Слайд 2
Газообмен в лёгких. Внутреннее дыхание.
Лекция № 17 (к
занятию № 17)
Тема:
Медицинский факультет
Специальности: лечебное дело, педиатрия
2008 / 2009
учебный год
23 декабря 2008 г.
Слайд 3
Литература основная
Физиология человека
Под редакцией
В.М.Покровского,
Г.Ф.Коротько
Медицина, 2003
(2007) г.
С.358-365.
Слайд 4
Литература основная
Физиология человека
В двух томах . Том I.
Под
редакцией
В. М. Покровского,
Г. Ф. Коротько
Медицина, 1997 (1998,
2000, 2001) г.
С. ???
Слайд 7
Вопрос 2
Подробнее Учебник,.
Слайд 8
Часто аэрогематический барьер называют диффузионным барьером
Слайд 9
Газообмен осуществляется в 16-23 генерациях ДП
Слайд 10
Аэрогематический барьер Blood-Gas Barrier
Слайд 11
Аэрогематический барьер включает следующие основные структуры:
эпителий альвеолы
две основные
мембраны
интерстициальное пространство
эндотелий капилляра
Слайд 12
Аэрогематический барьер
Толщина – около 0,5 - 1 мкм
Площадь – около 80 м2 (50-100 м2)
Слайд 13
Вопрос 3
Подробнее Учебник,.С.358-359.
Слайд 14
Движущая сила газообмена в лёгких
разность парциальных давлений (напряжений)
О2 и СО2 в крови и в альвеолярном газе.
молекулы газа путём диффузии переходят из области большего его парциального давления в область более низкого парциального давления.
Слайд 15
Парциа́льное давление
— лат. partialis — частичный, от лат. pars —
часть
— давление, которое имел бы газ, входящий в
состав газовой смеси, если бы он один занимал объём, равный объёму смеси при той же температуре.
Слайд 16
Закон Фика
где
Vg — скорость диффузии (скорость переноса
газа);
D — константа диффузии;
S — площадь барьера;
Δ Р — разность парциальных давлений газа по обе стороны барьера;
d — толщина барьера
Слайд 17
Закон Фика
Газообмен осуществляется путем простой диффузии по закону
Фика:
диффузия газа прямо пропорциональна градиенту его парциального давления
и площади барьера, обратно пропорциональна толщине барьера:
Слайд 19
D — константа диффузии
Зависит от
природы (свойств) газа
свойств
барьера в данный момент
Слайд 20
Зависимость константы диффузии D от свойств газа
D
прямо пропорциональна растворимости газа (α)
и обратно пропорциональна квадратному
корню из молекулярной массы (ММ) газа
Слайд 21
Зависимость константы диффузии D от свойств газа
Растворимость
СО2 значительно выше чем у О2
Молекулярные массы СО2 и
О2 различаются ненамного
Поэтому СО2 диффундирует примерно в 20 раз быстрее, чем О2
Слайд 24
Диффузия дыхательных газов по ходу лёгочного капилляра
Эритроцит проходит
капилляр лёгких в среднем за 0,75 с.
Слайд 25
Изменение рО2 по ходу капилляра
В начале капилляра рО2
в эритроците уже составляет примерно 40 % от рО2
в альвеолярном газе.
В условиях покоя рО2 в капиллярной крови становится практически таким же, как в альвеолярном газе, когда эритроцит проходит треть капилляра
Слайд 26
Изменение рСО2 по ходу капилляра
В начале капилляра рСО2
в крови составляет примерно 46 мм рт. ст., а
в альвеолярном газе 40 мм рт. ст.
В условиях покоя рО2 в капиллярной крови становится практически таким же, как в альвеолярном газе, когда эритроцит проходит треть капилляра
Слайд 27
При физической нагрузке
Время прохождения эритроцита через капилляр может
уменьшится в 3 раза.
У здоровых людей рО2 практически не
снижается
Слайд 28
Диффузия дыхательных газов по ходу лёгочного капилляра
Таким образом
диффузия СО2 и О2 через аэрогематический барьер имеет достаточный
запас времени.
Слайд 30
Диффузия CO – ограничена диффузией
CO способен очень
прочно и в большом количестве связывается с гемоглобином практически
без повышения его парциального давления в крови
Слайд 31
Транспорт CO – ограничен диффузией
СО по мере продвижения
эритроцита по капилляру рСО возрастает мало и
препятствий для
дальнейшего перехода СО в кровь не возникает
Слайд 32
Транспорт N2O – ограничен перфузией
N2O не связывается с
гемоглобином
рN2O в в крови быстро возрастает
Слайд 33
Диффузия N2O – ограничена перфузией
при прохождении эритроцитом лишь
1/10 общей длины капилляра рN2O достигает уровня альвеолярного газа.
