Транспорт газов кровью. Кровь доставляет тканям кислород и уносит углекислый газ

Движение газов из окружающей среды в жидкость и из жидкости в окружающую среду осуществляется благодаря разности их парциального давления. Газ всегда диффундирует из среды, где имеется высокое давление, в среду с меньшим давлением.Парциальное давление кислорода в атмосферном воздухе 21,1 кПа (158 мм рт. ст.), в альвеолярном воздухе — 14,4—14,7 кПа (108—110 мм рт. ст.) и в венозной крови, притекающей к легким,—5,33 кПа (40 мм рт. ст.). В артериальной крови капилляров большого круга кровообращения напряжение кислорода составляет 13,6—13,9 кПа (102—104 мм рт. ст.), в межтканевой жидкости — 5,33 кПа (40 мм рт. ст.), в тканях — 2,67 кПа (20 мм рт. ст.). Таким образом, на всех этапах движения кислорода имеется разность его парциального давления, что способствует диффузии газа.Движение углекислого газа происходит в противоположном направлении. Напряжение углекислого газа в тканях — 8,0 кПа и более (60 и более мм рт. ст.), в венозной крови — 6,13 кПа (46 мм рт. ст.), в альвеолярном воздухе — 0,04 кПа (0,3 мм рт. ст.). Следовательно, разность напряжения углекислого газа по пути его следования является причиной диффузии газа от тканей в окружающую среду.Транспорт кислорода кровью. Кислород в крови находится в двух состояниях: физическом растворении и в химической связи с гемоглобином. Гемоглобин образует с кислородом очень непрочное, легко диссоциирующее соединение - оксигемоглобин: 1г гемоглобина связывает 1,34 мл кислорода. Максимальное количество кислорода, которое может быть связано 100 мл крови, -кислородная емкость крови (18,76 мл или 19 об%). Насыщение гемоглобина кислородом колеблется от 96 до 98%. Степень насыщения гемоглобина кислородом и диссоциация оксигемоглобина (образование восстановленного гемоглобина) не находятся в прямой пропорциональной зависимости от напряжения кислорода. Эти два процесса не являются линейными, а совершаются по кривой, которая получила название кривой связывания или диссоциации оксигемоглобина.При нулевом напряжении кислорода оксигемоглобина в крови нет. При низких значениях парциального давления кислорода скорость образования оксигемоглобина невелика. Максимальное количество гемоглобина (45— 80%) связывается с кислородом при его напряжении 3,47—6,13 кПа (26—46 мм рт. ст.). Дальнейшее повышение напряжения кислорода приводит к снижению скорости образования оксигемоглобина.Сродство гемоглобина к кислороду значительно понижается при сдвиге реакции крови в кислую сторону, что наблюдается в тканях и клетках организма вследствие образования углекислого газа. Переход гемоглобина в оксигемоглобин и из него в восстановленный зависит и от температуры. При одном и том же парциальном давлении кислорода в окружающей среде при температуре 37—38° С в восстановленную форму переходит наибольшее количество оксигемоглобина,Транспорт углекислого газа кровью. Углекислый газ переносится к легким в форме бикарбонатов и в состоянии химической связи с гемоглобином (карбогемоглобин).

6. ДЫХАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР. Ритмическая последовательность вдоха и выдоха, а также изменение характера дыхательных движений в зависимости от состояния организма регулируются дыхательным центром, расположенным в продолговатом мозге.В дыхательном центре имеются две группы нейронов: инспираторные и экспираторные. При возбуждении инспираторных нейронов, обеспечивающих вдох, деятельность экспираторных нервных клеток заторможена, и наоборот.В верхней части моста головного мозга (варолиев мост) находится пневмотаксический центр, который контролирует деятельность расположенных ниже центров вдоха и выдоха и обеспечивает правильное чередование циклов дыхательных движений.

