Чим визначається величина дисоціації оксигемоглобіну. Оксигемоглобін: поняття, механізм освіти, крива дисоціації та її зрушення. Утворення та розпад оксигемоглобіну

Форма кривої дисоціації НbО 2 зумовлена ​​головним чином реакційною здатністю гемоглобіну, однак спорідненість крові до кисню може змінитися під дією інших факторів, що зазвичай призводить до збільшення або зменшення нахилу кривої дисоціації без зміни її S-подібної форми. Такий вплив мають температура, рН, напруга 2 і деякі інші фактори, роль яких зростає при патологічних станах.

Вплив температури. Рівновага реакції оксигенації гемоглобіну (як і більшості хімічних реакцій взагалі) залежить від температури. При зниженні температури нахил кривої дисоціації оксигемоглобіну збільшується, а при її підвищенні знижується. У теплокровних тварин цей ефект проявляється лише при гіпотермії чи гарячковому стані.

Вплив рН та рсо2

Форма кривої дисоціації оксигемоглобіну значною мірою залежить від вмісту в крові іонів Н+. При зниженні рН, тобто. підкислення крові, спорідненість гемоглобіну до кисню зменшується і кут нахилу кривої дисоціації оксигемоглобіну зменшується. Вплив рН на характер кривої дисоціації оксигемоглобіну називають ефект Бора. рН крові тісно пов'язаний з напругою в ній СО 2 (РСО 2): чим вище РСО 2 тим нижче рН. Збільшення напруги 2 у крові супроводжується зниженням спорідненості гемоглобіну до кисню і зменшенням кута нахилу кривої дисоціації НbО 2 . Цю залежність називають також ефектом Бора, хоча при детальному кількісному аналізі було показано, що вплив 2 на форму кривої дисоціації оксигемоглобіну не можна пояснити тільки зміною рН. Очевидно, сам діоксид вуглецю має на дисоціацію оксигемоглобіну специфічну дію.

Біологічне значення ефекту Бора. Ефект Бора має певне значення як поглинання кисню у легенях, так його вивільнення в тканинах (хоча значення цього ефекту годі було перебільшувати). Розглянемо спочатку процеси, що відбуваються у легенях. Поглинання Про 2 йде одночасно з виділенням СО 2 тому у міру насичення гемоглобіну киснем крива дисоціації оксигемоглобіну зрушується вліво. У міру того, як венозна кров (РО 2 = 40 мм рт.ст.; РСО 2 = 46 мм рт.ст.), насичуючись киснем, перетворюється на артеріальну (РО 2 = 95 мм рт.ст., РСО 2 = 40 мм рт.ст.), спорідненість гемоглобіну до кисню постійно збільшується. В результаті, хоча перенесення кисню здійснюється шляхом дифузії, швидкість цієї дифузії дещо зростає. Таким чином, ефект Бора сприяє зв'язуванню кисню у легенях.

Дещо більше значення ефект Бора має для перенесення 2 з капілярів у тканини. Оскільки одночасно з виходом кисню з крові в неї надходить СО 2 крива дисоціації оксигемоглобіну зміщується вправо. Всі ці процеси відповідають зрушенню ефективної кривої дисоціації. Зниження спорідненості гемоглобіну до кисню призводить до ще більшого падіння вмісту оксигемоглобіну, і в результаті кисень надходить у тканини при відносно високому РВ 2 капілярі. Отже, й у разі ефект Бора сприяє обміну кисню.

Вплив патологічних факторів. При низці патологічних станів спостерігаються зміни у процесах перенесення кисню кров'ю. Так, існують захворювання (наприклад, деякі види анемій), які супроводжуються зсувами кривої дисоціації оксигемоглобіну вправо (рідше вліво). Причини таких зрушень остаточно не зрозумілі. Відомо, що на форму і кут нахилу кривої дисоціації оксигемоглобіну впливають деякі фосфоровмісні органічні сполуки, концентрація яких в еритроцитах при патології може змінюватися. Найбільший ефект серед таких сполук має 2,3-дифосфогліцерат. Спорідненість гемоглобіну до кисню залежить також від вмісту в еритроцитах катіонів. Необхідно відзначити і вплив патологічних зрушень рН: при підвищенні рН (алкалозі) захоплення кисню в легенях завдяки ефекту Бору полегшується, але його віддача в тканинах не може, а при зниженні рН (ацидозі) спостерігається зворотна картина. Нарешті, значне зрушення кривої дисоціації оксигемоглобіну вліво має місце при отруєнні СО.