После этого переход N2O в кровь прекращается
Слайд 34
Диффузия O2
Кривая переноса занимает промежуточное положение между кривыми
СО и N2O.
Слайд 35
Диффузия O2
В условиях покоя перенос O2 через АГБ
ограничен перфузией.
Слайд 36
Диффузия O2 по ходу лёгочного капилляра при нарушении
диффузии
Ограничивается отчасти
Слайд 37
Диффузия O2 по ходу лёгочного капилляра при понижении
рСО в альвеолярном газе
Ограничивается отчасти диффузией
Слайд 38
При физической нагрузке
Время прохождения эритроцита через капилляр может
уменьшится в 3 раза.
У здоровых людей рО2 практически не
снижается
Слайд 40
При физической нагрузке
Время прохождения эритроцита через капилляр может
уменьшится в 3 раза.
У здоровых людей рО2 практически не
снижается
Слайд 41
Вопрос 6
Подробнее Учебник, С.359
Слайд 42
Вернемся к закону Фика
где
Vg — скорость диффузии
(скорость переноса газа);
D — константа диффузии;
S —
площадь барьера;
Δ Р — разность парциальных давлений газа по обе стороны барьера;
d — толщина барьера
Слайд 43
Сложное строение АГБ не позволяет прижизненно определять
S —
площадь барьера;
d — толщину барьера
Слайд 44
Рассмотрим изменённое уравнение Фика
где
Слайд 45
Показатель DL назван показателем диффузионной способности лёгких
Учитывает площадь,
толщину и константу диффузии данного газа в данной ткани
в определённых условиях
Слайд 46
Рассмотрим изменённое уравнение Фика
где
DL —диффузионной способности
Vg
— скорость диффузии (скорость переноса газа);
Δ Р —
разность парциальных давлений газа по обе стороны барьера;
Слайд 47
Определение DL для СО
DL обычно определяется для СО,
потому что его транспорт через АГБ ограничен только диффузией,
но не перфузией
Поскольку рСО в крови мало вместо Δ Р используется рСО в альвеолярном газе.
Слайд 49
В норме диффузия газов в ацинусах осуществляется уже
в первой трети легочных капилляров.
Значение диффузионной способности легких
составляет примерно
25 мл О2/(мин ⋅ 1 мм рт. ст.)
600 мл СО2/(мин ⋅ 1 мм рт. ст.)
Слайд 51
Размер тела
DL возрастает с увеличением размеров тела: веса,
роста и площади диффузионной поверхности
Слайд 52
Возраст
DL возрастает по мере взросления и достигает максимума
к 20 годам.
После 20 лет снижается на 2 %
ежегодно
Слайд 53
Пол
Женщины при сравнимых возрасте и размерах тела имеют
DL 10 % ниже, чем у мужчин
Слайд 54
Объём лёгких
DL растёт с увеличением объёма лёгких
Отношение DL
к объёму лёгких – константа Крога
Константа Крога нормализует DL
по отношению к объёму лёгких
Слайд 55
Физическая нагрузка
DL увеличивается во время физической нагрузки
Предполагается
или рост площади контакта вследствие расширения капилляров или «рекрутирование
капилляров»
Слайд 56
Положение тела
DL больше в положении лёжа на спине,
чем стоя
Слайд 58
Легкие являются единственным органом, через который проходит весь
МОК.
Легочные сосуды обладают большой растяжимостью и могут вместить
МОК в 5 раз больше, чем в покое.
В горизонтальном положении объем крови (-600 мл) в сосудах легких больше, чем стоя (это способствует развитию отека легких в патологии). (При активном вдохе кровенаполнение легких увеличивается до 1 000 мл, при активном выдохе снижается до 200 мл.)
Легочные сосуды являются сосудами малого давления: систолическое АД равно 20 — 25 мм рт. ст., диастолическое — 10 —
15, среднее — 14—18 мм рт. ст.
Поэтому на кровоток легких в вертикальном положении сильно влияет гидростатическое давление столба крови (в легких нулевое гидростатическое давление крови находится на уровне правого предсердия, т.е. корня легкого; на каждые 1,3 см выше корня легких артериальное и венозное давления снижаются на 1 мм рт. ст., ниже корня легкого повышаются).
Слайд 59
На кровоток в легких влияет альвеолярное давление (АльвД),
которое в зависимости от зоны легкого может быть выше,
равно или ниже артериального (АД) и венозного (ВД) давлений.
Слайд 60
В зависимости от соотношений АльвД, Рар и ВД
легких выделяют в положении стоя три функциональные зоны (сверху
вниз).
