Органы дыхания человека. Газообмен в лёгких и тканях. Транспорт

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Санкт-Петербургский горный университет»

Кафедра геоэкологии

Реферат

по дисциплине «Биология»

Органы дыхания человека. Газообмен в лёгких и тканях. Транспорт

Автор: студент группы ИЗБ-22-2

Захарова В.В.

Проверил: аспирант

Коротаева А.Э.

Санкт-Петербург

2022 год



Содержание

Введение

1. Органы дыхания человека

2. Газообмен в лёгких и тканях

3. Транспорт газов в крови

Заключение

Список источников



Введение

организм кислород биологический кровь

Каждая клетка живого организма получает жизненную энергию в результате окисления питательных веществ и потому нуждается в постоянном притоке кислорода. Наряду с этим нормальная жизнедеятельность клеток возможна лишь при условии удаления конечных продуктов метаболизма. Важнейшим из таких продуктов является углекислый газ. Дыхание обеспечивает обмен кислорода и углекислого газа между клеткой и окружающей средой. У позвоночных животных и человека система дыхания - это комплекс сложных процессов, включающих внешнее дыхание, транспорт газов кровью и тканевое внутреннее дыхание.

Дыхание - это совокупность физиологических процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода (О₂), использование его в биологических реакциях окисления органических соединений и удаление из организма углекислого газа (СО₂). Организм человека в состоянии покоя за одну минуту в среднем поглощает 250 мл кислорода и выделяет 230 мл углекислого газа. В результате биологического окисления в клетках высвобождается энергия, необходимая для процессов жизнедеятельности. В процессе дыхания вместе с углекислым газом организм выводит большую часть ионов водорода [H⁺], поддерживая, таким образом, постоянство кислотно-основного равновесия внутренней среды.

В данной работе рассмотрим структуру органов дыхания человека, процесс газообмена в легких и тканях и процесс транспортировки газов в крови.



1. Органы дыхания человека

Дыхательная система человека -- совокупность органов, обеспечивающих функцию внешнего дыхания человека (газообмен между вдыхаемым атмосферным воздухом и циркулирующей по малому кругу кровообращения кровью). На рисунке 1 представлена структура дыхательной системы человека.

Рисунок 1. Структура дыхательной системы человека

Органы дыхательной системы образуют непрерывную систему проходов, называемую дыхательные пути, по которым воздух поступает в тело и выходит из него. Дыхательный тракт состоит из двух основных отделов: верхние дыхательные пути и нижние дыхательные пути. Органы каждого отдела показаны на рисунке 2. В дополнение к этим органам в дыхании участвуют также некоторые мышцы грудной клетки (полости тела, заполняющей грудную клетку), обеспечивающие дыхание. Наиболее важной является большая мышца, называемая диафрагма, который лежит ниже легких и отделяет грудную клетку от брюшной полости. Меньшие мышцы между ребрами также играют роль в дыхании.



Рисунок 2. Система органов дыхания (схема) [5]

1 - наружный нос; 2 - полость носа; 3 - носовая часть глотки (носоглотка); 4 - ротовая часть глотки (ротоглотка); 5 - гортань; 6 - трахея; 7 - левый главный бронх; 8 - левое легкое; 9 - правое легкое; 10 - правый главный бронх; 11 - язык; 12 - полость рта

Основная функция органов дыхания -- обеспечение газообмена между воздухом и кровью путем диффузии кислорода и углекислого газа через стенки легочных альвеол в кровеносные капилляры Органы дыхания участвуют:

* в звукообразовании,

* определении запаха,

* выработке некоторых гормоноподобных веществ,

* в липидном и водно-солевом обмене,

* в поддержании иммунитета организма.

Характерная особенностью строения дыхательных путей - наличие хрящевой основы в их стенках, в результате чего они не спадаются. Внутренняя поверхность дыхательных путей покрыта слизистой оболочкой, которая выстлана мерцательным эпителием и содержит значительное количество желез, выделяющих слизь. Реснички эпителиальных клеток, двигаясь против ветра, выводят наружу вместе со слизью и инородные тела [2].

Верхние дыхательные пути

Органы верхних дыхательных путей обеспечивают путь для движения воздуха между внешней атмосферой и легкими. Они также очищают, увлажняют и нагревают поступающий воздух. В этих органах не происходит газообмена.

