Связывание кислорода гемоглобином. Кислород, поступающий в кровь, сначала растворяется в плазме крови. При Ри0 100 мм рт. ст. в 100 мл плазмы растворяется всего 0,3 мл 02. Хотя растворенного кислорода и немного, но эта его форма играет важную промежуточную роль в газообмене. Такой кислород по градиенту концентрации проникает через мембрану эритроцита и сначала растворяется в его цитоплазме. Только после этого 02 вступает в соединение с Ре2+ гема и образует соединения, которые называют окси-гемоглобином (НЬ02). При этом валентность железа не изменяется. Оксигемоглобин - маломощная соединение, которое легко распадается в тканях. Прямую реакцию именуют оксигенацией, а обратный процесс, что происходит в тканях, - дезоксигенацією гемоглобина (рис. 83).
Каждая молекула гемоглобина способна присоединить четыре молекулы кислорода, что в пересчете на 1г гемоглобина означает 1,34 мл 02. Зная уровень гемоглобина крови, легко подсчитать кислородную емкость крови (КЕК):
КЕК = НЬ- 1,34.
Например: 15 o 1,34 = 20 (мл) кислорода содержится в 100 мл крови. Учитывая то, что те самые 100 мл крови содержат лишь 0,3 мл растворенного 02, можно сделать вывод, что основное количество кислорода, который транспортируется кровью, химически связан с гемоглобином.
Рис. 83.
Ассоциация и диссоциация оксигемоглобина
Интенсивность образования (ассоциации) оксигемоглобина обусловлена парциальным напряжением 02 в крови: чем выше уровень Р0 , тем больше образуется оксигемоглобина. Однако зависимость эта не прямо пропорциональная. Она имеет вид 8-образной кривой, определять которую удобнее за скоростью диссоциации оксигемоглобина (рис. 84). 8-образный характер ее определяется тем, что с увеличением количества молекул 02, которые присоединяются к каждой молекулы оксигемоглобина, этот процесс протекает активнее (автокаталіз). Так, если при отсутствии кислорода в крови (Р0 = 0) оксигемоглобина нет, а при Р0 = 10 мм рт. ст. 10 % гемоглобина переходит в оксигемоглобин, то при Р0 = 20 мм рт. ст. содержится уже около 30 % оксигемоглобина, а при Р0 = 40 мм рт. ст. - около 80 % оксигемоглобина, приР0 = 100 мм рт. ст. в крови будет содержаться около 100 % оксигемоглобина.
Необходимо уделить особое внимание двум участкам кривой: верхней, идущей почти параллельно оси ординат, и средний - резко падает вниз. Конфигурация первого участка свидетельствует о способности гемоглобина активно захватывать 02 в легких, а второй-легко отдавать его в тканях. Так, в процессе поглощения 02 кровью в легких уже при Р0а= 60 мм рт. ст. почти весь гемоглобин может присоединить кислород (более 90 % оксигемоглобина).
Рис. 84. в условиях нормы; 2 - за увеличения рН или температуры; С - за снижения рН или температуры; 4 - Р50О2
В смешанной венозной крови, полученной из правого предсердия, при Р0 в 40 мм рт. ст. содержание оксигемоглобина еще превышает 70 %. При КЕК в 20 мл1100 мл он составляет еще около 15 мл1100 мл крови создает резерв 02. Начиная со значения Р0 40 мм рт. ст., кривая круто опускается вниз. Вследствие даже незначительного уменьшения Р0 ниже 40 мм рт. ст., что происходит в тканях в случае более интенсивного их функционирования, скорость диссоциации оксигемоглобина резко увеличивается. Это обеспечивает значительное ускорение поступления кислорода к тканям из предыдущего объема крови. Например, при Рю, что равняется 20 мм рт. ст., оксигемоглобина остается лишь 30 %. Итак, ткани из каждых 100 мл крови получают уже не 5 мл кислорода, как в условиях нормы, а около 14 мл, то есть почти втрое больше.
