Министерство образования Российской Федерации
Пензенский Государственный Университет
Медицинский Институт
Кафедра Терапии
Реферат
на тему:
"Транспорт газов кровью"
Выполнила: студентка V курса
Проверил: к. м. н., доцент
Пенза
2008
План
2. Транспорт двуокиси углерода
3. Доставка кислорода и двуокиси углерода
Литература
1. Транспорт кислорода
Кислород транспортируется артериальной кровью в двух формах: связанный с гемоглобином внутри эритроцита и растворенный в плазме.
Эритроцит происходит из недифференцированной костномозговой ткани. При созревании клетка утрачивает ядро, рибосомы и митохондрии. Вследствие этого эритроцит не способен к выполнению таких функций, как клеточное деление, окислительное фосфорилирование и синтез белка. Источником энергии для эритроцита служит преимущественно глюкоза, метаболизируемая в цикле Эмбдена-Миергофа, или гексозомонофосфатном шунте.
Наиболее важным внутриклеточным белком для обеспечения транспорта О2
и СО2
является гемоглобин, представляющий собой комплексное соединение железа и порфирина. С одной молекулой гемоглобина связываются максимально четыре молекулы О2
.
Гемоглобин, полностью загруженный О2
, называется оксигемоглобином
, а гемоглобин без О2
или присоединивший менее четырех молекул О2
- деоксигенированным гемоглобином
.
Основной формой транспорта О2
является оксигемоглобин. Каждый грамм гемоглобина может максимально связать 1,34 мл О2
. Соответственно, кислородная емкость крови находится в прямой зависимости от содержания гемоглобина:
О2
емкость крови = [
Hb]
´ 1,34 О2
/г
Hb/100 мл крови
.
У здоровых людей с содержанием гемоглобина 150 г/л кислородная емкость крови составляет 201 мл О2
крови.
Кровь содержит незначительное количество кислорода, не связанного с гемоглобином, а растворенного в плазме. Согласно закону Генри, количество растворенного О2
пропорционально давлению О2
и коэффициенту его растворимости. Растворимость О2
в крови очень мала: только 0,0031 мл растворяется в 0,1 л крови на 1 мм рт. ст. Таким образом, при напряжении кислорода 100 мм рт. ст. в 100 мл крови содержится только 0,31 мл растворенного О2
.
Содержание кислорода
в крови (СаО2
) - это сумма связанного с гемоглобином и растворенного в плазме О2
:
СаО2
= [ (1,34) [
Hb] (
SaО2
)] + [ (
Pa) (0,0031)] (
3.22).
Кривая диссоциации гемоглобина. Сродство гемоглобина к кислороду возрастает по мере последовательного связывания молекул О2
, что придает кривой диссоциации оксигемоглобина сигмовидную или S-образную форму.
Верхняя часть кривой (РаО2
>60 мм рт. ст) плоская. Это указывает на то, что SaО2
и, следовательно, СаО2
, остаются относительно постоянными, несмотря на значительные колебания РаО2
. Повышение СаО2
или транспорта О2
может быть достигнуто за счет увеличения содержания гемоглобина или растворения в плазме (гипербарическя оксигенация).
РаО2
, при котором гемоглобин насыщен кислородом на 50% (при 370
рН=7,4), известно как Р50
. Эта общепринятая мера сродства гемоглобина к кислороду. Р50
крови человека составляет 26,6 мм рт. ст.
Однако оно может изменяться при различных метаболических и фармакологических условиях, воздействующих на процесс связывания кислорода гемоглобином. К ним относят следующие факторы: концентрацию ионов водорода, напряжение углекислого газа, температуру, концентрацию 2,3-дифосфоглицерата (2,3-ДФГ) и др.
Изменение сродства гемоглобина к кислороду, обусловленное колебаниями внутриклеточной концентрации водородных ионов, называется эффектом Бора.
