Газова обмяна в организма. Обмяна и транспорт на кислород и въглероден диоксид

1. Газова обмяна и газов транспорт.

Газовата обмяна в дихателната система отговаря за дифузията на О2 и СО2 в белите дробове и в тъканите. О2 се пренася от алвеоларния газ в белодробната капилярна кръв и накрая се освобождава в тъканите, където навлиза чрез дифузия от системната капилярна кръв в клетките. СО2 се освобождава от тъканите във венозната кръв и се пренася към белодробната капилярна кръв и към алвеоларния газ за издишване.

Въздухът е газова смес, съдържаща газовете азот, кислород и въглероден диоксид. Всеки газ в сместа упражнява парциално (частично) налягане, което е пропорционално на концентрацията на газа в газовата смес.

Сумата от парциалните налягания на всички газове от газовата смес е равна на общото барометрично налягане на газовата смес.

газова обмяна и газов транспортОбмяната на газовете в белите дробове става между алвеоларния въздух и кръвта в белодробните капиляри. Когато газ и течност са в контакт, без да си взаимодействат химически, газовите молекули проникват в течността. Това явление се нарича физично разтваряне (абсорбция). Абсорбцията на газа в течността продължава, докато се установи равновесие между броя на газовите молекули, които влизат в течността и броя на газовите молекули, които излизат от нея за единица време. Абсорбцията е правопропорционална на налягането на газа в газовата смес и е специфична за всеки газ.

Например при равни други условия абсорбцията на СО2 в кръвната плазма е 20 пъти по-голяма от абсорбцията на О2. Концентрацията на абсорбирания газ в течността се  представя като обемен процент – ml газ/100 ml кръв (милилитри газ разтворени в 100 ml кръв).

Пренасянето на газа през клетъчните мембрани или през капилярните стени се осъществява чрез проста дифузия. Скоростта на пренасянето чрез дифузия нараства при по-голяма разлика в парциалното налягане на газа от двете страни на преградата и при по-голяма площ на преградата, през която се извършва дифузията и намалява при нарастване на дебелината на преградата, през която се извършва дифузията. Скоростта на пренасянето зависи от молекулното тегло, температурата и разтворимостта на газа.

газова обмяна в белите дробове

Газът в алвеолите се представя като парциално налягане. В кръвта газът може да бъде физически разтворен, свързан с протеини или химически модифициран.

Всички газове в кръвта (О2, СО2, N) се транспортират в разтворено състояние. Разтворените газове могат да се представят като парциално налягане.

О2 и СО (въглероден монооксид) се транспортират и свързани с хемоглобина. СО2 се свързва с хемоглобина и с плазмените протеини.

СО2 претърпява и химическо превръщане. СО2 се превръща в НСО3- в еритроцитите чрез действието на ензима карбоанхидраза. Повечето от СО2 в кръвта се транспортира като НСО3-.

2. Газова обмяна в белите дробове.

В белите дробове О2 преминава от алвеоларния въздух към кръвта, а СО2 – от кръвта към алвеоларния въздух. Алвеоларният въздух съдържа по-малко О2 и повече СО2 от атмосферния въздух. Причината за това е, че всяко дихателно движение обменя само частично алвеоларния въздух. При дихателен обем 500 ml, 140 ml остават в мъртвото пространство и само 360 ml достигат до алвеолите, където се смесват с остатъчния обем (ОО) и експираторния резервен обем (ЕРО). рО2 в алвеолите е 100 mmHg, а рО2 в системната венозна кръв е 40 mmHg. Градиентът на рО2, който е движещата сила за дифузията на О2 от алвеоларния въздух в белодробните капиляри е 60 mmHg (100 mmHg – 40 mmHg).

