Книга вторая Дж. Эдвард Морган-мл. Мэгид С. Михаил Перевод с английского

Вид материала

Книга

Содержание Транспорт дыхательных газов в крови Физически растворенный кислород Кривая диссоциации оксигемоглобина Факторы, влияющие на кривую диссоциации оксигемоглобина Аномальные лиганды и аномальные формы гемоглобина Содержание кислорода в крови Транспорт кислорода Следовательно, недостаточная доставка кислорода может быть результатом низкого РлО Уравнение Фика Кислородный резерв 2. Углекислый газ Физически растворенный CO Карбаминовые соединения Влияние гемоглобинового буфера на транспорт CO Таблица 22-6. Applied Respiratory Physiology

Подобный материал:

• Книга первая Дж. Эдвард Морган-мл. Мэгид С. Михаил Перевод с английского, 10010.77kb.
• А. Конан-Дойль новоеоткровени е перевод с английского Йога Рàманантáты, 2314.23kb.
• Copyright Сергей Александровский, перевод с английского Email: navegante[a]rambler, 619.61kb.
• "книга непрестанности осириса " 177, 7373.41kb.
• Н. М. Макарова Перевод с английского и редакция, 4147.65kb.
• Трудового Красного Знамени гупп детская книга, 2911.61kb.
• Трудового Красного Знамени гупп детская книга, 2911.77kb.
• Уайнхолд Б., Уайнхолд Дж. У 67 Освобождение от созависимости / Перевод с английского, 11462.2kb.
• Малиновской Софьи Борисовны Специальность: журналистика Специализация: художественный, 969.08kb.
• Духовные истины в психических явлениях перевод с английского 3-е издание Москва «Философская, 1557.75kb.

Напряжение углекислого газа в конечной порции выдыхаемого газа

Конечная порция выдыхаемого газа практически представляет собой альвеолярный газ, а РлСО₂ фактически идентична PaCO₂, поэтому напряже­ние CO₂ в конечной порции выдыхаемого газа, РктСО₂, используется клинически для оценки PaCO₂ (гл. 6). Разница между РлСО₂ и РктСО₂ в норме не превышает 5 мм рт. ст. и обусловлена раз­ведением альвеолярного газа газом из неперфузи-руемых альвеол, не содержащим CO₂ (т. е. газом из альвеолярного мертвого пространства).

^ Транспорт дыхательных газов в крови

1. КИСЛОРОД

Кислород переносится кровью в растворенном виде и в связанной (обратимо) с гемоглобином форме.

^ Физически растворенный кислород

Количество кислорода, растворенного в крови, оп­ределяется законом Генри, согласно которому концентрация любого газа в растворе пропорцио-

нальна его парциальному давлению. Математичес­кое выражение этого закона следующее:

Концентрация газа = а х Парциальное давление,

где а — коэффициент растворимости газа в данном растворе и при данной температуре.

Коэффициент растворимости кислорода в крови при нормальной температуре тела равен 0,003 мл/100 мл/мм рт. ст. Даже при РлО?, равном 100 мм рт. ст., максимальное количество кислоро­да, которое может раствориться в крови, очень мало (0,3 мл в 100 мл крови) по сравнению с фрак­цией кислорода, связанного с гемоглобином.

Гемоглобин

Гемоглобин — это крупная сложная молекула, со­стоящая из четырех железосодержащих порфири-новых соединений (гемов) и четырех белковых субъединиц. Железо, которое содержится в теме, играет главную роль в образовании связи с кисло­родом; с кислородом может связываться только двухвалентная форма железа. В норме у взрослых имеется так называемый гемоглобин A₁, состоя­щий из двух а- и двух (3-цепей (субъединиц); эти четыре цепи удерживаются вместе за счет слабых связей между аминокислотными остатками. Тео­ретически каждый грамм гемоглобина способен переносить до 1,39 мл кислорода.

