Sistemas respiratorio y circulatorio. Sangre

El origen del cerebro Savelyev Sergey Vyacheslavovich

§ 6. Consumo de oxígeno cerebral

Es completamente incorrecto relacionar la tasa de metabolismo cerebral con el consumo total de oxígeno del cuerpo (Schmidt-Nielsen, 1982). De hecho, en una musaraña el consumo de oxígeno por 1 kg de peso corporal es de 7,4 l/h, y en un elefante es de 0,07 l/h. Sin embargo, este es el consumo total de oxígeno, que varía en órdenes de magnitud. partes diferentes los cuerpos tanto del elefante como de la musaraña. Además, en animales con diferente biología, la cantidad de oxígeno consumido por los mismos órganos del cuerpo también varía significativamente. La idea de que el consumo de oxígeno en el cerebro cambia proporcionalmente al tamaño del cuerpo sigue siendo un extraño error. Si el consumo de oxígeno del cerebro de cualquier mamífero cae por debajo de 12,6 L/(kg-h), se produce la muerte. Con este nivel de oxígeno, el cerebro sólo puede permanecer activo durante 10 a 15 segundos. Después de 30 a 120 s, la actividad refleja se desvanece y después de 5 a 6 minutos comienza la muerte de las neuronas. En otras palabras, el tejido nervioso prácticamente no tiene recursos propios. Ni una musaraña, ni siquiera un elefante tendrían posibilidades de sobrevivir si no se garantizara el consumo de oxígeno por parte del cerebro. mecanismos especiales. El cerebro recibe oxígeno, agua con soluciones de electrolitos y nutrientes según leyes que no tienen nada que ver con la tasa metabólica de otros órganos. Los valores de consumo de todos los componentes "consumibles" son relativamente estables y no pueden estar por debajo de un cierto nivel que asegure la actividad funcional del cerebro.

Cabe señalar que el cerebro a menudo tiene influencia decisiva sobre el metabolismo de todo el animal. El consumo de energía del cerebro no puede estar por debajo de un valor determinado. Este nivel se logra en diferentes grupos sistemáticos cambiando la velocidad de la circulación sanguínea en los vasos del sistema nervioso. La razón de estas diferencias son los cambios en el número de capilares por 1 mm de tejido cerebral. Por supuesto, en diferentes departamentos En el cerebro, la longitud de los capilares puede variar significativamente. Dependiendo de la carga fisiológica, la luz de los capilares también puede cambiar dinámicamente. Sin embargo, este indicador tan medio ilumina las razones del aumento de la frecuencia cardíaca en los pequeños mamíferos. Cuanto más pequeña es la red capilar del cerebro, mayor debe ser el caudal sanguíneo para garantizar el flujo necesario de oxígeno y nutrientes. Puede aumentar el metabolismo debido a la frecuencia cardíaca, la respiración y el ritmo de consumo de alimentos. Esto es lo que sucede en los pequeños mamíferos. La información sobre la densidad de los capilares en el cerebro de los animales es muy fragmentaria. Sin embargo, existe una tendencia general que muestra el desarrollo evolutivo de la red capilar del cerebro. En una rana de estanque, la longitud de los capilares en 1 mm 3 de tejido cerebral es de aproximadamente 160 mm, en un pez cartilaginoso de cabeza entera - 500, en un tiburón - 100, en un ambistoma - 90, en una tortuga - 350, en Hatteria - 100 mm, en musaraña - 400, en ratones 700, en ratas - 900, en conejos - 600, en gatos - 900, en perros - 900 y en primates y humanos - 1200-1400 mm. Debe tenerse en cuenta que cuando se reduce la longitud de los capilares, el área de su superficie de contacto con tejido nervioso disminuye exponencialmente. Esto indica que para mantener un nivel mínimo de suministro de oxígeno al cerebro, el corazón de la musaraña debe latir varias veces más rápido que el de los primates y los humanos. De hecho, para una persona este valor es de 60 a 90 por minuto y para una musaraña es de 130 a 450. La masa del corazón de la musaraña debería ser proporcionalmente mayor. En los humanos es aproximadamente el 4%, en los capuchinos, el 8% y en las musarañas, el 14% del peso corporal total. En consecuencia, uno de los órganos clave que determina el metabolismo de los animales es el cerebro.

Intentemos estimar la proporción real de energía consumida por el cuerpo de animales con diferentes masas cerebrales y corporales. La gran masa relativa del sistema nervioso de los pequeños mamíferos impone altas exigencias al nivel del metabolismo del propio cerebro. Los costos de mantenimiento son comparables a los costos de mantenimiento del cerebro humano, que han sido bien investigados. El consumo básico de nutrientes y oxígeno del cerebro humano es aproximadamente del 8 al 10% del total del cuerpo. Cuando el organismo está inactivo, este valor es más o menos constante, aunque puede fluctuar significativamente entre representantes grandes y pequeños de una determinada especie. Sin embargo, incluso este valor es desproporcionadamente grande. El cerebro humano representa 1/50 del peso corporal y consume 1/10 de toda la energía, 5 veces más que cualquier otro órgano. Estas cifras están algo subestimadas, ya que sólo el consumo de oxígeno es del 18%. Sumemos los costos de mantenimiento de la médula espinal y sistema periférico y obtenemos aproximadamente 1/7. En consecuencia, en estado inactivo, el sistema nervioso humano consume alrededor del 15% de la energía de todo el cuerpo. Consideremos ahora la situación con un cerebro y un sistema nervioso periférico que funcionan activamente. Según las estimaciones más conservadoras, el coste energético de un cerebro es más del doble. Dado el aumento generalizado de la actividad de todo el sistema nervioso, se puede suponer con seguridad que entre el 25 y el 30% del gasto total del organismo se destina a su mantenimiento (fig. I-8).