кръв от белодробните вени

рСО2 в системната венозна кръв е 45 mmHg, а рСО2 в алвеолите е 40 mmHg – градиентът на рСО2, който осъществява дифузията е малък: само 5 mmHg (45 mmHg – 40 mmHg). Кръвта, която се влива от белодробните вени в лявото предсърдие има същия газов състав като този в алвеоларния въздух. Алвеоло-капилярна преграда е тънка и дифузията през нея се извършва бързо – газовете са липоидоразтворими и преминават лесно през мембраните. Голяма част от О2 , който навлиза в плазмата преминава в еритроцитите, свързва се с хемоглобина и се образува оксихемоглобин (HbO2). СО2 се абсорбира с голяма скорост и затова дифундира бързо, въпреки малката разлика в неговото парциално налягане в кръвта и в алвеоларния въздух.

3. Газова обмяна в тъканите.

кръв от венозния край на капилярите

В тъканите се осъществява дифузия на О2 от кръвта към интерстициалната течност и оттам към клетките и дифузия на СО2 в обратната посока. Клетките използват О2 за окислителните си процеси. В различните органи интензивността на окислителните процеси е различна, но средната стойност на рО2 в тъканите е 30 – 40 mmHg. В кръвта на големите венозни съдове и на белодробния ствол рО2 е около 40 mmHg. Когато рО2 в плазмата на тъканните капиляри се намали, поради преминаването на О2 към интерстициалната течност, HbO2 започва да освобождава О2. Отдаването на О2 се подпомага от навлизането на СО2 и Н+ от клетките към кръвта. рСО2 в тъканите е около 45 mmHg, но може да има и по-висока стойност. Дифузията на СО2 и тук протича бързо, въпреки малката разлика в рСО2 (5 mmHg) между интерстициалната течност (рСО2 = 45 mmHg) и кръвта идваща към тъканите (рСО2 = 40 mmHg). Във венозния край на капилярите рСО2 става 45 mmHg.

Обмяна и транспорт на кислорода.

Кислородът се транспортира в две форми в кръвта – разтворен и свързан към Hb.

1) Разтвореният О2 е само 2% от тоталното съдържание на О2 в кръвта. Нормално концентрацията на разтворения О2 е много малка и разтвореният О2 е недостатъчен да посрещне нуждите на тъканите от О2. Необходим е допълнителен механизъм, който да транспортира големи количества О2 в кръвта – това е кислородът, който е свързан с хемоглобина (Hb).

2) 98% от тоталното съдържание на О2 в кръвта е обратимо свързано с хемоглобина в еритроцитите под форма на оксихемоглобин.

Обмяна и транспорт на въглероден диоксид (СО2).

транспорт на кислород и въглероден диоксид

СО2 се образува в тъканите и навлиза в плазмата на кръвта. СО2 се транспортира в кръвта в три форми.

1) Като разтворен СО2 – 10% от тоталното съдържание на СО2 в кръвта.

2) Като карбаминохемоглобин (СО2 свързан с хемоглобина) – 20% от тоталното съдържание на СО2. В тъканите, където рСО2 е по-високо се образува карбаминохемоглобин, а в белите дробове, където то е по-ниско, карбаминохемоглобинът се разгражда и СО2 се извежда в алвеолите.

3) Като хидрогенкарбонатен анион (HCO3-), който е химически модифицирана форма на СО2 – 70% от тоталния СО2. Реакцията, която произвежда HCO3- от СО2 включва комбинация на СО2 и Н2О до формиране на въглеродна киселина – Н2СО3. Тази реакция се катализира от ензима карбоанхидраза. Н2СО3 дисоциира на Н+ и HCO3-. Двете реакции са обратими.

формула уравнение

В тъканите СО2 от аеробния метаболизъм се добавя към системната капилярна кръв, превръща се в HCO3- и главно под тази форма се транспортира към белите дробове, където HCO3- се трансформира в отново в СО2 и се издишва.

Share Button

2 Comments

Add a Comment
  1. Страхотна статия – благодаря!

  2. Любопитко

    Радвам се, че се харесваме на читателите! Стараем се да бъдем полезни!

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван.

Този сайт използва Akismet за намаляване на спама. Научете как се обработват данните ви за коментари.