Газообмін у тканинах. Напруга газів у тканинній рідині та клітинах. Транспорт вуглекислоти кров'ю. Значення карбоангідрази. Інгібітори карбоангідрази. Механізм дії, препарати, показання Вплив на дихальний центр подразнення різних рецепторів

Вуглекислий газ є продуктом метаболізму клітин тканин і тому переноситься кров'ю від тканин до легень. Вуглекислий газ виконує життєво важливу роль у підтримці у внутрішніх середовищах організму рівня рН механізмами кислотно-основної рівноваги. Тому транспорт вуглекислого газу кров'ю тісно взаємопов'язаний із цими механізмами.

У плазмі невелика кількість вуглекислого газу знаходиться в розчиненому стані; при РС02 = 40 мм рт. ст. переноситься 2,5 мл/100 мл крові вуглекислого газу, або 5%. Кількість розчиненого в плазмі вуглекислого газу лінійної залежності зростає від рівня РС02.

У плазмі вуглекислий газ реагує з водою з утворенням Н+ і HCO3. Збільшення напруги вуглекислого газу в плазмі викликає зменшення величини її рН. Напруга вуглекислого газу в плазмі може бути змінена функцією зовнішнього дихання, а кількість іонів водню або рН - буферними системами крові і HCO3, наприклад шляхом їх виведення через нирки з сечею. Розмір рН плазми залежить від співвідношення концентрації розчиненого у ній вуглекислого газу та іонів бікарбонату. У вигляді бікарбонату плазмою крові, тобто в хімічно зв'язаному стані, переноситься основна кількість вуглекислого газу – близько 45 мл/100 мл крові, або до 90%. Еритроцитами у вигляді карбамінової сполуки з білками гемоглобіну транспортується приблизно 2,5 мл/100 мл крові вуглекислого газу, або 5%. Транспорт вуглекислого газу кров'ю від тканин до легень у зазначених формах не пов'язаний з явищем насичення, як при транспорті кисню, тобто чим більше утворюється вуглекислого газу, тим більша його кількість транспортується від тканин до легень. Однак між парціальним тиском вуглекислого газу в крові і кількістю вуглекислого газу, що переноситься кров'ю, є криволінійна залежність: крива дисоціації вуглекислого газу.

Карбоангідраза. (синонім: карбонатдегідратаза, карбонатгідроліаза) - фермент, що каталізує оборотну реакцію гідратації діоксиду вуглецю: СО 2 + Н 2 Про Н 2 СО 3 Н + + НСО 3 . Міститься в еритроцитах, клітинах слизової оболонки шлунка, корі надниркових залоз, нирках, у незначних кількостях – у ц.н.с., підшлунковій залозі та інших органах. Роль карбоангідрази в організмі пов'язана з підтримкою кислотно-лужної рівноваги,транспортом СО 2, утворенням соляної кислоти слизової оболонкою шлунка. Активність карбоангідрази в крові в нормі досить стала, але при деяких патологічних станах вона різко змінюється. Підвищення активності карбоангідрази в крові відзначається при анеміях різного генезу, порушення кровообігу II-III ступеня, деяких захворюваннях легень (бронхоектаз, пневмосклероз), а також при вагітності. Зниження активності цього ферменту в крові відбувається при ацидозі ниркового генезу, гіпертиреозі. При внутрішньосудинному гемолізі активність карбоангідрази з'являється у сечі, тоді як у нормі вона відсутня. Контролювати активність карбоангідрази в крові доцільно під час оперативних втручань на серці та легень, т.к. вона може бути показником адаптивних можливостей організму, і навіть при терапії інгібіторами карбоангидразы - гіпотіазидом, діакарбом.

Надходження СО2 у легенях із крові в альвеоли забезпечується з таких джерел: 1) із СО2, розчиненого в плазмі крові (5-10%); 2) із гідрокарбонатів (80-90%); 3) з карбамінових сполук еритроцитів (5-15%), які здатні дисоціювати.

Для СО2 коефіцієнт розчинності в мембранах аерогематичного бар'єру більший, ніж для О2, і становить у середньому 0,231 ммоль*л-1 кПа-1 тому СО2 дифундує швидше, ніж O2. Це положення є правильним лише для дифузії молекулярного СО2. Більшість СО2 транспортується в організмі у зв'язаному стані у вигляді гідрокарбонатів і карбамінових сполук, що збільшує час обміну СО2, що витрачається на дисоціацію цих сполук.

Хоча СO2 розчиняється в рідині набагато краще, ніж O2, тільки 3-6% загальної кількості продукованого тканинами СO2 переноситься плазмою крові у фізично розчиненому стані. Інша частина входить у хімічні зв'язки.

Вступаючи в тканинні капіляри, СО2 гідратується, утворюючи нестійку вугільну кислоту:

Напрямок цієї оборотної реакції залежить від РСО2 в середовищі. Вона різко прискорюється під впливом ферменту карбоангидразы, що у еритроцитах, куди СO2 швидко дифундує з плазми.