Нос и носовая полость являются начальным отделом дыхательных путей тела -- дыхательных путей, по которым движется воздух, и главным наружным отверстием для дыхательной системы. Нос представляет собой хрящевую, костную, мышечную и кожную структуру на лице, которая поддерживает и защищает переднюю часть носовой полости. Перед выбросом в окружающую среду воздух, выходящий из организма через нос, возвращает в полость носа влагу и тепло.

Наружный нос nasus externus (греч. -- rhis, rhinos), представляет собой выступающее в виде трехгранной пирамиды образование в центральной части лица. В его строении выделяют: корень, спинку, верхушку и два крыла. «Скелет» наружного носа образуют носовые кости и лобные отростки верхней челюсти, а так же хрящи носа:

* латеральный хрящ,

* большой хрящ крыла носа,

* 1-2 малых хряща крыла носа, добавочные носовые хрящи.

Корень носа имеет костный остов. Он отделен от области лба углублением, носящим название «переносье». Крылья имеют хрящевую основу и ограничивают отверстия -- ноздри.

Носовая полость

Формируется наружным носом и костями лицевого черепа - Ограниченна 5 стенками (верхней, нижней, 2 латеральные, медиальная) - Перегородка делит полость носа на две симметричные половины. «Скелет» перегородки составляют: перпендикулярная пластинка решетчатой кости, сошник и хрящ перегородки носа. В полости носа выделяют преддверие и собственно полость носа. Границей между ними служит порог носа. Он представляет собой дугообразную линию на латеральной стенке полости носа, расположенную на расстоянии около 1 см от края ноздрей, и соответствует границе с преддверием, которое выстлано кожей и покрыто волосами, которые препятствуют попаданию в дыхательные пути крупных частиц пыли.

Глотка

Глотка (pharynx), также известная как горло, представляет собой мышечную воронку, которая простирается от заднего конца носовой полости до верхнего конца пищевода и гортани. Глотка делится на 3 отдела: носоглотку, ротоглотку и гортаноглотку. Носоглотка -- это верхняя часть глотки, расположенная в задней части носовой полости. Вдыхаемый воздух из полости носа проходит в носоглотку и опускается через ротоглотку, расположенную в задней части ротовой полости. Воздух, вдыхаемый через ротовую полость, попадает в глотку в ротоглотке. Затем вдыхаемый воздух опускается в гортаноглотку, где через надгортанник попадает в гортанное отверстие. Надгортанник представляет собой лоскут эластичного хряща, который действует как переключатель между трахеей и пищеводом. Поскольку глотка также используется для глотания пищи, надгортанник обеспечивает прохождение воздуха в трахею, закрывая отверстие пищевода. В процессе глотания надгортанник смещается, закрывая трахею, обеспечивая попадание пищи в пищевод и предотвращая удушье. Эпителий носоглотки аналогичен по строению эпителию носовой полости (мерцательный).

Глотка выполняет двойную функцию -- через нее проходит и воздух, и пища (или другие проглоченные вещества), поэтому она является частью как дыхательной, так и пищеварительной систем. Воздух проходит из полости носа через глотку в гортань (а также в обратном направлении). Пища проходит изо рта через глотку в пищевод.

В носоглотку открывается слуховая (Евстахиева) труба, которая сообщает барабанную полость с глоткой. Она служит для вентиляции последней и выравнивания давления в барабанной полости с атмосферным. Поэтому носовое дыхание необходимо для нормального функционирования органа слуха.

Гортань

Гортань (larynx) соединяет глотку и трахею и помогает проводить воздух по дыхательным путям. Гортань содержит голосовые связки, которые вибрируют при обтекании их воздухом, производя тем самым звук. Определенные мышцы гортани раздвигают голосовые связки, позволяя дышать. Другие мышцы гортани сближают голосовые связки, позволяя воспроизводить вокальные звуки. Последние мышцы также контролируют высоту звуков и помогают контролировать их громкость.