Особливості кривої дисоціації оксигемоглобіну у плода. У плаценті, як і будь-якому іншому органі, газообмін здійснюється шляхом дифузії. У той же час особливу увагу слід звернути на різницю у спорідненості крові матері та плоду до кисню. При аналізі в однакових умовах нахил кривої дисоціації оксигемоглобіну в крові плода дещо більший, ніж у крові матері, проте in vivoця різниця майже повністю зводиться нанівець завдяки ефекту Бора (рН крові плода трохи нижче, ніж рН материнської крові). У зв'язку з цим різниця у спорідненості крові матері та плоду до кисню практично не відбивається на газообміні у плаценті. Така ситуація найбільш сприятлива для обміну газів, що стає очевидним, якщо врахувати відмінності в концентрації гемоглобіну в крові матері та плода, оскільки вміст гемоглобіну в крові матері та плода по-різному (120 і 180 г/л відповідно). Особливу роль плацентарному газообміні грає ефект Бора. У процесі дифузії газів спорідненість крові матері до кисню в результаті надходження 2 знижується, а спорідненість крові плода підвищується. Завдяки такому двоїстий вплив ефекту Бора швидкість обміну кисню збільшується.

Криві дисоціації оксигемоглобінусправедливі для нормальної крові із середніми показниками. Однак існує низка факторів, які можуть зрушувати цю криву в один чи інший бік. На малюнку видно, що при деякому закисленні крові зі зниженням рН від нормального рівня 7,4 до 7,2 крива дисоціації зміщується в середньому на 15% праворуч, а підвищення рівня рН від нормального рівня 7,4 до 7,6 зміщує криву на таке а відстань вліво.

Крім змін рНвідомі та інші фактори, які можуть зрушувати криву дисоціації. Назвемо три, дія яких зрушує криву праворуч: (1) підвищення концентрації двоокису вуглецю; (2) підвищення температури крові; (3) підвищення концентрації 2,3-дифосфогліцерату – метаболічно важливого фосфату, який залежно від метаболічних умов присутній у крові у різних концентраціях.

Підвищення постачання тканин киснему випадках, коли двоокис вуглецю та іони водню зрушують криву дисоціації оксигемоглобіну. Ефект Бору. Зсув кривої дисоціації оксигемоглобіну у відповідь на підвищення вмісту двоокису вуглецю та іонів водню в крові має суттєвий вплив, що виражається у прискоренні вивільнення кисню з крові в тканинах та збільшенні оксигенації крові у легенях. Це називають ефектом Бора і пояснюють його в такий спосіб.

При проходженні кровічерез тканину двоокис вуглецю дифундує із клітин тканини в кров. В результаті в крові збільшується Ро2, а потім концентрації вугільної кислоти (Н2СО3) та іонів водню. Ці зміни зрушують криву дисоціації оксигемоглобіну вправо та вниз, зменшуючи спорідненість кисню до гемоглобіну, і в результаті збільшується вихід кисню до тканин.

При дифузії двоокису вуглецюз крові в альвеоли відбуваються процеси зворотного напрямку - в результаті в крові знижуються Рсо2 і концентрація іонів водню, зрушуючи криву дисоціації оксигемоглобіну вліво та вгору. При цьому значно збільшується кількість кисню, що зв'язується з гемоглобіном при будь-якому існуючому рівні альвеолярного Ро2, що збільшує транспорт кисню до тканин.

Зрушення кривої дисоціації оксигемоглобінупід впливом дифосфогліцерату. Нормальний вміст ДФГ у крові викликає постійне невелике зрушення кривої дисоціації оксигемоглобіну вправо. У разі гіпоксичного стану, що триває більше кількох годин, концентрація ДФГ у крові значно зростає, і крива дисоціації оксигемоглобіну зсувається праворуч ще більше.

В присутності такої концентрації ДФГ кисеньу тканинах вивільняється при Ро2, що перевищує нормальний рівень на 10 мм рт. ст., тому в деяких випадках такий механізм за участю ДФГ може виявитися важливим для адаптації до гіпоксії, особливо якщо причиною гіпоксії є зменшення тканини кровотоку.

Зсув кривої дисоціації під час фізичного навантаження. Під час фізичного навантаження деякі фактори викликають значний зсув кривої дисоціації оксигемоглобіну вправо, тому активні м'язові волокна, що виконують фізичну роботу, отримують додаткову кількість кисню. У свою чергу, працюючі м'язи вивільняють велику кількість двоокису вуглецю; це разом із дією деяких інших кислот, що вивільняються м'язами, підвищує концентрацію іонів водню в крові капілярів м'язів.

Крім того, час роботи температура м'язачасто підвищується на 2-3°С, що ще більше збільшувати доставку кисню м'язовим волокнам. Всі ці фактори викликають значне зрушення кривої дисоціації оксигемоглобіну в крові капілярів м'язів праворуч. Зсув вправо означає вивільнення кисню гемоглобіном у м'язі за досить високому рівні Ро2 (40 мм рт. ст.) навіть у випадках, коли з нього вже вивільнилося 70% кисню. Зсув кривої в інший бік показує, що у легенях приєдналася додаткова кількість кисню з альвеолярного повітря.

44) Що таке "крива дисоціації оксигемоглобіну"?

Крива дисоціації між відсотком насичення гемоглобіну киснем (відкладеним на стандартній діаграмі по вертикальній осі - осі "Y", - оскільки Sa02 є залежною змінною) і РОГ навколишнього середовища (відкладеним по горизонтальній осі - осі "X", - оскільки РОГ є незалежною змінної).

Коли ріг збільшується, поступово підвищується і відсоток гемоглобіну, який насичений киснем. Форма кривої суттєво впливає на поглинання гемоглобіном кисню в легенях та його звільнення у периферичних тканинах. Крім того, деякі фізіологічні стани, так само як і захворювання, можуть змістити криву дисоціації оксигемоглобіну вліво (тобто збільшити спорідненість Hb до кисню) або праворуч (тобто зменшити спорідненість Hb до кисню).

45) Який рівень PO2 пов'язаний із насиченням гемоглобіну киснем на 10, 30, 50, 70 та 90 % (при нормальній температурі 37°С та pH 7,40)? Що таке P50?

Аналіз нормальної кривої дисоціації оксигемоглобіну показує, що SO2 10, 30, 50, 70 і 90% приблизно відповідають значення РОг 10; 19; 26,6; 37 та 58 мм рт.ст. Значення РО2, яке призводить до SO2 = 50 %, називають Р50 і зазвичай використовують як міру спорідненості з гемоглобіном до кисню (нормальна величина 26,6 мм рт.ст.). Великі значення Р50 спостерігаються, коли крива оксигемоглобіну зміщується вправо, зменшуючи спорідненість з гемоглобіном до кисню (сприятливий ефект). Навпаки, менші значення P 50 спостерігаються, коли крива оксигемоглобіну зміщується вліво, збільшуючи спорідненість Hb до кисню (несприятливий ефект).

46) Що найбільше впливає на криву дисоціації оксигемоглобіну? Коли ця крива зміщується праворуч чи ліворуч? Яким є вплив цього змигнення на вивільнення кисню в тканинах?

Основні фактори, що змінюють положення кривої дисоціації оксигемоглобіну, включають тип гемоглобіну (наприклад, фетальний, "дорослий" та ін.), температуру тіла, РСО2, pH крові, рівень 2,3-дифосфогліцерату (2,3-ДФГ) в еритроцитах та концентрацію карбоксигемоглобіну. Зміщення кривої вправо свідчить про знижене спорідненість гемоглобіну до кисню, яке полегшує його вивільнення в тканинах; цей ефект спостерігається у присутності ненормального гемоглобіну (наприклад, типу Е, Сіетл, Канзас), гіпертермії, гіперкапнії, ацидозу та підвищеного рівня 2,3-ДФГ. Навпаки, зміщення кривої вліво вказує на збільшену спорідненість кисню, що знижує вивільнення кисню в тканинах. Такий ефект спостерігається у присутності великої кількості фетального гемоглобіну (та інших типів, у тому числі гемоглобіну Yakenia, Chesapeake, Ranier), гіпотермії, гіпокапнії, алкалозу, зниженого рівня 2,3-ДФГ та високої концентрації карбоксигемоглобіну.

47) Поясніть докладніше особливості виду кривої дисоціації оксигемоглобіну та її фізіологічне значення.

Крива дисоціації у розчині чистого гемоглобіну має вигляд гіперболи та S-подібний характер, якщо еритроцити не пошкоджені завдяки взаємодії гемоглобіну з 2,3-ДФГ та іншими факторами, що беруть участь в управлінні властивостями гемоглобіну. Початкова ділянка кривою крутою, що демонструє велику зміну насичення гемоглобіну киснем при помірних змінах РО2 (наприклад, SO, збільшується з 10 до 70%, коли РОг зростає з 10 до 37 мм рт.ст.).

Кінцева ділянка кривої, навпаки, плоска і відображає невеликі зміни насичення гемоглобіну при значній зміні РГ (наприклад, SO2 росте з 70,0 до 97,5%, коли РГ збільшується з 37 до 100 мм рт.ст,). Крута частина кривої полегшує відокремлення кисню від гемоглобіну в периферичних тканинах у присутності дещо зниженого РО2. З іншого боку, плоска частина кривої оксигемоглобіну полегшує адекватне зв'язування кисню гемоглобіном у легенях навіть за значного зниження РО2 чи легеневих захворюваннях. Властивості гемоглобіну забезпечують майже максимальне зв'язування кисню в легенях та вивільнення цього газу у тканинах.

48) Поясніть роль гемоглобіну у підтримці порівняно постійного РО2 у периферичних тканинах при значних змінах альвеолярного РО2 (викликаних змінами РО2 та легеневими захворюваннями).