Можно отметить, что благодаря такой особенности гемоглобина человек может жить высоко в горах, выполнять интенсивную мышечную работу и не всегда умирать от недостатка 02 при снижении уровня гемоглобина крови (анемии), затруднении газообмена через мембрану (например при пневмонии).
Изменение наклона кривой диссоциации оксигемоглобина.
Наклон кривой, т. е. скорость диссоциации оксигемоглобина в крови человека, не постоянен и в некоторых условиях может меняться. Скорость диссоциации оксигемоглобина обусловлено химическим сродством гемоглобина к 02 и некоторых внешних факторов, которые изменяют характер кривой. К таким факторам относятся температура, рН, Рго.
Форма кривой диссоциации оксигемоглобина в значительной степени зависит от концентрации в крови ионов Н+. При снижении рН кривая сдвигается вправо, что свидетельствует об уменьшении сродства гемоглобина с 02 и активации поступления его в ткани. Повышение рН увеличивает сродство и сдвигает кривую влево - возрастает поступление кислорода в кровь. Влияние рН на сродство гемоглобина с 02 называется эффектом Бора. Эффект Бора при многих состояниях в норме и патологии играет существенную роль в газотранспортной функции крови. Образование большого количества СО2 в тканях способствует увеличению отдачи 02 за счет снижения сродства гемоглобина с 02, а выделение СО2 в легких, уменьшая рН крови, наоборот, улучшает оксигенацию. СО2 также влияет на кривую диссоциации оксигемоглобина.
При снижении температуры отдача 02 окси-гемоглобином замедляется, а повышение температуры ускоряет этот процесс.
Показателем, характеризующим интенсивность применения кислорода тканями, является различие уровня оксигемоглобина крови, притекающей и оттекающей (артериовенозное различие по кислороду, АВР-02).
Таким образом, практическое отсутствие в организме запасов кислорода компенсируется возможностью резкого увеличения применения его из кровотока за счет повышения АВР-02. Интенсивное функционирование тканей, когда больше образуется СО2, Н+ и повышается температура, создает условия для увеличения доставки кислорода клеткам.
Отравления угарным газом.
Оксид углерода (СО) имеет большую (примерно в 350 раз) сродство с гемоглобином, чем кислород. Поэтому даже при очень малых его концентрациях в воздухе, а следовательно, и крови, образуются соединения карбоксигемоглобина (НЬСО). В связи с тем, что это соединения устойчивы, способность гемоглобина связывать кислород резко снижается. Обусловлено это тем, что СО связывается с молекулами железа в хэме, а при этом происходит сдвиг кривой диссоциации влево. В результате даже свободные молекулы гемоглобина хуже взаимодействуют с кислородом.
Диссоциация карбоксигемоглобина происходит очень медленно, поэтому в случае легкой степени отравления пострадавшего необходимо вынести на свежий воздух или давать кислород для дыхания.
Реакция взаимодействия кислорода с гемоглобином подчиняется закону действующих масс. Это означает, что соотношение между количествами гемоглобина и оксигемоглобина зависит от содержания физически растворенного О 2 в крови; последнее же, согласно закону Генри-Дальтона, пропорционально напряжению О 2 . Процент оксигемоглобина от общего содержания гемоглобина называют кислородным насыщением (SО 2) гемоглобина. Если гемоглобин полностью дезоксигенирован, то SО 2 = 0%; если же весь гемоглобин превратился в оксигемоглобин, то SО 2 = 100%. В соответствии с законом действующих масс насыщение гемоглобина кислородом зависит от напряжения О 2 . Графически эту зависимость отражает так называемая кривая диссоциации оксигемоглобина. Эта кривая имеет S-образную форму. Расположение кривой диссоциации оксигемоглобина зависит от ряда факторов (см. ниже). Наиболее простым показателем, характеризующим расположение этой кривой, служит так называемое напряжение полунасыщения (50%), т.е. такое напряжение О 2 , при котором насыщение гемоглобина кислородом составляет 50%. В норме (при рН=7,4 и t=37°C) полунасыщение артериальной крови составляет около 26 мм рт.ст. (3,46 кПа).
