Similar presentations:
Транспорт газов кровью. Регуляция дыхания
1. Транспорт газов кровью. Регуляция дыхания
март 2021проф. С.Л. Совершаева
2.
1. Транспорт газов кровью– гемоглобин, его формы
– кривая диссоциации гемоглобина
– транспорт углекислого газа
– газообмен между кровью и тканями
– роль миоглобина
2. Регуляция дыхания
– дыхательный центр, роль его отделов в регуляции
дыхания
– роль газового состава и рН артериальной крови.
Центральные и периферические хеморецепторы.
– рецепторы легких и других тканей, их значение в
компенсации дыхательных нагрузок.
3. 1. транспорт газов кровью
4.
• Физическое растворение О2 и СО2 подчиняется законуГенри,
– количество растворенного в жидкости газа
пропорционально его парциальному давлению,
поэтому
• содержание физически растворенного О2 в крови
крайне мало.
• О2 транспортируется в основном транспортным
протеином – гемоглобином (Hb), на котором
– атомы железа в геме обратимо связываются с
кислородом
5.
Гемоглобин – сложный белок класса хромопротеинов:•простетическая группа – гем – порфириновое ядро
содержит железо (Fe++)
•белковая часть – 4 протомера (у взрослого
полипептидные цепи α и β)
6. Гемоглобин А (взрослого): 4 полипептидных субъединицы (2 α и 2 β), 4 гема
4 полипептидных цепиСтруктура Нв – сродство
(аффиность) к О2:
• В деоксигсенированном Нв низкое сродство к O2,
4 гема (Fe++)
• После присоединения O2 в
первой связи – изменения
конфигурации
полипептидной цепи →
выделение сайтов
связывания O2 – 500-кратное увеличение
сродства к O2.
7.
Формы гемоглобинаГемоглобин плода
(HbF):
–
2 γ-цепи вместо β
–
имеет большее
сродство к O2,
чем дефинитивные
Hb,
–
с 8–36 нед
беременности (90–
95%
Hb плода),
–
после рождения ↓ и
к 8 мес ≈ 1%.
–
↑ HbF при гемоглобинопатиях, гипопластических и
B12-дефицитной анемиях, остром лейкозе, у жителей
высокогорья,
Дефинитивные Hb - основные формы Hb эритроцитов взрослого
человека (96–98% - HbA (A1,) - α2β2, 1,5–3% - HbA2 - α2δ2).
8. Формы гемоглобина крови
Оксигемоглобин (HbO2) - форма переноса O2 к тканям• оксигенированная кровь светло-красная,
Дезоксигенированный Hb (HbH) – восстановленный
гемоглобин
• дезоксигенированная кровь - синевато-темнокрасная
(синюшно-багровый цвет НЬ)
– если абсолютная концентрация дезоксигемоглобина в
капиллярной крови повышается более, чем на 50 г/л, то
это приводит к посинению кожи и слизистых
покровов (цианоз).
Гемоглобин, присоединивший СО2 к амино группам Hb –
карбаминогемоглобин (карбгемоглобин) –HbСО2
9. Формы гемоглобина крови
Метгемоглобин (MetHb) - содержит Fe3+; прочно связываетO2, диссоциация затруднена,
• метгемоглобиненмия м. б. наследственной или
приобретённой
– воздействие сильных окислителей: нитраты и неорганические
нитриты, сульфаниламиды и местные анестетики типа лидокаина.
Карбоксигемоглобин - соединение с СО
Гликозилированный Hb (HbА1с) - это HbА (A1),
модифицирован необратимым присоединением глюкозы
(норма - 5,8–6,2%)
• один из первых признаков сахарного диабета - ↑ в 2–3 раза
• имеет худшее сродство к О2, чем обычный Hb.
10. Аномальные формы гемоглобина
Известно более 1000 мутаций разных глобинов, значительноизменяющих свойства Hb, в первую очередь — способность
транспортировать O2.
HbH - гомотетрамер, образующийся при ингибировании синтеза α-цепи
транспорт O2 не эффективен.