Дыхательный центр, расположенный в продолговатом мозге, посылает импульсы к мотонейронам спинного мозга,иннервирующим дыхательные мышцы. Диафрагма иннервируется аксонами мотонейронов, расположенных на уровне III—IV шейных сегментов спинного мозга. Мотонейроны, отростки которых образуют межреберные нервы, иннервирующие межреберные мышцы, расположены в передних рогах (III—XII) грудных сегментов спинного мозга. Регуляция деятельности дыхательного центра.Регуляция деятельности дыхательного центра осуществляется с помощью гуморальных, рефлекторных механизмов и нервных импульсов, поступающих из вышележащих отделов головного мозга.Гуморальные механизмы. Специфическим регулятором активности нейронов дыхательного центра является углекислый газ, который действует на дыхательные нейроны непосредственно и опосредованно. В ретикулярной формации продолговатого мозга, вблизи дыхательного центра, а также в области сонных синусов и дуги аорты обнаружены хеморецепторы, чувствительные к углекислому газу. При увеличении напряжения углекислого газа в крови хеморецепторы возбуждаются, и нервные импульсы поступают к инспираторным нейронам, что приводит к повышению их активности.Углекислый газ повышает возбудимость нейронов коры головного мозга. В свою очередь клетки КГМ стимулируют активность нейронов дыхательного центра.

При оптимальном содержании в крови углекислого газа и кислорода наблюдаются дыхательные движения, отражающие умеренную степень возбуждения нейронов дыхательного центра. Эти дыхательные движения грудной клетки получили название эйпноэ.

Избыточное содержание углекислого газа и недостаток кислорода в крови усиливают активность дыхательного центра, что обусловливает возникновение частых и глубоких дыхательных движений – гиперпноэ. Еще большее нарастание количества углекислого газа в крови приводит к нарушению ритма дыхания и появлению одышки – диспноэ. Понижение концентрации углекислого газа и избыток кислорода в крови угнетают активность дыхательного центра. В этом случае дыхание становится поверхностным, редким и может наступить его остановка – апноэ. Механизм первого вдоха новорожденного.В организме матери газообмен плода происходит через пупочные сосуды. После рождения ребенка и отделения плаценты указанная связь нарушается. Метаболические процессы в организме новорожденного приводят к образованию и накоплению углекислого газа, который, так же как и недостаток кислорода, гуморально возбуждает дыхательный центр. Кроме того, изменение условий существования ребенка приводит к возбуждению экстеро- и проприорецепторов, что также является одним из механизмов, принимающих участие в осуществлении первого вдоха новорожденного. Регуляция дыхательных движений, определяется потребностями тканей организма в кислороде. Управление дыханием осуществляется изменением глубины и частоты дыхания. Центральные нервные структуры управления дыханием расположены в спинном и головном мозге. Межреберные мышцы получают двигательную иннервацию от торакальной области спинного мозга, диафрагма иннервируется его шейными сегментами. Мотонейроны, иннервирующие межреберные мышцы, расположены в передних рогах грудного отдела спинного мозга, а мотонейроны диафрагмального нерва – в передних рогах III – IV шейных сегментов спинного мозга.

Дыхательным центром называется совокупность нервных клеток, расположенных в разных отделах ЦНС и обеспечивающих координированную ритмическую деятельность дыхательных мышц в целях приспособления дыхания к изменениям внешней и внутренней среды организма. Дыхательный центр головного мозга представлен инспираторным центром, экспираторным центром и пневмотаксическим центром. Центры вдоха и выдоха расположены в продолговатом мозге, пневмотаксический центр – в верхней части варолиевого моста. Клетки пневмотаксического центра во время выдоха вызывают возбуждение центра выдоха и тем самым обеспечивают ритмическое чередование актов вдоха и выдоха. Нервные импульсы, возникающие в дыхательном центре продолговатого мозга, поступают к подчиненным двигательным центрам спинного мозга или двигательным центрам блуждающих и лицевых нервов. При нормальном дыхании управляющие импульсы из центра вдоха поступают к межреберным мышцам и диафрагме, вызывая их сокращение, что приводит к увеличению объёма грудной клетки и поступлению воздуха в легкие. Увеличение объёма легких возбуждает рецепторы растяжения, расположенные в стенках легких, импульсы от них по центростремительным нервам поступают в экспираторный центр. Активация нейронов экспираторного центра подавляет активность нейронов вдоха, и поток нервных импульсов к дыхательным мышцам прекращается. Межреберные мышцы расслабляются, объём грудной полости уменьшается и воздух из легких выдавливается наружу. Существует две петли обратной связи в управлении частотой и глубиной дыхательных движений (хеморецепторная – из рефлексогенных зон сосудов и механорецепторная – от рецепторов растяжения, реагирующих на растяжение и спадение легких и грудной клетки, и растяжение межреберных мышц).

