Organismul unicelular de animale și plante de oxigen este furnizat direct din mediu - aer sau apă în care concentrația este mai mare decât în celule. Pătrunderea moleculelor de oxigen (difuzie sale) în celulă depinde de diferența de concentrație pe ambele părți ale membranei. Pentru gazele luate în considerare parțial (privat), presiunea fiecăreia dintre ele. Aerul conține 20,9% oxigen, aceasta înseamnă că presiunea parțială (P02) este de aproximativ 1/5 din presiunea barometrică totală, adică. E. La 760 mm Hg. Art. P02 = 159 mm Hg. Art. difuzia oxigenului în celulă va continua atâta timp cât P02 din interiorul celulei și mediul nu sunt egale. Deoarece celula alimentează continuu în consumă oxigen (sinteza ATP), parțială redusă a acestuia intracelulară. Datorită diferenței de presiune rezultată între celula primeste noi porțiuni de oxigen, reumplute stocul său. Rata de difuzie a oxigenului in celula, va depinde deci de P02 care înconjoară mediul celular și viteza sa de recaptarea celulară. Rata de utilizare a oxigenului în mod normal, deoarece intră în celulă definită prin nevoia ei, m. E. Cantitatea de oxigen necesară pentru alimentarea cu energie a proceselor vitale care determină funcționarea normală a celulei și organite sale.
aprovizionarea cu oxigen în natură și în corpul uman
Oxigen - elementul cel mai abundent pe Pământ. Este jumătate din masa crusta pământului în care este inclus ca și compuși cu metale.
La animale multicelulare, există dispozitive suplimentare pentru a furniza oxigen la celule, în special în sistemul de circulație lichid care transporta de pe suprafața corpului la distanță din straturile ei de celule. In acest caz, de asemenea, difuzia oxigenului din fluidul care circulă în celulă. Procesul primirii acestuia din aerul ambiental și facilitează circulația fluidului care transportă oxigenul dizolvat. Ultima dintre aerului furnizat primul fluid circulant. și apoi, datorită mișcării sale este transferată la celule, adică. e. transfer de masă de oxigen are loc forță (convenție forțată, prin agitare) cu lichidul curent. Procesul de oxigen in celula nu depinde numai de mediul P02, dar, de asemenea, lichidul circulant și cantitatea de oxigen dizolvat în acesta, iar viteza de deplasare la celule. Acesta din urmă, la rândul său, este determinată de organizarea sistemului de circulație. În plus, furnizarea de oxigen in celula depinde de distanța dintre fluidul circulant și a celulei, prin fluidele tisulare difuzie conducta și membrane.
Chiar mai complicat, dar în același timp, devine mai sigură și procesul de furnizare a celulelor organismelor de oxigen, în care transferul de masă oxigen lichid se realizează cu ajutorul unor substanțe speciale - chromoproteins, proteine care conțin atomi de cupru sau fier. Ele pot să dea sau să atașați electroni în sine, adică. E. Pass de redus la forma oxidată și invers. Printre acestea sunt chromoproteins coppercontaining homocianină pigment respirator; fier care conțin proteine - gemoeritrin (printre unele specii de nevertebrate), hemoglobina și mioglobina (vertebrate umane și). O caracteristică a tuturor pigmenților respiratorii este capacitatea lor de a se lega de oxigen, în funcție de PO, în lichidul circulant (la oameni și la vertebrate - in plasma de sânge).
Cantitatea de oxigen legat de hemoglobină este de 100 de ori mai mare decât cantitatea de oxigen liber dizolvat în plasmă. Datorită capacității minunat de a atașa cu ușurință hemoglobina oxigen la P02 ridicată și, de asemenea, ușor eliberați-l la o tensiune joasă, la oameni și mamifere hemoglobinei „captează“ oxigenul din plamani si trimite-l în țesuturi, unde P02 30-35 mm Hg. Art.
Hemoglobina poate lega nu numai oxigen, ci și dioxid de carbon. Aceasta are o mare influență asupra capacității hemoglobinei de a atașa și eliberarea de oxigen, între dioxidul de carbon din urmă și există relație competitivă. în țesuturile în care o mulțime de dioxid de carbon, se combina cu hemoglobina, care a dat oxigenul, formând, clivate din oxigenul oxihemoglobină intră în celulă; în plasma sanguină a capilarelor pulmonare, unde tensiunea de dioxid de carbon (RS02) de mai jos și P02 este mult mai mare decât în țesuturi, carboxihemoglobină însuși clivează de dioxid de carbon si se ataseaza cu aviditate hemoglobina oxigen.
