No Image

Что переносит кислород в крови

СОДЕРЖАНИЕ
0 просмотров
16 октября 2019

Кислород необходим для функционирования всех клеток. Гемоглобин, железосодержащий белок эритроцитов, используется, чтобы связывать кислород, доставлять его в ткани и затем высвобождать по потребности.

Каждая клетка человеческого организма для нормальной жизнедеятельности нуждается в постоянном снабжении энергией. В подавляющем большинстве клеток эта энергия получается в процессе окисления сахаров, прежде всего глюкозы. Фактически можно сказать, что организм сжигает сахара, так же как автомобиль сжигает горючее; этот процесс называется клеточным дыханием.

Глюкоза и кислород доставляются в ткани кровью. Когда два этих вещества вступают в химическую реакцию, они преобразуются в двуокись углерода (углекислый газ) и воду, которые переносятся кровью к специализированным органам (прежде всего легким и почкам) для выведения.

Эритроциты

В каждом кубическом миллиметре крови взрослого человека содержится около 5 млн эритроцитов (красных кровяных клеток).

Эти клетки имеют только одну функцию: транспортируют по организму дыхательные газы (кислород и углекислый газ).

Эритроциты производятся в костном мозге. В процессе развития они утрачивают ядро (часть клетки, которая содержит ДНК) и другие системы, отвечающие за синтез белка. Эритроциты человека имеют форму двояковогнутой линзы, которая обеспечивает одновременно достаточно большой объем клетки, чтобы переносить необходимое количество кислорода, и достаточно большую поверхность, чтобы обеспечить высокую скорость газообмена.

Анемия и ее причины

У здорового человека около 40-45% объема крови составляют красные кровяные клетки (это соотношение известно как гематокрит). Если гематокрит падает ниже нормального уровня, развивается анемия. Поскольку средняя продолжительность жизни эритроцита составляет около 120 дней, причинами анемии могут стать, например, слишком быстрое разрушение или, наоборот, слишком медленное производство красных кровяных клеток.

Так, при сильном кровотечении кишечник больного может оказаться не в состоянии усвоить достаточное количество железа, чтобы компенсировать потерю гемоглобина.

Еще одна причина снижения транспортной функции гемоглобина – генетические заболевания. Например, при серповидноклеточной анемии нарушается структура гемоглобина части эритроцитов. Патологические клетки хуже, чем нормальные, переносят кислород, легче разрушаются, а характерная серповидная форма затрудняет их прохождение через капилляры. Все эти факторы вместе приводят к развитию анемии.

Роль гемоглобина

Главная составляющая эритроцита, отвечающая за транспорт кислорода, – гемоглобин, сложный белок, разделенный на четыре субъединицы (глобины). Каждая из них состоит из большой полипептидной белковой молекулы и порфириновой группы, содержащей атом железа, -гема. Таким образом, каждая молекула гемоглобина способна обратимо связать четыре молекулы кислорода. Примерно 98% кислорода в крови находится в связанном состоянии. Остальные 2% растворены в плазме.

Высвобождение кислорода из эритроцитов

Высвобождение кислорода из гемоглобина запускается нарастанием содержания в крови продукта обмена – двуокиси углерода. Потребность в кислороде зависит от уровня его потребления тканями.

Кислород, связанный гемоглобином в легких, высвобождается в непосредственной близости от потребляющих его тканей.

В процессе клеточного дыхания производится большое количество углекислого газа, который диффундирует через клеточную мембрану и капиллярную стенку в плазму крови, а затем внутрь эритроцита. Нарастание концентрации двуокиси углерода внутри клетки запускает процесс высвобождения кислорода, который диффундирует в плазму, а затем в клетки ткани. Таким образом, кислород попадает именно туда, где он в данный момент необходим, а избыток двуокиси углерода уносится из тканей для выведения легкими. Только 23% образовавшегося в процессе обмена веществ углекислого газа переносится эритроцитами. Остальное транспортируется в форме ионов бикарбоната (70%) или растворенным в плазме (7%).

Фетальный гемоглобин

Поскольку концентрация кислорода в крови матери намного выше, чем в крови плода, кислород проходит через плаценту в кровеносную систему развивающегося ребенка в результате простого процесса диффузии. Фетальный гемоглобин (гемоглобин плода) структурно отличается от гемоглобина матери и намного активнее взаимодействует с кислородом. Кроме того, в миллилитре крови плода содержится на 50% больше молекул гемоглобина, чем у матери. Комбинация этих двух факторов гарантирует, что, несмотря на низкий уровень кислорода в крови плода, его ткани, тем не менее, получают достаточное снабжение для роста и развития.

