Транспорт газов - Биофизика сложных систем. Биофизика дыхания
Важнейший механизм газообмена - это диффузия, при которой молекулы перемещаются из области их высокого скопления в область низкого содержания без затраты энергии (пассивный транспорт).
Атмосферный воздух содержит в основном азот (79%), кислород (21%), следы СО 2 и прочих газов. В воздухе также содержится водяной пар. На уровне моря, водяной пар составляет 47 мм рт. ст. Для простоты, физиологи и врачи, как правило, предполагают, что комнатный воздух сухой. Тогда несложно вычислить, парциальное давление кислорода равно 160 мм рт. ст. Концентрация углекислого газа в комнатном воздухе достаточно низкая (0,04%), поэтому будем считать парциальное давление равным 0.
Для улучшения доставки и транспортировки O 2 и СО 2 из тканей, развились специализированные механизмы (оксигемоглобин и бикарбонатный транспорт CO 2).
Кислород плохо растворим в воде, и поэтому требует носителя, гемоглобина (Hb), для транспортировки в крови. Кровь обычно содержит около 15 г Hb на 100 мл. Каждая молекула гемоглобина (М=68кДа) содержит 4 гема, а поэтому может транспортировать 4 молекулы кислорода. Заметим, что при взаимодействии с кислородом гемоглобин, превращаясь в оксигемоглобин, не окисляется, а оксигенируется - присоединяет кислород без изменения валентности железа(Fe І+) в геме. Обычно Hb почти полностью насыщен (96%). Не весь O2, связанный с Hb высвобождается в тканях. В состоянии покоя лишь около 25% О2 выпущено в кровь. Это обеспечивает большую движущую силу для диффузии и большой запас O2, который может быть использован в случае необходимости. Диоксид углерода является продуктом окислительного метаболизма. В отличие от O2, CO2 очень хорошо растворим в воде и
Не нуждается в носителе для транспортировки в крови. Большинство молекул (60%) диоксида углерода в крови транспортируется как бикарбонат (HCO3). Превращение СО2 в бикарбонат катализируется ферментом карбоангидразы, расположенным внутри красных кровяных клеток.
CO2 + H2O = H2CO3 = (HCO3)- + H+ (6)
Около 10% от общего объема СО2 в крови транспортируется в виде растворенного СО2. Остальные 30% СО2 в сочетании с Hb образуют карбоксигемоглобин.
По мере повышения давления в тканях растворяется все большая масса газов. Для оценки временного фактора в процессах насыщения и рассыщения живых тканей проанализируем кинетику свободной диффузии газов. Скорость диффузии определяется законом Фика (формула 3). Период полунасыщения (и полурассыщения) многих тканей организма исчисляется часами. В состоянии перенасыщения свободная энергия газа больше, чем при насыщении. Поэтому оно термодинамически неустойчиво, и газы образуют в тканях и крови пузырьки. Достигнув достаточно больших размеров, они могут закупорить мелкие кровеносные сосуды и вызвать газовую эмболию.
Рассмотрим, как кислород переносится с помощью гемоглобина в ткани (рис.4). Давление кислорода в легких 100 мм рт. ст., а в венозной крови, поступающей к легким 40 мм рт. ст. Кислород при большом градиенте переходит в кровь. В итоге, гемоглобин насыщается кислородом до наступления равновесия (давления 100 мм рт. ст.). Когда мы говорим о переходе кислорода к тканям, тут мы наблюдаем обратный эффект. Парциальное давление кислорода в артериальной крови равно 100 мм рт. ст., в то время в тканях - 40 мм рт. ст. Опять же из-за большого градиента кислород покидает кровь и идет к тканям. Это происходит до наступления равновесия, пока давление кислорода в крови не станет равным 40 мм рт. ст. Но несмотря на это, после насыщения тканей гемоглобин достаточно заполнен кислородом, так как даже при 40 мм рт. ст. он еще содержит определенное количество кислорода.