4.Транспорт углекислого газа. Углекислый газ переносится плазмой и эритроцитами с помощью различных соединений.

Большая часть СО2, транспортируется плазмой крови, причем около 60% всего СО2 плазмы находится в виде бикарбоната натрия (48%), то есть в виде химической связи, остальная часть находится в виде физически растворенного (5-10%) и в виде угольной кислоты (5-15%).

Значительная часть СО2 находится в эритроцитах (42%), причем в виде химических соединений – карбоксигемоглобина и бикарбоната калия. В эритроцитах также происходят основные процессы по превращению СО2. После проникновения в эритроцит углекислый газ соединяется с водой и образует угольную кислоту. От угольной кислоты оксигемоглобин принимает Н+ и превращается в гемоглобиновую кислоту. Образование соединений углекислого газа ускоряется карбоангидразой, которая находится в эритроцитах. В результате окислительных процессов и образования СО2 его напряжение в клетках достигает 60-70 мм рт.ст., что значительно больше, чем в артериальной крови, которая поступает к тканям (40 мм рт.ст.). Поэтому СО2 из клетки переходит в интерстиций и далее через стенку капилляров – в кровь. Небольшая его часть остается в плазме в виде физического растворения. Практически весь СО2, связанный с гемоглобином, покидает организм с выдыхаемым воздухом в результате газообмена в легких.

Диссоциация соединений углекислого газа происходит в легких. В первую очередь начинается выход в альвеолы физически растворенного СО2 из плазмы крови, поскольку парциальное давление СО2 в альвеолах ниже, чем в венозной крови. Это ведет к уменьшению напряжения СО2 в крови. Потом из эритроцитов СО2 выходит в плазму, так напряжение СО2 в ней падает.

Углекислый газ, образующийся в организме, выделяется в основном через легкие (98%), и только 0,5% - через почки, и 2% - через кожу в виде бикарбонатов.

Некоторое увеличение содержания СО2 в крови оказывает благоприятное влияние на организм: увеличивает кровоснабжение мозга и миокарда, стимулирует процессы биосинтеза и регенерацию поврежденных тканей.

5. Газообмен между альвеолами и кровью. Обмен газов между кровью и альвеолами осуществляется с помощью диффузии: СО2 выделяется из крови в альвеолы, О2 поступает из альвеолы в венозную кровь. При этом венозная кровь превращается в артериальную, насыщенную О2 и обедненную СО2.Движущей силой, обеспечивающей газообмен в альвеолах, является градиент парциального давления газов – разность парциальных давлений кислорода и углекислого газа в альвеолярной смеси газов и напряжений этих газов в крови. Парциальное давление газа – это часть общего давления газовой смеси, приходящаяся на долю данного газа. Напряжение газа в жидкости зависит только от парциального давления газа над жидкостью, и они равны между собой. Парциальное давление газа в смеси, согласно закону Дальтона, прямо пропорционально его объёмному содержанию.Факторы, способствующие диффузии газов в легких.

Согласно закону Фика, скорость диффузии газа прямо пропорциональна площади барьера и градиенту парциального давления газа и обратно пропорциональна толщине барьера.

1. На скорость диффузии влияют свойства самого газа. Углекислый газ диффундирует в альвеолы в 20-30 раз быстрее, чем кислород.

2. Большая скорость диффузии газов через тонкую легочную мембрану. Выравнивание парциального давления кислорода в альвеолах и крови происходит примерно за 0,25 с.

3. Большая поверхность контакта легочных капилляров и альвеол (60-120 м2). Каждый капилляр контактирует с 5-7 альвеолами.

4. Корреляция между кровотоком в данном участке легкого и его вентиляцией. Если участок легкого плохо вентилируется, то кровеносные сосуды в этой области суживаются и даже полностью закрываются.

