Respirație internă și transportul gazelor

În articolul precedent, am examinat în detaliu modul în care aerul intră în plămâni. Acum să vedem ce se va întâmpla cu el în continuare.

Sistemul circulator

Respirație internă și transportul gazelor
Am decis că oxigenul din compoziția aerului atmosferic intră în alveole, de unde, prin peretele lor subțire prin difuzie, trece în capilare, înfășurând alveolele cu o rețea densă. Capilarele sunt conectate la venele pulmonare care transporta sange, saturația de oxigen, inima, sau mai degrabă în atriul stâng. Inima funcționează ca o pompă, pompând sânge în tot corpul. De la atriul stâng, sânge îmbogățit cu oxigen va merge în ventriculul stâng și de acolo - pentru a călători într-o gamă largă de circulație a sângelui, la organe și țesuturi. Schimbat în capilarele corpului cu țesuturi, substanțe nutritive, dând oxigen și luând dioxid de carbon, sângele este colectat în vene și intră în atriul drept al inimii și se închide un cerc mare de circulație a sângelui. Un cerc mic începe de acolo.

Respirație internă și transportul gazelor
Un cerc mic incepe in ventriculul drept, de unde artera pulmonara transporta sange pentru a "incarca" oxigenul in plamani, ramificand si inconjurat alveolele cu o retea capilare. De aici din nou - prin venele pulmonare din atriul stâng și așa mai departe la infinit. Pentru a vă imagina eficacitatea acestui proces, imaginați-vă că timpul de rulare completă a sângelui este de numai 20-23 secunde. În acest timp, volumul de sânge poate "biciui" complet și cercul mare și mic al circulației sângelui.

Pentru a se satura cu un astfel de mediu în schimbare activă, cum ar fi sânge, trebuie luați în considerare următorii factori:

- cantitatea de oxigen și dioxid de carbon din aerul inspirat (compoziția aerului)

- eficiența ventilației alveolare (aria de contact la care este schimbat gazul între sânge și aer)

- eficiența schimbului de gaz alveolar (eficacitatea substanțelor și structurilor care asigură contactul cu sângele și schimbul de gaze)

Compoziția aerului inhalat, expirat și alveolar

În condiții normale, o persoană respiră aerul atmosferic, care are o compoziție relativ constantă. În aerul expirat există întotdeauna mai puțin oxigen și mai mult dioxid de carbon. Cea mai mică cantitate de oxigen și, mai ales, dioxidul de carbon din aerul alveolar. Diferența în compoziția aerului alveolar și expirat se datorează faptului că acesta din urmă este un amestec de aer în spațiu mort și aer alveolar.

În plus, schimbul de gaze în plămâni continuă, indiferent de fazele de inspirație sau de expirație, ceea ce ajută la egalizarea compoziției aerului alveolar. Cu respirație profundă, datorită creșterii vitezei de ventilație a plămânilor, crește dependența compoziției aerului alveolar de inspirație și de expirație. Trebuie să ne amintim că concentrația gazelor "pe axa" fluxului de aer și pe "drumul său" va fi de asemenea diferită: mișcarea aerului "de-a lungul axei" va fi mai rapidă și compoziția va fi mai aproape de compoziția aerului atmosferic. În regiunea vârfului plămânilor, alveolele sunt ventilate mai puțin eficient decât în ​​regiunile inferioare ale plămânilor adiacente diafragmei.