Снижение рН сдвигает кривую вправо, повышение рН - влево. Форма кривой диссоциации оксигемоглобина такова, что этот эффект более выражен в венозной крови, чем в артериальной. Данный феномен облегчает освобождение кислорода в тканях, практически не сказываясь на потреблении кислорода (в отсутствии тяжелой гипоксии).
2. Транспорт двуокиси углерода
Двуокись углерода
оказывает двоякое действие на кривую диссоциации оксигемоглобина. С одной стороны, содержание СО2
влияет на внутриклеточный рН (эффект Бора). С другой, накопление СО2
вызывает образование карбаминовых соединений вследствие ее взаимодействия с аминогруппами гемоглобина.
Эти карбаминовые соединения служат в качестве аллостерических эффекторов молекулы гемоглобина и непосредственно влияют на связывание О2
.
Низкий уровень карбаминовых соединений вызывает сдвиг кривой вправо и снижение сродства гемоглобина к О2
, что сопровождается увеличение высвобождения О2
в тканях. По мере роста РаСО2
сопутствующее ему увеличение карбаминовых соединений сдвигает кривую влево, повышая связывание О2
гемоглобином.
Органические фосфаты, в частности 2,3-дифосфоглицерат (2,3-ДФГ), образуются в эритроцитах в процессе гликолиза. Продукция 2,3 - ДФГ увеличивается во время гипоксемии, что является важным механизмом адаптации. Ряд условий, вызывающих снижение О2
в периферических тканях, таких как анемия, острая кровопотеря, застойная сердечная недостаточность и т.д. характеризуются увеличением продукции органических фосфатов в эритроцитах.
При этом уменьшается сродство гемоглобина к О2
и повышается его высвобождение в тканях. И наоборот, при некоторых патологических состояниях, таких как септический шок и гипофосфатемия, наблюдается низкий уровень 2,3-ДФГ, что приводит к сдвигу кривой диссоциации оксигемоглобина влево.
Температура тела влияет на кривую диссоциации оксигемоглобина менее выражено и клинически значимо, чем описанные выше факторы. Гипертермия вызывает повышение Р50
, т.е. сдвиг кривой вправо, что является благоприятной приспособительной реакцией не повышенный кислородный запрос клеток при лихорадочных состояниях. Гипотермия, напротив, снижает Р50
, т.е. сдвигает кривую диссоциации влево.
СО, связываясь с гемоглобином (образуя карбоксигемоглобин), ухудшает оксигенацию периферических тканей посредством двух механизмов. Во-первых, СО непосредственно уменьшает кислородную емкость крови. Во-вторых, снижая количество гемоглобина, доступного для связывания О2
; СО снижает Р50
и сдвигает кривую диссоциации оксигемоглобина влево.
Окисление части двухвалентного железа гемоглобина до трехвалентного приводит к образованию метгемоглобина. В норме у здоровых людей метгемоглобин составляет менее 3% общего гемоглобина. Низкий его уровень поддерживается внутриклеточными ферментными механизмами восстановления.
Метгемоглобинемия может наблюдаться как следствие врожденной недостаточности этих восстановительных ферментов или образования аномальных молекул гемоглобина, резистентных к ферментативному восстановлению (например, гемоглобин М).
3. Доставка кислорода и двуокиси углерода
Доставка кислорода (DО2
)
представляет собой скорость транспорта кислорода артериальной кровью, которая зависит от кровотока и содержания О2
в артериальной крови. Системная доставка кислорода (DО2
), рассчитывается как:
DO2
= СаО2
х
Qt
(мл/мин) или
DO2
= ([ (
Hb)
´1,34
´% насыщения] + [0,0031
´
PaO2)
´
Qt
(мл/мин) = 20 мл О2
/100 мл крови
´ 5000 мл/мин = 1000 мл О2
/мин
.
Доставку и потребление кислорода часто рассчитывают с учётом площади поверхности тела. При сердечном индексе, составляющем 3 л/ (мин*
м-2
) (Qt
делённый на площадь поверхности тела) нормальное значение DО2
= 540 мл/ (мин ´ м2
). Если обычный показатель сердечного выброса составля
, то нормальная величина DО2
колеблется от 520 до 720 мл/мин/м2
.
