Газообмен в тканях

В легких кровь из венозной превращается а артериальную, богатую О₂ и бедную СО₂. Артериальная кровь направляется к тканям, где в результате непрерывно идущих окислительных процессов потребляется О₂ и образуется СО₂. В тканях напряжение О₂ близко к нулю, а напряжение СО₂ около 60 мм рт. ст. Вследствие разности давления СО₂ из ткани Диффундирует в кровь, а О₂ - в ткани. Кровь становится венозной и по венам поступает в легкие, где цикл обмена газов повторяется.

Перенос газов кровью

Человек в состоянии покоя в 1 мин потребляет в среднем 250 мл О₂ и выделяет при этом 200 мл СО₂. Газы очень слабо растворяются в жидкости: 100 мл крови могут физически растворить 0,3 мл О₂, 2,7 мл СО₂ и 1 мл N₂. В крови имеется удивительное вещество - гемоглобин (Нb), которое способно химически связывать О₂ и СО₂ и, кроме того, поддерживать постоянную реакцию крови. В 100 мл артериальной крови содержится 20 мл О₂, 52 мл СО₂ и 1 мл N₂. Как сказано выше, очень небольшая часть газов находится в состоянии простого физического растворения. Основное количество газов образует в крови непрочное химическое соединение, т. е. такое, которое легко распадается, диссоциирует при понижении давления газа над жидкостью.

Перенос кислорода. В эритроцитах находится пигмент крови - гемоглобин, содержащий железо. Одна молекула гемоглобина присоединяет четыре молекулы О₂, при этом гемоглобин превращается в оксигемоглобин (НbО₂), а кровь из вишневой - венозной - становится ярко-алой - артериальной:

Эта реакция обратима. В легких гемоглобин насыщается кислородом и превращается в НbО₂, в тканях кислород освобождается. Ход реакции зависит от напряжения кислорода в среде, окружающей капилляры. На ход реакции влияет напряжение СО₂. Если в тканях увеличивается образование СО₂, то ускоряется расщепление оксигемоглобина. В капиллярах легких снижается напряжение СО₂, так как газ переходит в альвеолы. Это способствует превращению гемоглобина в НbО₂. Каждый грамм гемоглобина способен связать 1,34 мл О₂. В 100 мл крови содержится в норме около 15 г гемоглобина. Следовательно, кислородная емкость крови, т. е. то максимальное количество О₂, которое может поглотить 100 мл крови, равна 20,1 мл.

Гемоглобин способен соединяться не только с О₂, но и с другими газами. Особое значение имеет его способность химически связывать окись углерода, или угарный газ,- СО, продукт неполного сгорания угля или жидкого топлива. С ним гемоглобин образует соединение, в 150 - 300 раз более прочное, чем с О₂. Оно способно диссоциировать, но крайне медленно. В результате даже при ничтожном содержании СО в воздухе гемоглобин соединяется не с О₂, а с СО и превращается в карбоксигемоглобин (НbСО), при этом транспорт О₂ к клеткам прекращается. Если своевременно не принять меры (вынести человека на свежий воздух, в тяжелом случае переливание крови), то человек погибнет.

Перенос углекислого газа. Образовавшийся в тканях СО₂ вследствие разности напряжения диффундирует в плазму крови, а из нее - в эритроциты. В эритроцитах примерно 10% СО₂ соединяется с гемоглобином и образует непрочное химическое соединение - карбгемоглобин. Остальная часть соединяется с водой и превращается в угольную кислоту:

СО₂ + Н₂О = Н₂СО₃.

Эта реакция ускоряется в 20 000 раз особым ферментом - карбоангидразой, находящимся в эритроцитах. Реакция обратимая. В тканевых капиллярах, где напряжение СО₂ высокое, карбоангидраза способствует синтезу угольной кислоты, химическому связыванию СО₂ и идет слева направо. В легочных капиллярах, где давление СО₂ сравнительно низкое, реакция идет справа налево, образуются вода и СО₂, которая диффундирует в альвеолярный воздух. Угольная кислота в тканевых капиллярах реагирует с ионами натрия и калия и образует бикарбонаты (NaHCO₃, КНСО₃).

Таким образом, СО₂ транспортируется к легким в физически растворенном виде и в непрочном химическом соединении, в виде карбогемоглобина, угольной кислоты и бикарбонатов натрия и калия. Две трети его находится в плазме и треть - в эритроцитах.