HbM - группа аномальных Hb, у которых замещение одной
аминокислоты способствует образованию MetHb,
• гетерозиготы - имеют врождённую метгемоглобинемию,
• гомозиготы погибают в ходе внутриутробного развития.
HbS - аномальный Hb (мутация в 6-м положении бета-цепи),
у гетерозигот - серповидно-клеточные Э. (HbS от 20 до 45%),
у гомозигот - серповидно-клеточная анемия (HbS - 75-100%).
Барта Hb [Bart - пациент, у которого впервые обнаружен этот Hb] гомотетрамер, встречающийся у раннего эмбриона и при
aльфа-талассемии,
не эффективен как переносчик O2.
11.
Серповидно-клеточнаяанемия (Африка)
• Гемоглобин S
– тенденция к
полимеризации в
деоксигенированном
состоянии,
• причина серповидной
формы Э.
• Во время криза
– Э. скапливаются в
микроциркуляторном
русле, вызывая
• болезненную ишемию
и инфаркт ткани
• способствует устойчивости
к малярии
12.
Формы транспорта кислорода в крови• ≈ 1.5% O2 в плазме в растворенном виде,
• ≈ 98.5% связано с Нв в эритроцитах в форме HbO2
13.
Взаимосвязь между парциальнымдавлением О2 (РО2) и % HbO2
(насыщение, сатурация)
описывается кривой диссоциации
оксигемоглобина
Насыщение Hb О2 зависит от PO2,
отражает содержание HbО2
• зависимость не является линейной
(характерная S-образная кривая),
• это благоприятствует
– связыванию О2 в лёгких
(артериальная кровь),
– транспорту О2,
– освобождению О2 в кровеносных
капиллярах органов и тканей.
14.
Пульсоксиметрия(оксигемометрия,
гемоксиметрия) —
неинвазивный метод
определения степени
насыщения крови
кислородом.
В основе –
спектрофотометрический
способ оценки количества
гемоглобина в крови.
Нормы показаний
•95-98 % у здоровых
•высокие значения бывают при кислородной терапии
•низкие - при дыхательной недостаточности
15.
Факторы, влияющие на сродствогемоглобина к О2
• pH,
• температура,
• 2,3-дифосфоглицерат (2,3-ДФГ).
шифт влево
шифт вправо
• Индекс описывающий смещения
кривой диссоциации - P50 (S50)полунасыщение Hb - значение
РО2, при котором наблюдается
полунасыщение гемоглобина
кислородом
• P50 = 50% насыщения Нв O2.
смещение вправо:
• высокий P50 – низкая
•при ↑ t°, ↓ pH, ↑2.3-ДФГ
аффинность Нв к O2.
•сродство Нв к кислороду ↓, а Р50↑
•при ↑метаболизма в тканях –
облегчается отдача О2 в тканях
• Сдвиг вправо - меньшее
насыщение кислородом,
• Сдвиг влево - большее
насыщение кислородом
смещение влево:
•↓ t° или ↑ pH, ↓ 2,3-ДФГ
•сродство Нв к О2 растет, а Р50 ↓
•у плода – облегчается насыщение Нв
кислородом при снижении РО2
16.
2,3-Дифосфоглицерат (ДФГ)• промежуточный продукт гликолиза в эритроцитах,
• взаимодействует с β-субъединицей Hb,
• сдвигает кривую диссоциации Нв вправо,
• при усилении гликолиза (анаэробного окисления)
– ↑ДФГ в Э. - адаптация к гипоксии (при
заболеваниях лёгких, анемиях, подъёме на
высоту):
• в период адаптации к высокогорью (более 4 км
над уровнем моря) концентрация ДФГ уже
через 2 дня возрастает почти в 2 раза (от 4,5 до
7,0 мМ),
– это снижает сродство Hb к О2 и увеличивает
количество О2, освобождаемого из капилляров в
ткани.
17.