El sistema nervioso de los mamíferos resulta ser un órgano extremadamente "caro", por lo que cuanto menos tiempo trabaja el cerebro de forma intensiva, más económico resulta su mantenimiento. El problema se resuelve de diferentes maneras. Uno de los métodos está asociado con minimizar el tiempo de funcionamiento intensivo del sistema nervioso. Esto se logra mediante un gran conjunto de programas de conducta innatos e instintivos que se almacenan en el cerebro como un conjunto de instrucciones. Instrucciones para diversas formas Los comportamientos sólo necesitan ajustes menores para condiciones específicas. El cerebro apenas se utiliza para tomar decisiones individuales basadas en la experiencia personal del animal. La supervivencia se convierte en proceso estadístico Aplicación de formas de comportamiento ya preparadas a condiciones ambientales específicas. Los costos energéticos necesarios para mantener el cerebro se convierten en un limitante de la actividad intelectual de los animales pequeños.

Por ejemplo, digamos que el topo vieira americano decidió usar su cerebro, como los primates o los humanos. Consideremos las condiciones iniciales. Un lunar que pesa 40 g tiene un cerebro que pesa 1,2 g y una médula espinal junto con un sistema nervioso periférico que pesa aproximadamente 0,9 g. sistema nervioso, constituyendo más del 5% del peso corporal, el lunar gasta alrededor del 30% de todo Recursos energéticos cuerpo. Si piensa en resolver un problema de ajedrez, los gastos de su cuerpo para mantener el cerebro se duplicarán y el topo morirá instantáneamente de hambre. Incluso si el topo empuja el infinito hacia los intestinos. lombriz de caviar negro, entonces morirá de todos modos. El cerebro necesitará tanta energía que surgirán problemas insolubles con la velocidad de obtención de oxígeno y la entrega de los componentes metabólicos iniciales de tracto gastrointestinal. Surgen dificultades similares con la eliminación de productos metabólicos del sistema nervioso y su enfriamiento básico. Así, los pequeños insectívoros y roedores están condenados a no convertirse en jugadores de ajedrez. Su cerebro es instintivo y los problemas energéticos de su contenido plantean barreras insuperables al desarrollo del comportamiento individual. A nivel individual, sólo puede surgir variabilidad en la aplicación de programas conductuales innatos.

Arroz. I-8. Procesos de intercambio en el cerebro de los primates.

En el metabolismo del sistema nervioso se pueden distinguir tres procesos dinámicos principales: intercambio de oxígeno y dióxido de carbono, consumo materia orgánica y la liberación de productos catabólicos, intercambio de agua y soluciones electrolíticas. En la parte inferior se indica la proporción de estas sustancias consumidas por el cerebro humano. El intercambio de soluciones de agua y electrolitos se calcula como el tiempo que tarda toda el agua del cuerpo en pasar por el cerebro. La línea superior es el estado pasivo, la línea inferior es trabajo duro sistema nervioso.

Sin embargo, basta con aumentar ligeramente el tamaño del cuerpo y surge una situación cualitativamente diferente. rata gris (Rattus rattus) Tiene un sistema nervioso que pesa aproximadamente 1/60 del peso corporal. Esto ya es suficiente para lograr disminución notable Metabolismo cerebral relativo. No tiene sentido volver a contar los resultados de experimentos intelectuales y observaciones de ratas, y el grado de individualización del comportamiento no es comparable al de los topos y las musarañas. Ventaja obvia Un aumento en el peso corporal es una disminución en el costo de mantener el cerebro. trabajando constantemente partes periféricas no son tan caros como el cerebro, por lo que un aumento en el peso corporal conduce a un cerebro relativamente "más barato".

Por lo tanto, para crear un cerebro personalizado, se necesita un animal con una masa corporal suficientemente grande. En otras palabras, existe una especie de barrera que, a través del tamaño corporal y la masa cerebral, limita la capacidad de los animales para aprender e individualizar comportamientos. Un animal pequeño con un cerebro grande y elevados costes de mantenimiento no podrá cubrir los costes energéticos necesarios para aumentar su actividad. Por tanto, no se puede esperar soluciones a problemas complejos o una profunda individualización del comportamiento adaptativo. Si el animal es grande y el tamaño del cerebro es relativamente pequeño, entonces son aceptables fluctuaciones significativas en los costos energéticos de su mantenimiento. En esta situación, tanto la individualización del comportamiento como la procesos complejos aprendiendo. Sin embargo, incluso un animal grande con buena cerebro desarrollado Hay problemas energéticos. El sistema nervioso es demasiado caro para utilizarlo intensivamente. El pequeño sistema nervioso que trabaja intensamente consume una parte colosal de los recursos del cuerpo. Esta situación no es rentable. Una solución energéticamente justificada sólo puede ser el uso a corto plazo del cerebro para resolver problemas específicos. Esto es lo que se observa en los grandes mamíferos. La actividad breve es rápidamente reemplazada por un descanso prolongado.

Por tanto, los sistemas nerviosos pequeño y grande tienen sus ventajas. Para implementar un comportamiento instintivo, se puede tener un cerebro pequeño, pero su adaptabilidad se reduce a modificaciones del instinto. Cerebro grande Le cuesta bastante a su propietario, pero los elevados costes energéticos están bastante justificados. Un cerebro grande te permite hacer frente tareas complejas que no tienen soluciones instintivas ya preparadas. El coste de implementar tales mecanismos de comportamiento adaptativo es muy alto, por lo que tanto los animales como los humanos intentan utilizar el cerebro lo menos posible.

Privilegio del sistema nervioso.

El sistema nervioso de muchos animales (y especialmente de los mamíferos) tiene una propiedad que lo sitúa en una posición excepcional. Esta propiedad se debe a su aislamiento del resto del cuerpo. Ser el principal mecanismo de integración laboral órganos internos y la base del comportamiento, es " cuerpo extraño"para tu propio cuerpo. El sistema inmunológico ve al sistema nervioso como una astilla. Si el sistema inmunológico "llega" al cerebro, entonces comienzan procesos autoinmunes graves que son incompatibles con la vida.

Surge una situación paradójica. El sistema nervioso consume una gran parte del oxígeno y los nutrientes de todo el cuerpo, que recibe a través de la sangre. Al mismo tiempo, debe aislarse cuidadosamente de sistema circulatorio, porque las células del sistema inmunológico lo consideran un objeto extraño.

Desde el punto de vista de la conveniencia biológica, es visible una contradicción obvia. El principal órgano integrador no debe ser ajeno al sistema inmunológico. Sin embargo, este es un hecho al que es bastante fácil encontrar una explicación clara. El cerebro contiene demasiados componentes orgánicos especializados que no se utilizan en ningún otro lugar del cuerpo. Crear en sistema inmunitario el mecanismo para reconocerlas como células “propias” es extremadamente complejo e injustificable. Es mucho más “barato” simplemente separar el sistema nervioso del resto del cuerpo. Este principio de aislamiento se implementa en los testículos, los ovarios y el sistema nervioso. En su forma más general, el aislamiento del sistema nervioso lo mantiene la barrera hematoencefálica, que consta de varios tipos de células especializadas. Para comprender el aislamiento del sistema nervioso del resto del cuerpo, es necesario considerar los principios elementales de su estructura.

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7.5. Ciclo del oxígeno De todos los gases presentes en la atmósfera, así como disueltos en los océanos del mundo, el oxígeno es de particular interés, ya que proporciona un alto rendimiento energético durante la disimilación aeróbica para casi todos los organismos de la Tierra y esencialmente se encuentra en

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Especies reactivas de oxígeno (radicales libres) En el cuerpo, como resultado de reacciones redox, la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS) ocurre constantemente durante la reducción de un electrón del oxígeno (la molécula tiene un electrón desapareado en

A la pregunta: ¿Qué porcentaje de oxígeno toma el cerebro? dado por el autor Cálculo erróneo la mejor respuesta es Aunque en un adulto el cerebro pesa sólo alrededor del 2% del peso corporal, el cerebro consume aproximadamente el 25% del oxígeno total consumido por el cuerpo...
El cerebro utiliza aproximadamente la misma cantidad de oxígeno que el músculo activo.
(El cerebro "en reposo" consume el 9% de toda la energía y el 20% de oxígeno, el cerebro "pensante" consume alrededor del 25% de los nutrientes que ingresan al cuerpo y aproximadamente el 33% necesario para el cuerpo oxígeno)

Respuesta de Tirador escondido[gurú]
¿Por qué sobrecargar tu cerebro de esa manera?...


Respuesta de Neurosis[gurú]
Avaro


Respuesta de Tirar[activo]
Todos los nutrientes y el oxígeno y, en general, todo lo que se necesita se entrega a los órganos a través de la sangre y, como saben, el cuerpo observa muy estrictamente la composición de la sangre... la más mínima desviación conduce a diversas patologías. Desde este punto de vista, la concentración de oxígeno en la sangre es constante y se entrega a los órganos según su proporción de masa, y no del 10 al 30 y, especialmente, no del 90% de los carbohidratos, como se señaló anteriormente. Bueno, como bien se dijo, depende del grado en que ciertos tejidos estén cargados de trabajo, donde los procesos redox ocurren más rápido y la transferencia de sangre es más intensa, y por lo tanto la absorción de oxígeno... no se puede hablar de cualquier porcentaje estadístico medio. Pero el mayor consumo de oxígeno sigue estando en los músculos... y no en el cerebro :))))


Respuesta de Señora Galina cskdf[gurú]
Si el cerebro está tenso, es decir. funciona, toma exactamente todo lo que necesita, ¡porque él es el CEREBRO! Bueno, si es vago, ¿por qué necesita oxígeno? Sin ganas de trabajar, morirá de todos modos. ¿Es verdad?


Respuesta de cristina soy yo[activo]
No tengo ninguno....


Respuesta de Georgy Yurievich[gurú]
¿Y si los cerebros son de pollo?


Respuesta de Belkina Ekaterina[gurú]
Depende del cerebro y del proceso de pensamiento.


Respuesta de ivanov iván[gurú]
Según diversas estimaciones, entre el 10 y el 30%.
Pero lo más importante no es que otros órganos puedan sobrevivir sin oxígeno durante mucho tiempo.
luego, después de unos minutos, el cerebro muere en partes (accidente cerebrovascular) o por completo.
El flujo sanguíneo a través del cual la hemoglobina transporta oxígeno al cerebro está bloqueado, eso es todo.
Y ante la falta de O2 en el aire, tampoco existe ningún mecanismo para que todo se movilice específicamente al cerebro, por lo que aquí también es el primero en sufrir


Respuesta de Éxito[gurú]
¡Todo lo necesario para que el cuerpo funcione correctamente!