Очень важной функцией гортани является защита трахеи от аспирируемой пищи. Когда происходит глотание, движение языка назад выталкивает лоскут, называемый надгортанник, чтобы закрыть вход в гортань. Это предотвращает попадание проглоченного материала в гортань и его продвижение вглубь дыхательных путей. Если проглоченный материал начинает попадать в гортань, он раздражает гортань и вызывает сильный кашлевой рефлекс. Это обычно вытесняет материал из гортани в горло.

Нижние дыхательные пути

Трахея и другие пути нижних дыхательных путей проводят воздух между верхними дыхательными путями и легкими. Эти ходы образуют перевернутую древовидную форму с повторяющимися разветвлениями по мере продвижения вглубь легких. Однако газообмен между воздухом и кровью происходит только в легких.

Трахея

Трахея (trachea), или дыхательное горло, является самым широким проходом в дыхательных путях. Это около 2,5 см в ширину и 10-15 см в длину. Он образован хрящевыми кольцами, которые делают его относительно прочным и упругим. Трахея соединяет гортань с легкими для прохождения воздуха через дыхательные пути. Внизу трахея разветвляется, образуя два бронха.

Бронхи (bronchi) и бронхиолы

Есть два главных бронха, или бронхи, называемые правым и левым бронхами. Бронхи переносят воздух между трахеей и легкими. Каждый бронх разветвляется на более мелкие вторичные бронхи; и вторичные бронхи разветвляются на еще более мелкие третичные бронхи. Мельчайшие бронхи разветвляются на очень маленькие канальцы, называемые бронхиолас. Мельчайшие бронхиолы заканчиваются альвеолярными ходами, которые оканчиваются скоплениями крошечных воздушных мешочков, называемых альвеолы в легких.

Легкие

Легкие (pulmones) являются самыми крупными органами дыхательных путей. Они подвешены в плевральной полости грудной клетки. Легкие окружены двумя тонкими мембранами, называемыми плевра, которые выделяют жидкость, которая позволяет легким свободно перемещаться в плевральной полости. Это необходимо для того, чтобы легкие могли расширяться и сокращаться во время дыхания. Каждое из двух легких разделено на секции. Их называют долями, и они отделены друг от друга соединительной тканью. Правое легкое больше и состоит из трех долей. Левое легкое меньше и состоит только из двух долей. Меньшее левое легкое дает место для сердца, которое находится слева от центра грудной клетки.

Легочная ткань состоит в основном из альвеолы. Эти крошечные воздушные мешочки являются функциональными единицами легких, в которых происходит газообмен. Два легких могут содержать до 700 миллионов альвеол, обеспечивая огромную общую площадь поверхности для газообмена. При каждом вдохе альвеолы наполняются воздухом, заставляя легкие расширяться. Кислород в воздухе внутри альвеол поглощается кровью посредством диффузии в сетчатой сети крошечных капилляров, окружающих каждую альвеолу. Кровь в этих капиллярах также выделяет углекислый газ (также путем диффузии) в воздух внутри альвеол. Каждый раз, когда человек выдыхает, воздух покидает альвеолы и устремляется во внешнюю атмосферу, унося с собой отработанные газы [7].

Легкие получают кровь из двух основных источников. Они получают деоксигенированную кровь из правых отделов сердца. Эта кровь поглощает кислород в легких и переносит его обратно в левую часть сердца, где он перекачивается к клеткам по всему телу. Легкие также получают насыщенную кислородом кровь от сердца, которая обеспечивает кислородом клетки легких для клеточного дыхания.

2. Газообмен в лёгких и тканях

Газообмен это биологический процесс, посредством которого газы переносятся через клеточные мембраны, чтобы попасть в кровь или выйти из нее. Кислород постоянно необходим клеткам для аэробного клеточного дыхания, и тот же процесс постоянно производит углекислый газ в качестве побочного продукта. Газообмен происходит между кровью и клетками по всему телу, при этом кислород покидает кровь и поступает в клетки, а углекислый газ выходит из клеток и поступает в кровь. Газообмен также происходит между кровью и воздухом в легких, при этом кислород поступает в кровь из вдыхаемого воздуха внутри легких, а углекислый газ выходит из крови и поступает в воздух для выдоха из легких [3].

Газообмен осуществляется в альвеолах лёгких, и в норме направлен на захват из вдыхаемого воздуха кислорода и выделение во внешнюю среду образованного в организме углекислого газа.