^ Кривая диссоциации оксигемоглобина

Молекула гемоглобина присоединяет четыре молекулы кислорода. В результате сложного взаимодействия между субъединицами связыва­ние гемоглобина с кислородом носит нелинейный характер (соответствующая кривая зависимос­ти имеет S-образную форму; рис. 22-22). Насыщением (сатурацией) гемоглобина называ­ют количество связанного с гемоглобином кис­лорода, отнесенное к общей кислородной емкос­ти гемоглобина и выраженное в процентах. Присоединение каждой из четырех молекул кислорода обеспечивается отдельной химичес­кой реакцией. Изменение молекулярной кон-формации гемоглобина, возникающее в резуль­тате присоединения первых трех молекул кислорода, резко ускоряет образование четвер­той связи с кислородом. Последняя реакция от­вечает за ускоренное присоединение кислорода в диапазоне насыщения от 25 до 100 %. В диапа­зоне от 90 до 100 % кривая диссоциации (насы­щения) постепенно уплощается по мере умень­шения количества доступных мест связывания кислорода.

^ Факторы, влияющие на кривую диссоциации оксигемоглобина

На процесс присоединения кислорода к гемоглоби­ну влияют следующие факторы: концентрация ионов водорода, напряжение углекислого газа, температура, концентрация 2,3-дифосфоглице-рата (2,3-ДФГ). Их суммарный эффект на взаи­модействие гемоглобина с кислородом отражает величина P₅₀ — значение напряжения кислорода, при котором гемоглобин насыщен на 50% (рис. 22-23). Изменение каждого из факторов способно смещать кривую диссоциации вправо (увеличение P₅₀) или влево (уменьшение Р.™). Сдвиг вправо вызывает снижение сродства гемо­глобина к кислороду, вытесняет кислород из связи с гемоглобином и увеличивает количество кис­лорода, доступного тканям; сдвиг влево дает обратный эффект. В норме P₅₀ составляет 26,6 мм рт. ст. (3,4 кПа).

Увеличение концентрации ионов водорода в крови снижает связывание гемоглобина с кисло­родом (эффект Бора). Форма кривой диссоциа­ции оксигемоглобина такова, что этот эффект более выражен в венозной крови, чем в артериаль­ной (рис. 22-23); данный феномен облегчает осво-

бождение кислорода в тканях, практически не сказываясь на потреблении кислорода (в отсут­ствие тяжелой гипоксии).

Влияние напряжения CO₂ на сродство гемог­лобина к кислороду имеет важное физиологи­ческое значение; вместе с тем оно вторично по от­ношению к увеличению концентрации ионов водорода, которая возрастает с увеличением PCO₂. Высокое содержание CO₂ в венозном сег­менте капилляров, снижая сродство гемоглобина к кислороду, облегчает освобождение кислорода в тканях; наоборот, низкое содержание CO₂ в ле­гочных капиллярах вновь увеличивает сродство гемоглобина к кислороду, облегчая поглощение кислорода из альвеол.

2,3-ДФГ, побочный продукт гликолиза (шунт Rapoport-Luebering), накапливается при анаэроб­ном метаболизме. Хотя эффект 2,3-ДФГ на гемог­лобин теоретически благоприятен для организма (уменьшается сродство гемоглобина к кислороду и облегчается освобождение O₂ в тканях.— Примеч. ред.), его физиологическое значение невелико. 2,3-ДФГ, тем не менее, играет важную компенса­торную роль при хронической анемии и существен­но влияет на транспортную функцию гемоглобина донорской крови при гемотрансфузиях (гл. 29).

^ Аномальные лиганды и аномальные формы гемоглобина

Окись углерода (СО), цианиды, азотная кислота и аммиак moitt связываться с гемоглобином в мес­тах соединения с кислородом. Они вытесняют кис­лород и смещают кривую диссоциации влево. Угарный газ отличается особенной активностью: его сродство к гемоглобину в 200-300раз выше, чем у кислорода. СО связывается с гемоглобином, обра­зуя карбоксигемоглобин, что снижает кислородную емкость гемоглобина и нарушает освобождение кислорода в тканях.