Respuesta de irka-durka[experto]
a 4e tebya takou vopros zainteresoval=)


Respuesta de Maldito genio[gurú]
15 por ciento de oxígeno.


Respuesta de Alejandro Tverdy[gurú]
El suministro de oxígeno al cerebro depende del color del cabello. Si una mujer tiene el cabello rubio, pajizo o gris, cada cabello entrega más oxígeno al cerebro. Y si es oscuro, castaño o negro, entonces la estructura del cabello se obstruye con tinte e impide el flujo de oxígeno.
El menor suministro de oxígeno al cerebro se observa en aquellas mujeres que se tiñen el cabello en Colores diferentes simultáneamente. (rojo - morado - verde)
En mujeres con largo pelo rubio(Yo las llamo rubias) ¡el mayor porcentaje de oxígeno ingresa al cerebro! Los científicos creen que es la cantidad de oxígeno que fluye dentro del cabello lo que afecta los procesos oxidativos, mentales y de otro tipo. procesos biológicos. Es por esta razón que las rubias experimentan con mayor frecuencia mareos y una evaluación inadecuada del mundo que las rodea.


Respuesta de B-boy Haseky[gurú]
1% cerebro


Respuesta de Olga Senik[gurú]
Es difícil estimar la cantidad de oxígeno consumido como porcentaje porque... este es un indicador bastante individual y móvil; en condiciones de hipoxia (falta de oxígeno), otros tejidos pueden cambiar temporalmente a vías metabólicas anaeróbicas, y el cerebro funciona solo con oxígeno (y glucosa, por cierto), por lo tanto, en estas condiciones En caso de deficiencia de oxígeno, el consumo PORCENTAJE de oxígeno del cerebro aumenta en consecuencia.


Respuesta de Usuario eliminado[gurú]
El cerebro recibe del 3 al 8% de oxígeno.


Respuesta de svetlana[gurú]
ja ja ja ja ja ja


Respuesta de Oleg Agafonov[gurú]
Hola.
Toma 0%, porque no hay manera de que (el oxígeno) pueda llegar allí (al cerebro...))
Adiós.


Respuesta de alejandra[gurú]
El cuerpo humano, cuando se encuentra en un estado de calma y relajación, absorbe unos trescientos centímetros cúbicos de oxígeno por minuto. El cerebro ocupa una sexta parte, es decir, cincuenta centímetros cúbicos, independientemente de si la persona está dormida o despierta. Y de los quinientos gramos de carbohidratos que absorbe el cuerpo humano, el cerebro absorbe noventa.


Respuesta de aquairina[gurú]
..todo depende de la cantidad de cerebro...


El cerebro absorbe oxígeno con avidez. Esto se puede verificar fácilmente determinando la concentración de oxígeno en las arterias y sangre venosa. Durante el reposo, el cerebro consume 20 veces más oxígeno que el tejido muscular. Durante el trabajo mental intenso, el consumo de oxígeno por parte del cerebro aumenta claramente.

Estas cifras también indican la insaciable necesidad de oxígeno del cerebro. El peso del cerebro adulto suele ser del 2 al 2,5 por ciento del peso corporal. Al mismo tiempo, el cerebro consume 1/5 o incluso 1/4 de todo el oxígeno que consume el cuerpo humano.

No pensamos bien en una habitación mal ventilada. Al parecer todo el mundo ha experimentado esto. Algunas personas lo pasan especialmente mal con la falta de oxígeno. ¿Qué pasa con nuestros hijos? Toleran aún peor la deficiencia de oxígeno. Y esto no es una coincidencia. En un niño menor de cuatro años, aproximadamente la mitad del oxígeno consumido por el cuerpo lo consume el cerebro.

El tejido cerebral es el más sensible a las drogas y al alcohol etílico. Incluso pequeñas concentraciones de alcohol deprimen su respiración...

Los investigadores calcularon que el suministro de oxígeno disuelto en la sangre, en los vasos sanguíneos del cerebro y en el propio tejido es muy limitado. Sus propios recursos son suficientes para sólo 10 segundos. Si no se suministra oxígeno a través del torrente sanguíneo, muy pronto puede ocurrir una catástrofe bioquímica.

Pero, en realidad, ¿por qué el tejido cerebral necesita mucho oxígeno?

Probablemente, para poder realizar el trabajo, el cerebro podría vivir. Y aquí nos encontramos con un fenómeno que es característico únicamente del cerebro.

Para realizar un trabajo es necesario quemar algún tipo de combustible. La glucosa es casi el único combustible del cerebro. El oxígeno se gasta principalmente en la oxidación de esta sustancia. Los productos finales de la transformación de la glucosa son dióxido de carbono y agua. Sin embargo, en este caso se forma otra fuente universal de energía: la molécula de ATP. Proporciona casi todo el gasto energético del cerebro.

El cerebro, en cierto sentido, no es mercenario. No tiene reservas importantes de glucosa y vive, como dicen, por hoy.

Puedes verificar esto a través de una simple experiencia. Con una navaja de afeitar normal, cortamos las rodajas más finas de los órganos internos de ratones de laboratorio: hígado, riñones, músculos. Es más difícil hacer secciones de la corteza cerebral, pero es posible.