Відносно плоска верхня частина кривої дисоціації оксигемоглобіну пояснює мале зміна відсотка насиченості артеріальної крові киснем, коли альвеолярний Ріг знижується до 60 мм рт.ст. (SO2 = 89%) або збільшується до 500 мм рт. (SO2 – 99%); ці значення становлять відповідно зменшення лише на 8% та збільшення лише на 2% щодо нормального 97% насичення. Оскільки з тканин видаляється приблизно 5 мл кисню на 1 дл крові, відповідні значення SO2 у змішаній венозній крові дорівнюють 77% (Ріг = 43 мм рт.ст.) та 67% (Ріг =

35 мм рт.ст.). Отже, РВ2 у тканинах не змінюється більш ніж на кілька міліметрів ртутного стовпа, незважаючи на значну зміну альвеолярного РГ.

49) Порівняйте кількість кисню, що вивільняється Hb у нормальних умовах, з його кількістю при зміщеннях кривої дисоціації оксигемоглобіну в будь-якому напрямку.

Зміщення кривої дисоціації оксигемоглобіну в будь-якому напрямку може суттєво змінювати кількість кисню, що вивільняється у тканинах. Наприклад, при pH крові, що дорівнює 7,20, вивільняється приблизно на 30% більше кисню, ніж при pH крові, що дорівнює 7,60 (ці значення pH відповідають зсуву кривих вправо і вліво в порівнянні з нормальною кривою дисоціації оксигемоглобіну при pH, що дорівнює 7 40).

50) Як зміщується крива дисоціації оксигемоглобіну під час фізичного навантаження? Чим визначається усунення?

Під час фізичного навантаження спостерігається зміщення праворуч кривої дисоціації оксигемоглобіну в капілярній крові, яка доставляє кисень у м'язи. Основними факторами, відповідальними за це усунення, є: 1) збільшення температури м'язів приблизно на 3 ° С; 2) більш високий рівень РСО2 у тканині, викликаний збільшеною продукцією двоокису вуглецю; 3) ацидемія, викликана великим РСО2 і меншою концентрацією бікарбонату в плазмі ([НСОз"]р) (реакція на лактацидоз); 4) виділення фосфатних сполук з м'язів. тканини на відміну від 25%, що виділяються в нормальному стані спокою.

51) Яка величина РО2 та відсоток насичення гемоглобіну киснем в артеріальній та змішаній венозній крові у здорових людей?

Насичення киснем артеріальної крові становить приблизно 97%, тому що у здорових людей РаС>2 дорівнює приблизно 95 мм рт.ст. Значення SO2 і РО2 у змішаній венозній крові (отриманій з легеневої артерії і нормальну венозну кров, що повертається з периферичних тканин) складають відповідно 75% і 40 мм рт.ст.

52) У чому полягає ефект Бора? Яким є значення цього ефекту?

Ефект Бора полягає у зміщенні кривої дисоціації оксигемоглобіну, спричиненому змінами РСО2 у крові. Цей процес має важливе фізіологічне значення, тому що він полегшує зв'язування гемоглобіном кисню в легенях, як і його вивільнення в тканинах. Перехід двоокису вуглецю з крові в альвеоли легень зменшує рівень вугільної кислоти в крові та її. Отже, усунення кривої вгору, що також зрушує її вліво, відбувається внаслідок втрати двоокису вуглецю і тим самим збільшує поглинання кисню гемоглобіном, коли кров проходить через легені. Протилежне явище відбувається у периферичних тканинах, коли збільшення двоокису вуглецю в крові зміщує криву вправо. Це усунення кривої дисоціації оксигемоглобіну вправо забезпечує більше вивільнення кисню в тканинах.

53) Як гемоглобін допомагає підтримувати відносно постійний РО2 у периферичних тканинах у станах, що супроводжуються збільшеною потребою тканин у кисні (наприклад, при великому фізичному навантаженні)?

Крута нижня частина кривої дисоціації оксигемоглобіну характеризується великою зміною відсоткового насичення Hb киснем за відносно незначного зменшення РО2. Ця частина кривої дисоціації полегшує вивільнення кисню у тканинах, особливо під час фізичного навантаження. У нормальному стані SvO 2 становить 75% a PvO 2 - 40 мм рт.ст., але під час важкого м'язового навантаження SvO 2 досягає 30%, a PvO 2 - 20 мм рт.ст. Таким чином, під час навантаження SvO 2 зменшується на 45% (з 75 до 30%). Відносно мале зниження PO 2 у тканинах – з 40 до 20 мм рт.ст. супроводжується вивільненням додаткових 9 мл кисню на 1 дл крові (тобто 15 г Hb 1,34 мл O 2 0,45 = 9 мл). Таким чином, гемоглобін допомагає підтримувати відносно постійне PO 2 у тканинах, коли PaO 2 помітно знижується і коли потреба тканин у кисні істотно збільшується; цю властивість часто вважають результатом "буферної" дії Hb щодо парціального тиску кисню в тканинах.

Газообмін здійснюється шляхом простої дифузії за законом Фіка:

дифузія газу прямо пропорційна градієнту його парціального тиску та площі бар'єру, обернено пропорційна товщині бар'єру:

v = До S (Р 1 - Р 2 ) / L ,

де v- Швидкість дифузії; До - Коефіцієнт дифузії; S - площа бар'єру; Р- Парціальний тиск Про 2 (Р 1 - в авельолах, Р 2 - у легеневих капілярах) або СО 2; L - товщина бар'єру.