При окислении железа тема до трехвалентной формы образуется метгемоглобин. В редких случаях нитраты, нитриты, сульфаниламиды и другие лекарственные средства могут вызывать сильную метгемоглобинемию. Метгемоглобин не­способен связывать кислород, до тех пор пока он не будет восстановлен с помощью фермента метгемо-глобинредуктазы; кроме того, метгемоглобин сме­щает кривую диссоциации оксигемоглобина влево. Метгемоглобинемия, как и отравление угарным га­зом, снижает кислородную емкость крови и наруша­ет высвобождение кислорода в тканях. Метилено-вый синий и аскорбиновая кислота способствуют восстановлению метгемоглобина в гемоглобин.

Аномальные формы гемоглобина возникают в ре­зультате изменений в составе белковых субъединиц. Каждый вариант имеет собственные характеристики связывания с кислородом. Наиболее распространен­ные аномальные формы гемоглобина включают фе-тальный гемоглобин, гемоглобин A₂, гемоглобин при серповидно-клеточной анемии (гл. 29).

^ Содержание кислорода в крови

Общее содержание кислорода в крови равно сумме физически растворенного и связанного с гемоглоби­ном кислорода. Связывание кислорода с гемогло­бином никогда не достигает теоретического макси­мума, поэтому считают, что 1 г гемоглобина может связать приблизительно 1,31 мл кислорода. Содер­жание кислорода в крови (С, от англ, content — со­держание) выражается следующим уравнением:

Содержание кислорода (в 100 мл крови) = = [(0,003 мл О₂/ЮО мл крови/мм рт. ст.) х PO₂] + + (SO₂X HbX 1,31 мл/1 OO мл крови),

где Hb — концентрация гемоглобина (г/100 мл крови), a SO₂ — насыщение гемоглобина кислоро­дом (S, от англ, saturation — насыщенеие) при дан­ном PO₂.

Используя эту формулу и величину Hb, равную 15 г/100 мл, можно рассчитать содержание O₂ в ар­териальной pi смешанной венозной крови, а также артериовенозную разницу по кислороду (при SaO₂ - 97,5 % и SvO₂ = 75 %):

CaO₂-(O₁OOSx 100)+ (0,975 х 15 х 1,31)=

= 19,5 мл О₂/100 мл крови;

CvO₂-(0,003 х 40)+ (0,75 х 15 х 1,31) =

- 14,8 мл О₂/100 мл крови;

(CaO₂ - CvO₂) - 4,7 мл О₂/1OO мл крови.

^ Транспорт кислорода

Транспорт кислорода зависит как от дыхания, так и от кровообращения (гл. 19). Общая доставка кис­лорода (DO₂; от англ, delivery — доставка) к тканям равна произведению содержания кислорода в ар­териальной крови и сердечного выброса:

DO₂ - CaO₂ х Q_t.

Заметим, что содержание кислорода в артериаль­ной крови зависит как от РлО₂, так и от концентра­ции гемоглобина. ^ Следовательно, недостаточная доставка кислорода может быть результатом низкого РлО₂, низкой концентрации гемоглобина или низкого сердечного выброса. В норме расчет до­ставки кислорода выглядит так:

DO₂ = 20 мл О₂/1OO мл крови х 5000 мл /мин =

= 1000 мл О₂/мин.

^ Уравнение Фика выражает связь между потребле­нием O₂, артериовенозной разницей по кислороду и сердечным выбросом:

Потребление O₂ = VO₂ = Q_t x (CaO₂ - CvO₂). После преобразования получаем:

CaO₂ - CvO₂ = VO₂XQt-

Следовательно, артериовенозную разницу можно рассматривать как меру адекватности доставки кислорода.

При нормальном потреблении кислорода око­ло 250 мл/мин и сердечном выбросе 5000 мл/мин нормальная артериовенозная разница, согласно этому уравнению, составит 5 мл O₂/!OO мл крови. Заметим, что при этом нормальный коэффициент экстракции O₂ [(CaO₂ - CvO₂)/CaO₂] составит 25 %, т. е. 5 мл/20 мл. Таким образом, в норме ор­ганизм потребляет только 25 % кислорода, пере­носимого гемоглобином. Когда потребность в O₂ превосходит возможность его доставки, то коэф­фициент экстракции становится выше 25 %. На-

оборот, если доставка O₂ превышает потребность, то коэффициент экстракции падает ниже 25 %.