Coloquemos secciones de cada órgano por separado en salina, vertido en pequeños recipientes con un volumen de varios centímetros cúbicos cada uno. Adjuntaremos manómetros de vidrio con graduaciones a los vasos. No vertamos en el manómetro. un gran número de Líquido especialmente preparado y coloreado. Ahora bajemos toda nuestra estructura a un baño con agua tibia, pero de modo que el manómetro quede fuera del baño y el recipiente dentro de él. La temperatura del agua en el baño es de 37 grados, es decir, cercana a la temperatura corporal de un animal de laboratorio.

Los cortes de órganos respiran y consumen oxígeno. El volumen de gas en el recipiente disminuye y esto se refleja en las lecturas del manómetro. Una columna de líquido sube lentamente. Por supuesto, de forma lenta, pero bastante notoria. De esta forma, se puede calcular cuántos milímetros cúbicos de oxígeno absorbió una muestra de tejido de 100 miligramos en un minuto.

Y aquí nos enfrentamos a fenómeno inusual. Partes del hígado, los riñones y el tejido muscular consumen oxígeno a un ritmo constante durante bastante tiempo. En cualquier caso, este proceso se puede observar durante cinco o diez minutos. El tejido cerebral es otro asunto. Su respiración se ralentiza rápidamente, pero en cuanto se le añade una gota de solución de glucosa, se reanima y vuelve a respirar con la misma intensidad.

La experiencia que hemos hecho es muy clara. Indica que las células nerviosas de la corteza cerebral cubren sus necesidades energéticas casi exclusivamente con glucosa, que se transporta a través del torrente sanguíneo.

Y ahora surge una pregunta legítima: ¿cómo es posible que la oxidación de la glucosa produzca otra fuente universal de energía: las moléculas de ácido adenosina trifosfórico?

Hipócrates - el gran médico Antigua Grecia- en una de sus obras escribió: “Hay en una persona tanto amargo como salado, dulce, ácido, duro y blando, y mucho más en un número infinito, variedad en propiedades, cantidad, fuerza”. Usando el ejemplo de las transformaciones oxidativas de la glucosa en el cerebro humano y la formación de otra fuente universal de energía, el ácido adenosina trifosfórico, podemos rastrear el sistema de sorprendentes transformaciones de la glucosa "dulce" en ATP, "ácido", según a Hipócrates.

Si simplemente quemas moléculas de glucosa en una corriente de oxígeno, se forman agua y dióxido de carbono. Esto resaltará cantidad considerable energía. Por supuesto, este método de generación de energía es inaceptable para una célula viva. La energía en la célula se consume en pequeñas porciones. Debe formarse gradualmente y acumularse "en reserva". Al tener una reserva de "energía conservada", una célula viva es capaz de responder extremadamente rápido a los cambios. ambiente externo. Además, el proceso de producción de energía por parte de una célula puede ralentizarse o acelerarse considerablemente.

Cada uno de nosotros ha visto esto innumerables veces. Por ejemplo, estabas sentado tranquilamente en una silla. El consumo de energía en el tejido muscular fue relativamente pequeño. Rápidamente te levantaste y comenzaste a correr rápidamente; La planta de producción de energía bioquímica estaba funcionando a plena capacidad.

Ha comenzado una larga cadena de transformaciones bioquímicas de la glucosa. Implica docenas de transformaciones químicas de la molécula que se divide gradualmente del compuesto original. Pero en este caso nos interesa resultado final. Con la oxidación completa de una molécula de glucosa, se sintetizan treinta y ocho moléculas de ácido adenosina trifosfórico.

Ahora queda claro por qué la energía en el cerebro se genera principalmente mediante la oxidación de la glucosa, a través de la respiración. Con este método se forma especialmente una gran cantidad. El proceso de pensamiento va acompañado de un importante gasto de energía en el sentido más literal de la palabra.


Consumo de O2 en reposo.La cantidad de oxígeno consumida por los tejidos depende de estado funcional las células que lo componen. En mesa La tabla 23.1 muestra datos sobre el consumo de oxígeno de varios órganos y sus partes cuando el cuerpo está en reposo en temperatura normal. La tasa de consumo de oxígeno por un órgano en particular () suele ser


expresado en ml O 2 a 1 GRAMO o 100 g de masa por 1 minuto (esto tiene en cuenta la masa del órgano en condiciones naturales). De acuerdo con principio de fick determinado en base a circulación sanguínea() a través de uno u otro órgano y diferencias en concentraciones O 2 en el cuerpo sangre arterial y sangre venosa que fluye de él ():

(1)

Cuando el cuerpo esta en reposo, el miocardio y la materia gris del cerebro absorben oxígeno de forma relativamente intensa(en particular, corteza), hígado Y corteza renal. Al mismo tiempo músculos esqueléticos, el bazo y la sustancia blanca del cerebro consumen menos oxígeno (tabla 23.1).

Diferencias en el consumo de oxígeno. Diferentes areas uno Y el mismo órgano. Se puede medir en muchos órganos. Flujo sanguíneo a través de áreas limitadas de tejido mediante la determinación del aclaramiento de gases inertes.(por ejemplo, 85 Kg, 133 Xe y H2). Así, si es posible tomar una muestra de sangre de una vena que drena un área determinada, entonces este método permite determinar el consumo de oxígeno en ella. Además, hace unos años se desarrolló el método de tomografía por emisión de positrones (PET), que permite medir directamente el flujo sanguíneo y el consumo de O 2 en partes específicas de los órganos. Este método se ha utilizado con éxito para estudiar el cerebro humano. Antes de la introducción del método PET, como puede verse en la tabla. 23.1, medir el consumo regional El O 2 sólo era posible en unos pocos órganos.