Близько 4/5 вуглекислого газу транспортується у вигляді гідрокарбонату НСО-3. Зв'язування СO2 сприяє зменшення кислотних властивостей (протонної спорідненості) гемоглобіну в момент віддачі їм кисню – дезоксигенування (ефект Холдену). При цьому гемоглобін вивільняє пов'язаний з ним іон калію, з яким у свою чергу реагує вугільна кислота:

Частина іонів НСО-3 дифундує в плазму, зв'язуючи там іони натрію, а в еритроцит надходять у порядку збереження іонної рівноваги іони хлору. Крім того, також за рахунок зменшення протонної спорідненості дезоксигенований гемоглобін легше утворює карбамінові сполуки, зв'язуючи при цьому ще близько 15 %, що переноситься кров'ю СO2.

У легеневих капілярах відбувається вивільнення частини С2, який дифундує в альвеолярний газ. Цьому сприяє більш низьке, ніж у плазмі, альвеолярне РCO2, також посилення кислотних властивостей гемоглобіну при його оксигенації. У ході дегідратації вугільної кислоти в еритроцитах (ця реакція теж різко прискорюється карбоангідразою) оксигемоглобін витісняє іони калію з гідрокарбонату. Іони НСО-3 надходять із плазми в еритроцит, а іони Cl- - у зворотному напрямку. Таким шляхом кожні 100 мл крові віддають у легенях 4-5 мл СО2 - та ж кількість, яку кров отримує в тканинах (артеріовенозна різниця СО2).

Дихальний центр та його відділи (дорсальна та вентральна групи респіраторних нейронів, пневмотоксичний центр). Регуляція дихання при зміні газового складу крові (з хеморецепторів рефлексогенних зон), роздратування механорецепторів легких і верхніх дихальних шляхів.

Регулювання дихання. Дихальний центр.

Бульбарний дихальний центр розташований у медіальній частині ретикулярної формації довгастого мозку. Його верхня межа знаходиться нижче ядра лицьового нерва, а нижня вище писячого пера. Цей центр складається з інспіраторних та експіраторних нейронів. По-перше: нервові імпульси починають генеруватися незадовго до вдиху і продовжуються протягом усього вдиху. Дещо нижче розташовані експіраторні нейрони. Вони збуджуються до кінця вдиху і перебувають у збудженому стані протягом усього видиху. В інспіраторному центрі є дві групи нейронів. Це респіраторні α та β-нейрони. Перші збуджуються при вдиху. Одночасно до β-респіраторних нейронів надходять імпульси від експіраторних. Вони активуються одночасно з α-респіраторними нейронами та забезпечують їх гальмування наприкінці вдиху. Завдяки цим зв'язкам нейронів дихального центру вони знаходяться в реципрокних відносинах (тобто при збудженні інспіраторних нейронів гальмуються експіраторні і навпаки). Крім того, нейронам бульбарного дихального центру властиве явище автоматії. Ці їх здатність навіть без нервових імпульсів від периферичних рецепторів генерувати ритмічні розряди біопотенціалів. Завдяки автоматії дихального центру відбувається мимовільна зміна фаз дихання. Автоматія нейронів пояснюється ритмічними коливаннями обмінних процесів у них, а також впливом на них вуглекислого газу. Еферентні шляхи від бульбарного дихального центру йдуть до мотонейронів дихальних міжреберних та діафрагмальних м'язів. Мотонейрони діафрагмальних м'язів знаходяться у передніх рогах 3-4 шийних сегментів спинного мозку, а міжреберних у передніх рогах грудних сегментів. Внаслідок цього перерізання на рівні 1-2 шийних сегментів веде до припинення скорочень дихальних м'язів. У передній частині варолієвого мосту також є групи нейронів, що беруть участь у регуляції дихання. Ці нейрони мають висхідні та низхідні зв'язки з нейронами бульбарного центру. До них йдуть імпульси від його інспіраторних нейронів, а від них до експіраторних. За рахунок цього забезпечується плавний перехід від вдиху до видиху та координація тривалості фаз дихання. Тому при перерізанні ствола вище моста дихання практично не змінюється. Якщо він перерізається нижче моста, виникає гас-пінг – тривалий вдих змінюється короткими видихами. При перерізанні між верхньою та середньою третиною мосту – апнейза. Дихання зупиняється на вдиху, що переривається короткими видихами. Раніше вважали, що у мосту знаходиться пневмотаксичний центр. Нині цей термін не застосовується. Крім цих відділів центральної нервової системи у регуляції дихання беруть участь гіпоталамус, лімбічна система, кора великих півкуль. Вони здійснюють більш тонку регуляцію дихання.

Рефлекторне регулювання дихання.

Основна роль рефлекторної саморегуляції дихання належить механорецепторам легких. Залежно від локалізації та характеру чутливості виділяють три їх види:

1. Рецептори розтягування. Знаходяться переважно в гладких м'язах трахеї та бронхів. Порушуються при розтягуванні стінок. Здебільшого вони забезпечують зміну фаз дихання.

2. Іррітантрі рецептори. Розташовані в епітелії слизової трахеї та бронхів. Вони реагують на дратівливі речовини та пилові частинки, а також різкі зміни обсягу легень (пневмоторакс, ателектаз). Забезпечують захисні дихальні рефлекси, рефлекторне звуження бронхів та почастішання дихання.