Регулирование высвобождения кислорода

После прохождения крови через легочные капилляры она практически полностью оксигенируется (насыщается кислородом). Содержание кислорода достигает 97% кислородной емкости -максимального количества газа, который может быть обратимо связан гемоглобином. Когда кровь через артериальную систему достигает вен, она все еще содержит 75% кислородной емкости. Таким образом, у человека в состоянии покоя в тканях высвобождается только около 25% переносимого кровью кислорода. Избыточная кислородная емкость нужна, чтобы обеспечить транспорт большого количества кислорода в случае необходимости, например, при физической нагрузке.

Сущность дыхательной функции крови состоит в доставке кислорода от легких к тканям и углекислого газа от тканей к легким (табл. 17.4).

Кровь осуществляет дыхательную функцию прежде всего благодаря наличию в ней гемоглобина. Физиологическая функция гемоглобина как переносчика кислорода основана на способности обратимо связывать кислород. Поэтому в легочных капиллярах происходит насыщение крови кислородом, а в тканевых капиллярах, где парциальное давление кислорода резко снижено, осуществляется отдача кислорода тканям.

Читайте также:  Есть ли в организме человека никотин

В состоянии покоя ткани и органы человека потребляют около 200 мл кислорода в минуту. При тяжелой физической работе количество потребляемого тканями кислорода возрастает в 10 раз и более (до 2–3 л/мин). Доставка от легких к тканям такого количества кислорода в виде газа, физически растворенного в плазме, невозможна вследствие малой растворимости кислорода в воде и плазме крови (табл. 17.5).

Исходя из приведенных в табл. 17.5 данных, а также зная РO2 в артериальной крови – 107–120 гПа (80–90 мм рт. ст.), нетрудно видеть, что количество физически растворенного кислорода в плазме крови не может превышать 0,3 об. %. При расчете кислородной емкости крови этой величиной можно пренебречь.

Итак, функцию переносчика кислорода в организме выполняет гемоглобин. Напомним, что молекула гемоглобина построена из 4 субъединиц (полипептидных цепей), каждая из которых связана с гемом (см. главу 2). Следовательно, молекула гемоглобина имеет 4 гема, к которым может присоединяться кислород, при этом гемоглобин переходит в оксигемо-глобин.

Гемоглобин человека содержит 0,335% железа. Каждый грамм-атом железа (55,84 г) в составе гемоглобина при полном насыщении кислородом связывает 1 грамм-молекулу кислорода (22400 мл). Таким образом, 100 г гемоглобина могут связывать

а каждый грамм гемоглобина – 1,34 мл кислорода. Содержание гемоглобина в крови здорового человека составляет 13–16%, т.е. в 100 мл крови 13–16 г гемоглобина. При РО2 в артериальной крови 107–120 гПа гемоглобин насыщен кислородом на 96%. Следовательно, в этих условиях 100 мл крови содержит 19–20 об. % кислорода:

В венозной крови в состоянии покоя РО2 = 53,3 гПа, и в этих условиях гемоглобин насыщен кислородом лишь на 70–72%, т.е. содержание кислорода в 100 мл венозной крови не превышает

Артериовенозная разница по кислороду будет около 6 об. %. Таким образом, за 1 мин ткани в состоянии покоя получают 200–240 мл кислорода (при условии, что минутный объем сердца в покое составляет 4 л).

Возрастание интенсивности окислительных процессов в тканях, например при усиленной мышечной работе всегда связано с более полным извлечением кислорода из крови. Кроме того, при физической работе резко увеличивается скорость кровотока. Зависимость между степенью насыщения гемоглобина кислородом и РО2, можно выразить в виде кривой насыщения гемоглобина кислородом, или кривой диссоциации оксигемоглобина, которая имеет S-образную форму и характеризует сродство гемоглобина к кислороду (рис. 17.6).

