В каждый литр крови, протекающей по легочным капиллярам, поступает из альвеолярного воздуха около 50 мл кислорода, а из крови в альвеолы – 45 мл углекислого газа. Концентрация О2 и СО2 в альвеолярном воздухе остается при этом практически постоянной благодаря вентиляции альвеол.
Обмен газов осуществляется через легочную мембрану (толщина которой около 1 мкм) путем диффузии вследствие разности их парциального давления в крови и альвеолах (табл. 2).
Таблица 2
Величины напряжения и парциального давления газов в средах организма (мм рт. ст.)
|
Среда |
Альвеолярный воздух | Артериальная кровь | Ткань | Венозная кровь |
| рО2 | 100 | 100 (96) | 20 – 40 | 40 |
| рСО2 | 40 | 40 | 60 | 46 |
Кислород находится в крови и в растворенном виде, и в виде соединения с гемоглобином. Однако растворимость О2 очень низкая: в 100 мл плазмы может раствориться не более 0,3 мл О2, поэтому основная роль в переносе кислорода принадлежит гемоглобину. 1 г Hb присоединяет 1,34 мл О2, поэтому при содержании гемоглобина 150 г/л (15г/100 мл) каждые 100 мл крови могут переносить 20,8 мл кислорода. Это так называемая кислородная емкость гемоглобина. Отдавая О2 в капиллярах, оксигемоглобин превращается в восстановленный гемоглобин. В капиллярах тканей гемоглобин способен также образовать непрочное соединение с СО2 (карбогемоглобин). В капиллярах легких, где содержание СО2 значительно меньше, углекислый газ отделяется от гемоглобина.
Кислородная емкость крови включает в себя кислородную емкость гемоглобина и количество О2, растворенного в плазме.
В норме 100 мл артериальной крови содержит 19 – 20 мл кислорода, а 100 мл венозной – 13 – 15 мл.
Обмен газов между кровью и тканями. Коэффициент утилизации кислорода представляет собой количество О2, которое потребляют ткани, в процентах от общего его содержания в крови. Наибольший он в миокарде – 40 – 60 %. В сером веществе головного мозга количество потребляемого кислорода примерно в 8 – 10 раз больше, чем в белом. В корковом веществе почки примерно в 20 раз больше, чем во внутренних участках ее мозгового вещества. При тяжелых физических нагрузках коэффициент утилизации О2 мышцами и миокардом возрастает до 90 %.
Кривая диссоциации оксигемоглобина показывает зависимость насыщения гемоглобина кислородом от парциального давления последнего в крови (рис. 2). Так как эта кривая носит нелинейный характер, то насыщение гемоглобина в артериальной крови кислородом происходит даже при 70 мм рт. ст. Насыщение гемоглобина кислородом в норме не превышает 96 – 97 %. В зависимости от напряжения О2 или СО2, увеличения температуры, уменьшении рН кривая диссоциации может сдвигаться вправо (что означает меньшее насыщение кислородом) или влево (что означает большее насыщение кислородом).
Рисунок 2. Диссоциация оксигемоглобина в крови в зависимости от парциального давления кислорода (и ее смещение при действии основных модуляторов) (Зинчук,2005, см. 4):
sО2 – насыщение гемоглобина кислородом в %;
рО2 – парциальное давление кислорода
Эффективность захвата кислорода тканями характеризуется коэффициентом утилизации кислорода (КУК). КУК – это отношение объема кислорода, поглощенного тканью из крови, ко всему объему кислорода, поступившего с кровью в ткань, в единицу времени. В состоянии покоя КУК составляет 30-40%, при физической нагрузке увеличивается до 50-60%, а в сердце может увеличиться до 70-80%.
Гипоксия – это понижение напряжения кислорода в тканях.