Al estudiar el consumo de oxígeno por los tejidos cerebrales de varios mamíferos, se demostró que la corteza hemisferios cerebrales consume de 8 10 −2 a 0,1 ml O 2 g −1 min −1 . A partir del consumo de O2 de todo el cerebro y la corteza cerebral, se puede calcular el consumo medio de O2. materia blanca del cerebro. Este valor es aproximadamente 1 10 −2 ml g −1 min −1. Medición directa La absorción de O 2 por áreas del cerebro en sujetos sanos utilizando el método de tomografía por emisión de positrones arrojó los siguientes valores: para materia gris(V Varias áreas) - aproximadamente de 4 a 6-10 −2 ml g −1 -min −1, para materia blanca-2-102 mlg −1 min −1 . Se puede suponer que el consumo de oxígeno varía no sólo dependiendo del sitio, sino también en diferentes celdas una trama. De hecho, al medir (utilizando microelectrodos de platino) el consumo regional de O 2 por las capas celulares superficiales de la corteza cerebral, se demostró que en condiciones de anestesia suave este consumo dentro de áreas pequeñas varía aproximadamente de 4-10 -2 a 0,12. ml - g −1 -min −1 . Resultados de la autorradiografía.


CAPÍTULO 23. RESPIRACIÓN DEL TEJIDO 629

Tabla 23.1. Valores medios de velocidad del flujo sanguíneo (), diferencia arteriovenosa en O 2 () y consumo de 0 2 () en varios órganos persona a 37 °C
Organo Fuente de datos
Sangre
Músculos esqueléticos: en reposo con severa actividad física
Bazo
Cerebro: sustancia blanca de la corteza
Hígado
Riñones: corteza capa externa de la médula capa interna de la médula
Corazón: en reposo durante una actividad física intensa

Los estudios físicos del flujo sanguíneo regional (usando yodo-14C-antipirina) y el consumo regional de glucosa (usando 14C-2desoxiglucosa) en la corteza cerebral sugieren que estos parámetros también difieren significativamente en las áreas vecinas. En personas mayores de 30 años, el flujo sanguíneo regional y el consumo de O2 en la materia gris del cerebro disminuyen gradualmente con la edad. Se encontraron aproximadamente las mismas diferencias en el consumo de oxígeno entre partes individuales de los riñones. EN corteza riñones, el consumo medio de O 2 es varias veces mayor que en áreas internas Y papilas medulares. Dado que las necesidades de oxígeno de los riñones dependen principalmente de la intensidad de la reabsorción activa de Na + desde la luz de los túbulos hacia el tejido, se cree que diferencias tan pronunciadas en el consumo regional de O 2 se deben principalmente a la diferencia entre los valores. ​de esta reabsorción en la corteza y médula .

Consumo de O2 en condiciones aumento de actividad Organo. EN Si la actividad de cualquier órgano aumenta por una razón u otra, también aumenta la tasa de metabolismo energético en él y, en consecuencia, la necesidad de oxígeno de las células. Durante el consumo de actividad física


o 2 tejido miocárdico puede aumentar 3-4 veces, y trabajando músculos esqueléticos-más de 20-50 veces en comparación con el nivel de reposo. Consumo de O por 2 tejidos riñón aumenta al aumentar la tasa de reabsorción de Na+.

En la mayoría de los órganos la tasa de absorción de O 2 no depende de la velocidad del flujo sanguíneo en ellos (siempre que la tensión de O 2 en los tejidos sea lo suficientemente alta). Los riñones son una excepción. Existe una tasa de perfusión crítica, cuyo exceso provoca la formación de ultrafiltrado; a este nivel de filtración aumento del flujo sanguíneo acompañado por aumento del consumo Aproximadamente 2 tejidos renales. Esta característica se debe a que la intensidad filtración glomerular(y por tanto la reabsorción de Na+) es proporcional a la velocidad del flujo sanguíneo.

Dependencia del consumo de O2 de la temperatura. El consumo de O2 por los tejidos es extremadamente sensible a los cambios de temperatura. A medida que disminuye la temperatura corporal, el metabolismo energético se ralentiza y disminuye la necesidad de oxígeno en la mayoría de los órganos. Con una termorregulación normal, aumenta la actividad de los órganos implicados en el mantenimiento del equilibrio térmico y aumenta su consumo de oxígeno. Dichos órganos incluyen, en particular, músculos esqueléticos; su función termorreguladora se lleva a cabo aumentando tono muscular y temblando (p. 667). Aumento de la temperatura corporal.


63β PARTE VI. ALIENTO


acompañado de un aumento de la necesidad de oxígeno en la mayoría de los órganos. Según la regla de Van't Hoff, cuando la temperatura cambia 10 o C en el rango de 20 a 40 o C, el consumo de oxígeno por los tejidos cambia en la misma dirección 2 3 veces (Q 10 = 2-3). Para algunos operaciones quirúrgicas Puede ser necesario detener temporalmente la circulación sanguínea (y por tanto el suministro de O2 y nutrientes a los órganos). Al mismo tiempo, para reducir la demanda de oxígeno de los órganos, a menudo se utiliza la hipotermia (disminución de la temperatura corporal): el paciente recibe una anestesia tan profunda que se suprimen los mecanismos termorreguladores.

El sistema circulatorio está formado por el corazón y los vasos sanguíneos. Las contracciones rítmicas del músculo cardíaco aseguran el movimiento continuo de la sangre en sistema cerrado vasos. La sangre, al realizar una función trófica, transporta nutrientes desde el intestino delgado a las células de todo el cuerpo, también asegura el transporte de oxígeno de los pulmones a los tejidos y dióxido de carbono de los tejidos a los pulmones, realizando la función respiratoria.

Al mismo tiempo, en la sangre circula una gran cantidad de sustancias biológicamente activas. sustancias activas, que regulan y combinan la actividad funcional de las células del cuerpo. La sangre proporciona ecualización de la temperatura. varias partes cuerpos. Sistema respiratorio incluye cavidad nasal, laringe, tráquea, bronquios y pulmones. En el proceso de respiración, el oxígeno ingresa constantemente al cuerpo desde el aire atmosférico a través de los alvéolos de los pulmones y se libera dióxido de carbono del cuerpo.

proceso de respiración- es todo un complejo procesos fisiológicos, en cuya implementación no solo participa Máquina para ayudar a respirar, sino también el sistema circulatorio. La tráquea en su parte inferior se divide en dos bronquios, cada uno de los cuales, al entrar en los pulmones, se ramifica como un árbol. Las ramas finales más pequeñas de los bronquios (bronquiolos) pasan a conductos alveolares cerrados, en cuyas paredes hay una gran cantidad de formaciones esféricas: vesículas pulmonares (alvéolos). Cada alvéolo está rodeado por una densa red. capilares sanguíneos. La superficie total de todas las vesículas pulmonares es muy grande, 50 veces mayor que la superficie de la piel humana y asciende a más de 100 m2. Los pulmones están ubicados en una cavidad herméticamente cerrada. pecho. Están cubiertos por una membrana delgada y lisa: la pleura; la misma membrana recubre el interior de la cavidad torácica. El espacio formado entre estas dos capas de pleura se llama cavidad pleural.

Presión en cavidad pleural siempre por debajo del nivel atmosférico al exhalar en 3-4 mm Hg. Art., al inhalar - de 7 a 9 mm. El mecanismo respiratorio se lleva a cabo de forma refleja (automática). En reposo, el intercambio de aire en los pulmones se produce como resultado de los movimientos respiratorios rítmicos del tórax. Al disminuir en cavidad torácica presión en los pulmones (de forma bastante pasiva debido a la diferencia de presión), se aspira una porción de aire y se produce la inhalación. Luego, la cavidad torácica disminuye y el aire sale de los pulmones: se produce la exhalación. La expansión de la cavidad torácica se produce como resultado de la actividad de los músculos respiratorios. En reposo, al inhalar, la cavidad torácica se expande con un especial músculo respiratorio, que se discutió anteriormente: el diafragma, así como los músculos intercostales externos; con intenso trabajo físico También se incluyen otros músculos (esqueléticos). La exhalación en reposo se realiza de forma claramente pasiva, con relajación de los músculos que realizaron la inhalación, el tórax bajo la influencia de la gravedad y presión atmosférica disminuye.

Durante el trabajo físico intenso, la exhalación involucra los músculos abdominales, los músculos intercostales internos y otros músculos esqueléticos. clases sistemáticas ejercicio físico y los deportes fortalecen los músculos respiratorios y ayudan a aumentar el volumen y la movilidad (excursión) del pecho. La etapa de la respiración en la que el oxígeno del aire atmosférico pasa a la sangre y el dióxido de carbono de la sangre a aire atmosférico, llamada respiración externa; la siguiente etapa es la transferencia de gases a través de la sangre y, finalmente, la respiración tisular (o interna): el consumo de oxígeno por las células y, como resultado, la liberación de dióxido de carbono. reacciones bioquímicas asociado con la formación de energía para asegurar los procesos vitales del cuerpo.

Respiración externa (pulmonar) lleva a cabo en los alvéolos de los pulmones. Aquí, a través de las paredes semipermeables de los alvéolos y los capilares, el oxígeno pasa del aire alveolar y llena las cavidades de los alvéolos. Las moléculas de oxígeno y dióxido de carbono realizan esta transición en centésimas de segundo. Después de que el oxígeno se transfiere de la sangre a los tejidos, se produce la respiración tisular (intracelular). El oxígeno pasa de la sangre al líquido intersticial y de allí a las células de los tejidos, donde se utiliza para garantizar los procesos metabólicos. El dióxido de carbono, producido intensamente en las células, pasa al líquido intersticial y luego a la sangre. Con la ayuda de la sangre se transporta a los pulmones, desde donde se excreta del cuerpo.

El paso de oxígeno y dióxido de carbono a través de las paredes semipermeables de los alvéolos, capilares y membranas de los glóbulos rojos. materia blanca, que rodea al gris, consta de procesos que conectan las células nerviosas de la médula espinal; sensorial ascendente (eferente), que conecta todos los órganos y tejidos cuerpo humano(excepto la cabeza) con el cerebro, vías motoras (aferentes) descendentes que van desde el cerebro hasta las células motoras de la médula espinal.

Por tanto, no es difícil imaginar que la médula espinal realice una función refleja y conductora de los impulsos nerviosos. EN varios departamentos La médula espinal contiene neuronas motoras (células nerviosas motoras) que inervan los músculos de las extremidades superiores, la espalda, el pecho, el abdomen y las extremidades inferiores.

EN región sacra Se ubican centros para la defecación, micción y actividad sexual. Una función importante de las neuronas motoras es proporcionar constantemente el tono muscular necesario, gracias al cual todos los actos motores reflejos se llevan a cabo de forma suave y fluida. El tono de los centros de la médula espinal está regulado por las partes superiores del sistema nervioso central. Las lesiones de la médula espinal provocan diversos trastornos relacionado con el fracaso función del conductor. Todo tipo de lesiones y enfermedades de la médula espinal pueden provocar trastornos de la sensibilidad al dolor y la temperatura, alteraciones de la estructura del complejo. movimientos voluntarios, tono muscular, etc. El cerebro es una colección cantidad inmensa células nerviosas. Consta de secciones anterior, intermedia, media y posterior.

Estructura del cerebro Incomparablemente más complejo que la estructura de cualquier órgano del cuerpo humano. Nombramos algunas características y funciones vitales. Así, por ejemplo, una formación del rombencéfalo como médula, es la ubicación de los más importantes centros reflejos(respiratorio, nutricional, regulador de la circulación sanguínea, sudoración). Por tanto, el daño a esta parte del cerebro provoca la muerte instantánea. No hablaremos en detalle sobre la estructura y funciones específicas de la corteza cerebral, pero cabe señalar que la corteza cerebral es la parte más joven del cerebro en términos filogenéticos (la filogenia es el proceso de desarrollo de los organismos vegetales y animales durante la existencia de vida en la Tierra).

En el proceso de evolución, la corteza cerebral adquiere importantes estructuras y características funcionales y se convierte en el departamento superior del sistema nervioso central, dando forma a la actividad del cuerpo en su conjunto en su relación con el medio ambiente. Al parecer, será útil caracterizar algunas características más anatómico-fisiológicas del cerebro humano.

El cerebro humano pesa una media de 1400 g. La relación entre el peso del cerebro y el peso del cuerpo humano, según varios autores, es relativamente pequeño. Numerosos estudios han establecido que la actividad cerebral normal está asociada con el suministro de sangre. Como saben, la principal fuente de energía necesaria para el funcionamiento de los elementos nerviosos es el proceso de oxidación de la glucosa. Sin embargo, el cerebro no tiene reservas de carbohidratos y mucho menos de oxígeno, y por tanto intercambio normal las sustancias que contiene dependen enteramente del suministro constante de recursos energéticos con la sangre.

El cerebro está activo no sólo durante la vigilia, sino también durante el sueño. El tejido cerebral consume 5 veces más oxígeno que el corazón y 20 veces más que los músculos. El cerebro, que representa sólo alrededor del 2% del peso corporal de una persona, absorbe entre el 18 y el 25% del oxígeno consumido por todo el cuerpo. El cerebro es significativamente superior a otros órganos en el consumo de glucosa. Utiliza el 60-70% de la glucosa producida por el hígado, lo que equivale a 115 g por día, y esto a pesar de que el cerebro es uno de los últimos en cuanto a la cantidad de sangre que contiene.

El deterioro del suministro de sangre al cerebro puede estar asociado con la inactividad física ( de manera sedentaria vida). Con la inactividad física, las quejas más comunes son dolores de cabeza de diferente localización, intensidad y duración, mareos, debilidad, disminución del rendimiento mental, deterioro de la memoria e irritabilidad. El sistema nervioso autónomo es una sección especializada del sistema nervioso unificado del cerebro, regulado, en particular, por la corteza cerebral.

A diferencia del sistema nervioso somático, que inerva los músculos voluntarios (esqueléticos) y proporciona la sensibilidad general del cuerpo y otros órganos de los sentidos, el sistema nervioso autónomo regula la actividad de los órganos internos: respiración, circulación sanguínea, excreción, reproducción, glándulas. secreción interna etc. El sistema nervioso autónomo se divide en sistemas simpático y parasimpático.

Actividad del corazón, vasos sanguíneos, órganos digestivos, excreción, órganos reproductivos, etc.; regulación del metabolismo, formación térmica, participación en la formación de reacciones emocionales (miedo, ira, alegría): todo esto está bajo el control de los sistemas nerviosos simpático y parasimpático y todo bajo el mismo control de la parte superior del sistema nervioso central. . Se ha demostrado experimentalmente que su influencia, aunque de naturaleza antagónica, es consistente en la regulación. funciones esenciales cuerpo. Receptores y analizadores. La principal condición para la existencia normal de un organismo es su capacidad para adaptarse rápidamente a los cambios. ambiente. Esta habilidad se logra debido a la presencia educación especial- receptores.

Los receptores, que tienen una especificidad estricta, se transforman. estímulos externos(sonido, temperatura, luz, presión, etc.) en los impulsos nerviosos, que según fibras nerviosas transmitido al sistema nervioso central. Los receptores humanos se dividen en dos grupos principales: receptores extero (externos) e intero (internos). Cada uno de estos receptores es parte integral un sistema analizador al que llegan los pulsos y que se llama analizador.

El analizador consta de tres secciones: el receptor, la parte conductora y la formación central en el cerebro. La sección más alta del analizador es la cortical. Sin entrar en detalles, enumeraremos solo los nombres de los analizadores, cuyo papel en la vida de cualquier persona es conocido por muchos. Este es un analizador de piel (sensibilidad táctil, de dolor, calor, frío), motor (los receptores en músculos, articulaciones, tendones y ligamentos se excitan bajo la influencia de la presión y el estiramiento), vestibular (percibe la posición del cuerpo en el espacio), visual (luz y color), auditivo (sonido), olfativo (olor), gustativo (gusto), visceral (el estado de varios órganos internos).

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