Если доставка кислорода снижена умеренно, потребление кислорода не изменяется благодаря увеличению экстракции O₂ (насыщение гемогло­бина кислородом в смешанной венозной крови снижается); в этом случае VO₂ не зависит от до­ставки. По мере дальнейшего снижения DO₂ дос­тигается критическая точка, в которой VO₂ стано­вится прямо пропорционально DO₂. Состояние, при котором потребление кислорода зависит от до­ставки, характеризуется прогрессирующим лак-тат-ацидозом (гл. 30), обусловленным клеточной гипоксией.

^ Кислородный резерв

Понятие кислородного резерва имеет большое зна­чение в анестезиологии. Когда в результате апноэ прекращается поступление в организм кислорода, то в ходе клеточного метаболизма потребляется имеющийся кислородный резерв; после того как резерв исчерпан, развивается гипоксия и наступа­ет смерть клеток. Теоретически нормальный кис­лородный резерв у взрослого человека составляет около 1500 мл. Он включает остатки кислорода в легких; кислород, находящийся в связи с гемо­глобином и миоглобином; кислород, растворенный в жидкостях организма. К сожалению, высокое сродство гемоглобина к кислороду (сродство мио-глобина к кислороду еще выше), а также незначи­тельное количество кислорода, физически раство­ренного в тканях, представляют собой очень малый резерв. Следовательно, основным источни­ком кислорода является дыхательная смесь, нахо­дящаяся в легких в объеме, соответствующем ФОЕ (исходный объем при апноэ). Необходимо отметить, что только около 80 % этого объема может быть ис­пользовано.

При наступлении апноэ у больного, дышавшего перед этим атмосферным воздухом, в легких име­ется примерно 480 мл кислорода (если FiO₂ = 0,21 и ФОЕ = 2300 мл, то объем кислорода составит FiO₂ X ФОЕ; 0,21 X 2300 мл = 480 мл). Метаболи­чески активные ткани быстро используют этот резерв (предположительно со скоростью потреб­ления кислорода); в течение 90 с развивается тяже­лая гипоксемия. Возникновение гипоксемии мож­но отсрочить путем увеличения FiO₂ перед апноэ. После дыхания чистым кислородом легкие содер­жат 2300 мл кислорода, что задерживат развитие гипоксемии после апноэ на 4-5 мин. Данная кон­цепция лежит в основе проведения преоксигена-ции перед индукцией анестезии (гл. 5).

^ 2. УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ

CO₂ транспортируется кровью в физически раст­воренном виде, в составе бикарбоната и в комплек­се с белками в виде карбаминовых соединений (табл. 22-6). Сумма всех трех форм составляет об­щее содержание CO₂ в крови, которое стандартным образом измеряется при анализе электролитов.

^ Физически растворенный CO₂

CO₂ растворяется в крови лучше, чем кислород, ко­эффициент его растворимости 0,031 ммоль/л/ мм рт. ст. при 37 ⁰C (0,067 мл/100 мл/мм рт. ст.)

Бикарбонат

В водных растворах CO₂ медленно вступает в связь с водой, образуя бикарбонат:

H₂O+ CO₂-H⁺+HCO₃".

В плазме в эту реакцию вступает менее 1 % раст­воренного CO₂, тогда как в эритроцитах и в эндо-телиальных клетках имеется фермент карбо-ангидраза, который ее ускоряет. В результате бикарбонат представляет самую большую фрак­цию CO₂ в крови (табл. 22-6). Ацетазоламид, будучи ингибитором карбоангидразы, может нарушать до­ставку CO₂ от тканей к альвеолам.

