Газообмен в легких. Газообмен в тканях

Август 11, 2022

Главная
Биология
Газообмен в легких. Газообмен в тканях

Содержание

2. Человек дышит атмосферным воздухом, который представляет собой смесь газов: 79,02% азота, 20,95% кислорода, 0,03%углекислогогазаи др.Во вдыхаемом(альвеолярном)воздухе
3. Движение газов осуществляется из области большего давления в область меньшего. Следовательно, кислород будет поступать из легких,
4. Парциальное давление (напряжение) О2 и СО2 в разных участках кровеностного русла ,мм.рт.ст.
5. Для растворения газов в крови имеет значение температура тела: чем она выше, тем меньше газа растворяется
6. Важнейшая функция легких — обеспечение газообмена между воздухом легочных альвеол и кровью капилляров малого круга. Для
7. На основе определения процентного содержания газов в альвеолярном воздухе рассчитывают их парциальное давление. При расчетах давление
8. Коэффициент вентиляции различных областей легких может отличаться, поэтому состав альвеолярного газа имеет разную величину не только
9. Диффузия газов между альвеолами и кровью Диффузия газов между альвеолярным воздухом и кровью подчиняется общему закону
11. На скорость обмена кислорода между альвеолярным воздухом и кровью влияют как свойства среды, через которую идет
12. Коэффициент проницаемости биологических сред для СО2 в 20-25 раз выше, чем для кислорода. Поэтому диффузия С02
13. Скорость движения крови в легочных капиллярах такая, что один эритроцит проходит через капилляр за 0,75-1 с.
14. Основным фактором, который будет способствовать соединению кислорода к гемоглобину напряжение кислорода на ход кривой диссоциации будут
15. Вентиляцией легких обозначают процесс обмена воздуха между легкими и атмосферой. Количественным показателем вентиляции легких служит минутный
16. Легкие состоят из воздухопроводящей (дыхательные пути) и респираторной зон (альвеолы). Дыхательные пути, начиная от трахеи и
17. Газообмен в тканях. Газообмен в тканях подчиняется тем же закономерностям, что и газообмен в легких. Диффузия
18. Газообмен кислорода Газообмен между артериальной кровью и тканями начинается уже на уровне артериол с диаметром 30-40
19. Схематическое представление «тканевого цилиндра» и распределения напряжения кислорода в артериальном и венозном концах капилляра в покое
20. Таким образом, в тканевых структурах доставка кислорода к клеткам зависит от степени удаления их от кровеносных
21. При физической нагрузке степень утилизации кислорода увеличивается до 50-60%, а в отдельных наиболее активно работающих мышцах
22. Гипероксия - увеличенное по отношению к норме напряжение кислорода в крови и тканях. Это состояние может
23. Газообмен углекислого газа В норме напряжение углекислого газа в артериальной крови колеблется в пределах 35-45 мм
24. Количество растворенного углекислого газа в организме человека составляет 100-120 л. Это примерно в 70 раз больше
25. Возрастные особенности газообмена В период внутриутробного развития в крови плода содержится мало кислорода и много углекислого
26. Ко второму-третьему месяцу жизни в эритроцитах происходит смена гемоглобина—HbF заменяется наHbA в 1,4—1,7 раз снижается кислородная
27. Содержание О2 и СО 2 в выдыхаемом воздухеу детей разных возрастов,%
29. Скачать презентацию

Слайд 2

Человек дышит атмосферным воздухом, который представляет собой смесь газов: 79,02% азота,

20,95% кислорода, 0,03%углекислогогазаи др.Во вдыхаемом(альвеолярном)воздухе содержится меньше кислорода и больше углекислого газа, чем в атмосферном. Это связано с тем, что в момент выдоха «вредное» пространство заполняется воздухом, выходящим из более глубоких частей легких. Этот воздух смешивается с атмосферным воздухом, проникающим в легкие во время вдоха.
Альвеолярный воздух контактирует с тонкими стенками легочных капилляров, по которым в легкие приходит венозная кровь. В альвеолах происходит газообмен между вдыхаемым воздухом и кровью. Интенсивность обмена газов и их движение из легких в кровь или из крови в легкие зависят от парциального давления О 2 и СО 2 в газовой смеси легких и в крови (давление газов в жидкости называется напряжением). Величину парциального давления можно рассчитать, зная давление смеси газов в целом (в мм рт. ст. или атмосферах) и процентное содержание данного газа в смеси

Слайд 3

Движение газов осуществляется из области большего давления в область меньшего. Следовательно,

кислород будет поступать
из легких, где его парциальное давление в альвеолярном воздухе равно 106 мм рт. ст., в кровь (напряжение О
2 в венозной крови — 40 мм рт. ст.), а углекислый газ из крови — в альвеолярный воздух .

