ВОЕННО-МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ

Экз №__

Кафедра клинической биохимии и лабораторной диагностики

«УТВЕРЖДАЮ»

ИО начальника кафедры

клинической биохимии и

лабораторной диагностики

полковник медицинской службы

В.ПАСТУШЕНКОВ

«___» _____________ 2008 г.

доцент кафедры клинической биохимии и лабораторной диагностики

кандидат медицинских наук доцент В.ГОСУДАРСКИЙ

_____________________________________________________________________

должность, ученая степень, ученое звание, воинское звание, инициал имени, фамилия автора (авторов)

ЛЕКЦИЯ № 28

_________________________________________

(номер по тематическому плану изучения дисциплины)

по дисциплине: «Биохимия»

___________________________________________________________

(наименование учебной дисциплины)

на тему: «Дыхательная функция крови»

________________________________________________

(наименование темы занятий по тематическому плану изучения дисциплины)

с курсантами и студентами 2 курса факультетов подготовки врачей

(военно-медицинских специалистов иностранных армий)

Обсуждена и одобрена на заседании кафедры

«____» ____________ 200___ г.

Протокол №______

Уточнено (дополнено):

«____» ____________ 200___ г.

_____________________________________

(воинское звание, подпись, инициал имени, фамилия)

СОДЕРЖАНИЕ

№ п/п	Учебные вопросы	Время (мин)
1.	Введение	3
2.	1. Роль гемоглобина в дыхательной функции крови	20
	2. Механизм адаптации к низким парциальным давлениям кислорода.	5
	3. Тканевой механизм адаптации к низким значениям pO2	5
	4. Дыхательная функция крови при различных формах гипоксии	25
	5. Перенос углекислоты от тканей к легким	27
3.	Вывод и заключение	5

ЛИТЕРАТУРА

а) Использованная при подготовке текста лекции:

1. Т. Т. Березов, Б. Ф. Коровкин «Биологическая химия», М., «Медицина», 1998г., с.591-598.

2. Введение в клиническую биохимию под редакцией И. И. Иванова, Л., «Медицина», 1969г., с. 156-169.

3. Энциклопедия клинических лабораторных тестов под редакцией Н. Тица, М., «Лабинформ», 1997г., с. 942.

б) Рекомендуемая обучаемым для самостоятельной работы по теме лекции:

1. Т.Т. Березов, Б. Ф. Коровкин «Биологическая химия», М., «Медицина», 1998г., с.591-598.

2. В. И. Государский «Дыхательная функция крови», лекция.

3. Руководство к лабороторным занятиям по общей и клинической биохимии под редакцией А. И. Карпищенко, Санкт-Петербург, 1998г., с. 115-125.

НАГЛЯДНЫЕ ПОСОБИЯ

Диапозитивы № 34-48

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОБУЧЕНИЯ

1. Диапроектор

2. Мультимедийное обеспечение

ТЕКСТ ЛЕКЦИИ

Введение.

Сущность дыхательной функции крови заключается в доставке кислорода от легких к тканям и углекислоты от тканей к легким.

В состоянии покоя в организме человека от легких к тканям переносится около 200 мл кислорода в минуту (объем газа приведен к 760 мм рт. ст. и 0°С),а от тканей к легким—примерно такое же количество углекислоты. При тяжелой физической работе количество потребляемого тканями кислорода возрастает в 10 и более раз (до 2— 3 л O₂ в 1 мин). Доставка от легких к тканям такого количества кислорода в виде газа, физически растворенного в плазме, очевидно, невозможна вследствие малой растворимости кислорода в воде и плазме крови.

Специальные расчеты показывают, что только при дыхании чистым кислородом под давлением 2,0—2,5 атм. мог бы быть обеспечен перенос в необходимом количестве Од кровью от легких к тканям в физически растворенной форме. Но в таких условиях кислород вызывает отравление. Кроме того, при этом нарушается перенос углекислоты от тканей к легким, что усугубляет отравление организма кислородом.

1. Роль гемоглобина в дыхательной функции крови

Без красного пигмента крови—гемоглобина, способного связывать O₂ в легких и отдавать его тканям в тканевых капиллярах, кровь не могла бы осуществлять свою дыхательную функцию. Способность связывать кислород выражена у гемоглобина высших животных в большей степени, чем у других переносящих кислород пигментов, например хлоркруорина, гемоэритрина, гемоцианина беспозвоночных.