Причины S-образной формы кривой диссоциации оксигемоглобина до конца не ясны. Если бы каждая молекула гемоглобина присоединяла только одну молекулу О 2 , то кинетика этой реакции графически описывалась бы гиперболой. Именно такая гиперболическая кривая диссоциации характерна, например, для реакции соединения кислорода с красным мышечным пигментом миоглобином, аналогичной реакции оксигенации гемоглобина. Строение миоглобина сходно со структурой одной из четырех субъединиц гемоглобина, поэтому молекулярные массы этих двух веществ соотносятся как 1:4. Поскольку в состав миоглобина входит лишь одна пигментная группа, одна молекула миоглобина может присоединить только одну молекулу О 2 . Исходя из вполне правдоподобного предположения о том, что S-образная форма кривой диссоциации НbО 2 обусловлена связыванием одной молекулой гемоглобина четырех молекул О 2 , Эдер выдвинул так называемую гипотезу промежуточных соединений. Согласно этой гипотезе, присоединение четырех молекул О 2 к гемоглобину происходит в несколько стадий, причем каждая из этих стадий влияет на равновесие следующей реакции. Таким образом, реакция соединения кислорода с гемоглобином описывается четырьмя константами равновесия, что и объясняет сигмоидную форму кривой диссоциации оксигемоглобина.
В то же время возможно и другое объяснение, согласно которому существуют две формы гемоглобина-оксигенированная и дезоксигенированная, переходящие одна в другую в результате конформационных перестроек. Если предположить, что параметры равновесия реакций оксигенации для этих двух форм гемоглобина различны, то с позиции данной гипотезы можно объяснить S-образную форму кривой диссоциации НbО 2
Биологический смысл формы кривой диссоциации оксигемоглобина. Конфигурация кривой диссоциации оксигемоглобина имеет важное значение с точки зрения переноса кислорода кровью. В процессе поглощения кислорода в легких напряжение О 2 в крови приближается к таковому в альвеолах. У молодых людей РО 2 артериальной крови составляет около 95 мм рт.ст. (12,6 кПа). При таком напряжении насыщение гемоглобина кислородом составляет примерно 97%. С возрастом (и в еще большей степени при заболеваниях легких) напряжение О 2 в артериальной крови может значительно снижаться, однако, поскольку кривая диссоциации оксигемоглобина в правой ее части почти горизонтальна, насыщение крови кислородом уменьшается ненамного. Так, даже при падении РО 2 в артериальной крови до 60 мм рт.ст. (8,0 кПа) насыщение гемоглобина кислородом равно 90%. Таким образом, благодаря тому, что области высоких напряжений кислорода соответствует горизонтальный участок кривой диссоциации оксигемоглобина, предупреждается cyщественное снижение насыщения артериальной крови кислородом.
Крутой наклон среднего участка кривой диссоциации оксигемоглобина свидетельствует об очень благоприятных условиях для отдачи кислорода тканям. При изменении локальной потребности в кислороде он должен высвобождаться в достаточном количестве в отсутствие значительных сдвигов РО 2 в артериальной крови. В состоянии покоя РО 2 в области венозного конца капилляра равно приблизительно 40 мм рт.ст. (5,3 кПа), что соответствует примерно 73% насыщения. Если в результате увеличения потребления кислорода его напряжение в венозной крови падает лишь на 5 мм рт.ст. (0,7 кПа), то насыщение гемоглобина кислородом снижается не менее чем на 7%; высвобождающийся при этом О 2 может быть сразу же использован для процессов метаболизма.
44) Что такое "кривая диссоциации оксигемоглобина"?
Кривая диссоциации между процентом насыщения гемоглобина кислородом (отложенным на стандартной диаграмме по вертикальной оси - оси "Y", - так как Sa02 является зависимой переменной) и РОг окружающей среды (отложенным по горизонтальной оси - оси "X", - так как РОг является независимой переменной).