Hemoglobina capacitatea de a se atașa la oxigenul afectează modificarea concentrației de ioni de hidrogen în sânge, pH-ul său. Atunci când concentrația hidrogenului ionilor în țesuturile hemoglobinei, recuperarea, se desprinde de oxigen, creșterea pH-ului se atașează cu ușurință la sine.
Astfel, proprietățile hemoglobinei și dependența lor pe RS02, starea acido-bazic al sângelui, temperatură și alți factori, în special, asupra prezenței (FGD), substanțe capabile să se conecteze cu hemoglobina, o hemoglobina face un purtător excelent de oxigen și dioxid de carbon.
Forțele de conducere conductoare de transfer de masă de oxigen în corpul animalelor, în care fluidul circulant nu chromoproteins (convecție forțată și difuzie), suplimentat cu vectori specializați de legare animale superioare chimic de oxigen de reacție. La oameni și animale vertebrate sunt incluse în celule speciale din sange - celule rosii din sange, sau eritrocite. Valoarea acesteia din urmă, dimensiunea, forma, starea membranelor, cantitatea de hemoglobină conținută în ele, capacitatea lui de a avea o influență directă asupra transferului de masă al oxigenului în organism.
In vertebrate, sistemul circulator sanguin este completat de organismele specializate, prin care se mărește suprafața de contact a sângelui circulant cu mediul extern. In vertebrate acvatice, acest aparat branhii. Rolul important jucat de dimensiunea membranei suprafeței plăcii de branhii prin care oxigenul difuzează din branhii de spălat cu apă în sânge. precum și speciale „pompe“ pentru a asigura circulația apei, livrarea unor porțiuni proaspete de ea în plăcile cu ochiuri mari.
Sistemul Chiar mai complicat pentru a asigura mamiferele de oxigen, care au organe specializate pentru schimbul de gaze între sânge și aerul înconjurător, de ex., E. externe organelor respiratorii. Acestea includ căile respiratorii și pulmonare alveolelor, piept cu mușchii ei respiratorii, oferind ventilație. volumul inspirator și expirator de aer in plamani schimbarile îmbogățit cu oxigen și lumină.
Deoarece oxigenul din aer alveolar trece în sânge prin pereții alveolelor subtire si vasele sanguine - capilare. Pereții epiteliului alveolar căptușite în interior, acoperit cu un strat subțire de substanțe care reduc tensiunea superficială a - surfactant. În afara rețelei se întretaie alveolele pulmonare capilare, care sunt in artera pulmonara si ramurile sale provin din ventriculul drept al compoziției sângelui venos. sânge arterial este efectuată departe de plamani la atriul stâng al venei pulmonare.
transfer de masă difuziv de oxigen depinde, așa cum sa menționat deja, gradientul (diferența) dintre presiunile parțiale ale oxigenului în sânge și aerul alveolar, și apoi - de la dimensiunile suprafeței de difuzie. rezistență la membrană de difuzie (sau invers sale - membrană conducție difuzie). Cu cât mai mare suprafață de difuzie și rezistența de difuziune a membranei este mai mică decât gradientul deasupra P02, cea mai mare rata de difuzie. Viteza de difuzie a oxigenului din plasmă sanguină și celule roșii din sânge depinde de rezistența exercitată de difuzia membranei eritrocitare, aproximativ egală în mărime la rezistența membranei.
transportul de oxigen suplimentar prin fluxul sanguin este furnizat, astfel încât rata de transfer de masă din volumul sanguin depinde de rata fluxului sanguin, conținutul de oxigen din sânge, care este determinată de cantitatea de hemoglobină în ea și capacitatea sa de a lega oxigenul. Mutarea aceasta din capilare de țesuturi în țesutul este determinat în principal ca două procese: chimice - eliberare de oxihemoglobină și fizice - difuzie. Ca un mecanism suplimentar poate juca transferul de oxigen, cu un curent de fluid interstițial.