Слайд 4

Парциальное давление (напряжение) О2 и СО2 в разных участках кровеностного русла

,мм.рт.ст.

Слайд 5

Для растворения газов в крови имеет значение температура тела: чем

она выше, тем меньше газа растворяется в крови. Количество газа, которое можно растворить при давлении 760 мм рт. ст. в 1 мм жидкости при определенной температуре, называется коэффициентомрастворимости .Для каждого газа коэффициент растворимости имеет определенную величину.

Слайд 6

Важнейшая функция легких — обеспечение газообмена между воздухом легочных альвеол и

кровью капилляров малого круга. Для понимания механизмов газообмена необходимо знать газовый состав обменивающихся между собой сред, свойства альвеолокапиллярных структур, через которые идет газообмен, и учитывать особенности легочного кровотока и вентиляции.
Состав альвеолярного и выдыхаемого воздуха

Слайд 7

На основе определения процентного содержания газов в альвеолярном воздухе рассчитывают их

парциальное давление. При расчетах давление водяного пара в альвеолярном газе принимают равным 47 мм рт. ст. Например, если содержание кислорода в альвеолярном газе равно 14,4%, а атмосферное давление 740 мм рт. ст., то парциальное давление кислорода (р02) составит: р02 = [(740-47)/100] • 14,4 = 99,8 мм рт. ст. В условиях покоя парциальное давление кислорода в альвеолярном газе колеблется около 100 мм рт. ст., а парциальное давление углекислого газа около 40 мм рт. ст.
Несмотря на чередование вдоха и выдоха при спокойном дыхании состав альвеолярного газа изменяется лишь на 0,2- 0,4%, поддерживается относительное постоянство состава альвеолярного воздуха и газообмен между ним и кровью идет непрерывно. Постоянство состава альвеолярного воздуха поддерживается благодаря малой величине коэффициента вентиляции легких (КВЛ). Этот коэффициент показывает, какая часть функциональной остаточной емкости обменивается на атмосферный воздух за 1 дыхательный цикл. В норме КВЛ равен 0,13-0,17 (т.е. при спокойном вдохе обменивается приблизительно 1/7 часть ФОЕ). Состав альвеолярного газа по содержанию кислорода и углекислого газа на 5-6% отличается от атмосферного.

Слайд 8

Коэффициент вентиляции различных областей легких может отличаться, поэтому состав альвеолярного газа

имеет разную величину не только в отдаленных, но и в соседних участках легкого. Это зависит от диаметра и проходимости бронхов, выработки сурфактанга и растяжимости легких, положения тела и степени наполнения кровью легочных сосудов, скорости и соотношения длительностей вдоха и выдоха и т.д. Особенно сильное влияние на этот показатель оказывает гравитация.
С возрастом величина парциального давления кислорода в альвеолах практически не меняется, несмотря на значительные возрастные изменения многих показателей внешнего дыхания (уменьшение ЖЕЛ, ОЕЛ, проходимости бронхов, увеличение ФОЕ, ООЛ и т.д.). Сохранению устойчивости показателя рО2 в альвеолах способствует возрастное увеличение частоты дыхания.

Слайд 9

Диффузия газов между альвеолами и кровью
Диффузия газов между альвеолярным воздухом и

кровью подчиняется общему закону диффузии, согласно которому се движущей силой является разность парциальных давлений (напряжений) газа между альвеолами и кровью .
Газы, находящиеся в растворенном состоянии в плазме крови, притекающей к легким, создают их напряжение в крови, которое выражают в тех же единицах (мм рт. ст.), чтои парциальное давление в воздухе. Средняя величина напряжения кислорода (рО2) в крови капилляров малого круга равна 40 мм рт. ст., а его парциальное давление в альвеолярном воздухе — 100 мм рт. ст. Градиент давления кислорода между альвеолярным воздухом и кровью составляет 60 мм рт. ст. Напряжение углекислого газа в притекающей венозной крови — 46 мм рт. ст., в альвеолах — 40 мм рт. ст. и градиент давления углекислого газа составляет 6 мм рт. ст. Эти градиенты и являются движущей силой газообмена между альвеолярным воздухом и кровью. Следует учитывать, что указанные величины градиентов имеются лишь в начале капилляров, но мере продвижения крови по капилляру разность между парциальным давлением в альвеолярном газе и напряжением в крови уменьшается.