Рисунок 4
Похожие статьи
-
Гигиена дыхания - Дыхательная система человека
Физиологии наиболее важные газы - O2, CO2, N2. Они присутствуют в атмосферном воздухе в пропорциях указанных в табл. 1. Кроме того, атмосфера содержит...
-
Биомеханика внешнего дыхания - Биофизика сложных систем. Биофизика дыхания
Газообмен между альвеолярной газовой смесью и атмосферным воздухом осуществляется благодаря работе аппарата вентиляции. Процесс дыхания можно разделить...
-
Биофизические основы дыхания - Биофизика сложных систем. Биофизика дыхания
Биофизическое толкование процессов растворения газов в организме важно как при анализе жизнедеятельности в обычных условиях, так и при изучении...
-
Введение - Биофизика сложных систем. Биофизика дыхания
Для нормального протекания обменных процессов в организме человека и животных в равной мере необходим как постоянный приток кислорода, так и непрерывное...
-
Это максимальное количество воздуха, которое можно выдохнуть после максимально глубокого вдоха. Она колеблется от 3500 до 4800 мл у мужчин и от 300 до...
-
3 Основы методики лечебной физической культуры при заболеваниях органов дыхания В занятиях лечебной физической культурой при заболеваниях органов дыхания...
-
- Механизм Происхождения И Характеристика Кашля; - Сухой Кашель И С Отделением Мокроты; - Характеристика Мокроты, Ее Происхождение ; - Диагностическое...
-
Анатомия - Биофизика сложных систем. Биофизика дыхания
Дыхательная система осуществляет газообмен между внешней средой и организмом, доставляет в организм кислород и выводит из него углекислый газ. Эта...
-
Дыхание осуществляется через нос, в спокойном состоянии без напряжения, при физической нагрузке - затрудненное, появляется одышка исчезающая в состоянии...
-
Нос нормальной формы. Верхние дыхательные пути проходимы, патологического отделяемого нет. Выдыхаемый воздух без патологического запаха. Грудная клетка...
-
1) [-]лягушек 2) [+]саламандр 3) [-]тритонов 4) [-]жаб Какая кровь движется по сосудам кровеносной системы рыбы? 1) [-]смешанная 2) [+]артериальная и...
-
Общий осмотр. Состояние больной удовлетворительное. Положение активное. Телосложение правильное, деформаций скелета нет. Рост 165 см, вес 79.5 кг....
-
За 2011-2013 р., у портах України здійснено дослідження за проведенням фумігаційних робіт на 882 суднах, з них на українських судах 132, що становить...
-
Система органов дыхания - Синдром Мэллори-Вейса
Дыхание затруднено, поверхностное, инспираторная одышка. Грудная клетка правильной формы (астеническая), симметричная, межреберные промежутки втянуты,...
-
Система органов дыхания, Система органов кровообращения - Хронический панкреатит, стадия обострения
Форма носа не изменена, дыхание через нос свободное с обоих сторон. Гортань не деформирована, голос тихий. Грудная клетка нормостеническая, над - и...
-
Система органов дыхания, Система органов кровообращения - Острый двухсторонний гайморит
Кашля нет. Болей в грудной клетке, удушья нет. Носовое дыхание ослаблено с двух сторон, слизистая оболочка носа резко отечна. Дыхание через нос...
-
Введение - Дыхательная система человека
Кислород находится в окружающем нас воздухе. Он может проникнуть сквозь кожу, но лишь в небольших количествах, совершенно недостаточных для поддержания...
-
1) [-]зоб 2) [-]печень 3) [-]железистый желудок 4) [+]мускулистый желудок Позвонки какого отдела позвоночника имеют седловидную форму? 1) [-]крестцового...
-
1) [-]глотку 2) [+]тонкую кишку 3) [-]клоаку 4) [-]пищевод У какого класса позвоночных животных впервые в ходе эволюции появляется шейный отдел...
-
Дыхание через нос свободное. Грудная клетка - нормостеническая, симметричная. Обе половины равномерно участвуют в акте дыхания. Тип дыхания - грудной....
-
Значение дыхания для жизни человека - Физиология и гигиена органов дыхания у детей
Подавляющее число живых организмов, в том числе и человек, для поддержания обмена веществ нуждается в кислороде. Прекращение обмена веществ означает...
