Біофізика і біомеханіка - В. С. Антонюк - 2012
Розділ 4. БІОФІЗИКА СКЛАДНИХ БІОЛОГІЧНИХ СИСТЕМ
4.6. Біофізика системи кровообігу
4.6.2.Транспорт кисню кров’ю
Кількість кисню, що надходить в альвеолярний простір із вдихуваного повітря за одиницю часу, дорівнює кількості кисню, який переходить за цей час із альвеол у кров легеневих капілярів. Саме це забезпечує сталість концентрації кисню в альвеолярному просторі.
Надходження кисню з повітря альвеол у кров легеневих капілярів і СО2 із крові в альвеолярне повітря відбувається за допомогою дифузії газів через легеневу мембрану. Ця дифузія зумовлюється різницею між парціальним тиском газів у крові та альвеолярним повітрям. Парціальний тиск цього газу - це вміст кисню, вуглекислого газу, азоту та інших газів атмосферного повітря (% або мм рт. ст.) до загального складу повітря. Градієнт парціального тиску кисню або вуглекислого газу - це сила, з якою молекули цих газів прагнуть проникнути через альвеолярну мембрану в кров.
На рівні моря атмосферний тиск у середньому становить 760 мм рт. ст., а вміст кисню в повітрі - 20,93 %. У цьому випадку парціальний тиск кисню складає (760 20,93) / 100 = 159 мм рт. ст. Вуглекислого газу в атмосферному повітрі міститься менше ніж 0,03 %, що відповідає 0,2 мм рт. ст. парціального тиску. Із підняттям у гори атмосферний тиск знижується, а вміст кисню залишається сталим (20,93 %), тому парціальний тиск кисню в цьому разі зменшується.
Уміст газів у крові виражається парціальним напруженням газу та його кількістю. Парціальне напруження газу в крові або тканинах - це сила, з якою молекули розчиненого газу прагнуть проникнути в газовесередовище. Виражають цей тиск у міліметрах ртутного стовпа. Наприклад, в артеріальній крові парціальне напруження кисню досягає 100 мм рт. ст., у венозній - 40 мм рт. ст. Напруження вуглекислого газу в артеріальній крові становить 40 мм рт. ст., у венозній - 46 мм рт. ст. Ці дані показують, що градієнт парціального тиску (напруження) між атмосферним повітрям і тканиною для кисню становить 140 мм рт. ст, для вуглекислого газу - 60 мм рт. ст, що зумовлює напрямок та інтенсивність надходження кисню з альвеолярного повітря в кров легеневих мі- кросудин, а О2 - у зворотному напрямку. При цьому градієнт кисню напрямлений у бік тканин, а градієнт вуглекислого газу - навпаки, від тканин в атмосферу. Напрямлені градієнти створюють основу для газообміну, а сила, що спонукає до проникнення газу в клітину або виходу з неї, визначається значенням градієнта. Рушійною силою обміну газу між альвеолярним повітрям і кров’ю на етапі перенесення газу кров’ю та обміну газу між кров’ю капілярів і клітинами тканин є градієнт тиску (напруження).
Біофізичною характеристикою проникності бар’єра легенів для респіраторних газів є дифузійна здатність легенів. Це кількість газів, що переміщується через легеневу мембрану за одну хвилину, якщо різниця парціального тиску з обох боків мембрани становить 1 мм. рт. ст. Дифузійна здатність залежить від обсягу крові в легеневих капілярах.
Кисень перебуває в крові у двох станах: у вигляді фізично розчиненого газу в плазмі крові (0,3 моля кисню на кожні 100 молів крові); у вигляді хімічно зв’язаного стану (20 молів кисню), з гемоглобіном оксигемоглобіну. Кількість кисню, розчиненого в плазмі, недостатня для забезпечення життєдіяльності організму. Тому особливої значущості набуває здатність гемоглобіну зв’язувати кисень. Так, кожний грам гемоглобіну здатен зв’язати 1,39 моля кисню. Отже, за вмісту гемоглобіну 150 г/л кожні 100 молів крові можуть переносити 20,8 моля кисню, а місткість кисню в хімічно зв’язаній формі буде становити 150'1,39 = 208,5 моля. Величину, що відображає кількість кисню, яка може зв’язатися з ге
моглобіном у разі його повного насичення, називають кисневою місткістю гемоглобіну. Відношення кількості кисню, зв’язаного з гемоглобіном, до кисневої місткості гемоглобіну є показником ступеня насичення гемоглобіну киснем. У здорових осіб це насичення становить 97...98 % .