Вопрос 3: Диффузия газов в легких и транспорт газов кровью
В легких кислород из альвеолярного воздуха переходит в кровь, а углекислый газ из крови поступает в легкие. Переход газов из воздуха в жидкость и из жидкости в воздух происходит за счет разницы парциального давления этих газов в воздухе и жидкости. Парциальным давлением называют часть общего давления, приходящуюся на долю данного газа в газовой смеси.
Атмосферный воздух представляет смесь газов, их общее давление – 760 мм рт. ст. Парциальное давление кислорода в атмосферном воздухе составляет 20,94% от 760 мм, т.е. 150 мм рт. ст.; азота – около 600 мм; углекислого газа – 0,2 мм рт.ст.
Для газов, растворенных в жидкости, употребляется термин «напряжение», соответствующий термину «парциальное давление», применяемому для свободных газов. Напряжение газов измеряется в тех же единицах, что и давление.
Как видно из таблицы 1, атмосферный воздух значительно изменяет свой газовый состав в результате газообмена с кровью в легочных альвеолах.
Таблица 1
Процентный состав газовых смесей
Воздух |
О2 |
СО2 |
N |
Вдыхаемый |
20,94 |
0,03 |
79,03 |
Выдыхаемый |
16,40 |
4,10 |
79,50 |
Альвеолярный |
13,70 |
5,6 |
80,70 |
Величины парциального давления газов в альвеолярном воздухе приведены ниже.
Газы воздуха Парциальное давление,
мм рт. ст. (кПА)
Водяные пары 47 (6,3)
Азот 571 (76,1)
Кислород 102 (13,6)
Углекислый газ 40 (5,3)
Максимальное количество О2, которое может быть поглощено 100 мл крови, называется удельной кислородной емкостью. Она зависит от содержания в крови гемоглобина.
1 г гемоглобина связывает 1,34 мл О2; если в крови содержится 140 г/л, то 100 мл крови связывают 19 мл О2. В этом случае общая кислородная емкость крови составляет около 95-100 мл и может удовлетворить потребность организма в кислороде в течение 3-4 мин при условии полной деоксигенации гемоглобина к этому моменту.
Артериальная кровь здорового животного содержит 18-20% О2, 50-52% СО2 и около 1% азота. Венозная кровь соответственно содержит 12% О2, 55-56% СО2 и 1% азота.
Транспорт газов кровью.
В крови кислород находится в двух состояниях:
- растворенный (в 100 мл крови – 0,25 мл кислорода);
- связанный (гемоглобин + кислород = оксигемоглобин).
В тканях происходит распад оксигемоглобина, кислород выделяется и используется для окислительных процессов. Количество кислорода, которое может быть связано 100 мл крови при полном переходе гемоглобина крови в оксигемоглобин составляет кислородную емкость крови.
Более 90% СО2, переносимого кровью, находится в химически связанном состоянии, остальная часть (около 5%) растворена в плазме. Большое количество СО2 переносится кровью в виде:
- угольной кислоты (Н2СО3) и ее солей;
- бикарбонатов калия и натрия (КНСО3 и NаНСО3);
- карбогемоглобин.
Углекислый газ поступает в плазму, а затем в эритроциты. В них находится фермент карбоангидраза, под действием которой из двуокиси углерода и воды образуется угольная кислота. В эритроцитах она соединяется с калием, образуя бикарбонат калия. Угольная кислота легко диссоциирует на ионы Н+ и НСО3-, они переходят из эритроцитов в плазму и, взаимодействуя с натрием, образуют бикарбонат натрия.
В крови содержатся другие соединения: метгемоглобин, (железо из 2-х валентного переходит 3-х валентное), карбоксигемоглобин (с угарным газом)