Ventilarea alveolelor

Respirație internă și transportul gazelor
Schimbul de gaz între aer și sânge se efectuează în alveole. Toate celelalte componente ale plămânilor servesc numai pentru a elibera aerul în acest loc. Prin urmare, este important să nu cantitatea totală de ventilație și valoarea de ventilație este alveolele. Este mai puțin decât ventilarea plămânilor prin cantitatea de ventilație a spațiului mort. Astfel, atunci când volumul respirator minut egal cu 8000 ml și frecvența respiratorie de 16 pe minut de ventilație spațiu mort ar fi de 150 x 16 ml = 2400 ml. Ventilarea alveolelor va fi de 8000 ml - 2400 ml = 5600 ml. Cu același volum de respirație de 8000 ml și o rată de respirație de 32 pe minut, ventilația spațiului mort va fi de 150 ml x 32 = 4800 ml, iar ventilarea alveolelor 8000 ml - 4800 ml = 3200 ml, adică va fi cu jumătate mai mare decât în ​​primul caz. Prin urmare, prima concluzie practică. eficiența ventilației alveolare depinde de adâncimea și frecvența respirației.

Cantitatea de ventilație este reglată de corp astfel încât să se asigure o compoziție constantă a aerului alveolar. Astfel, cu o creștere a concentrației de dioxid de carbon în aerul alveolar, volumul mic al respirației crește, iar când scade, scade. Cu toate acestea, mecanismele de reglementare ale acestui proces nu se află în alveole. Adâncimea și frecvența respirației sunt reglementate de centrul respirator pe baza informațiilor privind cantitatea de oxigen și dioxidul de carbon din sânge.

Schimb de gaze în alveole

Schimbul de gaze din plămâni se produce ca urmare a difuzării oxigenului din aerul alveolar în sânge (circa 500 litri pe zi) și a dioxidului de carbon din sânge în aer alveolar (circa 430 litri pe zi). Difuzia apare datorită diferenței de presiune a acestor gaze în aerul alveolar și în sânge.

Respirație internă și transportul gazelor

Diffusion - pătrunderea reciprocă a substanțelor în contact unul cu celălalt datorită mișcării termice a materialului sub formă de particule. Difuzia are loc în direcția reducerii concentrației agentului și conduce la o distribuție uniformă a materialului pe întreg volumul ocupat de acestea. Astfel, o concentrație mai scăzută de oxigen în sânge duce la pătrunderea sa prin membrana sângelui aer (barieră aerogetică), o concentrație excesivă de dioxid de carbon în sânge duce la eliberarea sa în aerul alveolar. Bariera anatomică a sângelui în aer este reprezentată de membrana pulmonară, care, la rândul său, constă din celule endoteliale de capilare, două membrane principale, epiteliu alveolar plat, un strat de surfactant. Grosimea membranei pulmonare este de numai 0,4-1,5 μm.

Agentul tensioactiv este un surfactant care facilitează difuzia gazelor. Distrugerea sintezei agentului tensioactiv de către celulele epiteliului pulmonar face ca procesul de respirație practic imposibil din cauza unei încetiniri puternice a nivelului de difuzie a gazelor.

Intrat în sânge de oxigen și bioxidul de carbon pe calea sângelui poate fi găsit atât sub formă dizolvată, cât și legat chimic. În condiții normale, în starea liberă (dizolvată), atât de puține dintre aceste gaze sunt transferate, ceea ce acestea pot fi ignorate în condiții de siguranță în evaluarea nevoilor organismului. Pentru simplitate, presupunem că majoritatea oxigenului și dioxidului de carbon sunt transportate într-o stare legată.

Transportul oxigenului

Oxigenul este transportat sub formă de oxihemoglobină. Oximemoglobina este un complex de hemoglobină și oxigen molecular.

Respirație internă și transportul gazelor

Hemoglobina se găsește în celulele roșii din sânge - eritrocite. Eritrocitele sub microscop arata ca un bagel usor aplatizat. O astfel de formă neobișnuită permite celulelor roșii să interacționeze cu sângele înconjurător cu o suprafață mai mare decât celulele sferice (din corpuri care au un volum egal, mingea are o suprafață minimă). În plus, eritrocitele pot să se îndoaie într-un tub, stoarse într-un capilar îngust și ajung în cele mai îndepărtate colțuri ale corpului.