Существует тонкое сопряжение между артериальным содержанием О2
, сердечным выбросом, тканевой утилизацией О2
и содержанием О2
в смешанной венозной крови.
Некоторые заболевания, такие как РДСВ и сепсис, сопровождаются нарушением сопряжения между утилизацией О2
периферическими тканями и доставкой кислорода. Утилизация снижается, когда доставка падает ниже некоторого порога.
Отношение между этими переменными выражается правилом Фика, которое устанавливает, что потребление О2
(объем в 1 мин) является произведение минутного сердечного выброса и артериовенозной разницы О2
:
Потребление О2
=
VO2
=
Q
´ (
CaO2
-
CvO2
)
.
В условия основного обмена взрослый человек потребляет около 250 мл О2
в минуту, с учетом площади поверхности тела - 110-160 мл/ (мин*
м2
). Однако скорость утилизации О2
различными тканями неодинакова.
Содержание кислорода в смешанной венозной крови представляет собой усредненную величину для венозной крови от всех органов - и низким, и с высоким уровнями экстракции О2
.
Возросшая кислородная потребность при фиксированном минутном сердечном выбросе вызывает увеличение артерио-венозной разницы по О2
. Кроме того, нормальный компенсаторный ответ на снижение кровотока проявляется также в виде увеличения поглощения кислорода, достаточного для поддержания VO2
на нормальном уровне.
Иными словами, падение сердечного выброса компенсируется увеличением разницы SaO2
- SvO2
,
и VO2
остаётся неизменным. Следовательно, артериовенозную разницу можно рассматривать как меру адекватности доставки кислорода, а снижение SvO2
отражает увеличение экстракции кислорода.
При нормальном потреблении кислорода около 250 мл/мин и сердечном выбросе 5000 мл/мин нормальная артериовенозная разница, согласно этому уравнению, составит 5 мл О2
/100 мл крови. При этом нормальный коэффициент экстракции О2
[ (СаО2
- CvO2
) /CaO2
] составит 25%, т.е.5 мл/20 мл.
Таким образом, в норме организм потребляет только 25% кислорода, переносимого гемоглобином. Когда потребность в О2
превосходит возможность его доставки, то коэффициент экстракции становится выше 25%. Наоборот, если доставка О2
превышает потребность, то коэффициент экстракции падает ниже 25%.
Если доставка кислорода снижена умеренно, потребление кислорода не изменяется благодаря увеличению экстракции О2
(насыщение гемоглобина кислородом в смешанной венозной крови снижается). В этом случае VO2
не зависит от доставки.
По мере дальнейшего снижения DO2
достигается критическая точка, в которой VO2
становится прямо пропорциональна DO2
. Состояние, при котором потребление кислорода зависит от доставки, характеризуется прогрессирующим лактат-ацидозом, обусловленным клеточной гипоксией. Критический уровень DO2
наблюдается в различных клинических ситуациях.
Например, его значение 300 мл/ (мин*
м2
) отмечено после операций в условиях искусственного кровообращения и у больных с острой дыхательной недостаточностью.
Напряжение углекислого газа в смешанной венозной крови (PvCO2
) в норме составляет примерно 46 мм рт. ст., что является конечным результатом смешивания крови, притекающей из тканей с различными уровнями метаболической активности.
Венозное напряжение углекислого газа в венозной крови меньше в тканях с низкой метаболической активностью (например, в коже) и больше в органах с высокой метаболической активностью (например, в сердце).
Двуокись углерода легко диффундирует. Ее способность к диффузии в 20 раз превышает таковую у кислорода. СО2
, по мере образования в процессе клеточного метаболизма, диффундирует в капилляры и транспортируется к легким в трех основных формах: в виде растворенной СО2
, в виде аниона бикарбоната и в виде карбаминовых соединений.