Когда РОг увеличивается, постепенно повышается и процент гемоглобина, который насыщен кислородом. Форма кривой существенно влияет на поглощение гемоглобином кислорода в легких и его освобождение в периферических тканях. Кроме того, некоторые физиологические состояния, так же как и заболевания, могут сместить кривую диссоциации оксигемоглобина влево (т.е. увеличить сродство Hb к кислороду) или вправо (т.е. уменьшить сродство Hb к кислороду).
45) Какой уровень PO2 связан с насыщением гемоглобина кислородом на 10, 30, 50, 70 и 90 % (при нормальной температуре 37°С и pH 7,40)? Что такое P50?
Анализ нормальной кривой диссоциации оксигемоглобина показывает, что SO2 в 10, 30, 50, 70 и 90 % приблизительно соответствуют значения РОг 10; 19; 26,6; 37 и 58 мм рт.ст. Значение РО2, которое приводит к SO2 = 50 %, называют Р50 и обычно используют как меру сродства гемоглобина к кислороду (нормальная величина 26,6 мм рт.ст.). Большие значение Р50 наблюдаются, когда кривая оксигемоглобина смещается вправо, уменьшая сродство гемоглобина к кислороду (благоприятный эффект). Напротив, меньшие значения P 50 наблюдаются, когда кривая оксигемоглобина смещается влево, увеличивая сродство Hb к кислороду (неблагоприятный эффект).
46) Что больше всего влияет на кривую диссоциации оксигемоглобина? Когда эта кривая смещается вправо или влево? Каково воздействие этого смегцения на высвобождение кислорода в тканях?
Основные факторы, которые меняют положение кривой диссоциации оксигемоглобина, включают тип гемоглобина (например, фетальный, "взрослый" и др.), температуру тела, РСО2, pH крови, уровень 2,3-дифосфоглицерата (2,3-ДФГ) в эритроцитах и концентрацию карбоксигемоглобина. Смещение кривой вправо указывает на пониженное сродство гемоглобина к кислороду, которое облегчает его высвобождение в тканях; этот эффект наблюдается в присутствии ненормального гемоглобина (например, типа Е, Сиэтл, Канзас), гипертермии, гиперкапнии, ацидоза и повышенного уровня 2,3- ДФГ. Наоборот, смещение кривой влево указывает на увеличенное сродство кислорода, снижающее высвобождение кислорода в тканях. Такой эффект наблюдается в присутствии большого количества фетального гемоглобина (и других типов, в том числе гемоглобина Yakenia, Chesapeake, Ranier), гипотермии, гипокапнии, алкалоза, пониженного уровня 2,3-ДФГ и высокой концентрации карбоксигемоглобина.
47) Объясните подробнее особенности вида кривой диссоциации оксигемоглобина и ее физиологическое значение.
Кривая диссоциации в растворе чистого гемоглобина имеет вид гиперболы и S- образный характер, если эритроциты не повреждены благодаря взаимодействию гемоглобина с 2,3-ДФГ и другими факторами, которые принимают участие в управлении свойствами гемоглобина. Начальный участок кривой крутой, демонстрирующий большое изменение насыщения гемоглобина кислородом при умеренных изменениях РО2 (например, SO, увеличивается с 10 до 70%, когда РОг возрастает с 10 до 37 мм рт.ст.).
Конечный участок кривой, наоборот, плоский и отражает небольшие изменения насыщения гемоглобина при значительном изменении РОг (например, SO2 растет с 70,0 до 97,5%, когда РОг увеличивается с 37 до 100 мм рт.ст,). Крутая часть кривой облегчает отделение кислорода от гемоглобина в периферических тканях в присутствии несколько сниженного РО2. C другой стороны, плоская часть кривой оксигемоглобина облегчает адекватное связывание кислорода гемоглобином в легких даже при значительном снижении РО2 или при легочных заболеваниях. Свойства гемоглобина обеспечивают почти максимальное связывание кислорода в легких и высвобождение этого газа в тканях.