Гемоглобин (НЬ) представляет собой сложный белок с молекулярным весом ~ 65 000—66000. Он состоит из белковой части глобина (96%) и небелкового компонента— гема (4%). В состав глобина входят 4 полипептидных цепи, каждая из которых связана с гемом. Гемом называют протопорфирин (IX), в котором два водорода (II и IV пиррольного кольца) замещены одним атомом двухвалентного железа. Каждый из 4 атомов железа гемоглобина, в зависимости от парциального давления кислорода, может присоединять или отдавать в окружающее пространство одну молекулу кислорода.

Следовательно, молекула гемоглобина, в составе которой имеется четыре гема, способна связывать при максимальном насыщении кислородом четыре молекулы O₂. Гемоглобин человека содержит 0,335% железа. Если учесть, что 1 грамм-молекула любого газа при р=760 мм рт. ст. и температуре 0° С занимает объем 22,4 л, то отсюда легко рассчитать кислородную емкость гемоглобина: 55,84 г Fe (атомный вес Fe) гемоглобина присоединяют 22,4 л O₂. Следовательно, 0,335 г Fe или 100 г гемоглобина должны связывать: (0,335-22400) : 55,84= 134 мл O₂, т. е. 1 г НЬ связывает до 1,34 мл O₂. Содержание гемоглобина в крови здорового человека обычно колеблется в пределах 13— 16%, т. е. в 100 мл крови находится 13—16 г НЬ.

При парциальном давлении кислорода (p0z) в артериальной крови около 80 мм рт. ст. гемоглобин насыщается кислородом на 96%. Следовательно, 100 г НЬ присоединяют в этих условиях 134 мл О₂, а 15 г Hb свяжут или 19 мл О₂.

В венозной крови при покое при рО₂=40 мм рт. ст. гемоглобин насыщен кислородом лишь на 70—72,5%. Таким образом, содержание кислорода в венозной крови не превышает (15-134-70) : 10000=14,1 об. %, т. е. ~ 14 об. %. Артерио-венозная разница в данном случае равняется 5 об.% (19 об.%— 14об.%=5об.%).

Однако не следует забывать, что в зависимости от содержания НЬ в крови артерио-венозная разница может колебаться в пределах от 5 до 6,5 об.% O₂. Итак, за 1 мин ткани в состоянии покоя получают: (через сердце в состоянии покоя протекает около 4 л крови в минуту) ~200 мл О₂. Это количество кислорода в указанных условиях вполне достаточно для нормальной жизнедеятельности организма.

Возрастание интенсивности окислительных процессов, например при усиленной мышечной работе, всегда связано с более полным извлечением кислорода из крови, протекающей по тканевым капилляром. Кроме того, мышечная деятельность сопровождается повышением температуры в усиленно работающих органах и выведением в кровь кислореагирующих продуктов обмена. Это имеет весьма важное значение, так как характер кривой диссоциации оксигемоглобина зависит от рН и температуры. Чем ниже рН и чем выше температура крови, тем больше кривая диссоциации оксигемоглобина сдвинута вправо, т. е. тем легче НЬО₂ отдает кислород жадно поглощающим его тканям.

Насыщение гемоглобина кислородом при усиленной мышечной работе в тканевых капиллярах в силу указанных причин может снизиться примерно до 30—32,5%. Следовательно, содержание кислорода в венозной крови в этих условиях падает до 6—6,5 об % (100 г НЬ связывают 134 мл О₂, а 15 г Hb об. %), а артерио-венозная разница повышается до 13,5—14 об.%.

Если учесть, "что при тяжелой физической нагрузке скорость кровотока резко возрастает, то становится понятным, что количество доставляемого тканям кислорода при работе может в несколько раз превысить величину, характеризующую потребность в кислороде при покое (200 мл). Считается, что при тяжелой нагрузке организм человека получает до 1250— 2000 и более мл O₂ в минуту.

Однако и этого количества кислорода часто оказывается недостаточно для покрытия потребности в кислороде энергично дышащих тканей. В таких случаях развивается кислородная задолженность; потребление кислорода остается высоким в течение некоторого времени и после окончания физической работы.

Зависимость между степенью насыщения гемоглобина кислородом и парциальным давлением кислорода (рО₂) можно изобразить в графической форме. Кривая, отражающая эту зависимость, называется кривой насыщения гемоглобина кислородом или кривой диссоциации оксигемоглобина.