3. Юкстакапілярні рецептори. Знаходяться в інтерстиціальній тканині альвеол та бронхів. Порушуються при підвищенні тиску в малому колі кровообігу, а також збільшення обсягу інтерстиціальної рідини. Ці явища виникають при застої в малому колі кровообігу або пневмонії.

Найважливішим для дихання є рефлекс Герінг-Брейєра. При вдиху легені розтягуються та збуджуються рецептори розтягування. Імпульси від них по аферентним волокнам блукаючих нервів надходять до бульбарного дихального центру. Вони йдуть до β-респіраторних нейронів, які у свою чергу гальмують α-респіраторні. Вдих припиняється і починається видих. Після перерізання блукаючих нервів дихання стає рідкісним і глибоким. Тому даний рефлекс забезпечує нормальну частоту та глибину дихання, а також перешкоджає перерозтягуванню легень. Певне значення у рефлекторній регуляції дихання мають пропріорецептори дихальних м'язів. При скороченні м'язів імпульси від їх пропріорецепторів надходять до відповідних мотонейронів дихальних м'язів. За рахунок цього регулюється сила скорочень м'язів при якомусь опорі дихальним рухам.

Гуморальне регулювання дихання.

У гуморальній регуляції дихання беруть участь хеморецептори, розташовані в судинах та довгастому мозку. Периферичні хеморецептори знаходяться у стінці дуги аорти та каротидних синусів. Вони реагують на напругу вуглекислого газу та кисню у крові. Підвищення напруги вуглекислого газу називається гиперкапнией, зниження – гипокапнией. Навіть при нормальній напрузі вуглекислого газу рецептори знаходяться у збудженому стані. При гіперкапнії частота нервових імпульсів, що йдуть від них до бульбарного центру, зростає. Частота та глибина дихання збільшується. При зниженні напруги кисню у крові, тобто. гіпоксемії, хеморецептори також збуджуються, і дихання посилюється. Причому периферичні хеморецептори більш чутливі до нестачі кисню, ніж надлишку вуглекислоти.

Центральні або медулярні хеморецепторні нейрони розташовуються на передньобічних поверхнях довгастого мозку. Від них ідуть волокна до нейронів дихального центру. Ці рецепторні нейрони чутливі до катіонів водню. Гематоенцефалічний бар'єр добре проникний для вуглекислого газу і лише трохи для протонів. Тому рецептори реагують на протони, які накопичуються в міжклітинній та спинномозковій рідині в результаті надходження в них вуглекислого газу. Під впливом катіонів водню на центральні хеморецептори різко посилюється біоелектрична активність інспіраторних та експіраторних нейронів. Дихання частішає і поглиблюється. Медулярні рецепторні нейрони чутливіші до підвищення напруги вуглекислого газу.

Механізм активації інспіраторних нейронів дихального центру є основою першого вдиху новонародженого. Після перев'язки пуповини у його крові накопичується вуглекислий газ та знижується вміст кисню. Порушуються хеморецептори судинних рефлексогенних зон, активуються інспіраторні нейрони, скорочуються інспіраторні м'язи, відбувається вдих. Починається ритмічне дихання.

Перенесення вуглекислого газу. Двоокис вуглецю, що утворюється в тканинах, переноситься з кров'ю до легень і виділяється з повітрям, що видихається, в атмосферу. На відміну транспорту кисню вона транспортується кров'ю трьома способами.

Форми транспорту вуглекислого газу. По-перше, як і кисень, двоокис вуглецю переноситься у фізично розчиненому стані. Вміст фізично розчиненого двоокису вуглецю в артеріальній крові становить 0,026 мл 1 мл крові, що у 9 разів перевищує кількість фізично розчиненого кисню. Це набагато високим коефіцієнтом розчинності двоокису вуглецю.

По-друге, двоокис вуглецю транспортується у вигляді хімічної сполуки з гемоглобіном – карбогемоглобіну.

По-третє - у вигляді гідрокарбонату НСОз, що утворюється в результаті дисоціації вугільної кислоти.

Механізм перенесення двоокису вуглецю. Перенесення двоокису вуглецю з тканин у легені здійснюється в такий спосіб. Найбільший парціальний тиск двоокису вуглецю в клітинах тканин і тканинної рідини - 60 мм рт.ст.; в артеріальній крові, що притікає, воно становить 40 мм рт.ст. Завдяки цьому градієнту двоокис вуглецю рухається з тканин капіляри. В результаті її парціальний тиск зростає, досягаючи венозної крові 46-48 мм рт.ст. Під впливом високого парціального тиску частина двоокису вуглецю фізично розчиняється у плазмі крові.

Роль карбоангідрази. Більша частина двоокису вуглецю зазнає хімічні перетворення. Завдяки ферменту карбоангідраз вона з'єднується з водою, утворюючи вугільну кислоту Н2СО3. Особливо активно ця реакція йде в еритроцитах, мембрана яких добре проникна для двоокису вуглецю.

Вугільна кислота (Н2СО3) дисоціює на іони водню Н+ та гідрокарбонату (НСОз), які проникають через мембрану в плазму.

Поряд з цим двоокис вуглецю з'єднується з білковим компонентом гемоглобіну, утворюючи карбоаміновий зв'язок.