Слайд 62
В зависимости от соотношений АльвД, Рар и ВД
легких выделяют в положении стоя три функциональные зоны (сверху
вниз).
В 1-й зоне верхушки легких
АльвД > АД > ВД.
В результате компрессии сосудов микроциркуляции кровоток в этой зоне минимален и возникает только во время систолы правого желудочка.
Слайд 63
В зависимости от соотношений АльвД, Рар и ВД
легких выделяют в положении стоя три функциональные зоны (сверху
вниз).
Во 2-й зоне
АД > АльвД > ВД
кровоток осуществляется в результате разности между артериальным и альвеолярным давлением и существенно зависит от последнего.
Слайд 64
В зависимости от соотношений АльвД, Рар и ВД
легких выделяют в положении стоя три функциональные зоны (сверху
вниз).
В 3-й зоне
АД > ВД > АльвД,
кровоток осуществляется в результате разницы между артериальным и венозным давлением и существенно не зависит от альвеолярного
Слайд 66
Вентиляционно-перфузионные отношения
Для идеального обмена О2 и СО2 необходимо,
чтобы соотношение между вентиляцией и кровотоком в легких было
равно единице.
Слайд 68
Перфузионно-вентиляционные отношения
Однако в норме имеется неодинаковое отношение вентиляции
и кровотока (В/К) в разных отделах легких в вертикальном
положении:
в верхних отделах вентиляция превышает кровоток (В/К ≈ 3);
в средних отделах они примерно равны (В/К ≈ 0,9);
в нижних отделах кровоток превышает вентиляцию (В/К ≈ 0,7).
Слайд 72
Кислородная ёмкость крови
1 г гемоглобина способен максимально связывать
1,34 мл O2
Учитывая, что нормальное содержание гемоглобина составляет 15
г/100 мл, можно рассчитать, что в 100 мл крови максимально может содержаться 20,1 мл О2, связанного с гемоглобином.
Данная величина называется кислородной емкостью крови (КЕК):
Слайд 73
Кислородная ёмкость крови
Наиболее важным параметром, определяющим количество кислорода,
связанного с гемоглобином, является насыщение гемоглобина кислородом — сатурация
(SaO2), который рассчитывают по формуле:
Слайд 74
Кислородная ёмкость крови
При РаО2 SaO2 , равном 100
мм рт.ст., насыщение гемоглобина кислородом артериальной крови составляет около
97 %.
В венозной крови (РО2 = 40 мм рт.ст.) SaO2 приблизительно равна 75 %.
Слайд 75
сатурация (лат.) - насыщение;
в медицине - насыщение
жидкостей и тканей организма тем или иным газом (иногда
насыщение создается искусственно - ИВЛ, оксигенация крови и т.д.)
Слайд 76
Вопрос 10
Подробнее Учебник С. 361-363
Слайд 77
Кривая диссоциации оксигемоглобина
На кривой имеется 4 характерных отрезка
1
— от 0 до 10 мм рт. ст.
2 —
от 10 до 40 мм рт. ст.
3 — от 40 до 60 мм рт. ст.
4 — свыше 60 мм рт. ст.
Слайд 78
1 — при напряжении О2 в крови от
0 до 10 мм рт. ст. в крови находится
восстановленный гемоглобин, оксигенация крови идет медленно;
2 — от 10 до 40 мм рт. ст. — насыщение гемоглобина кислородом идет очень быстро и достигает 75 %;
3 — от 40 до 60 мм рт. ст. — насыщение гемоглобина кислородом замедляется, но достигает 90 %
4 — при возрастании РО2 свыше 60 мм рт. ст. дальнейшее насыщение гемоглобина идет очень медленно и постепенно приближается к 96—98 %, никогда не достигая 100 %. Однако такое высокое насыщение гемоглобина кислородом наблюдается только у молодых людей. У пожилых людей эти показатели ниже.
Слайд 80
Методы исследования газового состава крови
Полярографические методики
Оксигемометрия и оксигемография
Слайд 81
Полярографические методики
В камере, куда в микродозах помещают исследуемую
кровь, находятся электроды, имеющие избирательную чувствительность к Н+ (электрод
рН), О2 (электрод РО2) и СО2 (электрод РСO2)
Поляризационные напряжения, которые возникают на электродах, пропорциональны значениям концентрации исследуемых веществ.
На цифровом индикаторе непосредственно отсчитывается значения рН в единицах, а значения напряжений газов — в миллиметрах ртутного столба.
Слайд 82
Оксигемометрия и оксигемография
позволяют оценить кислородтранспортную функцию крови.