În mușchii scheletici și cardiac există un purtător suplimentar și „depozit“ de oxigen - mioglobina. Este aproape complet (90%), saturat cu oxigen la P02 egală cu 40 mm Hg. Art. t. e. atunci când celulele oxyhemoglobin plătește deja mai mult de 30% din oxigenul. Mioglobina deoarece captează oxigenul, menținându-l în „cămară“ lor, până la epuizarea stocurilor de material. Când P02 este scăzută (mai puțin de 8 mm Hg. V.) Oxymyoglobin trimite o celulă asociată cu 60% dintre ei oxigen. Reacția de legare a oxigenului chimic cu mioglobina accelerează semnificativ difuzia P02 in celula musculara.
Mioglobina este a patra parte a moleculei de hemoglobină, astfel încât greutatea sa moleculară este mai mică decât de patru ori. Acest lucru face mai mobil decât hemoglobină și mai ușor trece prin membranele biologice (în special prin deteriorate). Această caracteristică a fost utilizată în diagnostic clinic. Aceasta a constatat că, prin infarct miocardic, în cazul în care structura fină este perturbat membranele fibrelor musculare, mioglobina intră în sânge. Creșterea concentrației în sânge este considerat unul dintre simptomele clinice ale infarctului miocardic. Cu toate acestea, o creștere temporară a concentrației în sânge și în urină poate fi cauzată de activitatea musculară intensă.
Mioglobina are aceleași proprietăți ca hemoglobina, dar este mai mult cu aviditate se ataseaza de oxigen. Prin urmare, atunci când în P02 țesut atinge 40 mm. Hg. Art. Mioglobina este complet saturat cu oxigen. Acesta oferă un oxigen foarte scăzut de la P02. În timpul contracției musculare. când datorită comprimării vaselor sanguine primește mai puține și P02 când lucrează și țesuturi scade brusc, mioglobina dă oxigenul stocat la fibrele musculare.
Oxidarea in mitocondrii depinde de valoarea P02, în cazul în care acesta este sub un nivel critic, consumul de oxigen a celulei scade, reducând eficiența.
sărac în oxigen și îmbogățită cu dioxid de carbon din sânge venos amestecat intră în atriul drept, iar de acolo, prin arterele pulmonare - plamani. Informații despre compoziția conținutului de oxigen din sânge venos amestecat și valoarea P02 furnizează informații importante cu privire la caracterul complet al utilizării corpului de oxigen, oferă o idee despre posibilitățile de ultima copie de siguranță și starea de conservare a mediului său intern.
Astfel, cu complicarea organizării de a trăi ființe calea de oxigen din mediul extern la locurile de utilizarea directă a acestuia (la celule și mitocondrii) lungit considerabil. .. Ca urmare, evoluția propriilor oameni de respirație și de animale mai mari, adică oxidativ în mitocondrii lor, a fost pus în dependență nu numai pe celula are nevoie de oxigen, dar, de asemenea, din activitățile celor trei sisteme fiziologice: respirația pulmonară (schimbul de gaze in plamani), sânge (ea funcția respiratorie), sistemul cardiovascular (care asigură transportul gazului în țesuturi), gestionate de sistemele nervos și endocrin. sistemul respirator la om, a cărui dezvoltare în ontogeneza reia principalele caracteristici ale procesului evolutiv extrem de organizat, trebuie să se asigure că cererea de oxigen alimentarea cu oxigen a țesuturilor, pentru a le sprijini în P02 la niveluri mai critice.
Așa cum sa arătat mai sus, promovarea oxigenului traiectoria sa complex de la temperatura ambiantă până la celule se realizează prin diferite mecanisme fiziologice, fizice și chimice. În acest caz, gradientul P02 este una dintre cele mai importante forțe motrice ale acestui proces. Dependența consumul de oxigen al tensiunii sale poate fi reprezentat în mod formal de ecuația unde P02 - celula consumul de oxigen; RS - cererea de oxigen (Oxygen Demand); P02 - presiunea oxigenului în celulă; Km - constanta (valoarea P02 la care consumul de oxigen este de 50% din celule RS).
Aflați mai multe despre oxigen:
aprovizionarea cu oxigen în natură și în corpul uman