Лекция «Физиология внешнего дыхания» (Лекция. Физиология внешнего дыхания), страница 2

Эффективность газообмена зависит от

•      концентрационного градиента газов (воздух - кровь),

•      растворимости газа в воде,

•      толщины дыхательной мембраны между кровью и альвеолярным воздухом,

•      площади диффузионной поверхности,

•      вентиляционно-перфузионных соотношений (см. ранее)

Ультраструктура альвеолярно-капиллярной дыхательной мембраны. Толщина 0.2 - 0.6 мкм.

Слои респираторной мембраны:

• жидкость с сурфактантом

• альвеолярный эпителий

• основная мембрана эпителия

• тонкий слой интерстициальной пространства между альвеолярным эпителием и капиллярной мембраной

• основная мембрана капилляра

• эндотелий капилляра

Растворимость газов в воде

•      СО₂ в 20 раз более растворим, чем О₂

•      О₂ в 2 раза более растворим, чем азот

Поэтому, даже при более высоком концентрационном градиенте O2 в сравнении с CO2 через дыхательную мембрану обмениваются практически равные количества газов:

•      растворимость CO2 очень высока и

•      диффузия идет очень быстро.

Диффузия¹ – движение газов через альвеоло-капиллярную мембрану (подчиняется закону Фика):

•      разность парциальных давлений газов,

•      поверхность диффузии

•      толщина альвеоло-капиллярной мембраны

^{1 – Д. нарушается при разрушении легочной ткани (напр., удаление легкого), утолщении а-в мембраны (отек легких),}

Закон Фика  M/t=ΔP/XCKα, где

М — количество газа,  t — время,  M/t — скорость диффузии, ΔР — разница парциального давления газа в двух точках, X — расстояние между этими точками, С — поверхность газообмена, К — коэффициент диффузии, α— коэффициент растворимости газа.

Согласно закону Фика  диффузионная способность мембраны аэрогематического барьера обратно пропорциональна ее толщине и молекулярной массе газа, прямо пропорциональна площади мембраны и, в особенности, коэффициенту растворимости О2 и СО2 в жидком слое альвеолярно-капиллярной мембраны.

2. ТРАНСПОРТ ГАЗОВ КРОВЬЮ

a)     гемоглобин, его формы

b)    кривая диссоциации гемоглобина

c)     транспорт углекислого газа

d)    газообмен между кровью и тканями

e)     роль миоглобина

Гемоглобин А (взрослого): 4 полипептидных субъединицы (2 α и 2 β), 4 гема.

Структура Нв  - сродство к О₂:

•      В деоксигсенированном Нв - низкое сродство  к O₂,

•      После присоединения O₂ в первой связи – изменения конфигурации полипептидной цепи → выделение сайтов связывания O₂,

            500-кратное увеличение сродства к O₂.

Формы гемоглобина

•      Гемоглобин плода (HbF):

            2 γ-цепи вместо β

            имеет большее сродство к O2,

         чем дефинитивные Hb,

–     с 8–36 нед беременности (90–95%

         Hb плода),

–     после рождения ↓ и к 8 мес ≈ 1%.

–     ↑ HbF при гемоглобинопатиях, гипопластических и B12‑дефицитной анемиях, остром лейкозе, у жителей высокогорья,

•      Дефинитивные Hb - основные формы Hb эритроцитов взрослого человека (96–98% - HbA (A1,) - α2β2, 1,5–3% - HbA2 - α2δ2).

Формы гемоглобина крови

Оксигемоглобин  (HbO2)  - форма переноса O2 к тканям.

Дезоксигенированный Hb (HbH) – восстановленный гемоглобин

Метгемоглобин (MetHb) - содержит Fe3+; прочно связывает O2, диссоциация затруднена,

•      м. б. наследственным или приобретённым (воздействие сильных окислителей: нитраты и неорганические нитриты, сульфаниламиды и местные анестетики типа лидокаина).

