной кислоты, чем угольная, происходит реакция обмена ионами Na⁺ с образованием слабой и легко растворимой H ₂CO₃. этим повышается концентрация ионов водорода в крови. Увеличение угольной кислоты приводит к тому, что углекислый газ выделяется легкими. В случае поступления в кровь щелочи происходит реакция с угольной кислотой и образуется бикарбонат натрия - NaHCO₃и вода.
фосфатная буферная система – образована дигидрофосфатом NaH₂PO₄и гидрофосфатом Na₂HPO₄натрия. Дигидрофосфат – слабая кислота, гидрофосфат – слабая щелочь. Сильная кислота реагирует с дигидрофосфатом, образуя нейтральную соль; при поступлении более сильной щелочи происходит реакция с дигидрофосфатом натрия с образованием слабо щелочного гидрофосфата натрия. Избыток дигидрофосфата и гидрофосфата выделяется с мочой.
белки плазмы выполняют роль буферной системы из-за амфотерных свойств. В кислой среде ведут себя как щелочи связывая кислоты, а в щелочной – как кислоты, связывая щелочи.

Постоянное соотношение между кислотами и щелочами позволяет говорить о кислотно-щелочном равновесии крови. Сдвиг в кислую сторону называется ацидозом, а в щелочную сторону – алколозом.

Состав плазмы крови.

Плазма состоит из 90-92 % воды и 8-10% сухого вещества, главным образом белков и солей. Белки плазмы: альбумины 4,5%, глобулины 2-3%, фибриноген 0,2-0,4%. Общее количество белков плазмы 7-8%. В плазме находятся небелковые азотсодержащие соединения (аминокислоты, полипептиды). Они всасываются в пищеварительном тракте и используются клетками для синтеза белков. Минеральные вещества плазмы крови составляют 0,9%: натрий, калий, кальций, хлор, НСО^-_3,НРО^2-_4.

Также в крови содержатся и продукты распада белков и нуклеиновых кислот (мочевина, креатинин, креатин, мочевая кислота). Они подлежат удалению из организма. Остаточный азот – это содержание небелкового азота в плазме, большая его часть приходится на долю мочевины. При недостаточной функции почек содержание остаточного азота в плазме крови увеличивается.

Значение минерального состава плазмы и кровезамещающих растворов.

Искусственные растворы, имеющие одинаковое с кровью осмотическое давление, называются изотоническими. Для теплокровных изотоническим раствором является 0,9%NaCI. Такой раствор называется физиологическим. Растворы, имеющие большее осмотическое давление, чем кровь, называются гипертоническими, а меньшее- гипотоническими. Изотонический раствор некоторое время может поддерживать жизнедеятельность отдельных органов. Однако этот раствор не является полностью физиологическим. Были разработаны кровезамещающие растворы, которые по своему составу близки к составу плазмы (реополиглюкин, желатиноль, гемодез, полидез, неокомпенсан и т.д).

Функции белков плазмы крови:

обуславливают онкотическое давление, которое определяет обмен воды между кровью и тканями.
обладают буферными свойствами.
обеспечивают вязкость плазмы крови.
препятствуют оседанию эритроцитов
участвуют в свертывании крови
являются необходимыми факторами иммунитета.
служат переносчиками гормонов, минеральных веществ, липидов, холестерина
резерв для построения тканевых белков

Онкотическое давление плазмы крови – это осмотическое давление, создаваемое белками. В основном это давление создается альбуминами (на 80 %). Играет решающую роль в обмене воды между кровью и тканями. Оно влияет на образование тканевой жидкости, лимфы, мочи, всасывания воды в кишечнике. Крупные молекулы белков плазмы не проходят через эндотелий капилляров и остаются в кровотоке. Они удерживают в крови некоторое количество воды.

Литература:

Руководство к практическим занятиям по нормальной физиологии. К.В.Судаков, А.В.Котова, М., 2002.
Нормальная физиология, под ред. К.В.Судакова, М., 2000.

Контрольные вопросы: