Учреждение образования «Гомельский государственный медицинский университет» Кафедра нормальной физиологии Газообмен в легких Транспорт газов кровью Лекция 2 для студентов 2 курса Лектор доцент Штаненко Н.И. ФИЗИОЛОГИЯ ДЫХАНИЯ

План лекции 1. Газообмен в легких. Состав воздуха и газовых смесей. Парциальное давление. 2. Транспорт газов кровью О 2 и СО 2 Кислородная емкость крови. 3. Кривая диссоциации оксигемоглобина. Модулирующие факторы. 4. Газообмен между кровью и тканями

ПОКАЗАТЕЛИ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ Статические (характеризуют функциональные возможности) ОБЪЕМЫ : ДО РОВд РОВыд ОО ЕМКОСТИ : ЖЕЛ ФОЕ ОЕЛ РЕВд Динамические (характеризуют реализацию функциональных возможностей) МОД=ДОхЧД АВ= ЛВ-ВМП МВЛ (за 10 сек) ЭВД= АВ/МОДх 100 ОФВыд (тест Тифно) рО 2; рСО 2

ПОКАЗАТЕЛИ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ Статические Статические ОБЪЕМЫ : ДОРОВд РОВыдОО ЕМКОСТИ : ЖЕЛФОЕОЕЛРЕВд Динамические Динамические МОД=ДОхЧД АВ= ЛВ-АМП МВЛ (за 10 сек) ЭВД= АВ/МОДх 100 ОФВыд (тест Тифно) рО 2; рСО в мин ср 7 литров МОД при физической нагрузке до 120 л МВЛ = л 5. Коэффициент легочной вентиляции = 1/7 = ДАО/ ФОЭ (350 мл:2500 мл) =350 мл (ВМП)

Коэффициент легочной вентиляции -1/7 (350 мл/2500 мл) МОД = ЧД х ДО МОД = ЧД х ДО МОД в покое - 7 литров МОД в покое - 7 литров При физической нагрузке до 120 литров МВЛ= литров МВЛ= литров АВ=ЛВ-ВМП АВ=( ) Х 14 =5 л в мин ДО-АМП= = 350

МОД(одинаков) = МОД(одинаков) = мл 1-й испытуемый 2-й испытуемый Частота дыхания в 1 мин Дыхательный объем 400 мл 300 мл Мертвое пространство у обоих 150 мл В альвеолы поступит воздуха 250 мл 150 мл Минутная вентиляция альвеол 3750 мл 3000 мл Альвеолярная вентиляция 1520

Этапы переноса кислорода из окружающей среды до клетки: 1) конвекционный транспорт в альвеолы (вентиляция легких); 2) диффузия из альвеол в кровь легочных капилляров; 3) конвекционный перенос газов кровью к тканям; 4) диффузия из капилляров в окружающие ткани

Аэрогематический барьер 0,4-1,5 мкм Диффузия газов через аэрогематический барьер осуществляется в 2 этапа: 1. Диффузионный перенос газов происходит по концентрационному градиенту Через тонкий аэрогематический барьер; 2. Связывание газов в крови легочных капилляров

Коэффициент диффузии Крога это количество газа проникающего через легочную мембрану за 1 мин на 1 мм.рт.ст. Для О 2 ДСЛ = 25 мл/мин х мм.рт.ст Для СО2 в 24 раза больше вследствие его высокой растворимости в легочной мембране

Закон Фика

М - количество диффундирующего газа; - время диффузии; t - время диффузии; - скорость диффузии; M/t - скорость диффузии; Р - начальный градиент парциального давления газа в альвеолярном воздухе и его напряжения в крови; Р - начальный градиент парциального давления газа в альвеолярном воздухе и его напряжения в крови; - сопротивление диффузии; Х/Ska - сопротивление диффузии; Х – расстояние диффузии газов; S - суммарная площадь контакта между альвеолами и капиллярами лёгких - площадь диффузии; k - коэффициент диффузии газа, измеряемый количеством газа, проходящего путь в 1 см через поверхность в 1 м 2 при определённой температуре; - коэффициент растворимости газа, выражающийся объёмом газа, который может растворяться в 1 мл жидкости при температуре 0 оС и давлении данного газа над жидкостью в 760 мм рт. ст. - коэффициент растворимости газа, выражающийся объёмом газа, который может растворяться в 1 мл жидкости при температуре 0 оС и давлении данного газа над жидкостью в 760 мм рт. ст.

Х/Sk a

Атмосферное давление = 760 мм рт.ст. (101 к Па) Состав сухого атмосферного воздуха: Кислород 20.9 % Р О2 = 760 x 20.9/100 = 160 мм рт.ст. СО % Р СО2 = 760 x 0.03/100 = 0.2 мм рт.ст. Азот 78.1 % Аргон 0.9 % Мы дышим атмосферным воздухом Парциальное давление каждого газа в смеси пропорционально его доле от общего объема. Парциальное давление

760 мм Hg % Х - 21 %

Состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха (%). ВОЗДУХ : О2 СО2 NO2 Атмосферный 21,0 0,02-0,03 79,14 Альвеолярный 14, 0 5,5 80,7 Выдыхаемый 16,0 4,5 79,5

Расчет парциального давления вдыхаемого воздуха 760 мм. рт ст. х 21,0 рО 2= = 159 мм рт. ст мм. рт ст. х 0,03 рСО 2= = 0,23 мм рт. ст. 100

Расчет парциального давления в альвеолярном воздухе ( 760 мм. рт ст.- 47 мм.рт.ст.) х 14 рО 2= = 100 мм рт. ст. 100 ( 760 мм. рт ст мм.рт.ст )х 5,5 рСО 2= = 40 мм рт. ст. 100

Аэрогематический барьер 0,4-1,5 мкм

Р 1 -Р 2 = 60 мм Hg Р 1 -Р 2 = 6 мм Hg

НАПРЯЖЕНИЕ газа в жидкости –сила с которой молекулы газа стремятся выйти в газовую среду Содержание рО 2 рСО 2 Альвеолярный воздух 100 мм.рт.ст.40 мм.рт.ст Венозная кровь 40 мм.рт.ст 46 мм.рт.ст Артериальная кровь 96 мм.рт.ст 39 мм.рт.ст

Газообмен в легких и тканях рО мм Hg рСО 2 60 ммHg рО 2 = 96 мм рт.ст. рО 2 = 40 мм рт.ст. рО 2 = 100 мм рт.ст. Эритроцит Полость альвеолы Вдыхаемый воздух: рО 2 = 160 мм рт.ст. (21%) рСО 2 = 0.2 мм рт.ст. (0.03%) рСО 2 = 39 мм рт.ст. рСО 2 = 46 мм рт.ст. рСО 2 = 40 мм рт.ст. Выдыхаемый воздух: рО 2 = 120 мм рт.ст. (16%) рСО 2 = 27 мм рт.ст. (4.5%) Артериальная кровь Венозная кровь Клетки тела

Каскад кислорода Падение О 2 по типу каскада от атмосферного воздуха (РаО 2 – 159 мм рт ст) до митохондрий (РаО 2 – 5 мм рт ст)

Процесс поступления О 2 из альвеол в кровь легочных капилляров имеет большой «запас прочности» 100 мм рт.ст. 0.3 сек Резерв газообмена при физической нагрузке: Увеличение времени газообмена Открытие дополнительных капилляров Улучшение давления в легочной артерии: «включение» дополнительных областей газообмена (верхушек легких ) S - суммарная площадь контакта между альвеолами и капиллярами лёгких - площадь диффузии; При недостатке О2 в сосудах малого круга кровообращения гладкая мускулатура сокращается (спазм легочных артериол) - эффект- Эйлера- Лильестранда

ВПК= МОД/МОК альвеолярная вентиляция/ к кровотоку в легких 4 л/5 л S= Va /Q Va -альвеолярная вентиляция. Q –перфузия капилляров альвеол

1. Анатомическое мертвое пространство (воздухоносные пути) 2. Эффективное альвеолярное пространство (вентилируемые и перфузируемые альвеолы) 3. Альвеолярное мертвое пространство (вентилируемые,но не перфузируемые). Функциональное мертвое пространство (анатомическое +альвеолярное) 4. Альвеолярный веноартериальный шунт (не вентилируемые, но перфузируемые- кровь не оксигенируется)