Характерная для гемоглобина S-образная кривая насыщения кислородом свидетельствует, что связывание первой молекулы кислорода одним из

гемов гемоглобина облегчает связывание последующих молекул кислорода тремя другими оставшимися гемами. Долгое время механизм, лежащий в основе этого эффекта, оставался загадкой, так как, по данным рентгено-структурного анализа, 4 гема в молекуле гемоглобина довольно далеко отстоят друг от друга и вряд ли могут оказывать взаимное влияние. В последнее время принято следующее объяснение происхождения S-образ-ной кривой. Считают, что тетрамерная молекула гемоглобина способна обратимо распадаться на две половинки, каждая из которых содержит одну α-цепь и одну β-цепь:

При взаимодействии молекулы кислорода с одним из четырех гемов гемоглобина кислород присоединяется к одной из половинок молекулы гемоглобина (допустим, к α-цепи этой половинки). Как только такое присоединение произойдет, α-полипептидная цепь претерпевает конформа-ционные изменения, которые передаются на тесно связанную с ней β-цепь; последняя также подвергается конформационным сдвигам. β-Цепь присоединяет кислород, имея уже большее сродство к нему. Таким путем связывание одной молекулы кислорода благоприятствует связыванию второй молекулы (так называемое кооперативное взаимодействие).

После насыщения кислородом одной половины молекулы гемоглобина возникает новое, внутреннее, напряженное состояние молекулы гемоглобина, которое вынуждает и вторую половину гемоглобина изменить конфор-мацию. Теперь еще две молекулы кислорода, по-видимому, по очереди связываются со второй половинкой молекулы гемоглобина, образуя оксигемоглобин.

S-образная форма кривой насыщения гемоглобина кислородом имеет большое физиологическое значение. При такой форме кривой обеспечивается возможность насыщения крови кислородом при изменении РО2 в довольно широких пределах. Например, дыхательная функция крови существенно не нарушается при снижении РО2 в альвеолярном воздухе со 133,3 до 80–93,3 гПа. Поэтому подъем на высоту до 3,0–3,5 км над уровнем моря не сопровождается развитием выраженной гипоксемии.

Численно сродство гемоглобина к кислороду принято выражать величиной Р50 – парциальное напряжение кислорода, при котором 50% гемоглобина связано с кислородом (рН 7,4 температура 37°С). Нормальная величина Р50 около 34,67 гПа (см. рис. 17.6). Смещение кривой насыщения гемоглобина кислородом вправо означает уменьшение способности гемоглобина связывать кислород и, следовательно, сопровождается повышением Р50. Напротив, смещение кривой влево свидетельствует о повышенном сродстве гемоглобина к кислороду, величина Р50 снижена.

Ход кривой насыщения гемоглобина кислородом или диссоциации оксигемоглобина зависит от ряда факторов. Сродство гемоглобина к кислороду в первую очередь связано с рН. Чем ниже рН, тем меньше способность гемоглобина связывать кислород и тем выше Р50. В тканевых капиллярах рН ниже (поступает большое количество СО2), в связи с чем гемоглобин легко отдает кислород. В легких СО2 выделяется, рН повышается и гемоглобин активно присоединяет кислород.

Читайте также:  Этиленгликоль молекулярная формула

Способность гемоглобина связывать кислород зависит также от температуры. Чем выше температура (в тканях температура выше, чем в легких), тем меньше сродство гемоглобина к кислороду. Напротив, снижение температуры вызывает обратные явления.

Количество гемоглобина в крови, а также в какой-то мере его способность связывать кислород (характер кривой диссоциации оксигемоглобина) несколько меняются с возрастом. Например, у новорожденных содержание гемоглобина доходит до 20–21% (вместо обычных для взрослого 13–16%). У человека имеется несколько гемоглобинов, которые образуются в различном количестве в разные стадии онтогенеза и различаются по своему сродству к кислороду.

Рассмотрим нарушения дыхательной функции крови при некоторых патологических состояниях.

Кровь – не продукт эволюции

Человеческий организм

Кровь человека – это жидкость, которая создана, чтобы дарить нашим телам жизнь. Непрестанно циркулируя в нашем организме, она согревает, охлаждает, питает и обеспечивает ему защиту с помощью очищения организма от отравляющих веществ. Кровь человека отвечает за связь и общение внутри нашего организма. Более того, ею производится немедленное восстановление стенок вен после любых повреждений и, таким образом происходит процесс регенерации. (Кровь: армия внутри человека).