2. Газообмін у легенях (між альвеолярним газом та кров'ю)

9.3. Транспорт газів кров'ю

Збагачена киснем артеріальна кров з легенів надходить у серце і з судин великого кола кровообігу розноситься по всьому організму. Напруга Про 2 в артеріях великого кола кровообігу дещо нижча, ніж у артеріальній крові легеневих капілярів. Це пов'язано з тим, що, по-перше, постійно відбувається перемішування крові від добре і погано вентильованих ділянок легень, а по-друге, частина крові по артеріоловенулярних шунт може перекидатися з вен в артерії великого кола кровообігу, минаючи легені. Напруга Про 2 в артеріальній крові зазнає вікових змін: у молодих здорових людей воно становить 95 мм рт. ст., до 40 років зменшується до 80 мм рт. ст., до 70 років – до 70 мм рт. ст. Напруга 2 в артеріях великого кола кровообігу у молодих людей становить 40 мм рт. ст. та з віком змінюється незначно. Про 2 і 2 у крові перебувають у двох станах: в хімічно пов'язаному і в розчиненому. Зміст цих газів у крові – константні величини.

Транспорт кисню. Уартеріальної крові вміст Про 2 становить 18-20 об.%, а у венозній - 12 об.%. Кількість фізично розчиненого в крові Про 2 дорівнює лише 0,3 об.%; отже, практично весь 2 переноситься кров'ю у вигляді хімічної сполуки з гемоглобіном.

Гемоглобін -червоний кров'яний пігмент, що міститься в еритроцитах; складається з 4 однакових груп – гемів. Гем є протопорфірин, в центрі якого розташований іон двовалентного заліза, що грає важливу роль у переносі Про 2 . Кожен гем приєднує себе по 1 молекулі Про 2 , одна молекула гемоглобіну пов'язує 4 молекули Про 2 , виникає оборотна зв'язок, у своїй валентність заліза не змінюється. Це називається оксигенацією гемоглобіну. Відновлений гемоглобін (НЬ) стає окисленим - НЬО 2 (оксигемоглобін).

Максимальна кількість кисню, яка може бути пов'язана у 100 мл крові при повному насиченні гемоглобіну киснем, називається кисневої ємністю крові.Вона за-і відбувається шляхом дифузії.

46. ​​Транспорт газів (Про 2, СО 2) кров'ю. Чинники, що впливають на освіту та дисоціацію оксигемоглобіну. Киснева ємність крові. Оксигемометрія. Газообмін між кров'ю та тканинами.

Транспорт кисню кров'ю. Крива дисоціації оксигемоглобіну, її характеристика. Чинники, що впливають на освіту та дисоціацію оксигемоглобіну.

Майже у всіх рідинах може міститися кілька фізично розчинених газів. Вміст розчиненого газу рідини залежить від його парціального тиску.

Хоча вміст у крові Про 2 і 2 у фізично розчиненому стані відносно невелика, цей стан відіграє істотну роль у життєдіяльності організму. Щоб зв'язатися з тими чи іншими речовинами, дихальні гази спочатку повинні бути доставлені до них у фізично розчиненому вигляді. Таким чином, при дифузії в тканині або кров кожна молекула або СІ певний час перебуває в стані фізичного розчинення.

Більшість кисню переноситься кров'ю як хімічного сполуки з гемоглобіном. 1 моль гемоглобіну може зв'язати до 4 молей кисню, а 1 г гемоглобіну – 1,39 мл кисню. При аналізі газового складу крові отримують трохи меншу величину (1,34 - 1,36 мл 2 на 1 г. Hb). Це пов'язано з тим, що невелика частина гемоглобіну перебуває у неактивному вигляді. Таким чином, орієнтовно можна вважати, що in vivo 1г Hb зв'язує 1,34 мл 2 (так зване число Хюфнера).

Виходячи з числа Хюфнера, можна, знаючи вміст гемоглобіну, обчислити кисневу ємність крові: [Про 2] макс = 1,34 мл Про 2 на 1 г Hb; 150 г Hb на 1 л крові = 0,20 л Про 2 на 1 л крові. Однак такий вміст кисню в крові може досягатися лише в тому випадку, якщо кров контактує з газовою сумішшю з високим вмістом кисню (РО 2 = 300 мм рт.ст.), тому в природних умовах гемоглобін оксигенується не повністю.

Реакція, що відображає сполуки кисню з гемоглобіном, підпорядковується закону діючих мас. Це означає, що відношення між кількістю гемоглобіну та оксигемоглобіну залежить від вмісту фізично розчиненого Про 2 у крові; останнє пропорційно напрузі Про 2 . Відсоткове відношення оксигемоглобіну до загального вмісту гемоглобіну називається насиченням гемоглобіну киснем. Відповідно до закону діючих мас насичення гемоглобіну киснем залежить від напруги О 2 . Графічно цю залежність відбиває так звана крива дисоціації оксигемоглобіну. Ця крива має S – образну форму.