определяют 4 фактора : Альвеолярная вентиляция Перфузия легких ДСЛ (диффузионная способность легких) Равномерность этих показателей в различных отделах легких

1 гр Hb-1,34 мл О гр х 1,34 = 187 мл.О 2 – 19 об % 97% 0,3%

Формы переноса кислорода в физически растворенном состоянии - 0,3% В артериальной крови химически связанного О 2 - 0,20 л в венозной О 2 - 0,15 л

Роль гемоглобина В легких Hb выполняет функцию кислоты H2O HbO 2 +KHCO 3 KHbO 2 + H 2 CO 3 Более сильная кислота предотвращает защелачивание CO2 В тканях Hb ведет себя как основание KHbO 2 - O 2 KHb +H 2 CO 3 +HHb H 2 O+CO 2

4 Хюфнера

Коэффициент утилизации О 2 V%О 2 арт.крови - V% О 2 в вен. крови х 100 КУО 2 = V% О2 в арт. крови КУО 2 = % V %О 2 =20 V %О 2 = % 8 - х%

От - 0 до 10 мм рт.ст. –прямо пропорциональная зависимость От 10 до 40 мм рт.ст –насыщение очень быстрое(75%) От 60-до 90 мм рт.ст насыщение почти не изменяется ОТДАЧА НАСЫЩЕНИЕ Р 50 =27 мм Hg

Связывание Н + уменьшает сродство Hb к О 2 Связывание О 2 уменьшает сродство Hb к Н + и СО 2 В ТКАНЯХ гемоглобин легко отдает О 2 В ЛЕГКИХ гемоглобин легко отдает СО 2

Факторы влияющие на сродство Нв к О2 Во время оксигенации происходит отщепление от гемоглобина протонов, которые, накапливаясь в эритроците, увеличивают его кислотность, что само по себе приводит к снижению сродства Нв к О2. В сущности это и есть выражение эффекта Бора – зависимость процесса оксигенации от рН. При рН больше 6,0 в растворе при стабильном режиме оксигенации содержится больше НвО2, чем НвН, а при РН меньше 6,0 при тех же условиях оксигенации в растворе преобладает восстановленный Нв. Влияния рН на кривую диссоциации оксигемоглобина тесно связано с влиянием на нее внутриэритроцитарного метаболита 2,3-ДФГ. Установлено, что образование этого промежуточного продукта гликолиза также регулируется рН внутр.ср. эритроцита: алкалоз усиливает образование 2,3 – ДФГ, ацидоз – ингибирует. рН оказывает прямое влияние на сродство Нв к О2 и косвенное влияние на эту функцию через продукцию 2,3ДФГ.

Влияние изменения напряжения СО 2 на кривую диссоциации оксигемоглобина СО2 Нормальное содержаниеСО2 СО2 Низкое содержаниеСО2

Влияние различных параметров крови на кривую диссоциации оксигемоглобина Влияние температуры Влияние рН (эффект Бора) Увеличение концентрации 2,3-дифосфоглицерата в крови (при гипоксии) Hb плода Нb взрослого человека

Транспорт СО 2 и О 2

Транспорт СО 2 кровью мм рт.ст. 7% Hb*CO 2 : 23% (карбаминогемоглобин) HCO 3 - : 70% Хлоридный сдвиг Карбо- ангидраза Поступление СО 2 в эритроцит Содержание Cl - в эритроцитах в венозной крови больше, чем в артериальной HbNH 2 +CO 2= HbNHCOO+H

Газообмен в тканях рО 2 Ткани 0Тканевая Жидкость Артериаль ная кровь 100(96) 100(96) рСО

Каскад кислорода Падение О 2 по типу каскада от атмосферного воздуха (РаО 2 – 159 мм рт ст) до митохондрий (РаО 2 – 5 мм рт ст)

В капиллярах малого круга кровообращения Cl HHbCO 2 Карбоминовая связь H 2 CO 3 HHb HbО 2 НСО 3 Н2ОН2ОН2ОН2О Cl К+ CO 2 Hb О2О2 О2О2 О2О2 Н+ эритроцит плазма альвеолы Na К-А

Благодарю за внимание !