Кровь: переносчик кислорода

Вдыхаемый нами воздух является самым важным веществом для нашей жизни. Кислород настолько необходим клеткам для сжигания сахаров в процессе производства энергии, как, к примеру, полено необходимо для разведения огня. Именно поэтому кислород должен поступать из лёгких в клетки. Система циркуляции крови, которая по своей структуре напоминает сложную сеть трубопровода, предназначена именно для того, чтобы выполнять эту функцию. (См. также Кровь человека: жидкость, дарующая жизнь)

Молекулы гемоглобина, которые находятся внутри красных кровяных клеток, переносят кислород. Каждая красная кровяная клетка, по форме напоминающая диск, переносит приблизительно триста миллионов молекул гемоглобина. Красные клетки крови демонстрируют безупречно работающий порядок.

Эти клетки не только переносят кислород, но также и выделяют его, где это необходимо, например, в рабочей мышечной клетке. Красные кровяные клетки поставляют кислород в ткани, переносят углекислый газ, который является продуктом сжигания сахаров, обратно в лёгкие, а затем оставляют его там. После этого, они снова связываются с кислородом и переносят его в ткани.

На схеме показан газовый обмен в альвеоле (сверху) и перенос кислорода с помощью гемоглобина (сверху)

Кровь: жидкость с уравновешенным давлением

Вместе с кислородом молекулы гемоглобина также переносят газ окиси азота (NO). Если бы этого газа не было в крови, её давление постоянно бы изменялось. Гемоглобин также регулирует, какое количество кислорода должно поставляться в ткани с помощью окиси азота. Удивительно, но именно эта молекула является источником подобного “регулирования”, хотя сама по себе она есть не более чем скопление атомов, лишенных мозга, глаз или сознательного разума. Регулирование наших тел с помощью скопления атомов, конечно же, является свидетельством бесконечной мудрости Бога, который сотворил наши тела без единого недостатка.

Большая часть состава крови человка – это красные кровяные клетки. В крови взрослого мужчины содержится тридцать миллиардов красных клеток, которыми можно было бы покрыть почти половину площади футбольного поля. Именно эти клетки окрашивают кровь человека, а, следовательно, и нашу кожу. Красные клетки крови имеют форму дисков.

Благодаря своей невероятной эластичности, они могут сжиматься и проходить через капилляры и мельчайшие отверстия. Если бы они не обладали такой эластичностью, то непременно застревали бы в разных частях нашего организма. Размер капилляра обычно составляет от четырёх до пяти микрометров в диаметре, тогда как размер красной клетки равен приблизительно 7.5 микрометров (один микрометр равен одной тысячной части миллиметра).

Что если бы эти красные клетки не обладали такой эластичностью? Учёные, которые занимаются исследованием диабета, знают ответ на этот вопрос. У людей, страдающих диабетом, эластичность красных клеток крови ослаблена. Очень часто это приводит к закупориванию красными клетками мягких тканей глаз пациента, в результате чего может наступить потеря зрения.

Читайте также: Анатомия человека фото

Кровь: автоматическая аварийная система

Продолжительность жизни красных кровяных клеток составляет приблизительно 120 дней, после чего они выводятся через селезёнку. Эта потеря восполняется постоянным образованием новых клеток. При нормальных условиях каждую секунду образуется 2,5 миллиона красных кровяных клеток, и при необходимости это количество может увеличиваться. Гормон, называемый “эритропоетин”, регулирует, сколько клеток необходимо образовать. Например, в результате кровотечения из носа или сильного кровотечения, наступившего вследствие несчастного случая, утрата клеток немедленно восполняется. Кроме того, если содержание кислорода в воздухе снижено, то скорость образования клеток увеличивается. К примеру, когда мы поднимаемся высоко над уровнем моря, уровень содержания кислорода в воздухе постепенного снижается. И наш организм в этих условиях автоматически начинает ускорять образование красных кровяных клеток с целью наиболее эффективного обеспечения себя доступным кислородом.

Читайте также:  Шистосомоз у взрослых

Кровь: идеальная транспортная система

Кроме кровяных клеток в состав крови человека входит жидкая часть, называемая плазмой, которая переносит множество других веществ. Плазма представляет собой прозрачную желтоватую жидкость, которая составляет 5% нормальной массы тела. В этой жидкости, которая на 90% состоит из воды, находятся в растворенном состоянии соли, минералы, углеводы, жиры и сотни различных видов белка. Некоторыми из них являются транспортные белки, которые связывают липиды и переносят их в ткани. И если бы белки не переносили липиды именно таким образом, то они просто беспорядочно плавали бы где угодно, что приводило бы к смертельным болезням.