Газообмен происходит за счет распространения через клеточные мембраны. Молекулы газа естественным образом перемещаются по градиенту концентрации из области с более высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией. Это пассивный процесс, не требующий энергии. Чтобы диффундировать через клеточные мембраны, газы должны сначала раствориться в жидкости. Кислород и углекислый газ транспортируются по телу растворенными в крови. Оба газа связываются с белком гемоглобином в красных кровяных тельцах, хотя кислород делает это более эффективно, чем углекислый газ. Некоторое количество углекислого газа также растворяется в плазме крови.

Внешнее дыхание - это еще один термин для газообмена. Он описывается как объемный поток воздуха в легкие и из них, так и перенос кислорода и углекислого газа в кровоток посредством диффузии.

Внутреннее дыхание, с другой стороны, описывает капиллярный газообмен в тканях тела.

В то время как приток воздуха из внешней среды происходит за счет изменения давления в легких, механизмы альвеолярного газообмена более сложны.

Основными тремя компонентами газообмена являются площадь поверхности альвеоло-капиллярной мембраны, градиенты парциального давления газов и соответствие вентиляции и перфузии.

Итак, если бы мы нарисовали путь для молекул кислорода, поступающих в тело, он бы начинался из носа или рта и заканчивался в легких, где достигал бы альвеол, обернутых сложной сетью крошечных кровеносных сосудов, называемых легочными капилляры [1].

Итак, из альвеол молекулы газа пойдут в кровь по капиллярам. Углекислый газ следует по тому же пути, но в обратном направлении, перемещаясь из крови в капиллярах в воздух в альвеолах, а затем выдыхаясь.

Теперь важная роль в этом процессе принадлежит альвеоло-капиллярной мембране, где слой альвеолярных клеток, выстилающих альвеолы, встречается с эндотелиальными клетками, составляющими легочный капилляр и где происходит газообмен.

Когда дело доходит до площади поверхности альвеоло-капиллярной мембраны, чем больше, тем лучше, потому что дыхательная мембрана с большой площадью поверхности имеет больше газа для диффузии через нее за определенный период времени, что приводит к более эффективному газообмену.

Например, при эмфиземе, которая представляет собой состояние, при котором альвеолы постепенно разрушаются, общая площадь поверхности, обеспечивающая газообмен, уменьшается. Если площадь поверхности для газообмена меньше, скорость диффузии уменьшается.

Другим аспектом, связанным с альвеоло-капиллярной мембраной, влияющим на газообмен, является ее толщина. Так, в здоровых легких дыхательная мембрана имеет толщину 0,5-1 мкм. С другой стороны, при фиброзе легких альвеолярно-капиллярная стенка утолщается, а более толстая альвеоло-капиллярная мембрана снижает скорость диффузии.

Теперь газообмен через альвеоло-капиллярную мембрану происходит в соответствии с так называемым законом Фика. Закон Фика гласит, что результирующая скорость диффузии (V) любого конкретного газа через альвеолярно-капиллярную мембрану пропорциональна движущей силе, которая представляет собой разницу между парциальным давлением газа в альвеолярных мешочках, или PA, и парциальное давление газа в крови, или Па, а также пропорциональное площади поверхности мембраны, или А, но обратно пропорциональное толщине стенки - Т. В частности, движущей силой диффузии является разность парциальных давлений газа на мембране, а не разность концентраций.

Таким образом, диффузия кислорода и углекислого газа через дыхательную мембрану осуществляется за счет их градиентов парциального давления [6].

Следовательно, если парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе равно 100 мм рт. ст., а смешанной венозной крови, поступающей в легочный капилляр, равно 40 мм рт. ст., то мы имеем движущую силу для кислорода через альвеолярно-капиллярный барьер 60 мм рт. ст.

В основном, крутой градиент парциального давления кислорода возникает через альвеоло-капиллярную мембрану, потому что парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе больше, чем парциальное давление кислорода в легочных артериях, в результате чего кислород быстро пересекает дыхательную мембрану из альвеол в кровь.