Карбоксигемоглобин - соединение с окисью углерода СО

Гликозилированный Hb (HbА1с) - это HbА (A1), модифицирован присоединением глюкозы (норма - 5,8–6,2%)

•      один из первых признаков сахарного диабета - ↑ в 2–3 раза

имеет худшее сродство к О2, чем обычный Hb.

•      ≈ 1.5% O₂ в плазме в растворенном виде, ≈ 98.5% связано с Нв в эритроцитах в форме HbO2 (кислородная емкость крови – количество О₂ переносимого гемоглобином)

Факторы, влияющие на  сродство гемоглобина к О₂

•      pH,

•      температура,

•      2,3-дифосфоглицерат (2,3-ДФГ).

↑ t°, ↓ pH, ↑2.3-ДФГ смещает кривую вправо:

•      сродство Нв к кислороду ↓,

•      при ↑метаболизма в тканях

↓ t° или ↑ pH, ↓ 2,3-ДФГ смещает кривую влево:

•      сродство растет,

            более легко присоединяется в легких

            в горах, у плода

•      Сдвиг вправо - меньшее насыщение кислородом,

•      Сдвиг влево - большее насыщение кислородом

Эффект Кристиана Бора (сдвиг кривой вправо)

•      влияние CO₂ и H⁺ на сродство О₂ к Hb

•      физиологическое следствие эффекта Бора —

облегчение диффузии O₂ из крови в ткани и связывание O₂ артериальной кровью в лёгких

Рис. 9. Диффузия О₂ из тканевых капилляров к клеткам

3. РЕГУЛЯЦИЯ ДЫХАНИЯ

Система регуляции дыхания:

–     рецепторы, воспринимающие информацию и передающие ее в НС

–     центральный регулятор (нервный центр в головном мозге), где обрабатывается информация, и посылаются команды на периферию

–     эффекторы (дыхательные мышцы), непосредственно осуществляющие вентиляцию легких.

Центральная регуляция дыхания

Группа дыхательных центров в стволе головного мозга → формируют автоматическую дыхательную активность.

•      Основной дыхательный центр –

            на дне 4-го желудочка: две группы нейронов:

            вдоха (инспираторные)

            включаются автоматически в ответ на гиперкапнию (через хеморецепторы)

            выдоха (экспираторные).

            возбуждаются только при форсированном выдохе.

            этот уровень м. б. подавлен волевым влиянием

            при участии коры головного мозга.

Ствол мозга

•      продолговатый мозг 

            чередование вдоха и выдоха

            на дне 4-го желудочка: две группы нейронов:

            вдоха (инспираторные)

            включаются автоматически в ответ на гиперкапнию (через хеморецепторы)

            выдоха (экспираторные).

            возбуждаются только при форсированном выдохе.

•      варолиев мост –

            пневмотаксический центр –

            тонкая настройка дыхательного ритма,

            подавляет апн. центр,

            апнейстический центр –

            возбуждение инсп. зоны, удлиняя вдох (при тяжелых поражениях мозга);

•      кора головного мозга –

            произвольное дыхание –

            гипервентиляция (гиповентиляция мало достижима – исключение составляют йоги)

•      Другие отделы мозга –

            лимбическая система, гипоталамус –

            влияют на характер дыхания, особенно при аффективных состояниях (ярость, испуг и пр.).

Рецепторы, участвующие в механизме регуляции дыхания:

•      центральные хеморецепторы,

•      периферические хеморецепторы,

•      рецепторы легких,

•      прочие рецепторы (носовой полости, верхних дыхательных путей, суставов и мышц, гамма–системы, артериальные барорецепторы, болевые и температурные)

Центральные хеморецепторы

•      мониторинг Рсо₂,

•      клетки-рецепторы  - в продолговатом мозге.

•      хеморецепторы

            ответ на отклонения в [Н⁺] и Рсо₂ во внеклеточной жидкости внутримозгового интерстициального пространства

            ↑Н+  Рсо2→ ↑ вентиляции (гиперкпнический драйв),

•      высокая скорость вентиляторного ответа на гиперкапнию , т.к.

            СО₂ легко диффундирует через ГЭБ,

Периферические хеморецепторы

–     каротидные тельца – бифуркация сонной артерии,