48) Разъясните роль гемоглобина в поддержании сравнительно постоянного РО2 в периферических тканях при значительных изменениях альвеолярного РО2 (вызванных изменениями РО2 и легочными заболеваниями).
Относительно плоская верхняя часть кривой диссоциации оксигемоглобина объясняет малое изменение процента насыщенности артериальной крови кислородом, когда альвеолярный РОг снижается до 60 мм рт.ст. (SO2 = 89%) или увеличивается до 500 мм рт.ст. (SO2 - 99%); эти значения составляют соответственно уменьшение только на 8% и увеличение лишь на 2 % относительно нормального 97% насыщения. Поскольку из тканей удаляется приблизительно 5 мл кислорода на 1 дл крови, соответствующие значения SO2 в смешанной венозной крови равны 77% (РОг = 43 мм рт.ст.) и 67% (РОг =
35 мм рт.ст.). Следовательно, РО2 в тканях не изменяется более чем на несколько миллиметров ртутного столба, несмотря на значительное изменение альвеолярного РОг.
49) Сравните количество кислорода, высвобождаемого Hb в нормальных условиях, с его количеством при смещениях кривой диссоциации оксигемоглобина в любом направлении.
Смещение кривой диссоциации оксигемоглобина в любом направлении может существенно изменять количество кислорода, высвобождаемого в тканях. Например, при pH крови, равном 7,20, высвобождается примерно на 30% больше кислорода, чем при pH крови, равном 7,60 (эти значения pH соответствуют смещению кривых вправо и влево по сравнению с нормальной кривой диссоциации оксигемоглобина при pH, равном 7,40).
50) Как смещается кривая диссоциации оксигемоглобина во время физической нагрузки? Чем определяется смещение?
Во время физической нагрузки наблюдается смещение вправо кривой диссоциации оксигемоглобина в капиллярной крови, которая доставляет кислород в мышцы. Основными факторами, ответственными за это смещение, являются: 1) увеличение температуры мышц примерно на 3°С; 2) более высокий уровень РСО2 в ткани, вызванный увеличенной продукцией двуокиси углерода; 3) ацидемия, вызванная большим РСО2 и меньшей концентрацией бикарбоната в плазме ([НСОз"]р) (реакция на лактацидоз); 4) выделение фосфатных соединений из мышц. Следовательно, от 75 до 85% кислорода, транспортируемого гемоглобином, может быть выделено в ткани в отличие от только 25%, выделяемых в нормальном состоянии покоя.
51) Какова величина РО2 и процент насыщения гемоглобина кислородом в артериальной и смешанной венозной крови у здоровых людей?
Насыщение кислородом артериальной крови составляет приблизительно 97%, потому что у здоровых людей РаС>2 равно примерно 95 мм рт.ст. Значения SO2 и РО2 в смешанной венозной крови (полученной из легочной артерии и представляющей собой нормальную венозную кровь, воз вращающуюся из периферических тканей) составляют соответственно 75% и 40 мм рт.ст.
52) В чем заключается эффект Бора? Каково значение этого эффекта?
Эффект Бора заключается в смещении кривой диссоциации оксигемоглобина, вызванном изменениями РСО2 в крови. Этот процесс имеет важное физиологическое значение, потому что он облегчает связывание гемоглобином кислорода в легких, так же как и его высвобождение в тканях. Переход двуокиси углерода из крови в альвеолы легких уменьшает уровень угольной кислоты в крови и ее . Следовательно, смещение кривой вверх, что также сдвигает ее влево, происходит вследствие потери двуокиси углерода и тем самым увеличивает поглощение кислорода гемоглобином, когда кровь проходит через легкие. Противоположное явление происходит в периферических тканях, когда увеличение двуокиси углерода в крови смещает кривую вправо. Это смещение кривой диссоциации оксигемоглобина вправо обеспечивает большее высвобождение кислорода в тканях.
53) Как гемоглобин помогает поддерживать относительно постоянный РО2 в периферических тканях в состояниях, сопровождающихся увеличенной потребностью тканей в кислороде (например, при большой физической нагрузке)?