Парциальное давление углекислого газа также различно между альвеолярным воздухом и капиллярной кровью. Однако перепад парциального давления меньше, чем у кислорода, около 5 мм рт. Парциальное давление углекислого газа в крови в капиллярах составляет около 45 мм рт. ст., тогда как его парциальное давление в альвеолах -- около 40 мм рт. ст.

Далее парциальные давления вдыхаемого воздуха и альвеолярного воздуха определяют, почему кислород поступает в альвеолы и почему углекислый гаp покидает альвеолы. Это приводит нас к так называемому закону Дальтона, который гласит, что сумма парциальных давлений всех газов в смеси равна общему давлению этой смеси. Таким образом, для сухого газа парциальное давление равно общему давлению, умноженному на относительную концентрацию сухого газа, а соотношение для увлажненного газа определяется путем корректировки барометрического давления на давление водяного пара.

Таким образом, по сравнению с сухим вдыхаемым воздухом, увлажненный трахейный воздух имеет более низкое PO₂, поскольку O₂ «разбавлен» водяным паром.

Увлажненный воздух поступает в альвеолы, где происходит газообмен.

В альвеолярном воздухе значения PO₂ и PCO₂ существенно изменяются по сравнению с вдыхаемым воздухом. PAO₂ составляет 100 мм рт. ст., что меньше PO₂ во вдыхаемом воздухе, равное 160 мм рт. ст., а PACO₂ составляет 40 мм рт. ст., что больше, чем PCO₂ во вдыхаемом воздухе, близкое к 0 мм рт.

Итак, согласно закону Дальтона, эти значения парциального давления влияют на движение этих газов, то есть они будут перемещаться из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией.

Теперь в легких кислород и углекислый газ диффундируют между воздухом в альвеолах и кровью, то есть между газом и жидкостью. Это движение регулируется законом Генри, который гласит, что при постоянной температуре количество газа, растворяющегося в жидкости, прямо пропорционально парциальному давлению этого газа, находящегося в равновесии с этой жидкостью [4].

По сути, согласно этому закону, газы можно заставить раствориться в жидкости, скажем, в крови, если приложить достаточное давление и контролируемый объем. В нем также говорится, что после сброса давления из раствора могут выйти газы.

Концентрация газа в растворе выражается в объемных процентах (%), или объем газа на 100 мл крови (мл газа/100 мл крови).

3. Транспорт газов в крови

При поступлении воздуха в дыхательные пути вода немедленно начинает испаряться с их поверхности, увлажняя, таким образом, вдыхаемый воздух. Это обусловлено тем, что молекулы воды, подобно другим молекулам растворенных газов, постоянно отрываются от поверхности воды и переходят в газовое состояние (в газовую фазу). Давление, которое молекулы воды преодолевают, чтобы оторваться от ее поверхности, называется давлением испарения воды. При температуре 37 °С (98,6 °F) давление испарения равно 47 мм рт. ст. Следовательно, как только смесь газов полностью увлажнится, парциальное давление паров воды в газовой смеси также составит 47 мм рт. ст.

Термин газы крови относится к молекулам кислорода (O₂) и углекислого газа (CO₂), которые переносятся кровью между легкими и периферическими тканями. Газы крови обычно транспортируются двумя путями: физически растворяются в крови, связаны с гемоглобином. Растворимость газа в крови зависит от коэффициента растворимости этого конкретного газа (например, коэффициент растворимости СО₂ в 22 раза выше, чем у О₂) и обычно имеет линейную зависимость от парциального давления газа [2].

Транспорт кислорода

1) Физически растворенные в крови - 1,5 %

Из-за плохой растворимости кислорода в воде в одном литре крови содержится всего около 3,2 мл растворенного О₂, что составляет 1,5% от общего количества кислорода в крови.

2) Химически связанные - 98,5 %

Важнейшим средством транспорта кислорода в крови является гемоглобин. Гемоглобин (Hb), пигмент, придающий крови красный цвет, обеспечивает транспорт газов крови. Он переносит кислород от легких к остальным частям тела и часть углекислого газа в обратном направлении. Молекулы гемоглобина с большим количеством связанных молекул кислорода имеют более ярко-красный цвет. Вот почему насыщенная кислородом артериальная кровь более ярко-красная, а деоксигенированная венозная кровь более темно-красная.