Загалом 1 л венозної крові фіксує близько 2 ммоль двоокису вуглецю. З цієї кількості 10% знаходиться у вигляді карбоамінового зв'язку з гемоглобіном, 35% складають іони гідрокарбонату в еритроцитах, і 55%, що залишилися, представлені вугільною кислотою в плазмі.

Роль дихання у регуляції рН крові.

При нестачі кисню (гіпоксія) посилюється частка гліколітичних реакцій у метаболізмі, що проявляється у надлишку недоокислених продуктів, молочної, а-кетоглютарової та піровиноградної кислот. При вираженій гіпоксії спостерігається зсув рН у кислий бік (ацидоз).

Крива дисоціації двоокису вуглецю.

За своїм характером ця крива принципово не відрізняється від кривої дисоціації оксигемоглобіну. Однак вміст двоокису вуглецю в крові не зводиться лише до дисоціації карбогемоглобіну та описує всі способи транспорту. На малюнку нижче наведено криві зв'язування двоокису вуглецю для оксигенованої (артеріальної) та дезоксигенованої (венозної) крові.

Загальна закономірність проявляється у збільшенні вмісту двоокису вуглецю в крові при зростанні її парціального тиску. Газообмін у тканинах

У тканинах відбувається безперервне споживання кисню та утворення вуглекислого газу. Напруга вуглекислого газу в тканинах досягає 60-70 мм рт. ст., у венозній крові – лише 46 мм рт. ст., тому вуглекислий газ із тканин надходить у тканинну рідину і далі в кров, роблячи її венозною.

Кров, що надходить капіляри великого кола кровообігу, містить велику кількість кисню. Його напруга становить 100 мм рт. ст., у тканинній рідині напруга кисню – 20–37 мм рт. ст. Відбувається газообмін між кров'ю та тканинною рідиною, тобто. кисень із крові переходить у тканинну рідину. Тканини споживають близько 40% всього кисню, що міститься у крові. При посиленні обміну речовин споживання кисню збільшується тканинами. Кількість кисню, яке поглинається тканинами, виражене у відсотках, називають коефіцієнтом утилізації кисню, тобто. це різниця між вмістом кисню в артеріальній та венозній крові.

19. Дихальний центр, сучасні уявлення про його структуру та локалізація. Його клітинний склад та автоматія. Дихальний центр. Під час вдиху, коли повітря починає надходити в легені, вони розтягуються і рецептори, що чутливі до розтягування збуджуються. Імпульси від них по волокнах блукаючого нерва надходять до структури довгастого мозку до групи нейронів, що становлять дихальний центр(ДЦ). Як показали дослідження у довгастому мозку в його дорсальних та вентральних ядрах локалізовано центр вдиху та видиху. Від нейронів центру вдиху збудження надходить до мотонейронів спинного мозку, аксони яких складають діафрагмальний, зовнішні міжреберні та міжхрящові нерви, що іннервують дихальні м'язи. Скорочення цих м'язів ще більше збільшує обсяг грудної клітки, повітря продовжує надходити в альвеоли, розтягуючи їх. Потік імпульсів дихальний центр від рецепторів легень збільшується. Таким чином, вдих стимулюється вдихом.

Сучасні ставлення до структурі ДЦ.

Функціональна характеристика дихального центру може бути як вузькою, і широкою.

У вузькому значенні словапід дихальним центром розуміють порівняно обмежену нейрональну структуру, яка визначає ритмічне дихання і без існування якої дихання неможливе. Така нейрональна організація знаходиться в області довгастого мозку. Як показали досліди, при руйнуванні цієї зони ритмічний подих незворотно зникає.

У широкому значенні словапід дихальним центром розуміють сукупність структур мозку, що так чи інакше беруть участь у регуляції дихання і в найбільш досконалому пристосуванні його до дихальних потреб організму, що змінюються.

Локалізація структур дихального центру. При нанесенні електричних стимулів у різноманітні структури ЦНС було виявлено різні області мозку, які впливали дихання. Серед цих структур - кора великого мозку, проміжний мозок, що включає гіпоталамус, середній мозок разом з ретикулярною формацією, що входить до нього, міст мозку, мозочок, а також довгастий і спинний мозок.

Нервові механізми регулювання дихання.

Нейрони дихального центру довгастого мозку розділені (умовно) на дві групи. Одна група нейронів дає волокна до м'язів, які забезпечують вдих, ця група нейронів отримала назву інспіраторних нейронів(Інспіраторний центр), тобто. центр вдиху.Інша ж група нейронів, що віддають волокна до внутрішніх міжреберних; міжхрящових м'язів, отримала назву експіраторних нейронів(Експіраторний центр), тобто. центр видиху.

Нейрони експіраторного та інспіраторного відділів дихального центру довгастого мозку мають різну збудливість і лабільність. Збудливість інспіраторного відділу вища, тому його нейрони порушуються при дії малої частоти імпульсів, що приходять від рецепторів легень. Але в міру збільшення розмірів альвеол під час вдиху частота імпульсів від рецепторів легень все більше і більше наростає і на висоті вдиху вона настільки велика, що стає песимальною для нейронів центру вдиху, але оптимальною для нейронів центру видиху. Тому нейрони центру вдиху гальмуються, а нейрони центру видиху збуджуються. Таким чином, регуляція зміни вдиху та видиху здійснюється тією частотою, яка йде по аферентним нервовим волокнам від рецепторів легень до нейронів дихального центру.