Respirație internă și transportul gazelor
În 100 ml de sânge la temperatura corpului se dizolvă doar 0,3 ml de oxigen. Oxigenul este dizolvat în plasma sanguină a capilarele circulației pulmonare, dispersează în eritrocite imediat se leaga cu hemoglobina pentru a forma oxihemoglobină, în care oxigenul 190 ml / l. Rata de legare a oxigenului este mare - timpul de absorbție a oxigenului difuz este măsurat în mii de secunde. Capilarele alveolare cu ventilație adecvată și alimentarea cu sânge substanțial toată inflowing hemoglobina din sânge este convertit în oxihemoglobină. Dar viteza de difuzie a gazelor "acolo și înapoi" este mult mai lentă decât viteza de legare a gazelor.

Aceasta duce la o a doua concluzie practică. astfel încât schimbul de gaz să aibă succes, aerul trebuie să "pauze", timp în care concentrația de gaze în aerul alveolar și sângele care curge poate să se înalțe, adică trebuie să existe o pauză între inhalare și expirație.

Conversia hemoglobinei reduse (anoxice) (deoxihemoglobina) în hemoglobina oxidată (oxigenul) (oxihemoglobină) depinde de conținutul de oxigen dizolvat în partea lichidă a plasmei sanguine. Iar mecanismele de asimilare a oxigenului dizolvat sunt foarte eficiente.

Respirație internă și transportul gazelor
În țesuturile care necesită o cantitate mare de oxigen pentru funcționarea normală (mușchii de lucru, ficatul, rinichii, țesuturile glandulare), oxihemoglobina "renunță" la oxigen foarte activ, uneori aproape complet. În țesuturile în care intensitatea proceselor oxidative este scăzută (de exemplu, în țesutul adipos), majoritatea oxihemoglobinei nu renunță la oxigen molecular - nivelul de disociere a oxihemoglobinei este scăzut. Tranzitia tesuturilor dintr-o stare de repaus la o stare activa (contractia musculara, secretia glandulara) creeaza automat conditii pentru cresterea disocierii oxihemoglobinei si cresterea aportului de tesuturi cu oxigen.

Abilitatea hemoglobinei de a "ține" oxigenul (afinitatea hemoglobinei pentru oxigen) scade odată cu creșterea concentrației de dioxid de carbon (efectul Bohr) și a ionilor de hidrogen. În mod similar, creșterea temperaturii acționează asupra disocierii oxihemoglobinei.

Prin urmare, devine ușor de înțeles modul în care procesele naturale sunt interconectate și echilibrate unul cu celălalt. Schimbările în capacitatea oxichemoglobinei de a reține oxigenul este de o importanță extraordinară pentru asigurarea alimentării cu țesuturi a acestora. În țesuturile în care se produc intensiv procese metabolice, concentrația de ioni de dioxid de carbon și de hidrogen crește, iar temperatura crește. Aceasta accelerează și facilitează "întoarcerea" oxigenului la hemoglobină și facilitează cursul proceselor metabolice.

Respirație internă și transportul gazelor
Fibrele musculare scheletice conțin o mioglobină, aproape de hemoglobină. Are o afinitate foarte mare pentru oxigen. "Grabbing" pentru molecula de oxigen, el nu va da în sânge.

Cantitatea de oxigen din sânge

Cantitatea maximă de oxigen care poate lega sângele atunci când hemoglobina este complet saturată cu oxigen se numește capacitatea de oxigen a sângelui. Capacitatea oxigenului din sânge depinde de conținutul de hemoglobină din acesta.

Sângele venos în stare de repaus conține aproximativ 120 ml / l de oxigen. Astfel, prin curgerea capilarelor țesutului, sângele nu dă tot oxigenul.

De exemplu:
(200-120): 200 x 100 = 40%.

În rest, rata de utilizare a oxigenului în organism variază de la 30 la 40%. Cu munca musculară intensă, crește la 50-60%.