Сродство гемоглобина к кислороду измеряется величиной парциального давления кислорода, при которой гемоглобин насыщается на 50 % (Р50).

Концентрация гемоглобина в крови различается между полами: у женщин 120-162 г/л, у мужчин 135-172 г/л. Молекула гемоглобина была открыта уже в 1840 году, но только примерно в 1870 году известный французский физиолог Клод Бернар раскрыл ее функцию.

На сродство гемоглобина к кислороду могут влиять различные факторы:

pH (величина активной реакции крови) /pCO₂ (арциальное напряжение (давление) углекислого газа в плазме крови) - когда H⁺ (ион водорода) /pCO₂ увеличивается, а pH уменьшается, сродство Hb к кислороду уменьшается. Это известно как эффект Бора. Наоборот, при уменьшении H⁺/pCO₂ и повышении pH сродство гемоглобина к кислороду возрастает.

2,3-дифосфоглицерат (2,3-ДФГ)-- 2,3-ДФГ (иногда называемый 2,3-БФГ) -- это химическое вещество, содержащееся в эритроцитах. Это продукт метаболического пути глюкозы. 2,3-ДФГ связывается с бетоцепями гемоглобина, поэтому повышение уровня 2,3-ДФГ приводит к его связыванию с гемоглобином, снижая сродство гемоглобина к кислороду. И наоборот, при пониженных уровнях 2,3-ДФГ, например, при сниженном тканевом метаболизме, с гемоглобином связывается меньше молекул 2,3-ДФГ. Это означает, что у него больше возможностей для связывания, и поэтому он имеет более высокое сродство к кислороду.

Температура. При повышенных температурах, например, в активных мышцах, увеличивается выработка тепла, что снижает сродство гемоглобина к кислороду. При пониженных температурах, например, сниженных метаболических состояниях, снижение теплопродукции означает увеличение сродства гемоглобина к кислороду.

Утилизация кислорода тканями

Тканевое или клеточное дыхание включает три стадии. На первой стадии пируват, аминокислоты и жирные кислоты окисляются до двухуглеродных фрагментов ацетильных групп, входящих в состав ацетилкофермента А. Последние на втором этапе окисления включаются в цикл лимонной кислоты, где происходит образование высокоэнергетических атомов водорода и высвобождение СО2 - конечного продукта окисления органических субстратов. На третьей стадии клеточного дыхания атомы водорода делятся на протоны (Н+) и «высокоэнергетические» электроны, передающиеся по дыхательной цепи на молекулярный О₂ и восстанавливающие его до НО₂. Перенос электронов сопряжен с запасом энергии в форме АТФ, т.е. с окислительным фосфорилированием.

Касаясь патогенеза метаболических сдвигов, свойственных гипоксическим состояниям, следует отметить, что в организме человека более 90% всего потребляемого кислорода восстанавливается с участием цитохромоксидазы митохондрий, и лишь около 10% кислорода метаболизируется в тканях с участием оксигеназ: диоксигеназы и монооксигеназы.

Наиболее многочисленны и сложны монооксигеназные реакции, протекающие в эндоплазматическом ретикулуме клеток при участии цитохрома Р-450 и обеспечивающие гидроксилирование субстрата (стероидных гормонов, лекарственных препаратов и различных др. соединений) и, как правило, его инактивацию. Диоксигеназы катализируют реакции, в которых в молекулу органического субстрата включаются оба атома молекулы кислорода (например, реакция окисления катехола молекулярным кислородом с раскрытием кольца). В реакциях, связанных с переносом электронов, т.е. в реакциях окисления-восстановления, где, как указывалось выше, используется более 90% потребляемого кислорода, атомы водорода, отщепленные дегидрогеназами от субстратов в цикле лимонной кислоты, передают свои электроны в цепь переноса электронов и превращаются также в Н + [1].