Найбільш простим показником, що характеризує розташування цієї кривої, служить так звану напругу напівнасичення РВ 2 тобто. така напруга О 2 при якому насичення гемоглобіну киснем становить 50%. У нормі РВ 2 артеріальної крові становить близько 26 мм рт.

Конфігурація кривої дисоціації оксигемоглобіну має значення для перенесення кисню кров'ю. У процесі поглинання кисню в легенях напруга 2 у крові наближається до парціального тиску цього газу в альвеолах. У молодих людей РВ 2 артеріальної крові становить близько 95 мм рт. При такій напрузі насичення гемоглобіну киснем дорівнює приблизно 97%. З віком (і ще більшою мірою при захворюваннях легень) напруга Про 2 в артеріальній крові може значно знижуватися, однак, оскільки крива дисоціації оксигемоглобіну в правій частині майже горизонтальна, насичення крові киснем зменшується ненабагато. Так, навіть при падінні РВ 2 в артеріальній крові до 60 мм рт. насичення гемоглобіну киснем дорівнює 90%. Таким чином, завдяки тому, що області високої напруги кисню відповідає горизонтальна ділянка кривої дисоціації оксигемоглобіну, насичення артеріальної крові киснем зберігається на високому рівні навіть при істотних зрушеннях РО 2 .

Крутий нахил середньої ділянки кривої дисоціації оксигемоглобіну свідчить про сприятливу ситуацію для віддачі кисню тканинам. У стані спокою РО 2 в області венозного кінця капіляра дорівнює приблизно 40 мм рт.ст., Що відповідає приблизно 73% насичення. Якщо в результаті збільшення споживання кисню його напруга у венозній крові падає лише на 5 мм рт.ст., то насичення гемоглобіну киснем знижується на 75%: О 2, що вивільняється при цьому, може бути відразу ж використаний для процесів метаболізму.

Незважаючи на те, що конфігурація кривої дисоціації оксигемоглобіну обумовлена ​​головним чином хімічними властивостями гемоглобіну, існує ряд інших факторів, що впливають на спорідненість крові до кисню. Як правило, всі ці фактори зміщують криву, збільшуючи або зменшуючи її нахил, але не змінюючи її S-подібну форму. До таких факторів відносяться температура, рН, напруга 2 і деякі інші фактори, роль яких зростає в патологічних умовах.

Рівновага реакції оксигенації гемоглобіну залежить від температури. При зниженні температури нахил кривої дисоціації оксигемоглобіну збільшується, а за її підвищення – знижується. У теплокровних тварин цей ефект проявляється лише при гіпотермії чи гарячковому стані.

Форма кривої дисоціації оксигемоглобіну значною мірою залежить від вмісту в крові іонів Н+. При зниженні рН, тобто. закислення крові, спорідненість гемоглобіну до кисню зменшується, і крива дисоціації оксигемоглобіну називається ефектом Бора.

РН крові тісно пов'язане з напругою 2 (РСО 2): чим РСО 2 вище, тим рН нижче. Збільшення напруги в крові 2 супроводжується зниженням спорідненості гемоглобіну до кисню і сплощення кривої дисоціації НbО 2 . Цю залежність також називають ефектом Бора, хоча за такого кількісного аналізу було показано, що вплив СО 2 на форму кривої дисоціації оксигемоглобіну не можна пояснити лише зміною рН. Очевидно, сам вуглекислий газ чинить на дисоціацію оксигемоглобіну «специфічний ефект».

При низці патологічних станів спостерігаються зміни процесу транспортування кисню кров'ю. Так, є захворювання (наприклад, деякі види анемій), які супроводжуються зсувами кривої дисоціації оксигемоглобіну вправо (рідше – вліво). Причини таких зрушень остаточно не розкрито. Відомо, що на форму і розташування кривої дисоціації оксигемоглобіну впливають деякі фосфорорганічні сполуки, вміст яких в еритроцитах при патології може змінюватися. Головною такою сполукою є 2,3-дифосфогліцерат – (2,3 – ДФГ). Спорідненість гемоглобіну до кисню залежить також від вмісту в еритроцитах катіонів. Необхідно відзначити також вплив патологічних зрушень рН: при алкалозі поглинання кисню в легенях внаслідок ефекту Бора збільшується, але його віддача тканинам утруднюється; а при ацидозі спостерігається зворотна картина. Нарешті, значне зсув кривої вліво має місце при отруєнні чадним газом.

Транспорт із кров'ю. Форми транспорту. Значення карбоангідрази.