Transportul cu dioxid de carbon

Respirație internă și transportul gazelor
Dioxidul de carbon este transportat prin sânge în trei forme. În sângele venos se poate detecta circa 58 vol. (580 ml / l) C02, din care numai 2,5% în volum sunt în stare dizolvată. Unele molecule de CO2 se combină în celulele roșii din sânge cu hemoglobină, formând carbogemoglobină (aproximativ 4,5% în volum). Cantitatea rămasă de CO2 este legată chimic și este conținut sub formă de săruri ale acidului carbonic (aproximativ 51% în volum).

Dioxidul de carbon este unul dintre cele mai frecvente produse ale reacțiilor metabolice chimice. Se formează în mod continuu în celule vii și de acolo difuzează în sângele capilarelor tisulare. În celulele roșii din sânge, se combină cu apă și formează acid carbonic (CO2 + H2O = H2C03).

Acest proces este catalizat (accelerat de douăzeci de mii de ori) de enzima anhidrază carbonică. Carboangihidra este conținută în eritrocite, nu există plasmă în ea. Deci, procesul de combinare a dioxidului de carbon cu apa are loc aproape exclusiv în eritrocite. Dar acest proces este reversibil, care își poate schimba direcția. În funcție de concentrația de dioxid de carbon ca anhidraza carbonică catalizează formarea acidului carbonic și scindarea acesteia în dioxid de carbon și apă (în capilarele pulmonare).

Datorită acestor procese de legare, concentrația de CO2 în eritrocite nu este mare. Prin urmare, toate cantitățile noi de CO2 continuă să difuzeze în interiorul celulelor roșii din sânge. Acumularea de ioni în interiorul eritrocitelor este însoțită de o creștere a presiunii osmotice în ele, ca urmare, cantitatea de apă din mediul interior al eritrocitelor crește. Prin urmare, volumul eritrocitelor din capilarele sistemului circulator crește într-o oarecare măsură.

Respirație internă și transportul gazelor
Hemoglobina are o afinitate mai mare față de oxigen decât la dioxid de carbon, astfel încât, în condiții de oxigen creșterea presiunii parțiale karbogemoglobin mai întâi convertit la deoxihemoglobină, oxihemoglobină și apoi.

În plus, conversia oxihemoglobinei la hemoglobină se datorează creșterii capacității sângelui de a lega dioxidul de carbon. Acest fenomen este numit efectul Haldane. Hemoglobina servește drept sursă de cationi de potasiu (K +), necesară pentru legarea acidului carbonic sub formă de săruri de carbonat - bicarbonați.

Astfel, în eritrocitele capilarelor tisulare, se formează o cantitate suplimentară de bicarbonat de potasiu, precum și carbogemoglobina. În această formă, dioxidul de carbon este transferat în plămâni.

În capilarii micului cerc al circulației sanguine, concentrația de dioxid de carbon scade. C02 este scindat din carbogemoglobina. În același timp, formele de oxihemoglobină și disocierea cresc. Oximemoglobina înlocuiește potasiul din bicarbonați. Acidul carbonic în eritrocite (în prezența anhidrazei carbonice) se descompune rapid în H20 și CO2. Cercul este finalizat.

Rămâne să mai luăm încă o notă. Monoxidul de carbon (CO) are o afinitate mai mare pentru hemoglobină decât dioxidul de carbon (CO2) și decât oxigenul. Prin urmare, monoxid de carbon otrăvire ca produs periculos: introducerea unei legături stabile cu hemoglobina, blocuri de gaz de monoxid de carbon transportul normal și eficient „sufocarea“ organism. Locuitorii orașelor mari inhalează constant concentrații ridicate de monoxid de carbon. Aceasta conduce la faptul că chiar și un număr suficient de eritrocite cu drepturi depline în condiții de circulație normală se dovedește a fi incapabil să efectueze funcții de transport. Prin urmare, atacurile de leșin și de inimă ale unor oameni relativ sănătoși în trafic.

Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare