2 3. Транспорт кислорода кровью. Кривая диссоциации оксигемоглобина, факторы, влияющие на процесс образования и диссоциации оксигемоглобина. Понятие кислородной емкости крови.
Практически весь О2 (200 мл/л) переносится кровью в виде хим. соединения с гемоглобином. В физически растворенном состоянии транспортируется только 3 мл/л 02.
Свойства гемоглобина — переносчика О2. Этот красный кровяной пигмент в эритроцитах обладает свойством присоединять кислород, когда кровь находится в легком (оксигенация), и отдавать О2, когда кровь проходит по капиллярам всех органов и тканей организма. Гемоглобин – хромопротеид, Mr=64 500 Да, тетрапирольное соединение. Кислород образует обратимую связь с гемом, причем валентность железа не изменяется. При этом восстановленный гемоглобин (Нb) становится окисленным Нb02, точнее, НЬ(02)4. Каждый гем присоединяет по одной молекуле кислорода, поэтому одна молекула гемоглобина связывает четыре молекулы 02. Содержание гемоглобина в крови у мужчин 130— 160 г/л, у женщин 120— 140 г/л. Количество 02, которое может быть связано (КЁК) у мужчин, составляет около 200 мл/л, у женщин оно на 6—8 % меньше.
1 г гемоглобина способен максимально связать 1,34 мл О2. Учитывая, что нормальное содержание гемоглобина составляет 15 г/100 мл, можно рассчитать, что в 100 мл крови максимально может содержаться 20Д мл 02, связанного с гемоглобином. Данная величина называется кислородной емкостью крови (КЕК):
КЕК = [НЬ] х 1,34 мл Ог/гНb/100 мл крови.
Наиболее важным параметром, определяющим количество кислорода, связанного с гемоглобином, является насыщение гемоглобина кислородом — сатурация (SaO2), который рассчитывают по формуле:
При Рао2, равном 100 мм рт.ст., насыщение гемоглобина кислородом артериальной крови составляе около 97 %. В венозной крови (РО2 = 40 мм рт.ст.) Sa02 приблизительно равна 75 %.
Гем может подвергаться не только оксигенации, но и истинному окислению. При этом Fe2+ = Fe3+ - метгемоглобин. В крови человека он содержится в незначительных количествах, но при некоторых заболеваниях, отравлениях определенными ядами, действии некоторых лекарст. его содержание увел. Опасность таких состояний заключается в том, что окисленный Hb очень слабо диссоциирует (не отдает 02 тканям) и, естественно, не может присоединять дополнительно молекулы 02, т. е. он теряет способность переносить кислород. Также опасно соединение гемоглобина с угарным газом (СО) — карбоксигемоглобин, поскольку сродство гемоглобина к СО в 300 раз больше, по сравнению с кислородом, и НЬСО диссоциирует в 10 000 раз медленнее, чем НЬ02.
Образование оксигемоглобина происходит в капиллярах легких очень быстро. Время полунасыщения гемоглобина кислородом составляет всего лишь 0,01 с. Главным фактором, обеспечивающим образование оксигемоглобина, является высокое Ро2 в альвеолах (100 мм рт. ст.). При увеличении Ро2 от 40 до 60 мм рт. ст. насыщение достигает 90 %. При возрастании Pо2 свыше 60 мм рт. ст. дальнейшее насыщение гемоглобина идет очень медленно и постепенно приближается к 96 — 98 %, никогда не достигая 100 %.
З
ависимость
насыщения гемоглобина О2 от парциального
напряжения О2 может быть представлена
графически в виде кривой
диссоциации оксигемоглобина. Кривая
имеет сигмовидную форму, при этом нижняя
часть кривой (Рао2<60 мм рт.ст.) имеет
крутой наклон, а верхняя часть (Рао2 >
60 мм рт.ст.) относительно пологая. Нижний
участок
кривой диссоциации оксигемоглобина
показывает, что при снижении РаО2
продолжается насыщение гемоглобина
кислородом, т.е. ткани продолжают
извлекать достаточное количество О2 из
крови. Верхняя
пологая
часть
кривой демонстрирует относительное
постоянство насыщения гемоглобина
кислородом, а следовательно, и содержания
кислорода в крови независимо от изменений
РаО2.
Имеется ряд вспомогательных факторов, способствующих оксигенации крови:
1) Отщепление от карбгемоглобина С02 и удаление его (эффект Верига);
2) Понижение температуры в легких;
3) Увеличение pH крови (эффект Бора).
4) Связывание 02 гемоглобином ухудшается с возрастом.
Д
иссоциация
оксигемоглобина
происходит в капиллярах, когда кровь
от легких приходит к тканям организма
(это отражает также верхняя часть
кривой). При этом гемоглобин не только
отдает О2 тканям, но и присоединяет
образовавшийся в тканях С02. Главным
фактором,
обеспечивающим диссоциацию оксигемоглобина,
является падение
(градиент) Ро2,
который быстро потребляется тканями.
Процесс диссоциации оксигемоглобина
также отражает (как и процесс оксигенации)
верхняя часть кривой, так как Р02 в
венозной крови составляет 40 мм рт. ст.
Эта кровь поступает в легкие, она еще
насыщена 02 до 75 %.
В межклеточной жидкости Р02 уменьшается до 5—20 мм рт. ст., а в клетках падает до 1 мм рт. ст. и меньше (когда Р02 в клетке становится равным 0,1 мм рт. ст., клетка погибает). Поскольку возникает большой градиент Р02 (в пришедшей артериальной крови оно около 95 мм рт. ст.), диссоциация оксигемоглобина идет быстро, и 02 переходит из капилляров в ткань. Длительность полудиссоциации равна 0,02 с.
Вспомогательные факторы, способствующие диссоциации оксигемоглобина в тканях:
1) накопление С02 в тканях;
2) закисление среды;
3) повышение температуры;
4) АТФ;
5) 2,3-дифосфоглицерат (промежуточный продукт, образующийся в эритроцитах при расщеплении глюкозы, при гипоксии его образуется больше).
Миоглобин также присоединяет 02. Сродство миоглобина к 02 больше, чем у гемоглобина: уже при напряжении Ро2 3—4 мм рт. ст. 50% миоглобина насыщено кислородом, а при 40 мм рт. ст. насыщение достигает 95%. Однако миоглобин труднее отдает кислород. Оксимиоглобин начинает отдавать кислород только после того, как Pо2 падает ниже 15 мм рт. ст., благодаря этому он играет в покоящейся мышце роль кислородного депо и отдает 02 только тогда, когда исчерпываются запасы оксигемоглобина, в частности во время сокращения мышцы кровоток в капиллярах может прекращаться в результате их сдавливания, мышцы в этот период используют запасенный во время расслабления кислород. Это особенно важно для сердечной мышцы, источником энергии которой является в основном аэробное окисление. В условиях гипоксии содержание миоглобина возрастает. Сродство к СО у миоглобина меньше, чем у гемоглобина.