Как известно, помимо 4 пар атомов водорода, поставляемых каждым оборотом цикла лимонной кислоты, образуются и другие атомы водорода, отщепленные дегидрогеназами от пирувата, жирных кислот и аминокислот в процессе их расщепления до АцетилСоА и других продуктов. Таким образом, все атомы водорода, отщепляемые дегидрогеназами от субстратов, передают свои электроны в дыхательную цепь к конечному акцептору электронов - кислороду. Касаясь последовательности транспорта электронов в окислительно-восстановительных реакциях, протекающих на внутренней мембране митохондрий, прежде всего, следует отметить, что от всех НАД - зависимых реакций дегидрирования восстановленные эквиваленты переходят к митохондриальной НАДН - дегидрогеназе, затем через ряд железосерных ферментов передаются на убихинон М цитохрому b. Далее электроны переходят последовательно на цитохромы С1 и С, затем на цитохромы аа 3 (цитохромоксидазу - медьсодержащий фермент). В свою очередь цитохромоксидаза передает электроны на кислород. Для того, чтобы полностью восстановить кислород с образованием 2-х молекул воды требуется 4 электрона и четыре Н+.

Скорость утилизации О₂ в различных тканях различна. В среднем взрослый человек потребляет 250 мл О₂ в 1 мин. Максимальное извлечение О2 из притекающей артериальной крови свойственно миокарду. Кислород используется в клетках, в основном в метаболизме белков, жиров, углеводов, ксенобиотиков, в окислительно-восстановительных реакциях в различных субклеточных фракциях: в митохондриях, в эндоплазматическом ретикулуме, в реакциях липопероксидации, а также в межклеточном матриксе и в биологических жидкостях. Коэффициент утилизации О₂ в тканях равен отношению потребления О₂ к интенсивности его доставки, широко варьирует в различных органах и тканях. В условиях нормы минимальную потребность в О₂ проявляют почки и селезенка, а максимальную потребность - кора головного мозга, миокард и скелетные мышцы, где коэффициент утилизации О₂ колеблется от 0,4 до 0,6, а в миокарде до 0,7 [8].

При крайне интенсивной физической работе коэффициент утилизации О₂ мышцами и миокардом может возрастать до 0,9. Обмен дыхательных газов в тканях происходит в процессе свободной и облегченной диффузии. При этом О₂ переносится по градиенту напряжения газа из эритроцитов и плазмы крови в окружающие ткани. Одновременно происходит диффузия СО₂ из тканей в кровь.

На выход О₂ из крови в ткани влияет диссоциация оксигемоглобина в эритроцитах, что обеспечивает так называемую облегченную диффузию О₂. Интенсивность диффузионного потока О₂ и СО₂ определяется градиентом их напряжения между кровью и тканями, а также площадью газообмена, плотностью капилляров, распределением кровотока в микроциркуляторном русле. Интенсивность окислительных процессов в тканях определяется величиной критического напряжения О₂ в митохондриях, которое в условиях нормы должно превосходить 0,1-1 мм рт. ст. Соответствие доставки О₂ к органам и тканям, возросшим потребностям в оксигенации обеспечивается на клеточном, органном уровнях за счет образования метаболитов изнашивания, а также при участии нервных, гормональных и гуморальных влияний.

Транспорт углекислого газа

Основная масса углекислого газа (СО₂) образуется в организме как конечный продукт различных метаболических реакций и транспортируется к легким с кровью. Вдыхаемый воздух содержит лишь незначительное количество СО₂.

Транспорт СО₂ кровью осуществляется в 3-х состояниях: в виде аниона бикарбоната, в растворенной форме и в виде карбаминовых соединений. СО₂ хорошо растворяется в плазме крови и в артериальной крови, около 5% от общей двуокиси углерода содержится в крови в растворенной форме. Анион бикарбоната составляет около 90% от общего содержания СО₂ в артериальной крови: СО₂ +Н₂О - Н+ +НСО₃. Эта реакция медленно протекает в плазме крови, но чрезвычайно интенсивно происходит в эритроцитах при участии фермента карбоангидразы. Мембрана эритроцита относительно непроницаема для Н+, как и вообще для катионов, но в тоже время, проницаема для ионов НСО₃, выход которых из эритроцитов в плазму обеспечивается притоком Cl- из плазмы в эритроциты. Часть Н+ забуферивается гемоглобином с образованием восстановленного гемоглобина.