Гормоны в плазме выполняют функцию специальных курьеров. Они при помощи химических сообщений обеспечивают взаимосвязь между органами и клетками. Альбумин является наиболее преобладающим гормоном плазмы, который является в некотором смысле переносчиком. Он связывает липиды, такие как холестерин, гормоны, билирубин, токсический желчный пигмент желтого цвета, а так же лекарственные средства, к примеру, пенициллин. Альбумин оставляет ядовитые вещества в печени и переносит питательные вещества и гормоны в те места, где они необходимы.

Когда думаешь обо всех этих вещах, то становится очевидным, что наше тело разработано чрезвычайно хорошо. Способность отдельного белка проводить различия между липидом, гормоном и лекарственным средством, а также определять не только место, где в них возникает потребность, но и количество этих веществ, которое необходимо поставить в данные места, – всё это является признаками безупречного дизайна. Более того, приведенные выше удивительные примеры являются лишь малой частью множества различных биохимических процессов, происходящих в нашем организме. Каждая из триллиона молекул в нашем теле работает в изумительной гармонии. И ведь все эти молекулы происходят в результате деления одной единственной клетки, которая образуется в утробе матери. Совершенно ясно, что данная чудесная система человеческого тела является изумительным результатом мастерства Бога, Который сотворил человека.

Кровь: специальные механизмы контроля

Для того чтобы иметь возможность проникать в необходимые ткани, питательные вещества должны проходить из артерий через артериальные стенки. Из-за очень маленьких отверстий артериальных стенок вещества не могут проникать через них самостоятельно. Этому способствует кровяное давление. Однако большое количество питательных веществ, проходящих через стенку в ткани, вызывает воспаление в тканях. Поэтому, существует специальный механизм, предназначенный для уравновешивания кровяного давления и выведения жидкости обратно в кровь. За это и отвечает альбумин. Размер его превышает отверстия в артериальной стенке, и в крови находится достаточное содержание этого вещества, что позволяет ему всасывать воду, как губка. Если бы в нашем теле не было альбумина, то оно надувалось бы как фасоль, оставленная в воде.

Что же касается тканей головного мозга, то вещества в крови не должны бесконтрольно проникать в ткани мозга, так как нежелательное вещество может серьёзно повредить нервные клетки (нейроны). Поэтому, мозг защищен от всевозможных повреждений. Плотные клеточные оболочки блокируют отверстия. Все вещества должны проходить через эти оболочки, как будто через контрольный пункт безопасности, что позволяет уравновешенному потоку питательных веществ проникать в самый чувствительный орган всего организма.

Кровь: термостат нашего тела

Кроме токсинов, красных кровяных клеток, витаминов и других веществ, кровь также переносит тепло, которое представляет собой побочный продукт образования энергии в клетках. Распределение и уравновешивание тепла нашего тела в соответствии с внешней температурой является очень важным. Если бы наш организм был лишен такой системы распределения тепла, то работающие мышцы, к примеру, рук оставались бы горячими, в то время как всё тело было бы холодным, что оказалось бы губительным для метаболизма. Поэтому тепло равномерно распределяется по всему телу, и в этом ему помогает система циркуляции крови. Для понижения температуры в результате распределения тепла по телу активизируется система потоотделения. Кроме того, кровяные сосуды расширяются под кожей, что даёт возможность избытку теплоты в крови передаваться в окружающий воздух. Вот почему когда мы бежим или занимаемся другими видами деятельности, которые сопровождаются затратой энергии, наше лицо краснеет. Система циркуляции крови ответственна как за выделение тепла, так и за охлаждение нашего организма. При более низкой температуре кровяные сосуды под кожей сжимаются, в результате чего количество крови в области, где теряется тепло, снижается. И таким образом организм охлаждается до минимума. Например, когда на морозе наше лицо становится белым – это означает, что наш организм автоматически принимает меры предосторожности.

Все процессы, происходящие в нашей системе крови, чрезвычайно сложны, неоднородны и до малейших деталей безупречно созданы. Фактически, в системе кровообращения человека существует такой замечательно сложный баланс, что даже очень незначительная неполадка потенциально может вызвать весьма серьёзные осложнения. Кровь была создана со всеми её необходимыми свойствами Создателем в один момент. Этим Создателем, Который владеет всеми знаниями и силой, является Бог.

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Отравления
0 комментариев
No Image Отравления
0 комментариев
No Image Отравления
0 комментариев
No Image Отравления
0 комментариев
Adblock detector