Крім зазначених хеморецепторних впливів, активність дихального центру довгастого мозку визначається ще цілою низкою факторів. Серед них найбільше значення має аферентація від механорецепторів альвеол легень, що надходять по блукаючим нервам.

20. Механізми ритмоутворення дихання та його рефлекторна саморегуляція. Хемо та механорецепторні контури регуляції дихальної ритміки.

Нейрони дихального центру довгастого мозку розділені (умовно) на дві групи. Одна група нейронів дає волокна до м'язів, які забезпечують вдих, ця група нейронів дістала назву інспіраторних нейронів (інспіраторний центр), тобто центр вдиху. Інша ж група нейронів, що віддають волокна до внутрішніх міжреберних; міжхрящових м'язів, отримала назву експіраторних нейронів (експіраторний центр), тобто центр видиху.

Нейрони експіраторного та інспіраторного відділів дихального центру довгастого мозку мають різну збудливість і лабільність. Збудливість інспіраторного відділу вища, тому його нейрони порушуються при дії малої частоти імпульсів, що приходять від рецепторів легень. Але в міру збільшення розмірів альвеол під час вдиху частота імпульсів від рецепторів легень все більше і більше наростає і на висоті вдиху вона настільки велика, що стає песимальною для нейронів центру вдиху, але оптимальною для нейронів центру видиху. Тому нейрони центру вдиху гальмуються, а нейрони центру видиху збуджуються. Таким чином, регуляція зміни вдиху та видиху здійснюється тією частотою, яка йде по аферентним нервовим волокнам від рецепторів легень до нейронів дихального центру.

Крім зазначених хеморецепторних впливів, активність дихально-го центру довгастого мозку визначається ще цілою низкою факторів. Серед них найбільше значення має аферентація від механорецепторів альвеол легень, що надходять по блукаючим нервам. Основна роль рефлекторної саморегуляції дихання належить механорецепторам легких. Залежно від локалізації та характеру чутливості виділяють три їх види:

1. Рецептори розтягування. Знаходяться переважно в гладких м'язах трахея та бронхів. Порушуються при розтягуванні стінок. Здебільшого вони забезпечують зміну фаз дихання.

2. Іритантні рецептори. Розташовані в епітелії слизової трахеї та бронхів. Вони реагують на дратівливі речовини та пилові частинки, а також різкі зміни обсягу легень (пневмоторакс, ателектаз. Забезпечують захисні дихальні рефлекси, рефлекторне звуження бронхів та почастішання дихання).

3. Юкстакапілярні рецептори. Знаходяться в інтерстиціальній тканині альвеол та бронхів. Порушуються при підвищенні тиску в малому колі кровообігу, а також збільшення обсягу інтерстиціальної рідини. Ці явища виникають при застої в малому колі кровообігу або пневмонії. Найважливішим для дихання є рефлекс Герінг-Брейєра. При вдиху легені розтягуються та збуджуються рецептори розтягування. Імпульси від них по аферентним волокнам блукаючих нервів надходять до бульбарного дихального центру. Вони йдуть до р-респіраторних нейронів, які у свою чергу гальмують.

а-респіраторні. Вдих припиняється і починається видих. Після перерізання блукаючих нервів дихання стає рідкісним і глибоким. Тому даний рефлекс забезпечує нормальну частоту та глибину дихання, а також перешкоджає перерозтягуванню легень.

Певне значення у рефлекторній регуляції дихання мають пропріорецептори дихальних м'язів. При скороченні м'язів імпульси від їх пропріорецепторів надходять до відповідних мотонейронів дихальних м'язів. За рахунок цього регулюється сила скорочень м'язів при якомусь опорі дихальним рухам.

21. Функціональна система, що забезпечує сталість газових констант крові. Аналіз.Імпульси, що надходять від центральних та периферичних хеморецепторів, є необхідною умовою періодичної активності нейронів дихального центру та відповідності вентиляції легень газовому складу крові. Останній є жорсткою константою внутрішнього середовища організму та підтримується за принципом саморегуляції шляхом формування функціональної системи диханняСистемоутворюючим фактором цієї системи є газова константа крові. Будь-які її зміни є стимулами для збудження рецепторів, розташованих в альвеолах легень, у судинах, у внутрішніх органах і т. д. Інформація від рецепторів надходить до ЦНС, де здійснюється її аналіз та синтез, на основі яких формуються апарати реакцій. Їхня сукупна діяльність призводить до відновлення газової константи крові. У процес відновлення цієї константи включаються як органи дихання (особливо відповідальні зміну глибини і частоти дихання), а й органи кровообігу, виділення та інші, які у сукупності внутрішнє ланка саморегуляції. При необхідності включається і зовнішня ланка у вигляді певних поведінкових реакцій, спрямованих на досягнення загального корисного результату відновлення газової константи крові.

22. Дихання в умовах зниженого та підвищеного атмосферного тиску. Аналіз причин. Дихання при зниженому атмосферному тиску.

При підйомі на висоту людина виявляється за умов зниженого атмосферного тиску. Наслідком зниження атмосферного тиску є гіпоксія, яка розвивається в результаті низького парціального тиску кисню у повітрі, що вдихається.