Эффект Кристиана Бора (сдвиг кривой вправо)• влияние CO2 и H+ на аффинитет О2 к Hb
• физиологическое следствие эффекта Бора —
– облегчение диффузии O2 из крови в ткани и
связывание O2 артериальной кровью в лёгких
Влияние РСО2, рН, t кривую диссоциации
гемоглобина
18. Факторы, влияющие на образование и диссоциацию НвО2
Способствуютобразованию НвО2
(шифт влево)
Способствуют
диссоциации НвО2
(шифт вправо – эффект
Бора)
1. Высокое РО2
1. Низкое РО2
2. Низкое РСО2
2. Высокое РСО2
3. Повышение рН
3. Снижение рН
4. Снижение t
4. Повышение t
5. Низкий уровень 2,3 ДФГ
5. Повышение уровня 2,3
ДФГ
19. Влияние СО на связывание гемоглобином О2 крови
Влияние СО на связывание гемоглобином О2 крови• Если построить кривую,
отражающую половину
кислородной емкости крови
(что соответствует 50%
анемии, голубая кривая) и
затем ее значения
умножить на 2, то кривая
связывания в своей
верхней части совпала бы
с кривой, отражающей
кислородную емкость
крови, причем ее форма
• . Напротив, связывание 50% Нв с СО
была бы нормальной.
(50% HbCO, фиолетовая кривая) ведет
также к делению пополам кислородной
емкости крови. Но при этом форма
кривой связывания сильно изменена
(сдвиг влево), что затрудняет отдачу
О2 в ткани
20.
Кривая диссоциации для миоглобина мышц• гипербола
• на обратимое связывание
миоглобина
мышечной
ткани и О2 влияет только
PO2
• миоглобин имеет очень
высокое сродство к О2:
– даже при PO2, равном
1–2 мм рт.ст., миоглобин
остаётся связанным с О2
на 50%.
• миоглобин играет важную
роль при:
– при
интенсивном
использовании
О2
например, в результате
физической нагрузки.
21.
Кислородная ёмкость крови• максимальное возможное количество
связанного с Hb О2
• теоретически составляет 0,062 ммоль
О2 (1,39 мл О2) на 1 г Hb,
• реальное значение несколько
меньше — 1,34 мл О2 на 1 г Hb
• измеренные значения составляют
– для мужчин 9,4 ммоль/л (210 мл О2/л),
– для женщин — 8,7 ммоль/л (195 мл О2/л).
22.
• На 1 мм рт. ст. PO2 - 0.003 мл O2 растворяется в 100 млкрови при t°тела
• Т.к. PO2 в арт. крови ≈ 100 мм рт. ст.
– кол-во растворенного кислорода 0.3 мл O2/ 100 мл крови
• Измеренное количество O2 ≈ 20.4 мл O2/100 мл крови
• связывание O2 с Hb в Э.
• [Hb] ≈15 г/100 мл крови
• 1 г Hb связывает 1.34 мл O2
• таким образом
– 15 x 1.34 = 20.1 20.1+ 0.3 = 20.4
23. Транспорт углекислого газа кровью
24. Транспорт углекислого газа кровью
• НСОз- с помощью белка-переносчика выводятся из Э. в плазму, а наих место закачиваются ионы СГ (феномен «хлорного» сдвига)
• СО2 образует также комбинацию с NН2-группами белковых
субъединиц гемоглобина: С02 + Нb -> Нb СО2 (карбаминовое
соединение – карбаминогемоглобин, карбгемоглобин)
– транспорт Нb СО2 зависит от величины РО2 в плазме на основе
эффекта Холдена
– в количественном отношении этот вид транспорта СО2
незначителен по сравнению с бикарбонатами
– Но… при газообмене СО2 в легких между кровью и альвеолярным
воздухом эти две формы приобретают основное значение
• доля растворенной формы составляет 0,6 мл/100 мл крови (7-10 %),
карбаминогемоглобина - 1,8 мл/100 мл крови (25-30%), бикарбонатов
- 3,6 мл/100 мл крови (60- 70%.
25.
Кривая диссоциациикарбогемоглобина
• Почти прямолинейная зависимость
CO2 content (ml/dl blood)
Венозная кровь
(деоксигемоглобин)
арт. кровь
(НвО2)
PCO2 ( мм рт ст
• небольшая разница PCO2
артериальной и венозной крови (40
мм рт. ст. против 45 мм рт.ст.)