Двоокис вуглецю - кінцевий продукт окисних обмінних процесів у клітинах - переноситься з кров'ю до легень і видаляється через них у зовнішнє середовище. Як і кисень, СО 2 може переноситися як і фізично розчиненому вигляді, і у складі хімічних сполук. Хімічні реакції зв'язування 2 дещо складніше, ніж реакції приєднання кисню. Це пов'язано з тим, що механізми, відповідальні за транспорт СО 2 повинні одночасно забезпечувати підтримку сталості кислотно-лужної рівноваги крові і цим внутрішнього середовища організму загалом.

Напруга 2 в артеріальній крові, що надходить у тканинні капіляри становить 40 мм рт.ст. У клітинах же, розташованих біля цих капілярів, напруга 2 значно вище, так як ця речовина постійно утворюється в результаті метаболізму. У зв'язку з цим фізично розчинений 2 переноситься по градієнту напруги з тканин в капіляри. Тут деяка кількість вуглекислого газу залишається в стані фізичного розчинення, але більша частина 2 зазнає ряд хімічних перетворень. Насамперед відбувається гідратація молекул СО 2 з утворенням вугільної кислоти.

У плазмі ця реакція протікає дуже повільно; в еритроциті вона прискорюється приблизно в 10 тис. разів. Це з дією ферменту карбоангидразы. Оскільки цей фермент присутній лише в клітинах, практично всі молекули СО 2 , що беруть участь у реакції гідратації, повинні спочатку надійти до еритроцитів.

Наступна реакція в ланцюзі хімічних перетворень 2 полягає в дисоціації слабкої кислоти Н 2 3 на іони бікарбонату і водню.

Накопичення НСО 3 - в еритроциті призводить до того, що між його внутрішнім середовищем та плазмою крові створюється дифузійний градієнт. Іони НСО 3 - можуть пересуватися цим градієнтом лише в тому випадку, якщо при цьому не буде порушуватися рівноважний розподіл електричних зарядів. У зв'язку з цим одночасно з виходом кожного іона НСО 3 повинен відбуватися або вихід з еритроциту одного катіону, або вхід одного аніону. Оскільки мембрана еритроциту практично не проникна для катіонів, але порівняно легко пропускає невеликі аніони, замість НСО 3 - в еритроцит надходять іони Сl - . Цей обмінний процес називається хлоридним зсувом.

2 може зв'язуватися також шляхом безпосереднього приєднання до аміногруп білкового компонента гемоглобіну. При цьому утворюється так званий карбаміновий зв'язок.

Гемоглобін, пов'язаний з СО 2 називається карбогемоглобіном.

Залежність вмісту 2 від ступеня оксигенації гемоглобіну називається ефектом Холдейна. Даний ефект частково зумовлений різною здатністю оксигемоглобіну та дезоксигемоглобіну до утворення карбамінового зв'язку.

47. Регуляція дихання. Функціональний зв'язок процесів дихання, жування та ковтання. Резервні можливості системи дихання.

Зв'язування кисню гемоглобіном.Кисень, що надходить у кров, спочатку розчиняється у плазмі крові. При Ри0100 мм рт. ст. в 100 мл плазми розчиняється всього 0,3 мл 02. Хоча розчиненого кисню і небагато, але його форма грає важливу проміжну роль газообміні. Такий кисень за градієнтом концентрації проникає через мембрану еритроциту і спочатку розчиняється у його цитоплазмі. Тільки після цього 02 вступає в з'єднання з Ре2+ гему та утворює сполуки, які називають окси-гемоглобіном (НЬ02). У цьому валентність заліза не змінюється. Оксигемоглобін - малопотужна сполука, яка легко розпадається в тканинах. Пряму реакцію називають оксигенацією, а зворотний процес, що відбувається у тканинах, – дезоксигенацією гемоглобіну (рис. 83).

Кожна молекула гемоглобіну здатна приєднати чотири молекули кисню, що в перерахунку на 1 г гемоглобіну означає 1,34 мл 02. Знаючи рівень гемоглобіну крові, легко підрахувати кисневу ємність крові (КЕК):

КЕК = НЬ- 1,34.

Наприклад: 15 o 1,34 = 20 (мл) кисню міститься у 100 мл крові. Враховуючи те, що ті самі 100 мл крові містять лише 0,3 мл розчиненого 02, можна зробити висновок, що основна кількість кисню, що транспортується кров'ю, хімічно пов'язана з гемоглобіном.

Мал. 83.

Асоціація та дисоціація оксигемоглобіну

Інтенсивність утворення (асоціації) оксигемоглобіну обумовлена ​​парціальною напругою 02 в крові: чим вищий рівень Р0, тим більше утворюється оксигемоглобіну. Однак ця залежність не прямо пропорційна. Вона має вигляд 8-подібної кривої, визначати яку зручніше за швидкістю дисоціації оксигемоглобіну (рис. 84). 8-подібний характер її визначається тим, що зі збільшенням кількості молекул 02, які приєднуються до кожної молекули оксигемоглобіну, цей процес протікає активніше (автокаталіз). Так, якщо за відсутності кисню в крові (Р0 = 0) оксигемоглобіну немає, а за Р0 = 10 мм рт. ст. 10 % гемоглобіну перетворюється на оксигемоглобін, то за Р0 = 20 мм рт. ст. міститься вже близько 30% оксигемоглобіну, а при Р0 = 40 мм рт. ст. - близько 80% оксигемоглобіну, при Р0 = 100 мм рт. ст. у крові буде міститися близько 100% оксигемоглобіну.