При підйомі на висоту 1,5-2 км над рівнем моря не відбувається значної зміни постачання організму киснем та зміни дихання. На висоті 2,5-5 км настає збільшення вентиляції легень, спричинене стимуляцією каротидних хеморецепторів. Одночасно відбувається підвищення артеріального тиску та збільшення частоти серцевих скорочень. Всі ці реакції спрямовані на посилення постачання тканин киснем.

Збільшення вентиляції легень на висоті може призвести до зниження парціального тиску вуглекислого газу в альвеолярному повітрі - гіпокапнії, при якій знижується стимуляція хеморецепторів, особливо центральних, це обмежує збільшення вентиляції легень.

Природа гірської хвороби.На висоті 4-5 км. розвивається висотна (гірська) хвороба, яка характеризується: слабкістю, ціанозом, зниженням частоти серцевих скорочень, артеріального тиску, головними болями, зниженням глибини дихання. На висоті понад 7 км можуть настати небезпечні життя порушення дихання, кровообігу і втрата свідомості. Особливо велику небезпеку становить швидкий розвиток гіпоксії, у якому втрата свідомості може наступити раптово.

З венозної крові можна отримати 55-58 об.% вуглекислого газу. Більшість СО2, що витягується з крові, походить з наявних у плазмі та еритроцитах солей вугільної кислоти і лише близько 2,5 об.% вуглекислого газу розчинено і близько 4-5об.% знаходиться у поєднанні з гемоглобіном у вигляді карбогемоглобіну.

Утворена вугільна кислота з вуглекислого газу відбувається в еритроцитах, де міститься фермент карбоангідразу, що є потужним каталізатором, що прискорює реакцію гідратації СО2.

Зв'язування вуглекислого газу кров'ю у капілярах великого кола.Вуглекислий газ, що утворюється в тканинах, дифундує кров кровносних капілярів, так як напруга СО2 в тканинах значно перевищує його напруга в артеріальній крові. СО2, що розчиняється в плазмі, дифундує всередину еритроциту, де під впливом карбоангідразивін миттєво перетворюється на вугільну кислоту,

Згідно з розрахунками, активність карбоангідрази в еритроцитах така, що реакція гідратації вуглекислоти прискорюється в 1500-2000 разів. Так як весь вуглекислий газ усередині еритроциту перетворюється на вугільну кислоту, то напруга СО2 всередині еритроцита близька до нуля, тому всі нові та нові кількості СО2 надходять усередину еритроциту. У зв'язку з утворенням вугільної кислоти з СО3 в еритроциті концентрація іонів НСО3" зростає, і вони починають дифундувати в плазму. Це можливо тому, що поверхнева мембрана еритроциту проникна для аніонів. Для катіонів мембрана еритроциту практично непроникна. Замість іонів НСО3" хлору. Перехід іонів хлору з плазми всередину еритроциту звільняє в плазмі іони натрію, які пов'язують іони НСО3, що надходять нз еритроциту, утворюючи NaHCО3 Хімічний аналіз плазми венозної крові показує значне збільшення в ній бікарбонату.

Накопичення всередині еритроциту аніонів призводить до підвищення осмотичного тиску всередині еритроциту, що викликає перехід води з плазми через поверхневу мембрану еритроциту. В результаті обсяг еритроцитів у капілярах великого кола зростає. При дослідженні за допомогою гематокрнту встановлено, що еритроцити займають 40% об'єму артеріальної крові та 40,4% об'єму венозної крові. З цього випливає, що обсяг еритроцитів венозної крові більший, ніж еритроцитом артеріальної, що пояснюється проникненням у них води.

Одночасно з надходженням СО2 всередину еритроциту та утворенням в ньому вугільної кислоти відбувається віддача кисню оксигемоглобіном та перетворення його на редукований гемоглобін. Останній є значно менш дисоціюючою кислотою, ніж оксигемоглобін та вугільна кислота. Тому при перетворенні оксигемоглобіну на гемоглобін Н2СО3 витісняє з гемоглобіну іони калію і, з'єднуючись з ними, утворює калієву сіль бікарбонату.

Іон вугільної кислоти, що звільняється, зв'язується гемоглобіном. Оскільки редукований гемоглобін є малодисоційованою кислотою, то при цьому не відбувається закислення крові та різниця рН венозної та артеріальної крові вкрай невелика. Реакцію, що відбувається в еритроцитах тканинних капілярів, можна представити наступним чином:

КНbO2 + Н2СO3 = HHb + O2 + КНСO3

З викладеного випливає, що оксигемоглобін, перетворюючись на гемоглобін і віддаючи пов'язані їм підстави вуглекислоті, сприяє утворенню бікарбонату і транспорту в такому вигляді вуглекислоти. Крім того, гкмоглобін утворює хімічну сполуку з СО2 - карбогемоглобін. Наявність у крові сполуки гемоглобіну із вуглекислим газом було встановлено шляхом наступного досвіду. Якщо до цільної крові додати ціаністий калій, який повністю інактивує карбоангідразу, виявляється, що еритроцити такої крові пов'язують більше СО2, ніж плазма. Звідси зроблено висновок, що зв'язування СО2 еритроцитами після інактивування карбоангідрази пояснюється наявністю в еритроцитах сполуки гемоглобіну з СО2. Надалі з'ясувалося, що СО2 приєднується до амінної групи гемоглобіну, утворюючи так званий карбаміновий зв'язок.