• Смещается влево, когда Hb в
форме деоксигемоглобина в
венозной крови (эффект Холдена):
– в системных капиллярах
↑сродство Hb к CO2 →
• облегчение транспорта CO2
из тканей в кровь
– в легочном кровообращении Hb
оксигенируется и ↓ его сродство
к СО2
• облегчение транспорта CO2
из крови в альвеолы
26. Диффузия О2 от тканевых капилляров к клеткам
Артериальный конецкапилляра
Венозный конец
капилляра
27. Захват СО2 кровью из тканей в тканевые капилляры
Артериальный конецкапилляра
Венозный конец
капилляра
28. 2. Регуляция дыхания
29. Регуляция дыхания
Система регуляции дыхания:– рецепторы, воспринимающие информацию и
передающие ее в дыхательный центр
– дыхательный центр/центральный регулятор в
головном мозге, где обрабатывается
информация, и посылаются команды на:
– эффекторы - дыхательные мышцы,
непосредственно осуществляющие вентиляцию
легких.
30.
Центральный регулятор(дыхательные центры продолговатого
мозга, варолиева моста и др.отделов
ЦНС)
Афферентные импульсы
рецепторы
(хеморецепторы,
механорецепторы)
Сенсорный
вход
Эфферентные импульсы
Эффекторы
(дыхательные
мышцы)
Механическая
работа
Поток газа (воздухоносные
пути) и обмен газов
(альвеоло- капиллярная
мембрана)
31.
Центральная регуляция дыханияГруппа дыхательных центров в стволе
головного мозга → формируют
автоматическую дыхательную активность.
Основной дыхательный центр –
– на дне 4-го желудочка: две группы
нейронов:
• вдоха (инспираторные)
– включаются автоматически в
ответ на гиперкапнию (через
хеморецепторы)
• выдоха (экспираторные)
– возбуждаются только при
форсированном выдохе.
– этот уровень м. б. подавлен волевым
влиянием
• при участии коры головного мозга.
32.
Ствол мозга• продолговатый мозг
– чередование вдоха и выдоха
• варолиев мост –
– пневмотаксический центр –
• тонкая настройка
дыхательного ритма,
• подавляет апн. центр,
– апнейстический центр –
• возбуждение инсп. зоны,
удлиняя вдох (при тяжелых
поражениях мозга);
кора головного мозга –
• произвольное дыхание –
• гипервентиляция (гиповентиляция мало достижима –
исключение составляют йоги)
другие отделы мозга –
• лимбическая система, гипоталамус –
• влияют на характер дыхания, особенно при аффективных
состояниях (ярость, испуг и пр.).
33.
34. Рецепторы, участвующие в механизме регуляции дыхания
• центральныехеморецепторы,
• периферические
хеморецепторы,
• рецепторы легких,
• прочие рецепторы
– носовой полости, верхних
дыхательных путей, суставов
и мышц, гамма–системы,
артериальные
барорецепторы, болевые и
температурные
35. Центральные хеморецепторы
• мониторинг Рсо2,• клетки-рецепторы - в
продолговатом мозге.
• хеморецепторы
– ответ на отклонения
в [Н+] и Рсо2 во
внеклеточной
жидкости
внутримозгового
интерстициального
пространства
• ↑Н+ Рсо2→ ↑
вентиляции
(гиперкапнический
драйв),
• высокая скорость
вентиляторного ответа на
гиперкапнию , т.к.
– СО2 легко диффундирует
через ГЭБ,
36.
Периферическиехеморецепторы
– каротидные тельца –
бифуркация сонной
артерии,
– аортальные тельца – дуга
аорты
Два типа рецепторов:
a) H+/CO2 рецепторы
мониторируют PCO2,
a) ↑ PCO2 - стимуляция
дыхания
b) PO2 рецепторы мониторируют O2,
a) ↓артериального PO2
(< 60 мм рт ст) стимуляция дыхания
37.
• Повышение PCO2и снижение pH в
артериальной
крови и их
влияние на
уровень
вентиляции
38.
Стимуляция периферическиххеморецепторов сниженным РО2
39.