В венозных сегментах капилляров большого круга кровообращения CO₂ поступает в эритроци­ты, где трансфомируется в бикарбонат, который диффундирует из эритроцитов в плазму. Для под­держания электрического равновесия из плазмы в эритроциты перемещаются ионы Cl". В легоч­ных капиллярах происходит обратный процесс: ионы Cl" выходят из эритроцитов, а бикарбонат поступает в них для превращения в CO₂, который диффундирует в альвеолы. Перемещение ионов

Cl" носит название хлоридного сдвига, или сдви­га Гамбургера.

^ Карбаминовые соединения

CO₂ может реагировать с аминогруппами белков согласно реакции:

R-NH₂ + CO₂ — RNH-CO₂" + H⁺.

При физиологических значениях рН только не­большое количество CO₂ переносится в этой фор­ме, главным образом, в комплексе с гемоглобином (карбаминогемоглобин). Сродство дезоксигениро-ванного гемоглобина (дезоксигемоглобина) к CO₂ в 3,5 раза выше, чем у оксигемоглобина. Увеличе­ние сродства крови к CO₂ при ее деоксигенации часто называют эффектом Холдейна (табл. 22-6). В норме PCO₂ существенно не влияет на фракцию CO₂, которая транспортируется в виде карбами-ногемоглобина.

^ Влияние гемоглобинового буфера на транспорт CO₂

Эффект Холдейна отчасти обусловлен буферными свойствами гемоглобина (гл. 30). При нормальном рН гемоглобин может выполнять роль буфера за счет высокого содержания гистидина. Кроме того, кислотно-основные свойства гемоглобина зависят от степени его оксигенации:

H⁺+HbO₂-> HbH⁺+O₂.

После высвобождения кислорода в тканевых капил­лярах молекула гемоглобина начинает вести себя подобно основанию; связывая ионы водорода, ге­моглобин смещает равновесие СО₂-бикарбонат пре­имущественно в сторону образования бикарбоната:

CO₂ + H₂O + HbO₂ — HbH⁺+ HCO₃"+ O₂.

В результате дезоксигемоглобин увеличивает ко­личество CO₂, переносимого венозной кровью в форме бикарбоната. По мере того как CO₂ посту­пает из тканей и превращается в бикарбонат, об­щее содержание CO₂ в крови растет (табл. 22-6). В легких процесс имеет противоположное на­правление. Оксигенация гемоглобина усиливает его кислотные свойства, и высвобождение ионов водорода смещает равновесие преимущественно в сторону образования CO₂:

O₂ + HCO₃" + HbH⁺-CO₂ + H₂O + HbO₂.

Концентрация бикарбоната снижается по мере того, как образуется и элиминируется CO₂, так что в легких падает общее содержание CO₂ в крови. Отметим, что имеется разница в содержании CO₂ в цельной крови (табл. 22-6) и плазме (табл. 22-7).

Кривая диссоциации CO₂

Кривую диссоциации CO₂ можно построить в виде графического отображения зависимости общего содержания CO₂ от PCO₂. Аналогично можно ко­личественно отобразить долю каждой из форм CO₂ (рис. 22-24).

Запасы CO₂

Запасы углекислого газа в организме велики (при­близительно 120 л у взрослого человека) и пред­ставлены главным образом в виде растворенного CO₂ и бикарбоната. Когда равновесие между выра­боткой и элиминаций углекислого газа нарушает­ся, то в течение 20-30 мин устанавливается новое равновесие (для кислорода такое уравновешива­ние происходит не позднее 4-5 мин). По скорости уравновешивания запасы CO₂ подразделяют на быстрые, средние и медленные. Емкости сред­них и медленных запасов больше, а это значит, что при резких изменениях вентиляции скорость уве­личения PaCO₂ меньше, чем скорость снижения.

Регуляция дыхания

Автоматизм самостоятельного дыхания является результатом ритмической активности дыхатель-

ных центров в стволе головного мозга. Дыхатель­ные центры управляют дыхательными мышцами, что позволяет поддерживать нормальное напряже­ние O₂ и CO₂ в организме. Базальная активность нервных центров модулируется сигналами из дру­гих областей головного мозга, произвольными и непроизвольными, а также центральными и пе­риферическими рецепторами.