Реакція утворення карбогемоглобіну може йти в один чи інший бік залежно від напруги вуглекислого газу крові. Хоча невелика частина всієї кількості вуглекислого газу, яка може бути вилучена з крові, знаходиться у поєднанні з гемоглобіном (8-10%), проте роль цієї сполуки в транспорті вуглекислоти кров'ю досить велика. Приблизно 25-30% вуглекислого газу, що поглинається кров'ю в капілярах великого кола, вступає в поєднання з гемоглобіном, утворюючи карбогемоглобін.

Віддача СО2 кров'ю у легеневих капілярах. Внаслідок нижчого парціального тиску СО2 в альвеолярному повітрі порівняно з напругою його у венозній крові вуглекислий газ переходить шляхом дифузії з крові легеневих капілярів у альвеолярне повітря. Напруга СО2в крові падає.

Одночасно з цим внаслідок вищого парціального тиску кисню в альвеолярному повітрі порівняно з його напругою у венозній крові кисень надходить із альвеолярного повітря до крові капілярів легень. Напруга О2 у крові зростає, і гемоглобін перетворюється на оксигемоглобін. Оскільки останній є кислотою, дисоціація якої значно вища, ніж гемоглобіну вугільної кислоти, він витісняє вугільну кислоту з її калієвої. Реакція відбувається так:

ННb + O2 + КНСO3 = КНbO2 + H2CO3

Вугільна кислота, що звільнилася зі свого зв'язку з основами, розщеплюється карбоангідразою на вуглекислий газ у воду. Значення карбоангідрази у віддачі вуглекислого газу легень видно з наступних даних. Для того, щоб відбулася реакція дегідратації Н2СО3 розчиненої у воді, з утворенням тієї кількості вуглекислого газу, яка виходить із крові за час її знаходження в капілярах легень, потрібно 300 секунд. Кров же проходить через капіляри легень протягом 1-2 секунд, але за цей час встигає відбутися дегідратація вугільної кислоти всередині еритроциту і дифузія СО2, що утворився спочатку в плазму крові, а потім в альвеолярне повітря.

Так як в легеневих капілярах зменшується в еритроцитах концентрація іонів НСО3, ці іони з плазми починають дифундувати в еритроцити, а іони хлору дифундують з еритроцитів в плазму. У зв'язку з тим, що напруга вуглекислого газу в крові легеневих капілярів зменшується, карбаміновий зв'язок розщеплюється і карбогемоглобін віддає вуглекислий газ.

Криві дисоціації сполук вугільної кислоти у крові. Як ми вже говорили, понад 85% вуглекислого газу, яке може бути вилучене з крові підкислення її, звільняється внаслідок розщеплення бікарбонатів (калію в еритроцитах та натрію в плазмі).

Зв'язування вуглекислого газу та віддача його кров'ю залежать від його парціальної напруги. Можна побудувати криві дисоціації сполук вуглекислоти в крові, подібні до кривих дисоціації оксигемоглобіну. Для цього по осі ординат відкладають об'ємні відсотки зв'язаного кров'ю вуглекислого газу, а по осі абсцис-парціальні напруги вуглекислого газу. Нижня крива очерк. 58 показує зв'язування вуглекислого газу артеріальною кров'ю, гемоглобін якої майже повністю насичений киснем. Верхня крива показує зв'язування кислого газу венозною кров'ю.

Відмінність у висоті цих кривих залежить від того, що артеріальна кров, багата на оксигемоглобін, має меншу здатність зв'язувати вуглекислий газ порівняно з венозною кров'ю. Будучи сильнішою кислотою, ніж вугільна кислота, оксигемоглобін забирає основи у бікарбонатів і цим сприяє звільненню вугільної кислоти. У тканинах оксигемоглобін, переходячи в гемоглобін, віддає пов'язані з ним основи, збільшуючи зв'язування кислого газу кров'ю.

Точка А на нижній кривій на рис. 58 відповідає напрузі кислоти, що дорівнює 40 мм рт. ст., т. е. тій напрузі, яка фактично є в артеріальній крові. При такій напрузі пов'язано 52 об.% СО2. Точка V на верхній кривій відповідає напрузі кислого газу 46 мм рт. ст., тобто фактично наявному у венозній крові. Як видно з кривої, при такій напрузі венозна кров пов'язує 58 об.% вуглекислого газу. Лінія AV, що з'єднує верхню і нижню криву, відповідає тим змінам здатності зв'язувати вуглекислий газ, які відбуваються при перетворенні артеріальної крові на венозну або, навпаки, венозної крові на артеріальну.