Слайд 10

Слайд 11

На скорость обмена кислорода между альвеолярным воздухом и кровью влияют как

свойства среды, через которую идет диффузия, так и время (около 0,2 с), в течение которого происходит связывание перешедшей порции кислорода с гемоглобином.
Для перехода из альвеолярного воздуха в эритроцит и связи с гемоглобином молекула кислорода должна продиффундировать через:
слой сурфактанта, выстилающий альвеолу;
альвеолярный эпителий;
базальные мембраны и интерстициальное пространство между эпителием и эндотелием;
эндотелий капилляра;
слой плазмы крови между эндотелием и эритроцитом;
мембрану эртроцита;
слой цитоплазмы в эритроците.
Суммарное расстояние этого диффузионного пространства составляет от 0,5 до 2 мкм.

Слайд 12

Коэффициент проницаемости биологических сред для СО2 в 20-25 раз выше, чем

для кислорода. Поэтому диффузия С02 в тканях организма и в легких при меньших, чем для кислорода, градиентах его концентраций, идет быстро и углекислый газ, содержащийся в венозной крови при большем (46 мм рт. ст.), чем в альвеолах (40 мм рт. ст.), парциальном давлении, как правило, успевает выходить в альвеолярный воздух даже при некоторой недостаточности кровотока или вентиляции, в то время как обмен кислорода в таких условиях уменьшается.
Газообмен в капиллярах большого и малого круга кровообращения

Слайд 13

Скорость движения крови в легочных капиллярах такая, что один эритроцит проходит

через капилляр за 0,75-1 с. Этого времени вполне достаточно для практически полного уравновешивания парциального давления кислорода в альвеолах и его напряжения в крови легочных капилляров. Для связывания кислорода гемоглобином эритроцита требуется лишь около 0,2 с. Также быстро происходит уравновешивание давления углекислого газа между кровью и альвеолами. В опекающей от легких по венам малого круга артериальной крови у здорового человека в обычных условиях напряжение кислорода составляет 85-100 мм рт. ст., а напряжение СО2-35-45 мм рт. ст.

Слайд 14

Основным фактором, который будет способствовать соединению кислорода к гемоглобину напряжение кислорода

на ход кривой диссоциации будут влиять ряд вспомогательных факторов:
снижение pH крови – сдвиг кривой вправо
повышение температуры – вправо
повышение 2,3ДФГ Тоже сдвигает кривую вправо
увеличение CO2 тоже смещает вправо

Слайд 15

Вентиляцией легких обозначают процесс обмена воздуха между легкими и атмосферой. Количественным

показателем вентиляции легких служит минутный объем дыхания, определяемый как количество воздуха, которое проходит (или вентилируется) через легкие в 1 мин. В покое у человека минутный объем дыхания составляет 6—8 л/мин. Только часть воздуха, которым вентилируются легкие, достигает альвеолярного пространства и непосредственно участвует в газообмене с кровью. Эта часть вентиляции легких называется альвеолярной вентиляцией. В покое альвеолярная вентиляция равна в среднем 3,5—4,5 л/мин. Основная функция альвеолярной вентиляции заключается в поддержании необходимой для газообмена концентрации 02 и С02 в воздухе альвеол.

Слайд 16

Легкие состоят из воздухопроводящей (дыхательные пути) и респираторной зон (альвеолы). Дыхательные

пути, начиная от трахеи и до альвеол, делятся по типу дихотомии и образуют 23 генерации элементов дыхательного тракта . В воздухопроводящей или кондуктивной зонах легких (16 генераций) отсутствует газообмен между воздухом и кровью, поскольку в этих отделах дыхательные пути не имеют достаточной для этого процесса сосудистой сети, а стенки дыхательных путей, из-за их значительной толщины, препятствуют обмену газов через них. Этот отдел воздухоносных путей называется анатомическим мертвым пространством, объем которого составляет в среднем 175 мл.