Основаны
на том, что в красной части спектра коэффициент поглощения
света для восстановленного гемоглобина в несколько раз больше, чем для оксигемоглобина.
При этом значение насыщения гемоглобина кислородом получают в процентах.
Для того чтобы вычислить содержание О2 в пробе крови, нужно знать количество в
ней гемоглобина.
Используя кислородную емкость 1 г гемоглобина (1,34 мл О2), можно вычислить содержание О2 в крови.
Слайд 83
Оксигемометрия и оксигемография
Комбинированные оксигемометры кроме кюветного определения оксигемоглобина
в пробах крови снабжены ушным датчиком для проведения непрерывной
бескровной оксигемометрии.
При этом прибор регистрирует относительное значение насыщения гемоглобина крови кислородом по отношению к
исходной величине
В некоторых оксигемометрах вносится поправка на значение оптической плотности ткани без крови и регистрируют абсолютные величины оксигемоглобина циркулирующей крови.
Оксигемометры, снабженные самописцем, позволяют проводить оксигемографию — записывать динамику изменения оксигемоглобина в крови.
Слайд 86
Диффузионные градиенты
РО2 притекающей к тканям крови -95 мм
рт. ст.;
в межклеточной жидкости -45,
на поверхности клеток
-20;
в митохондриях -1 мм рт. ст.
Эти градиенты обеспечивают поступление кислорода из крови в клетки тканей.
РСО2 в притекающей к тканям крови -40 мм рт. ст., в клетках - 60 мм рт. ст., что обеспечивает поступление СО2 из клеток тканей в кровь.
Слайд 87
Диффузионные градиенты
РСО2 в притекающей к тканям крови -40
мм рт. ст.,
в клетках - 60 мм рт.
ст., что обеспечивает поступление СО2 из клеток тканей в кровь.
Слайд 88
Количественная характеристика
обмена О2 между кровью и тканями
Количественно
обмен меж
ду кровью и тканями характеризует артериовенозная разница по
О2,
равная 50 мл О2/л крови,
и коэффициент использования О2, характеризующий долю О2 поступившего из крови в клетки ткани
Слайд 89
Значения коэффициентов утилизации кислорода
Каждые 100 мл артериальной крови,
содержащие 18—20 мл О2, отдают тканям в среднем около
4,5 мл О2, т.е. 20—30 %.
В миокарде, сером веществе мозга и печени коэффициент утилизации достигает 50—60 %.
Слайд 90
Основной механизм регуляции газообмен между кровью и тканями
сдвиги
кривой диссоциации оксигемоглобина,
изменение объемного кровотока в тканях и
органах.
Слайд 92
Потребление О2
Показателем тканевого дыхания в организме является потребление
О2 (ПО2) , л/мин:
ПО2 = Артериовенозная разница О2
• МОК.
Это наиболее адекватный показатель значения физической нагрузки.
В целом организме минимальное ПО2 равно
Слайд 93
Потребление О2
В целом организме
Минимальное ПО2 равно 0,2
л/мин
В покое – 0,3 л/мин
Максимальное – 3,0 л/мин
Слайд 94
Основные пути потребления О2
Митохондриалъный путь (40 — 85%
);
Микросомалъный путь в гладкой ЭПС (10 —40 %)
Образование активных
продуктов неполного восстановления О2 (5—15 %) (в нейтрофилах — до 90 %)
Миоглобин (много в красных мышцах и миокарде).
Слайд 95
Основные пути потребления О2
Митохондриалъный путь (40 — 85%
всего О2); восстановление четырех электронов О2 до воды под
действием цитохрооксидазы, основная функция — аккумуляция энергии в виде АТФ.
Микросомалъный путь в гладкой ЭПС (10 —40 % всего потребляемого О2); монооксигеназная реакция (с участием цитохрома Р450) внедряет атом кислорода в молекулу окисляемого вещества, что приводит к образованию полярных (т. е. водорастворимых) веществ. Основные функции этого пути — синтез и инакти
вация стероидных гормонов, детоксикация ксенобиотиков, в том числе лекарств.
Образование активных продуктов неполного восстановления О2 (супероксидный анион, перекись водорода, гидроксильный радикал, пероксид водорода, синглетный кислород) — 5—15 % (в нейтрофилах — до 90 %) всего потребляемого О2. Функциональная роль: фагоцитарная активность лейкоцитов, вазомоторное действие, лизис клеточных мембран (например, при овуляции) и др.
Миоглобин (много в красных мышцах и миокарде). Депонирует и транспортирует О2 в клетке. Обладает высоким сродством к О2 (Р5о = 8 мм рт. ст.) и отдает его только при низком Р02 в клетке (меньше 10 мм рт. ст., например при сокращении мышц).