Необхідно приділити особливу увагу двом ділянкам кривої: верхній осі ординат, що йде майже паралельно, і середній - різко падає вниз. Конфігурація першої ділянки свідчить про здатність гемоглобіну активно захоплювати 02 в легенях, а другий легко віддавати його в тканинах. Так, у процесі поглинання 02 кров'ю в легенях вже за Р0а= 60 мм рт. ст. майже весь гемоглобін може приєднати кисень (понад 90% оксигемоглобіну).

Мал. 84.за умов норми; 2 - за збільшення рН чи температури; З- за зниження рН чи температури; 4 - Р50О2

У змішаній венозній крові, отриманій із правого передсердя, при Р0 40 мм рт. ст. вміст оксигемоглобіну ще перевищує 70%. При КЕК у 20 мл1100 мл він становить ще близько 15 мл1100 мл кровістворює резерв 02. Починаючи із значення Р0 40 мм рт. ст., крива круто опускається вниз. Внаслідок незначного зменшення Р0 нижче 40 мм рт. ст., що відбувається у тканинах у разі інтенсивнішого їх функціонування, швидкість дисоціації оксигемоглобіну різко збільшується. Це забезпечує значне прискорення надходження кисню до тканин попереднього об'єму крові. Наприклад, за Рю, що дорівнює 20 мм рт. ст., оксигемоглобіну залишається лише 30%. Отже, тканини з кожних 100 мл крові одержують уже не 5 мл кисню, як за умов норми, а близько 14 мл, тобто майже втричі більше.

Можна відзначити, що завдяки такій особливості гемоглобіну людина може жити високо в горах, виконувати інтенсивну м'язову роботу і не завжди вмирати від нестачі 02 при зниженні рівня гемоглобіну крові (анемії), утрудненні газообміну через мембрану (наприклад, при пневмонії).

Зміна нахилу кривої дисоціації оксигемоглобіну.

Нахил кривої, тобто швидкість дисоціації оксигемоглобіну в крові людини, не постійний і в деяких умовах може змінюватися. Швидкість дисоціації оксигемоглобіну обумовлена ​​хімічною спорідненістю гемоглобіну до 02 та деяких зовнішніх факторів, що змінюють характер кривої. До таких факторів належать температура, рН, Рго.

Форма кривої дисоціації оксигемоглобіну значною мірою залежить від концентрації у крові іонів Н+. При зниження рНкрива зсувається вправо, що свідчить про зменшення спорідненості гемоглобіну з 02 та активації надходження його в тканини. Підвищення рНзбільшує спорідненість і зсуває криву вліво – зростає надходження кисню у кров. Вплив рН на спорідненість гемоглобіну з 02 називається ефект Бора.Ефект Бора при багатьох станах у нормі та патології відіграє істотну роль у газотранспортній функції крові. Утворення великої кількості СО2 у тканинах сприяє збільшенню віддачі 02 за рахунок зниження спорідненості гемоглобіну з 02, а виділення СО2 у легенях, зменшуючи рН крові, навпаки, покращує оксигенацію. СО2 також впливає на криву дисоціації оксигемоглобіну.

При зниженні температури віддача 02 оксигемоглобіном уповільнюється, а підвищення температури прискорює цей процес.

Показником, що характеризує інтенсивність застосування кисню тканинами, є відмінність рівня оксигемоглобіну крові, що притікає та відтікає (артеріовенозна різниця по кисню, АВР-02).

Таким чином, практична відсутність в організмі запасів кисню компенсується можливістю різкого збільшення застосування з кровотоку за рахунок підвищення АВР-02. Інтенсивне функціонування тканин, коли більше утворюється СО2, Н+ і підвищується температура, створює умови збільшення доставки кисню клітинам.

Отруєння чадним газом.

Оксид вуглецю (СО) має більшу (приблизно в 350 разів) спорідненість із гемоглобіном, ніж кисень. Тому навіть при дуже малих його концентраціях у повітрі, а отже, і крові, утворюються сполуки карбоксигемоглобіну (НЬСО). У зв'язку з тим, що ці сполуки є стійкими, здатність гемоглобіну зв'язувати кисень різко знижується. Зумовлено це тим, що зв'язується з молекулами заліза в хемі, а при цьому відбувається зсув кривої дисоціації вліво. У результаті навіть вільні молекули гемоглобіну гірше взаємодіють із киснем.

Дисоціація карбоксигемоглобіну відбувається дуже повільно, тому у разі легкого ступеня отруєння потерпілого необхідно винести на свіже повітря або давати кисень для дихання.