Слайд 17

Газообмен в тканях.
Газообмен в тканях подчиняется тем же закономерностям, что и

газообмен в легких. Диффузия газов идет по направлению градиентов их напряжения, ее скорость зависит от величины этих градиентов, площади функционирующих кровеносных капилляров, толщины диффузионного пространства и свойств газов. Многие из названных факторов, а следовательно, и скорость газообмена, могут изменяться в зависимости от линейной и объемной скорости кровотока, содержания и свойств гемоглобина, температуры, рН, активности клеточных ферментов и ряда других условий.
Кроме этих факторов обмену газами (особенно кислорода) между кровью и тканями способствуют: подвижность молекул оксигемоглобина (диффузия их к поверхности мембраны эритроцита), конвекция цитоплазмы и интерстициальной жидкости, а также фильтрация и реабсорбция жидкости в микроциркуляторном русле.

Слайд 18

Газообмен кислорода
Газообмен между артериальной кровью и тканями начинается уже на уровне

артериол с диаметром 30-40 мкм и осуществляется на протяжении всего микроциркуляторного русла до уровня венул. Однако основную роль в газообмене играют капилляры. Для изучения газообмена в тканях полезно представление о гак называемом «тканевом цилиндре (конусе)», в который включаются капилляр и прилежащие к нему тканевые структуры, обеспечиваемые кислородом (рис. 5). О диаметре такого цилиндра можно судить по межкапиллярному расстоянию. Оно в сердечной мышце составляет около 25 мкм, в коре большого мозга — 40 мкм, в скелетных мышцах — 80 мкм.
Движущей силой газообмена в тканевом цилиндре является градиент напряжения кислорода. Различают продольный и поперечный его градиенты. Продольный градиент направлен по ходу капилляра. Напряжение кислорода в начальной части капилляра может составлять около 100 мм рт. ст. По мере продвижения эритроцитов к венозной части капилляра и диффузии кислорода в ткань рО2 падает в среднем до 35-40 мм рт. ст., но в некоторых условиях может понизиться и до 10 мм рт. ст. Поперечный градиент напряжения О2 в тканевом цилиндре может достигать 90 мм рт. ст. (в наиболее удаленных от капилляра участках ткани, в так называемом «мертвом углу», р02 может быть 0-1 мм рт. ст.).

Слайд 19

Схематическое представление «тканевого цилиндра» и распределения напряжения кислорода в артериальном

и венозном концах капилляра в покое и при выполнении интенсивной работы

Слайд 20

Таким образом, в тканевых структурах доставка кислорода к клеткам зависит от

степени удаления их от кровеносных капилляров. Клетки, прилежащие к венозному участку капилляра, находятся в худших условиях доставки кислорода. Для нормального течения окислительных процессов в клетках достаточно напряжения кислорода 0,1 мм рт. ст.
На условия газообмена в тканях влияет не только межкапиллярное расстояние, но и направление движения крови в соседних капиллярах. Если направление течения крови в капиллярной сети, окружающей данную ячейку ткани, разнонаправленное, то это увеличивает надежность обеспечения ткани кислородом.
Эффективность захвата кислорода тканями характеризует величина коэффициента утилизации кислорода (КУК) — это выраженное в процентах отношение объема кислорода, поглощенного тканью из артериальной крови за единицу времени, ко всему объему кислорода, доставленному кровью в сосуды ткани за то же время. Определить КУК ткани можно по разнице содержания кислорода в крови артериальных сосудов и в венозной крови, оттекающей от ткани. В состоянии физического покоя у человека средняя величина КУК составляет 25-35%. Даже в покос величина КУК в разных органах неодинакова. В покое КУК миокарда составляет около 70%.

Слайд 21

При физической нагрузке степень утилизации кислорода увеличивается до 50-60%, а в

отдельных наиболее активно работающих мышцах и сердце может достигать 90%. Такое возрастание КУК в мышцах обусловлено, прежде всего, увеличением в них кровотока. При этом раскрываются не функционировавшие в покое капилляры, увеличивается площадь диффузионной поверхности и уменьшаются диффузионные расстояния для кислорода. Возрастание кровотока может быть вызвано как рефлекторно, так и под влиянием местных факторов, расширяющих сосуды мышц. Такими факторами являются повышение температуры работающей мышцы, увеличение рС02 и снижение рН крови, которые не только способствуют увеличению кровотока, но также вызывают снижение сродства гемоглобина к кислороду и ускорение диффузии кислорода из крови в ткани.
Понижение напряжения кислорода в тканях или затруднение его использования для тканевого дыхания называют гипоксией. Гипоксия может быть результатом нарушения вентиляции легких или недостаточности кровообращения, нарушения диффузии газов в тканях, а также недостаточности активности клеточных ферментов.