5. Интенсивность вентиляции и кровообращения различных отделов легких зависит от положения тела: в вертикальном положении лучше вентилируются все нижние отделы и достаточно плохо верхние. В горизонтальном положении отделы легких, находящихся внизу, вентилируются лучше: а) при положении на спине – дорсальные, б) на животе – вентральные, в) на боку – все. Верхние отделы легких лучше вентилируются в горизонтальном положении тела, чем в вертикальном.

ЖВС

1. Надпочечники. Парные железы, расположенные над верхними концами почек. Масса обеих желез по 15 г. В каждой железе имеется плотная соединительно-тканная капсула, проникающая внутрь железы и делящая её на два слоя; наружный - корковое вещество и внутренний - мозговое вещество.Гормоны коркового вещества – кортикостероиды вырабатывают 3 зоны:Клубочковая зона, самая поверхностная, вырабатывает гормоны – минералокортикоиды (альдостерон, дезоксикортикостерон), которые влияют на водно-солевой обмен, тем самым действуя на почки. Избыток этих гормонов приводит к задержке воды и повышению АД, а их недостаток - к обезвоживанию организма.Пучковая зона (средняя) выделяет гормоны - глюкокортикоиды (кортизон и кортикостерон), которые являются мощными иммунодепрессантами (подавляют воспалительные реакции) и десенсебилизатороми (подавляют аллергические проявления). Также глюкокортикоиды влияют на углеводный обмен, стимулируют синтез гликогена в мышцах, тем самым повышая работоспособность. Особенно велика роль их при больших мышечных напряжениях, действии сверхсильных раздражителей, недостатке кислорода. В подобных условиях вырабатывается большое количество глюкокортикоидов, которые обеспечивают приспособление организма к этим чрезвычайным условиям (стресс-реакция).3. Сетчатая зона вырабатывает половые гормоны - андрогены (мужские) и эстрогены и прогестерон (женские). Они влияют на развитие скелета и формирование вторичных половых признаков. Выработка гормонов противоположного пола тормозится половыми железами. Поэтому при кастрации (удаление половых желез) развиваются вторичные половые признаки противоположного пола. Те же явления наблюдаются при гиперфункции сетчатой зоны.

Гипофункция надпочечников приводит к развитию бронзовой, или адиссоновой болезни.Она характеризуется, кроме бронзовой окраски кожи (отсюда название), резким похуданием, мышечной слабостью, гипотонией.Мозговое вещество надпочечников вырабатывает катехоламины - адреналин и норадреналин. Главный гормон - адреналин - имеет широкий диапазон действия. Он оказывает влияние на ССС, тормозит движения пищеварительного тракта, вызывает расширение зрачка, восстанавливает работоспособность утомлённых мышц, усиливает углеводный обмен, суживает сосуды кожи и другие периферические сосуды.

Адреналин выделяется в кровь постоянно, однако при стрессовых ситуациях (при действии раздражителя высокой интенсивности) его количество заметно увеличивается. В качестве стрессовой ситуации может выступать стресс как психологический, так и физический (травма, кровопотеря, повышение или снижение АД, замерзание, активная работа мышц). При этом в организме наступают однотипные неспецифические изменения, направленные на повышение его резистентности, названные общим адаптационным синдромом (Г.Селье). В своем развитии стресс проходит 3 стадии:тревогарезистентностьистощение

В отличии от первой стадии, мобилизующей организм, развитие при сильном и длительном воздействии стрессора стадии истощения приводит к болезни и даже смерти организма.

Адреналин называют еще гормоном тревоги. Он стимулирует работу всех систем, необходимых для бегства или нападения (сердечно-сосудистой, дыхательной, опорно-двигательной) и тормозит функционирование не актуальных в данный момент систем (пищеварительной).Второй гормон - норадреналин - способствует поддержанию тонуса кровеносных сосудов. Норадреналин, кроме того, вырабатывается в синапсах и участвует в передаче возбуждения с симпатических нервных волокон на иннервируемые органы.Недостатка катехоламинов в крови не наблюдается, так как они могут вырабатываться в организме другими хромофильными тканями. Избыток их возникает при опухолях надпочечников и при резко увеличенной выработке этих гормонов. В результате возникает, беспредельная нагрузка на ССС, АД достигает более 300 мм рт. ст.