Третьей формой транспорта СО₂ кровью являются карбаминовые соединения, образованные взаимодействием СО₂ с концевыми группами белков крови преимущественно с гемоглобином:

Hb NH₂ + CO₂ - Hb NH COOH > Hb NH COO + Н⁺

Карбаминовые соединения составляют около 5% от общего количества СО₂, транспортируемого кровью. В оксигенированной артериальной крови напряжение СО₂ составляет 40 мм. рт. ст., а в венозной крови Рv СО₂ равно 46 мм. рт. ст. [7]



Заключение

Дыхательная система (дыхательный аппарат), systema resperatorium, состоит из дыхательных путей и парных дыхательных органов - легких. Дыхательные пути, соответственно их положению в теле, подразделяются на верхний и нижний отделы. К верхним дыхательным путям относят: полость носа, носовую часть глотки, ротовую часть глотки, к нижним - гортань, трахею, бронхи, включая внутри легочные разветвления бронхов.

Функциональная дыхательная система слагается из следующих элементов:

Внешнее или легочное дыхание, осуществляющее газообмен между внешней средой организма и альвеолами легких.

Диффузия газов в легких (обмен газов между альвеолярным воздухом и кровью.

Транспорт газов кровью.

Диффузия газов в ткани (обмен газов между кровью и тканью).

Внутреннее или тканевое дыхание (потребление кислорода и выделение углекислого газа клетками организма).

Обмен газов между воздухом и кровью происходит путем диффузии через альвеоло-капиллярный барьер под влиянием разницы парциальных давлений между альвеолярным воздухом и кровью, поступающей в легочные капилляры. Кислород и углекислый газ далее транспортируются по всему большому кругу кровообращения. В мышцах или внутренних органах сосудистое русло вновь разделяется на капилляры, и происходит обратный процесс - диффузия кислорода и углекислого газа в обратном направлении, по градиенту парциальных давления. Из тканей выводится избыточное количество углекислого газа, а из эритроцитов крови в ткани поступает необходимое количество кислорода.

Кислород и углекислый газ частично переносятся в крови в физически растворенном виде. Большая часть кислорода в эритроцитах обратимо связана с гемоглобином до оксигемоглобина. Химически связанный углекислый газ транспортируется в крови в форме карбгемоглобин и растворенного бикарбоната.



Список источников

1. Нормальная физиология: учебник, рек. ГОУ ВПО "Первый Московский гос. мед. ун-т им. И.М. Сеченова" для студ. учреждений высш. проф. образования, обучающихся по спец. "Лечебное дело" / под ред. Б.И. Ткаченко. - 3-е изд., испр. и доп. - М.: Гэотар Медиа, 2014. - 68 с.

2. Нормальная физиология: учебник / В.Б. Брин, Ю.А. Мазинг, Ю.М. Захаров, Б.И. Ткаченко; под ред. Б.И. Ткаченко. - Москва: ГЭОТАР-Медиа, 2018. - 688 с.

3. Понукалина Е.В., Чеснокова Н.П., Бизенкова М.Н. Цикл лекций (основные положения) «физиология и патология системы органов внешнего дыхания, транспорта газов кровью и тканевого дыхания». (к разделам «физиология» и «патофизиология» дыхания») (для самостоятельной внеаудиторной работы студентов медицинских // Научное обозрение. Медицинские науки. - 2017. - № 2. - С. 31-34.

4. Самусев Р.П. Анатомия и физиология человека. - Издательство АСТ, 2016. - 198 с.

5. Сапин М.Р., Билич Г.Л. Нормальная анатомия человека: Учебник. В 2 кн. Кн. 1. -- М.: ООО «Медицинское информационное агентство», 2010. -- 480 с.

6. Физиология дыхания: учебное пособие / А.Г. Зарифьян, Т.Н. Наумова, А.К. Нартаева, И.Е. Кононец. Бишкек: Изд-во КРСУ, 2013. - 146 с.

7. Физиология системы дыхания: учебное пособие / Сост.: А.Ф. Каюмова, И.Р. Габдулхакова, А.Р. Шамратова, Г.Е. Инсарова. - Уфа: Изд-во ФГБОУ ВО БГМУ Минздрава России, 2016. - 60 с.

8. Храмцова, Ю.С. Физиология дыхательной и сердечно-сосудистой систем: практикум / Ю.С. Храмцова; Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Уральский федеральный университет. - Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2022. - 108 с.

Размещено на Allbest.ru

...