– PO2 в норме мало влияет на вентиляцию, но– при длительной гипоксемии (PO2 < 60 mmHg) гипоксический драйв
• вентиляция в большей степени зависит от уровня O2, чем от
CO2 (напр., эмфизема, подъем в горы).
Эффект низкого артериального PO2 на
альвеолярную вентиляцию при
постоянном PCO2 и [H+]
40.
При хронической гиперкапнии• центральные хеморецепторы теряют чувствительность
к CO2
– при ХОБЛ - «гипоксический респираторный драйв»
• опосредован периферическими хеморецепторами
в ответ на низкое PaO2
– назначение чистого О2 таким пациентам может
привести к фатальному снижению альвеолярной
вентиляции
• необходима контролируемая
вентиляция кислородом
41.
Механорецепторы легких• Ирритантные рецепторы – быстро адаптирующиеся рецепторы
растяжения
– между эпителиальными клетками воздухоносных путей
– отвечают на отек, эмболию, вдыхание сильных раздражителей
– вагусные афференты → ЦНС→ рефлекторная бронхоконстрикция и
кашель→ предупреждают вдыхание вредных веществ
– физиологическая роль при тяжелой физической нагрузке
– ограничивают сильные сокращения скелетных мышц (I-рефлекс)
42.
• Рецепторы растяжения легких:– медленно адаптирующиеся рецепторы растяжения (легочные
механорецепторы вагуса)
– в ГМК воздухоносных путей,
– стимулируются растяжением легких (при ДО выше 1500 мл)
– вызывают рефлекс ↓ уровня дыхания (рефлекс Геринга-Брейера)
• через вагусные афференты – в дорсальную группу нейронов
дыхательного центра – подавляют активность инсп. нейронов
– предупреждает перерастяжение легких
43.
• Юкстакапиллярные рецепторы:– свободные нервные окончания в альвеолярной стенке
вблизи легочных капилляров
– возбуждение – при ↑ кровенаполнения легочных капилляров,
– вызывают быстрое, поверхностное дыхание,
– функциональная роль не до конца ясна, но
• при их возбуждении – ощущение одышки
• Рецепторы суставов и мышц:
– активируются при движении мышц
– помогают стимулировать дыхание при нагрузке
– растет уровень дыхания
44. Дополнительные дыхательные чувствительные структуры
Рецепторы верхних воздухоносных путей:• ответ на механические и химические стимулы,
– рефлекторный кашель, чиханию, бронхоконстрикция и
спазм гортани.
Мышечные веретена
• регуляция силы мышечного сокращения
– спинальные рефлексы,
• могут быть важны в генерировании макс. силы выдоха
– для устранения обструкции воздухоносных путей
Висцеральные и кожные афференты
• передача информации в центры регуляции дыхания,
– напр., при боли и повышении температуры кожи –
гипервентиляция.
45.
Произвольный контрольДыхания (истерия,
возбуждение)
Нейрогенные
стимулы
Химические
стимулы
Дыхательный
центр стимулируется
Легочные
рецепторы:
растяжения,
Рецепторы
грудной стенки
Юкстакапиллярные
Рецепторы
Рецепторы мышц,
сухожилий,
связок,
Грудная стенка
Каротидные и
Аортальные
тельца
46.
Паттерны дыхания в норме ипатологии
• В норме ЧД и глубина могут
значительно изменяться.
• При сильном - углубленное
дыхание с удлиненным
выдохом, «дыхание поцелуя»
• дыхание Чейна- Стокса, бывает
у пациентов при отравлениях или
уремии – нарастание и пауза.
• В случае выпадения более
высоких центров дыхания при
агонии можно наблюдать
периодическое Д. с резко
удлиненным вдохом.
• Апноэ сна – периоды остановки
Д. от10 с до нескольких минут
– обструктивное апноэ сна и
центральное апноэ сна,
47.
48. Схематические представления активности дыхательного центра
Импульсы, идущие черезафферентные нейроны
(темные красные линии),
поступают к центральным
нейронам, которые в
свою очередь активируют
эфферентные нейроны,
вызывающие
возбуждение
дыхательных мышц
Дыхательные движения
могут быть нарушены в
результате нарушений в
различных отделах НС