СО2
очень хорошо растворяется в плазме. Количество растворенной фракции определяется произведением парциального давления СО2
и коэффициента растворимости (a =0,3 мл/л крови /мм рт. ст). Около 5% общей двуокиси углерода в артериальной крови находится в форме растворенного газа.
Анион бикарбоната является преобладающей формой СО2
(около 90%) в артериальной крови. Бикарбонатный анион является продуктом реакции СО2
с водой с образованием Н2
СО3
и ее диссоциации:
СО2
+ Н2
О
«Н2
СО3
«Н+
+ НСО3
-
(3.25).
Реакция между СО2
и Н2
О протекает медленно в плазме и очень быстро в эритроцитах, где присутствует внутриклеточный фермент карбонгидраза. Она облегчает реакцию между СО2
и Н2
О с образованием Н2
СО3
. Вторая фаза уравнения протекает быстро без катализатора.
По мере накопления НСО3
-
внутри эритроцита анион диффундирует через клеточную мембрану в плазму. Мембрана эритроцита относительно непроницаема для Н+
, как и вообще для катионов, поэтому ионы водорода остаются внутри клетки. Электрическая нейтральность клетки в процессе диффузии СО2
в плазму обеспечивает приток ионов хлора из плазмы в эритроцит, что формирует так называемый хлоридный сдвиг (сдвига Гамбургера).
Часть Н+
, остающихся в эритроцитах, забуферируется, соединяясь с гемоглобином. В периферических тканях, где концентрация СО2
высока и значительные количества Н+
накапливаются эритроцитами, связывание Н+
облегчается деоксигенацией гемоглобина.
Восстановленный гемоглобин лучше связывается с протонами, чем оксигенированный. Таким образом, деоксигенация артериальной крови в периферических тканях способствует связыванию Н+
посредством образования восстановленного гемоглобина.
СО2
+ Н2
О +
HbО2
→
HbH+
+
HCO3
+ О2
Это увеличение связывания СО2
с гемоглобином известно как эффект Холдейна.
В легких процесс имеет противоположное направление. Оксигенация гемоглобина усиливает его кислотные свойства, и высвобождение ионов водорода смещает равновесие преимущественно в сторону образования СО2
:
О2
+ НСО3
-
+
HbН+
→ СО2
+ Н2
О +
HbО2
Наиболее широко для обеспечения достаточного газообмена при ОДН используют ингаляцию О2
. С этой целью применяют различные устройства, такие как: носовые канюли, негерметичные маски, маски Вентури и др. Недостаток носовых катетеров и обычных лицевых масок в том, что точное значение FiO2
остается неизвестным.
Для приблизительной оценки концентрации О2
при использовании носового катетера можно пользоваться следующим правилом: при скорости потока 1 л/мин FiO2
составляет 24%; увеличение скорости на 1 л/мин повышает FiO2
на 4%. Скорость потока не должна превышать 5 л/мин. Маска Вентури обеспечивает точные значения FiO2
(обычно 24, 28, 31, 35, 40 или 50%).
Маску Вентури часто используют при гиперкапнии: она позволяет подобрать РaO2
таким образом, чтобы максимально снизить задержку CO2
. Маски без возвратного дыхания имеют клапаны, препятствующие смешиванию вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Такие маски позволяют создать FiO2
до 90%.
Литература
1. "Неотложная медицинская помощь", под ред. Дж.Э. Тинтиналли, Рл. Кроума, Э. Руиза, Перевод с английского д-ра мед. наук В.И. Кандрора, д. м. н. М.В. Неверовой, д-ра мед. наук А.В. Сучкова, к. м. н. А.В. Низового, Ю.Л. Амченкова; под ред. д.м.н. В.Т. Ивашкина, д.м.н. П.Г. Брюсова; Москва "Медицина" 2001
2. Интенсивная терапия. Реанимация. Первая помощь: Учебное пособие / Под ред. В.Д. Малышева. - М.: Медицина. - 2000. - 464 с.: ил. - Учеб. лит. для слушателей системы последипломного образования. - ISBN 5-225-04560-Х