-
Легкие - Дыхательная система человека
В целом легкие имеют вид губчатых, пористых конусовидных образований, лежащих о обеих половинах грудной полости. Наименьший структурный элемент легкого -...
-
Аппарат дыхания, Строение дыхательной системы - Анатомические особенности организма летающих птиц
Строение дыхательной системы Что же отличает птиц от пресмыкающихся? Приобретение способности к полету и возрастание общей подвижности птиц связаны с...
-
Человеческий организм представляет собой единое целое, в котором все отдельные системы и органы развиваются и функционируют во взаимной зависимости и...
-
Факторы, влияющие на интенсивность дыхания - Нуклеиновые кислоты и их структура
Дыхание, подобно другим процессам жизнедеятельности, зависит от факторов среды: температуры, влажности, содержания кислорода, степени освещенности и др....
-
1) [+]саблевидную форму 2) [-]серповидную форму 3) [-]округлую форму 4) [-]кинжаловидную форму Почему скелет птицы легкий и прочный? 1. Внутри костей...
-
Ауксины - Клетка как осмотическая система. Электрон-транспортная цепь митохондрий. Фитогормоны роста
Ауксины -- это вещества индольной природы. Основным фитогормоном типа ауксина является B -индолилуксусная кислота (ИУК). Открытие ауксинов связано с...
-
Гормоны аденогипофиза (тропные гормоны) имеют пептидную природу, поступают в общий кровоток и достигают определенных тканей-мишеней. В зависимости от...
-
Анатомия и физиология органов дыхания
1. Анатомия и физиология органов дыхания Система органов дыхания включает в себя носовые ходы, гортань, трахею, бронхи, легкие и плевру, покрывающую...
-
Жизненная емкость легких - Физиология и гигиена органов дыхания у детей
Важной характеристикой функционирования дыхательной системы является Жизненная емкость легких - наибольшее количество воздуха, который человек может...
-
Акт дыхания - Физиология и гигиена органов дыхания у детей
Акт вдоха совершается в результате увеличения объема грудной полости, происходящего при подъеме ребер и опускании купола диафрагмы. Диафрагма является...
-
Особенности организма вшей (отр. Siphunculata) По образу жизни и по характеру питания на теплокровном хозяине вши очень сильно напоминают клещей. На всех...
-
ДЫХАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА - Анатомия, конспект лекций
При характеристике дыхательной системы необходимо: Подчеркнуть ее главное значение - обеспечение процесса дыхания. Отметить важность защитной (согревание...
-
Как гиперсекреция, так и недостаточная секреция вазопрессина приводят к выраженным нарушениям водного обмена в организме, возможным изменениям...
-
Кровяное депо - Гипоталамо-гипофизарная система человека и ее функционирование
В состоянии покоя у человека до 45--50% всего объема крови, имеющейся в организме, находится в кровяных депо: селезенке, печени, подкожном сосудистом...
-
СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТАЯ СИСТЕМА - Анатомия, конспект лекций
При характеристике сердечно-сосудистой системы: Выделить основное се назначение - обеспечение процесса кровообр Ащения, то есть постоянной циркуляции...
-
Вазопрессин (антидиуретичексий гормон - АДГ) - нанопептид (у большинства млекопитающих синтезируется аргининовый вазопрессин, тогда как у гипопотамов и...
-
Постоянными источниками сплетения являются передние ветви трех верхних поясничных нервов, дополнительными - часть передней ветви XII грудного и IV-V...
-
Введение - Физиология и гигиена органов дыхания у детей
Дыхание, значит жизнь. Эта фраза бесспорна, и так глубоко сидит в нашем сознании, что редко напоминает о себе. Разве только устами доктора, который,...
-
Комбинированное использование лечебно-диагностических систем в эндоскопической хирургии
В настоящем литературном обзоре обсуждается ряд вопросов, посвященных использованию криохирургического способа в экспериментальной и клинической...
Транспорт газов - Биофизика сложных систем. Биофизика дыхания