Ανταλλαγή αερίων στους πνεύμονες και μεταφορά αερίων στο αίμα. Μεταφορά αερίων στο αίμα Ρύθμιση σχηματισμού ερυθρών αιμοσφαιρίων

σκίουροι (πρωτεΐνες, πολυπεπτίδια) είναι τα πιο πολυάριθμα, πιο διαφορετικά και υψίστης σημασίας βιοπολυμερή. Τα μόρια πρωτεΐνης περιέχουν άτομα άνθρακα, οξυγόνου, υδρογόνου, αζώτου και μερικές φορές θείου, φωσφόρου και σιδήρου.

Πρωτεϊνικά μονομερή είναι αμινοξέα, τα οποία (έχουν καρβοξυλικές και αμινο ομάδες) έχουν τις ιδιότητες ενός οξέος και μιας βάσης (αμφοτερνικές).

Χάρη σε αυτό, τα αμινοξέα μπορούν να συνδεθούν μεταξύ τους (ο αριθμός τους σε ένα μόριο μπορεί να φτάσει αρκετές εκατοντάδες). Από αυτή την άποψη, τα μόρια πρωτεΐνης είναι μεγάλα σε μέγεθος και ονομάζονται μακρομόρια.

Δομή ενός μορίου πρωτεΐνης

Κάτω από δομή ενός μορίου πρωτεΐνηςκατανοούν τη σύστασή του στα αμινοξέα, την αλληλουχία των μονομερών και τον βαθμό συστροφής του μορίου της πρωτεΐνης.

Υπάρχουν μόνο 20 τύποι διαφορετικών αμινοξέων στα πρωτεϊνικά μόρια και δημιουργείται μια τεράστια ποικιλία πρωτεϊνών λόγω των διαφορετικών συνδυασμών τους.

• Η αλληλουχία των αμινοξέων σε μια πολυπεπτιδική αλυσίδα είναι πρωταρχική δομή πρωτεΐνης(είναι μοναδική για κάθε πρωτεΐνη και καθορίζει το σχήμα, τις ιδιότητες και τις λειτουργίες της). Η πρωταρχική δομή μιας πρωτεΐνης είναι μοναδική για κάθε τύπο πρωτεΐνης και καθορίζει το σχήμα του μορίου της, τις ιδιότητες και τις λειτουργίες της.
• Ένα μακρύ μόριο πρωτεΐνης αναδιπλώνεται και αρχικά παίρνει την εμφάνιση μιας σπείρας ως αποτέλεσμα του σχηματισμού δεσμών υδρογόνου μεταξύ των ομάδων -CO και -NH διαφορετικών υπολειμμάτων αμινοξέων της πολυπεπτιδικής αλυσίδας (μεταξύ του άνθρακα της καρβοξυλικής ομάδας του ενός αμινοξύ και το άζωτο της αμινομάδας ενός άλλου αμινοξέος). Αυτή η σπείρα είναι δευτερογενής δομή πρωτεΐνης.
• Τριτοταγής δομή πρωτεΐνης- τρισδιάστατη χωρική «συσκευασία» της πολυπεπτιδικής αλυσίδας στη μορφή σφαιρίδια(μπάλα). Η αντοχή της τριτοταγούς δομής εξασφαλίζεται από μια ποικιλία δεσμών που προκύπτουν μεταξύ των ριζών αμινοξέων (υδρόφοβοι, υδρογόνοι, ιοντικοί και δισουλφιδικοί δεσμοί S-S).
• Ορισμένες πρωτεΐνες (για παράδειγμα, η ανθρώπινη αιμοσφαιρίνη) έχουν τεταρτοταγής δομή.Προκύπτει ως αποτέλεσμα του συνδυασμού πολλών μακρομορίων με τριτοταγή δομή σε ένα πολύπλοκο σύμπλεγμα. Η τεταρτοταγής δομή συγκρατείται από ασθενείς ιοντικούς, υδρογόνου και υδρόφοβους δεσμούς.

Η δομή των πρωτεϊνών μπορεί να διαταραχθεί (υπόκειται σε μετουσίωση) όταν θερμαίνεται, υποβάλλεται σε επεξεργασία με ορισμένες χημικές ουσίες, ακτινοβολείται κ.λπ. Με ασθενή έκθεση, αποσυντίθεται μόνο η τεταρτοταγής δομή, με ισχυρότερη έκθεση, η τριτοταγής και στη συνέχεια η δευτερογενής, και η πρωτεΐνη παραμένει με τη μορφή πολυπεπτιδικής αλυσίδας. Ως αποτέλεσμα της μετουσίωσης, η πρωτεΐνη χάνει την ικανότητά της να εκτελεί τη λειτουργία της.

Η διαταραχή των τεταρτοταγών, τριτογενών και δευτερογενών δομών είναι αναστρέψιμη. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται αναγέννηση.

Η καταστροφή της πρωτογενούς δομής είναι μη αναστρέψιμη.

Εκτός από τις απλές πρωτεΐνες που αποτελούνται μόνο από αμινοξέα, υπάρχουν επίσης σύνθετες πρωτεΐνες, οι οποίες μπορεί να περιλαμβάνουν υδατάνθρακες ( γλυκοπρωτεΐνες), λίπη ( λιποπρωτεΐνες), νουκλεϊκά οξέα ( νουκλεοπρωτεΐνες) και τα λοιπά.

Λειτουργίες πρωτεϊνών

• Καταλυτική (ενζυματική) λειτουργία.Ειδικές πρωτεΐνες - ένζυμα- ικανό να επιταχύνει τις βιοχημικές αντιδράσεις στα κύτταρα δεκάδες και εκατοντάδες εκατομμύρια φορές. Κάθε ένζυμο επιταχύνει μία και μόνο αντίδραση. Τα ένζυμα περιέχουν βιταμίνες.

• Δομική (κατασκευαστική) λειτουργία- μία από τις κύριες λειτουργίες των πρωτεϊνών (οι πρωτεΐνες αποτελούν μέρος των κυτταρικών μεμβρανών, η πρωτεΐνη κερατίνης σχηματίζει τα μαλλιά και τα νύχια, οι πρωτεΐνες κολλαγόνου και ελαστίνης σχηματίζουν χόνδρους και τένοντες).

• Λειτουργία μεταφοράς- οι πρωτεΐνες παρέχουν ενεργή μεταφορά ιόντων μέσω των κυτταρικών μεμβρανών (πρωτεΐνες μεταφοράς στην εξωτερική μεμβράνη των κυττάρων), μεταφορά οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα (αιμοσφαιρίνη αίματος και μυοσφαιρίνη στους μύες), μεταφορά λιπαρών οξέων (πρωτεΐνες ορού αίματος συμβάλλουν στη μεταφορά λιπιδίων και λιπαρά οξέα, διάφορες βιολογικά δραστικές ουσίες).

• Λειτουργία σήματος. Η λήψη σημάτων από το εξωτερικό περιβάλλον και η μετάδοση πληροφοριών στο κύτταρο συμβαίνει λόγω πρωτεϊνών που είναι ενσωματωμένες στη μεμβράνη που είναι ικανές να αλλάξουν την τριτογενή δομή τους ως απόκριση στη δράση περιβαλλοντικών παραγόντων.
• Συσταλτική (κινητήρια) λειτουργία- παρέχονται από συσταλτικές πρωτεΐνες - ακτίνη και μυοσίνη (χάρη στις συσταλτικές πρωτεΐνες, οι βλεφαρίδες και τα μαστίγια κινούνται στα πρωτόζωα, τα χρωμοσώματα κινούνται κατά τη διαίρεση των κυττάρων, οι μύες συστέλλονται σε πολυκύτταρους οργανισμούς και άλλοι τύποι κίνησης στους ζωντανούς οργανισμούς βελτιώνονται).

• Προστατευτική λειτουργία- τα αντισώματα παρέχουν ανοσολογική προστασία του σώματος. Το ινωδογόνο και το ινώδες προστατεύουν το σώμα από την απώλεια αίματος σχηματίζοντας θρόμβο αίματος.

• Ρυθμιστική λειτουργίαεγγενές στις πρωτεΐνες - ορμόνες(δεν είναι όλες οι ορμόνες πρωτεΐνες!). Διατηρούν σταθερές συγκεντρώσεις ουσιών στο αίμα και τα κύτταρα, συμμετέχουν στην ανάπτυξη, την αναπαραγωγή και άλλες ζωτικές διαδικασίες (για παράδειγμα, η ινσουλίνη ρυθμίζει το σάκχαρο του αίματος).
• Ενεργειακή λειτουργία- κατά τη διάρκεια παρατεταμένης νηστείας, οι πρωτεΐνες μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πρόσθετη πηγή ενέργειας μετά την κατανάλωση υδατανθράκων και λιπών (με την πλήρη διάσπαση 1 g πρωτεΐνης σε τελικά προϊόντα, απελευθερώνονται 17,6 kJ ενέργειας). Τα αμινοξέα που απελευθερώνονται όταν διασπώνται τα μόρια πρωτεΐνης χρησιμοποιούνται για την κατασκευή νέων πρωτεϊνών.

Μόνο ένα μικρό μέρος του O 2 (περίπου 2%) που μεταφέρεται από το αίμα διαλύεται στο πλάσμα. Το κύριο μέρος του μεταφέρεται με τη μορφή μιας εύθραυστης σύνδεσης με την αιμοσφαιρίνη, η οποία στα σπονδυλωτά περιέχεται στα ερυθρά αιμοσφαίρια. Τα μόρια αυτής της αναπνευστικής χρωστικής περιλαμβάνουν μια ειδική για το είδος πρωτεΐνη - σφαιρίνηκαι η προσθετική ομάδα, εξίσου κατασκευασμένη σε όλα τα ζώα, είναι αίμη,που περιέχει σιδηρούχο σίδηρο (Εικ. 10.27).

Προσθήκη οξυγόνου στην αιμοσφαιρίνη (οξυγόνωση της αιμοσφαιρίνης)συμβαίνει χωρίς αλλαγή στο σθένος του σιδήρου, δηλαδή χωρίς μεταφορά ηλεκτρονίων, που χαρακτηρίζει την πραγματική οξείδωση. Ωστόσο, η αιμοσφαιρίνη που συνδέεται με το οξυγόνο συνήθως ονομάζεται οξειδωμένη (πιο σωστά - οξυαιμοσφαιρίνη),και αυτός που παράτησε το οξυγόνο αποκαθίσταται (πιο σωστά - δεοξυαιμοσφαιρίνη).

1 g αιμοσφαιρίνης μπορεί να δεσμεύσει 1,36 ml αερίου O 2 (σε κανονική ατμοσφαιρική πίεση). Λαμβάνοντας υπόψη, για παράδειγμα, ότι το ανθρώπινο αίμα περιέχει περίπου 150 g/l αιμοσφαιρίνης, 100 ml αίματος μπορεί να μεταφέρει περίπου 21 ml O 2. Αυτό είναι το λεγόμενο ικανότητα οξυγόνου του αίματος.Η οξυγόνωση της αιμοσφαιρίνης (με άλλα λόγια, το ποσοστό με το οποίο χρησιμοποιείται η χωρητικότητα οξυγόνου του αίματος) εξαρτάται από τη μερική πίεση 0 2 στο περιβάλλον με το οποίο έρχεται σε επαφή το αίμα. Αυτή η εξάρτηση περιγράφεται καμπύλη διάστασης οξυαιμοσφαιρίνης(Εικ. 10.28). Συγκρότημαμικρό Το σχήμα-σχήμα αυτής της καμπύλης εξηγείται από τη συνεργατική επίδραση των τεσσάρων πολυπεπτιδικών αλυσίδων της αιμοσφαιρίνης, οι ιδιότητες δέσμευσης οξυγόνου (συγγένεια για το O2) των οποίων είναι διαφορετικές.

Χάρη σε αυτό το χαρακτηριστικό, το φλεβικό αίμα διέρχεται από τα πνευμονικά τριχοειδή αγγεία (κυψελιδική PΟ2 πέφτει στο πάνω μέρος της καμπύλης), οξυγονώνεται σχεδόν πλήρως και το αρτηριακό αίμα στα τριχοειδή αγγεία του ιστού (όπου το Po 2 αντιστοιχεί στο απότομο τμήμα της καμπύλης) απελευθερώνει αποτελεσματικά O 2. Προωθεί την απελευθέρωση οξυγόνου

Η καμπύλη διάστασης της οξυαιμοσφαιρίνης μετατοπίζεται προς τα δεξιά με την αύξηση της θερμοκρασίας και με την αύξηση της συγκέντρωσης των ιόντων υδρογόνου στο μέσο, ​​η οποία, με τη σειρά της, εξαρτάται από το Pco 2 (Φαινόμενο Verigo-Bohr).Επομένως, δημιουργούνται συνθήκες για πληρέστερη απελευθέρωση οξυγόνου από την οξυαιμοσφαιρίνη στους ιστούς, ειδικά εκεί όπου ο μεταβολικός ρυθμός είναι υψηλότερος, για παράδειγμα στους μύες που λειτουργούν. Ωστόσο, στο φλεβικό αίμα, ένα μεγαλύτερο ή μικρότερο μέρος (από 40 έως 70%) της αιμοσφαιρίνης παραμένει σε οξυγονωμένη μορφή. Έτσι, στον άνθρωπο, κάθε 100 ml αίματος δίνει 5-6 ml Ο2 στους ιστούς (το λεγόμενο αρτηριοφλεβική διαφορά οξυγόνου)και, φυσικά, εμπλουτίζονται με οξυγόνο στους πνεύμονες κατά την ίδια ποσότητα.

Η συγγένεια της αιμοσφαιρίνης για το οξυγόνο μετράται από τη μερική πίεση του οξυγόνου στην οποία η αιμοσφαιρίνη είναι 50% κορεσμένη (Σ 50)στους ανθρώπους είναι κανονικά 26,5 mmHg. Τέχνη. για το αρτηριακό αίμα. Παράμετρος R 50αντανακλά την ικανότητα της αναπνευστικής χρωστικής να δεσμεύει το οξυγόνο. Αυτή η παράμετρος είναι υψηλότερη για την αιμοσφαιρίνη των ζώων που ζουν σε περιβάλλον φτωχό σε οξυγόνο, καθώς και για τα λεγόμενα εμβρυϊκή αιμοσφαιρίνη,που περιέχεται στο αίμα του εμβρύου, το οποίο λαμβάνει οξυγόνο από το αίμα της μητέρας μέσω του φραγμού του πλακούντα.

Εάν ένα ζώο έχει κυκλοφορικό σύστημα, υπάρχει ένας φορέας οξυγόνου στο αίμα. Σε διαλυμένη κατάσταση, ένα άτομο έχει μόνο 2% οξυγόνο στο αρτηριακό του αίμα.

Όλες οι χρωστικές ουσίες-φορείς οξυγόνου είναι οργανομεταλλικές ενώσεις, οι περισσότερες περιέχουν Fe, μερικές περιέχουν Cu.

Οι αιμοσφαιρίνες είναι πορφυρίνες σιδήρου (αίμη) που συνδέονται με τη σφαιρίνη (πρωτεΐνη). Η αιμοσφαιρίνη στον άνθρωπο και στα θηλαστικά βρίσκεται πάντα σε εξειδικευμένα αιμοσφαίρια, ερυθροκύτταρα. Έχουν εντοπιστεί περισσότεροι από 90 τύποι αιμοσφαιρινών, που διαφέρουν σε πρωτεϊνικά συστατικά. Το μόριο της αιμοσφαιρίνης αποτελείται από πολλά μονομερή, καθένα από τα οποία περιέχει μία αίμη συνδεδεμένη με τη σφαιρίνη. Στον άνθρωπο, η αιμοσφαιρίνη περιέχει 4 τέτοια μονομερή. Η μυοσφαιρίνη περιέχει μόνο 1 αίμη.

Από χημική άποψη, η αίμη είναι μια πρωτοπορφυρίνη που αποτελείται από 4 δακτυλίους πυρρολίου με ένα άτομο σιδήρου στο κέντρο.

Η οξυγόνωση της αιμοσφαιρίνης είναι η αναστρέψιμη προσθήκη οξυγόνου στον σιδηρούχο (σιδηρούχο) σίδηρο σε ποσότητες ανάλογα με την τάση οξυγόνου στον περιβάλλοντα χώρο.

Οξυγόνο προστίθεται σε καθένα από τα άτομα σιδήρου σύμφωνα με την εξίσωση ισορροπίας

Τυπικά, σε αυτή την αντίδραση δεν υπάρχει αλλαγή στο σθένος του σιδήρου. Ωστόσο, η οξυγόνωση συνοδεύεται από μερική μεταφορά ενός ηλεκτρονίου από το σίδηρο στο οξυγόνο και το οξυγόνο μειώνεται μερικώς.

Ο σίδηρος αίμης μπορεί να έχει διαφορετική τιμή σθένους κατά τον σχηματισμό της μεθαιμοσφαιρίνης, όταν ο Fe αλλάζει σθένος και γίνεται τρισθενής. Σε αυτή την περίπτωση, με την πραγματική οξείδωση του σιδήρου, η αιμοσφαιρίνη χάνει την ικανότητά της να μεταφέρει οξυγόνο.

Η αίμη στο μόριο της αιμοσφαιρίνης είναι ικανή να προσκολλήσει άλλα μόρια. Αν προσθέσει διοξείδιο του άνθρακα, ονομάζεται καρβοαιμοσφαιρίνη. Όταν προστίθεται μονοξείδιο του άνθρακα στην αίμη, σχηματίζεται καρβοξυαιμοσφαιρίνη. Η συγγένεια της αιμοσφαιρίνης για το CO είναι 300 φορές υψηλότερη από ό,τι για το O 2. Επομένως, η δηλητηρίαση από μονοξείδιο του άνθρακα είναι πολύ επικίνδυνη. Εάν ο εισπνεόμενος αέρας περιέχει 1% CO, τα θηλαστικά και τα πουλιά μπορεί να πεθάνουν.

Το αρτηριακό αίμα είναι κορεσμένο με οξυγόνο κατά 96-97%. Αυτή η διαδικασία συμβαίνει πολύ γρήγορα, σε μόλις ένα τέταρτο του δευτερολέπτου στα κυψελιδικά τριχοειδή αγγεία.

Στη βιβλιογραφία, συνηθίζεται να αξιολογείται η περιεκτικότητα σε οξυγόνο στο αίμα σύμφωνα με τον δείκτη ικανότητα οξυγόνου του αίματος.

Η χωρητικότητα του αίματος σε οξυγόνο είναι η μέγιστη ποσότητα οξυγόνου που μπορούν να απορροφήσουν 100 ml αίματος.

Δεδομένου ότι το 96% του οξυγόνου συνδυάζεται με την αιμοσφαιρίνη, η ικανότητα οξυγόνου του αίματος προσδιορίζεται από αυτή τη χρωστική ουσία. Είναι γνωστό ότι η ικανότητα δέσμευσης οξυγόνου 1 g αιμοσφαιρίνης προσδιορίζεται από την τιμή 1,34 - 1,36 ml O 2, σε κανονική ατμοσφαιρική πίεση. Αυτό σημαίνει ότι με περιεκτικότητα αίματος 15 g% Hb (και αυτό είναι κοντά στο μέσο όρο), η χωρητικότητα οξυγόνου είναι 1,34´15@20 τοις εκατό όγκου, δηλαδή για κάθε 20 ml O 2 για κάθε 100 ml αίματος , ή 200 ml Περίπου 2 ανά λίτρο αίματος. 5 λίτρα αίματος (η συνολική χωρητικότητα οξυγόνου ενός ατόμου που έχει 5 λίτρα αίματος στο κυκλοφορικό σύστημα) περιέχει 1 λίτρο οξυγόνου.

Η αντίδραση οξυγόνωσης της αιμοσφαιρίνης είναι αναστρέψιμη

HHb 4 +4O 2 = HHb 4 (O 2) 4

Ή απλούστερο Hb+O 2 = HbO 2

Αποδείχθηκε ότι στην πράξη είναι πιο βολικό να αναλυθεί αυτή η διαδικασία σχεδιάζοντας την εξάρτηση της συγκέντρωσης HbO 2 στο δείγμα από τη μερική πίεση/τάση του οξυγόνου. Όσο περισσότερο οξυγόνο στο περιβάλλον, τόσο περισσότερο η ισορροπία στην αντίδραση μετατοπίζεται προς την οξυγόνωση και αντίστροφα.

Κάθε τιμή PO 2 αντιστοιχεί σε ένα ορισμένο ποσοστό HbO 2. Σε τιμές PO 2 χαρακτηριστικές του αρτηριακού αίματος, σχεδόν όλη η αιμοσφαιρίνη οξειδώνεται. Στους περιφερειακούς ιστούς, σε χαμηλές τιμές τάσης οξυγόνου, αυξάνεται ο ρυθμός διάστασής του σε οξυγόνο και αιμοσφαιρίνη.

Η καμπύλη διάστασης αιμοσφαιρίνης είναι διαθέσιμη σε κάθε σχολικό βιβλίο.

Η ανάλυση της καμπύλης διάστασης της οξυαιμοσφαιρίνης δείχνει ότι όταν η τάση οξυγόνου στο περιβάλλον είναι 60-100 mm Hg. (συνθήκες της πεδιάδας και η άνοδος ενός ατόμου σε ύψος έως 2 χιλιόμετρα) ο κορεσμός του οξυγόνου του αίματος συμβαίνει πλήρως. Στους ιστούς, η απελευθέρωση οξυγόνου προχωρά επίσης ικανοποιητικά, σε τάσεις οξυγόνου περίπου 20 mm Hg.

Με άλλα λόγια, η φύση της καμπύλης παρέχει πληροφορίες για τις ιδιότητες του συστήματος μεταφορών.

Η διάσταση της οξυαιμοσφαιρίνης εξαρτάται όχι μόνο από τη μερική πίεση του οξυγόνου στους ιστούς, αλλά και από ορισμένες άλλες συνθήκες. Όταν το διοξείδιο του άνθρακα εισέρχεται στο αίμα από τους ιστούς, η συγγένεια της αιμοσφαιρίνης για το οξυγόνο μειώνεται και η καμπύλη διάστασης μετατοπίζεται προς τα δεξιά. Αυτό είναι ένα άμεσο αποτέλεσμα Verigo-Bohr. Το φαινόμενο Verigo-Bohr βελτιώνει τη διάσταση της οξυαιμοσφαιρίνης στους ιστούς. Το αντίθετο αποτέλεσμα παρατηρείται στους πνεύμονες, όπου η απελευθέρωση διοξειδίου του άνθρακα οδηγεί σε πληρέστερο κορεσμό της αιμοσφαιρίνης με οξυγόνο. Το αποτέλεσμα δεν οφείλεται στο ίδιο το CO 2, αλλά στην οξίνιση του περιβάλλοντος κατά τον σχηματισμό του ανθρακικού οξέος (ή στη συσσώρευση γαλακτικού οξέος σε ενεργά εργαζόμενους μύες).

Το μεγαλύτερο μέρος του οξυγόνου στο σώμα των θηλαστικών μεταφέρεται στο αίμα με τη μορφή μιας χημικής ένωσης με αιμοσφαιρίνη. Το ελεύθερο διαλυμένο οξυγόνο στο αίμα είναι μόνο 0,3%. Η αντίδραση οξυγόνωσης, η μετατροπή της δεοξυαιμοσφαιρίνης σε οξυαιμοσφαιρίνη, που εμφανίζεται στα ερυθρά αιμοσφαίρια των τριχοειδών αγγείων των πνευμόνων μπορεί να γραφτεί ως εξής:

HB + 4O 2 ⇄ HB(O 2) 4

Αυτή η αντίδραση συμβαίνει πολύ γρήγορα - ο χρόνος ημι-κορεσμού της αιμοσφαιρίνης με οξυγόνο είναι περίπου 3 χιλιοστά του δευτερολέπτου. Η αιμοσφαιρίνη έχει δύο εκπληκτικές ιδιότητες που της επιτρέπουν να είναι ιδανικός φορέας οξυγόνου. Το πρώτο είναι η ικανότητα να προσκολλάται οξυγόνο και το δεύτερο είναι να το αποδίδει. Καταλήγει Η ικανότητα της αιμοσφαιρίνης να προσκολλάται και να απελευθερώνει οξυγόνο εξαρτάται από την τάση οξυγόνου στο αίμα.Ας προσπαθήσουμε να απεικονίσουμε γραφικά την εξάρτηση της ποσότητας της οξυγονωμένης αιμοσφαιρίνης από την τάση οξυγόνου στο αίμα και στη συνέχεια θα μπορέσουμε να μάθουμε: σε ποιες περιπτώσεις η αιμοσφαιρίνη προσθέτει οξυγόνο και σε ποιες το απελευθερώνει. Η αιμοσφαιρίνη και η οξυαιμοσφαιρίνη απορροφούν τις ακτίνες φωτός διαφορετικά, επομένως η συγκέντρωσή τους μπορεί να προσδιοριστεί με φασματομετρικές μεθόδους.

Το γράφημα που αντικατοπτρίζει την ικανότητα της αιμοσφαιρίνης να προσκολλάται και να απελευθερώνει οξυγόνο ονομάζεται «καμπύλη διάστασης οξυαιμοσφαιρίνης». Ο άξονας της τετμημένης σε αυτό το γράφημα δείχνει την ποσότητα της οξυαιμοσφαιρίνης ως ποσοστό της συνολικής αιμοσφαιρίνης στο αίμα και ο άξονας τεταγμένων δείχνει την τάση οξυγόνου στο αίμα σε mm Hg. Τέχνη.

Εικόνα 9Α. Φυσιολογική καμπύλη διάστασης οξυαιμοσφαιρίνης

Ας εξετάσουμε το γράφημα σύμφωνα με τα στάδια μεταφοράς οξυγόνου: το υψηλότερο σημείο αντιστοιχεί στην τάση οξυγόνου που παρατηρείται στο αίμα των πνευμονικών τριχοειδών αγγείων - 100 mm Hg. (την ίδια ποσότητα με τον φατνιακό αέρα). Το γράφημα δείχνει ότι σε αυτή την τάση, όλη η αιμοσφαιρίνη μετατρέπεται σε μορφή οξυαιμοσφαιρίνης - είναι πλήρως κορεσμένη με οξυγόνο. Ας προσπαθήσουμε να υπολογίσουμε πόσο οξυγόνο δεσμεύει την αιμοσφαιρίνη. Ένα mole αιμοσφαιρίνης μπορεί να δεσμεύσει 4 moles Ο 2, και 1 γραμμάριο Hb δεσμεύει 1,39 ml O 2 ιδανικά, αλλά στην πράξη 1,34 ml. Με συγκέντρωση αιμοσφαιρίνης στο αίμα, για παράδειγμα, 140 g/λίτρο, η ποσότητα του δεσμευμένου οξυγόνου θα είναι 140 × 1,34 = 189,6 ml/λίτρο αίματος. Η ποσότητα οξυγόνου που μπορεί να δεσμεύσει η αιμοσφαιρίνη εάν είναι πλήρως κορεσμένη ονομάζεται χωρητικότητα οξυγόνου του αίματος (BOC). Στην περίπτωσή μας ΚΕΚ = 189,6 ml.

Ας δώσουμε προσοχή σε ένα σημαντικό χαρακτηριστικό της αιμοσφαιρίνης - όταν η τάση οξυγόνου στο αίμα μειώνεται στα 60 mm Hg, ο κορεσμός παραμένει ουσιαστικά αμετάβλητος - σχεδόν όλη η αιμοσφαιρίνη υπάρχει με τη μορφή οξυαιμοσφαιρίνης. Αυτή η λειτουργία σάς επιτρέπει να δεσμεύετε τη μέγιστη δυνατή ποσότητα οξυγόνου όταν μειώνεται η περιεκτικότητά του στο περιβάλλον (για παράδειγμα, σε υψόμετρο έως 3000 μέτρα).

Η καμπύλη διάστασης έχει χαρακτήρα σχήματος s, που σχετίζεται με τις ιδιαιτερότητες της αλληλεπίδρασης του οξυγόνου με την αιμοσφαιρίνη. Το μόριο της αιμοσφαιρίνης δεσμεύει 4 μόρια οξυγόνου σε στάδια. Η δέσμευση του πρώτου μορίου αυξάνει δραματικά την ικανότητα σύνδεσης και το δεύτερο και το τρίτο μόριο κάνουν το ίδιο. Αυτή η επίδραση ονομάζεται συνεργατική δράση του οξυγόνου

Το αρτηριακό αίμα εισέρχεται στη συστηματική κυκλοφορία και παραδίδεται στους ιστούς. Η τάση οξυγόνου στους ιστούς, όπως φαίνεται από τον Πίνακα 2, κυμαίνεται από 0 έως 20 mm Hg. Άρθ., μια μικρή ποσότητα φυσικώς διαλυμένου οξυγόνου διαχέεται στους ιστούς, η έντασή του στο αίμα μειώνεται. Η μείωση της τάσης του οξυγόνου συνοδεύεται από τη διάσπαση της οξυαιμοσφαιρίνης και την απελευθέρωση οξυγόνου. Το οξυγόνο που απελευθερώνεται από την ένωση διαλύεται φυσικά και μπορεί να διαχυθεί στον ιστό κατά μήκος μιας βαθμίδας τάσης Στο φλεβικό άκρο του τριχοειδούς, η τάση οξυγόνου είναι 40 mm Hg, που αντιστοιχεί σε περίπου 73% κορεσμό αιμοσφαιρίνης. Το απότομο τμήμα της καμπύλης διάστασης αντιστοιχεί στην κανονική τάση οξυγόνου για τους ιστούς του σώματος – 35 mmHg και κάτω.

Έτσι, η καμπύλη διάστασης της αιμοσφαιρίνης αντανακλά την ικανότητα της αιμοσφαιρίνης να δέχεται οξυγόνο εάν η τάση οξυγόνου στο αίμα είναι υψηλή και να το απελευθερώνει όταν η τάση οξυγόνου μειώνεται.

Η μετάβαση του οξυγόνου στους ιστούς συμβαίνει με διάχυση, και περιγράφεται από το νόμο του Fick, και επομένως εξαρτάται από τη βαθμίδα της τάσης του οξυγόνου.

Μπορείτε να μάθετε πόσο οξυγόνο εξάγεται από τον ιστό. Για να γίνει αυτό, πρέπει να προσδιορίσετε την ποσότητα οξυγόνου στο αρτηριακό αίμα και στο φλεβικό αίμα που ρέει από μια συγκεκριμένη περιοχή. Το αρτηριακό αίμα, όπως μπορέσαμε να υπολογίσουμε (ΚΕΚ), περιέχει 180-200 ml. οξυγόνο. Το φλεβικό αίμα σε ηρεμία περιέχει περίπου 120 ml. οξυγόνο. Ας προσπαθήσουμε να υπολογίσουμε το ποσοστό χρήσης οξυγόνου: 180 ml. - 120 ml. = 60 ml είναι η ποσότητα οξυγόνου που εξάγεται από τους ιστούς, 60 ml/180 ´ 100 = 33%. Κατά συνέπεια, το ποσοστό χρήσης οξυγόνου είναι 33% (κανονικά από 25 έως 40%). Όπως φαίνεται από αυτά τα δεδομένα, δεν χρησιμοποιείται όλο το οξυγόνο από τους ιστούς. Κανονικά, περίπου 1000 ml χορηγούνται στους ιστούς μέσα σε ένα λεπτό. οξυγόνο. Όταν λαμβάνεται υπόψη ο ρυθμός ανάκτησης, είναι σαφές ότι ανακτώνται μεταξύ 250 και 400 ml ιστού. οξυγόνο ανά λεπτό, το υπόλοιπο οξυγόνο επιστρέφει στην καρδιά ως μέρος του φλεβικού αίματος. Με βαριά μυϊκή εργασία, το ποσοστό χρησιμοποίησης αυξάνεται στο 50-60%.

Ωστόσο, η ποσότητα οξυγόνου που λαμβάνουν οι ιστοί δεν εξαρτάται μόνο από το ποσοστό χρησιμοποίησης. Όταν οι συνθήκες αλλάζουν στο εσωτερικό περιβάλλον και στους ιστούς όπου συμβαίνει διάχυση οξυγόνου, οι ιδιότητες της αιμοσφαιρίνης μπορεί να αλλάξουν. Μια αλλαγή στις ιδιότητες της αιμοσφαιρίνης αντικατοπτρίζεται στο γράφημα και ονομάζεται "μετατόπιση καμπύλης".Ας σημειώσουμε ένα σημαντικό σημείο στην καμπύλη - το σημείο μισού κορεσμού της αιμοσφαιρίνης με οξυγόνο παρατηρείται σε τάση οξυγόνου 27 mm Hg. Άρθ., σε αυτή την τάση, το 50% της αιμοσφαιρίνης έχει τη μορφή οξυαιμοσφαιρίνης, το 50% με τη μορφή δεοξυαιμοσφαιρίνης, επομένως το 50% του δεσμευμένου οξυγόνου είναι ελεύθερο (περίπου 100 ml/l). Εάν η συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα, των ιόντων υδρογόνου και της θερμοκρασίας στον ιστό αυξηθεί, τότε η καμπύλη μετατοπίζεται προς τα δεξιά. Σε αυτή την περίπτωση, το σημείο μισού κορεσμού θα μετακινηθεί σε υψηλότερες τιμές τάσης οξυγόνου - ήδη σε τάση 40 mmHg. Τέχνη. Το 50% του οξυγόνου θα απελευθερωθεί (Εικόνα 9Β). Η αιμοσφαιρίνη σε ιστό που λειτουργεί εντατικά θα απελευθερώσει οξυγόνο πιο εύκολα. Οι αλλαγές στις ιδιότητες της αιμοσφαιρίνης οφείλονται στους ακόλουθους λόγους: οξύνισηΤο περιβάλλον ως αποτέλεσμα της αύξησης της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα δρα με δύο τρόπους: 1) η αύξηση της συγκέντρωσης των ιόντων υδρογόνου προάγει την απελευθέρωση οξυγόνου από την οξυαιμοσφαιρίνη επειδή τα ιόντα υδρογόνου συνδέονται πιο εύκολα με την δεοξυαιμοσφαιρίνη, 2) η άμεση σύνδεση του άνθρακα Το διοξείδιο στο πρωτεϊνικό μέρος του μορίου της αιμοσφαιρίνης μειώνει τη συγγένειά του για το οξυγόνο. αύξηση της συγκέντρωσης του 2,3-διφωσφογλυκερικού, που εμφανίζεται κατά τη διαδικασία της αναερόβιας γλυκόλυσης και ενσωματώνεται επίσης στο πρωτεϊνικό τμήμα του μορίου της αιμοσφαιρίνης και μειώνει τη συγγένειά του για το οξυγόνο.

Παρατηρείται μετατόπιση της καμπύλης προς τα αριστερά, για παράδειγμα, στο έμβρυο, όταν ανιχνεύεται μεγάλη ποσότητα εμβρυϊκής αιμοσφαιρίνης στο αίμα.

Εικόνα 9 Β. Επιπτώσεις αλλαγών στις εσωτερικές περιβαλλοντικές παραμέτρους