Как уже указывалось, кривая насыщения кислородом гемоглобина, входящего в состав эритроцитов, имеет S-образную форму. Такая форма кривой диссоциации оксигемоглобина соответствует оптимальным условиям насыщения гемоглобина кислородом в легочных капиллярах и освобождения кислорода в тканевых капиллярах. При этом важно, что в тканевых капиллярах рО₂ (~40 мм рт. ст.) остается еще достаточно высоким, чтобы обеспечить возможность быстрой диффузии кислорода из капилляров в ткани и клетки. Чем выше рО₂ в капиллярах, тем легче кислород диффундирует в клетки. При РО₂<5 мм рт. ст. клетки теряют способность извлекать из Окружающей их жидкой среды кислород.

S-образный ход кривой диссоциации оксигемоглобина обусловлен взаимным влиянием субъединиц гемоглобина на их способность связывать и отдавать кислород. Это так называем мое «гем-гем» взаимодействие, по-видимому, обусловлено возникающими при связывании кислорода гемом конформационными изменениями попарно отличающихся полипептидных цепей ( ) молекулы гемоглобина. Интересно, что у больных талассемией (анемия Кули, врожденная семейная гемолитическая анемия) кривая диссоциация НЬО₂ имеет не S-образную, а приближающую к гиперболической форме (как у миоглобина). Это изменение характера кривой насыщения гемоглобина при талассемии, по-видимому, обусловлено идентичностью структуры в патологическом гемоглобине, на долю которого при данном заболевании приходится до 40% всего Hb, всех четырех полипептидных b-цепей.

S-образная форма кривой насыщения гемоглобина кислородом имеет большое физиологическое значение. При такой форме обеспечивается возможность насыщения крови кислородом при изменении рО₂ в довольно широких пределах. Дыхательная функция существенно не нарушается, например, при снижении рО₂ во вдыхаемом воздухе с 100 до 60—70 мм рт. ст. Поэтому подъем на высоту до 3—3,5 км обычно не сопровождается развитием выраженной гипоксемии.

На больших высотах, например 5—6 км, парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе падает ниже 50 мм рт. ст. (рО₂ в артериальной крови снижается еще сильнее), степень насыщения крови кислородом оказывается уже недостаточной, и развивается состояние гипоксии.

В состоянии кислородной задолженности и гипоксемии любого происхождения организм вынужден частично переключаться на анаэробный тип обмена (гликолиз и гликогенолиз). Поэтому при тяжелой физической работе и гипоксемиях содержание молочной кислоты в крови обычно повышается.

Следует указать, что в момент сокращения мышц (особенно мышц сердца) кровь выдавливается из сосудов, что затрудняет доставку кислорода к клеткам. Этот неблагоприятный фактор снабжения мышц O₂ в значительной степени компенсируется наличием в волокнах скелетной и сердечной мускулатуры особого пигмента — миоглобина, способного подобно гемоглобину связывать кислород. По своему строению он близок к гемоглобину. Различие заключается в том, что молекула гемоглобина состоит из четырех субъединиц полипептидных цепей, а миоглобина—из одной; каждая молекула миоглобина может связывать лишь одну молекулу О₂.

Кривая насыщения кислородом миоглобина имеет вид гиперболической кривой (в отличие от S-образной у гемоглобина), что обусловлено отсутствием у миоглобина характерного для гемоглобина «гем-гем взаимодействия».

Сродство к кислороду у миоглобина настолько велико, что кровь тканевых капилляров, парциальное давление О₂ в которой не превышает40 мм рт. ст., приходя в соприкосновение с миоглобином, насыщает его кислородом на 95%. Даже при рО₂=20 мм насыщение миоглобина достигает 85%. Понятно, что миоглобин, в отличие от гемоглобина, не пригоден для осуществления транспорта кислорода. У человека скелетные (поперечнополосатые) мышцы содержат около 1,5% миоглобина (в расчете на сухой вес ткани), сердечная мышца—2,7% и гладкая мускулатура матки—0,8%.

Таким образом, в мышцах тела человека некоторое количество кислорода всегда находится в связанной с миоглобином форме. Оно особенно велико в мышцах морских животных, проводящих часть своей жизни под водой (кит, дельфин).