Венозна кров завдяки тому, що гемоглобін, що міститься в ній, переходить в оксигемоглобін, в капілярах легень віддає близько 6 об.% СО2. Якби легких гемоглобін не перетворювався на оксигемоглобін, то, як видно з кривої, венозна кров при наявному в альвеолах парціальному тиску вуглекислого газу, що дорівнює 40 мм рт. ст.. пов'язувала б 54 об.% СО2, отже, віддала б не 6, а лише 4об.%. Так само, якби артеріальна кров у капілярах великого кола не віддавала свого кисню, тобто якби гемоглобін її залишався насиченим киснем, то ця артеріальна кров при парціальпому тиску вуглекислого газу, що є в капілярах тканин тіла, змогла б з'єднатися. .% СО2, а лише 55 об.%.

Які, як не парадоксально, самостійно не застосовуються як діуретики (сечогінні засоби). В основному інгібітори карбоангідрази застосовуються при глаукомі.

Карбоангідраза в епітелії проксимальних канальців нефрону каталізує дегідратацію вугільної кислоти, що є ключовою ланкою реабсорбції бікарбонатів. При дії інгібіторів карбоангідрази бікарбонат натрію не реабсорбується, а виділяється із сечею (сеча стає лужною). Після натрієм з організму із сечею виводиться калій і вода. Сечогінна дія речовин цієї групи слабка, тому що майже весь натрій, що виділився в сечу в проксимальних канальцях, затримується в дистальних частинах нефрону. Тому як діуретики інгібітори карбоангідрази в даний час самостійно не застосовуються.

Препарати інгібіторів карбоангідрази

Ацетазоламід

(Діакарб) є найбільш відомим представником даної групи діуретиків. Він добре всмоктується у шлунково-кишковому тракті і в незміненому вигляді швидко виділяється із сечею (тобто дія його короткочасна). Аналогічні ацетазоламіду препарати дихлорфенамід(даранід) та метазоламід(Нептазан).

Метазоламідвідноситься також до класу інгібітори карбоангідрази. Має більш тривалий період напіввиведення, ніж ацетазоламід та менш нефротоксічний.

Дорзоламід. Показаний для зниження підвищеного внутрішньоочного тиску у пацієнтів з відкритокутовою глаукомою або з очною гіпертензією, які недостатньо реагують на бета-адреноблокатори.

Брінзоламід(торговельні назви Azopt, Alcon Laboratories, Inc, Befardin Fardi MEDICALS) відноситься також до класу інгібітори карбоангідрази. Використовується для зниження внутрішньоочного тиску у пацієнтів із відкритокутовою глаукомою або очною гіпертензією. Активно використовується поєднання бринзоламіду з тимололом на ринку під торговою назвою Азарга (Azarga).

Побічні ефекти

Інгібітори карбоангідрази мають такі основні побічні ефекти:

• гіпокаліємія;
• гіперхлоремічний метаболічний ацидоз;
• фосфатурія;
• гіперкальціурія з ризиком утворення ниркового каміння;
• нейротоксичність (парестезії та сонливість);
• алергічні реакції.

Протипоказання

Ацетазоламід, як і інші інгібітори карбоангідрази, протипоказаний при цирозі печінки, оскільки підлужування сечі перешкоджає виділенню аміаку, що призводить до енцефалопатії.

Показання до застосування

Інгібітори карбоангідрази в основному використовуються для лікування глаукоми. Вони також можуть бути використані для лікування епілепсії та гострої гірської хвороби. Так як вони сприяють розчиненню та виведенню сечової кислоти, вони можуть бути використані при лікуванні подагри.

Ацетазоламідзастосовується при таких станах:

• Глаукома (знижує продукцію внутрішньоочної рідини судинним сплетенням циліарного тіла).
• Лікування епілепсії (petit mal). Ацетазоламід ефективний при лікуванні більшості типів нападів, у тому числі тоніко-клонічних та абсансів, хоч і має обмежену користь, оскільки при тривалому застосуванні розвивається толерантність.
• Для профілактики нефропатії при лікуванні, тому що при розпаді клітин звільняється велика кількість пуринових основ, які забезпечують різке збільшення синтезу сечової кислоти. Підлужування сечі ацетазоламідом через виділення бікарбонатів гальмує нефропатію внаслідок випадання кристалів сечової кислоти.
• Для підвищення діурезу при набряках та корекції метаболічного гіпохлоремічного алкалозу при ХСН. За рахунок зниження реабсорбції NaCl та бікарбонатів у проксимальних канальцях.

Однак за жодного з цих показань призначення ацетазоламіду не є основним фармакологічним лікуванням (препаратом вибору). Ацетазоламід призначається також при гірській хворобі (оскільки він викликає ацидоз, який призводить до відновлення чутливості дихального центру до гіпоксії).

Інгібітори карбоангідрази при лікуванні гірської хвороби

На великій висоті парціальний тиск кисню нижчий, і люди повинні дихати швидше, щоб отримати достатню для життя кількість кисню. Коли це відбувається, парціальний тиск вуглекислого газу CO2 у легенях зменшується (просто видмухується при видиху), внаслідок чого виникає дихальний алкалоз. Цей процес, як правило, компенсується нирками завдяки екскреції бікарбонатів і тому викликається компенсаторний метаболічний ацидоз, але цей механізм займає кілька днів.

Більш безпосереднє лікування це інгібітори карбоангідрази, які запобігають поглинанню бікарбонату у нирках та допомагають скоригувати алкалоз. Інгібітори карбоангідрази також покращують перебіг хронічної гірничої хвороби.