Слайд 22

Гипероксия - увеличенное по отношению к норме напряжение кислорода в крови

и тканях. Это состояние может развиться при дыхании человека чистым кислородом (для взрослого такое дыхание допустимо не более 4 ч) или помещении его в камеры с повышенным давлением воздуха. При гипероксии могут постепенно развиваться симптомы кислородного отравления. Поэтому при длительном использовании дыхания газовой смесью с повышенным содержанием кислорода его содержание не должно превышать в ней 50%. Особенно опасно повышенное содержание кислорода во вдыхаемом воздухе для новорожденных. Длительное вдыхание чистого кислорода создает угрозу развития повреждения сетчатки глаза, легочного эпителия и некоторых структур мозга.

Слайд 23

Газообмен углекислого газа
В норме напряжение углекислого газа в артериальной крови колеблется

в пределах 35-45 мм рт. ст. Градиент напряжения углекислого газа между притекающей артериальной кровью и клетками, окружающими капилляр ткани, может достигать 40 мм рт. ст. (40 мм рт. ст. в артериальной крови и до 60-80 мм в глубоких слоях клеток). Под действием этого градиента углекислый газ диффундирует из тканей в капиллярную кровь, вызывая повышение в ней напряжения до 46 мм рт. ст. и увеличение содержания углекислого газа до 56-58 об%. Около четверти от всего выходящего из ткани в кровь углекислого газа связывается с гемоглобином, остальная часть благодаря ферменту карбоангидразе соединяется с водой и образует угольную кислоту, которая быстро нейтрализуется путем присоединения ионов Na' и К' и в виде этих бикарбонатов транспортируется к легким.

Слайд 24

Количество растворенного углекислого газа в организме человека составляет 100-120 л. Это

примерно в 70 раз больше запасов кислорода в крови и тканях. При изменении напряжения углекислого газа в крови между нею и тканями идет его интенсивное перераспределение. Поэтому при неадекватной вентиляции легких уровень углекислого газа в крови изменяется медленнее, чем уровень кислорода. Поскольку жировая и костная ткани содержат особенно большое количество растворенного и связанного углекислого газа, то они могут выполнять роль буфера, захватывая углекислый газ при гиперкапнии и отдавая при гипокапнии.

Слайд 25

Возрастные особенности газообмена
В период внутриутробного развития в крови плода содержится мало

кислорода и много углекислого газа по сравнению с кровью взрослого организма: у плода — 60 об.% СО2, тогда как в крови матери — 45—50 об.%.
У новорожденного ребенка после первых дыхательных движений обнаруживается высокое содержание СО2 в крови из пупочной артерии. Газовый состав крови у новорожденного быстро меняется.Сразу после нескольких дыхательных дви- жений он уравнивается с составом альвеолярного воздуха, при этом напряжение СО2 в крови новорожденного составляет не более 30—35 мм рт. ст. В первые дни жизни ребенка напряжение СО2 в крови несколько увеличивается, что говорит о несоответствии у него легочной вентиляции образованию СО2. В последующем газовый состав крови ребенка приближается к его уровню у взрослого.

Слайд 26

Ко второму-третьему месяцу жизни в эритроцитах происходит смена гемоглобина—HbF заменяется наHbA

в 1,4—1,7 раз снижается кислородная емкость крови. При этом у детей постепенно нарастает интенсивность легочного газообмена.
Содержание СО2 в выдыхаемом воздухе у детей с возрастом увеличивается . Относительно высокое процентное содержание О2 в выдыхаемом воздухе можно объяснить тем, что у детей в альвеолах в кровь переходит меньше О2, чем у взрослых. Так, у 17-летних подростков использование кислорода в легких составляет 4,3%, а у шестилетних детей только 3,3%. У новорожденного эта величина в два раза меньше, чем у взрослого.

Слайд 27