Крутая нижняя часть кривой диссоциации оксигемоглобина характеризуется большим изменением процентного насыщения Hb кислородом при относительно незначительном уменьшении РО2. Эта часть кривой диссоциации облегчает высвобождение кислорода в тканях, особенно во время физической нагрузки. В нормальном состоянии SvO 2 составляет 75%, a PvO 2 - 40 мм рт.ст., но во время тяжелой мышечной нагрузки SvO 2 достигает 30 %, a PvO 2 - 20 мм рт.ст. Таким образом, во время нагрузки SvO 2 уменьшается на 45 % (с 75 до 30%). Относительно малое снижение PO 2 в тканях - с 40 до 20 мм рт.ст. сопровождается высвобождением дополнительных 9 мл кислорода на 1 дл крови (т е. 15 г Hb 1,34 мл O 2 0,45 = 9 мл). Таким образом, гемоглобин помогает поддерживать относительно постоянное PO 2 в тканях, когда PaO 2 заметно снижается и когда потребность тканей в кислороде существенно увеличивается; это свойство часто считают результатом "буферного" действия Hb в отношении парциального давления кислорода в тканях.
Кривые диссоциации оксигемоглобина справедливы для нормальной крови со средними показателями. Однако существует ряд факторов, которые могут сдвигать эту кривую в одну или другую сторону. На рисунке видно, что при некотором закислении крови со снижением рН от нормального уровня 7,4 до 7,2 кривая диссоциации смещается в среднем на 15% вправо, а повышение уровня рН от нормального уровня 7,4 до 7,6 смещает кривую на такое же расстояние влево.
Кроме изменений рН известны и другие факторы, которые могут сдвигать кривую диссоциации. Назовем три, действие которых сдвигает кривую вправо: (1) повышение концентрации двуокиси углерода; (2) повышение температуры крови; (3) повышение концентрации 2,3-дифосфоглицерата - метаболически важного фосфата, который в зависимости от метаболических условий присутствует в крови в разных концентрациях.
Повышение снабжения тканей кислородом в случаях, когда двуокись углерода и ионы водорода сдвигают кривую диссоциации оксигемоглобина. Эффект Бора. Сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина в ответ на повышение содержания двуокиси углерода и ионов водорода в крови имеет существенное влияние, выражающееся в ускорении высвобождения кислорода из крови в тканях и увеличении оксигенации крови в легких. Это называют эффектом Бора и объясняют его следующим образом.
При прохождении крови через ткань двуокись углерода диффундирует из клеток ткани в кровь. В результате в крови увеличивается Ро2, а затем концентрации угольной кислоты (Н2СО3) и ионов водорода. Эти изменения сдвигают кривую диссоциации оксигемоглобина вправо и вниз, уменьшая сродство кислорода к гемоглобину, и в результате увеличивается выход кислорода в ткани.
При диффузии двуокиси углерода из крови в альвеолы происходят процессы обратного направления - в результате в крови снижаются Рсо2 и концентрация ионов водорода, сдвигая кривую диссоциации оксигемоглобина влево и вверх. При этом" значительно увеличивается количество кислорода, связывающегося с гемоглобином при любом существующем уровне альвеолярного Ро2, что увеличивает транспорт кислорода к тканям.
Сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина под влиянием дифосфоглицерата. Нормальное содержание ДФГ в крови вызывает постоянный небольшой сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина вправо. В случае гипоксического состояния, продолжающегося более нескольких часов, концентрация ДФГ в крови значительно возрастает, и кривая диссоциации оксигемоглобина сдвигается вправо еще больше.
В присутствии такой концентрации ДФГ кислород в тканях высвобождается при Ро2, превышающем нормальный уровень на 10 мм рт. ст., поэтому в некоторых случаях такой механизм с участием ДФГ может оказаться важным для адаптации к гипоксии, особенно если причиной гипоксии является уменьшение в ткани кровотока.
Сдвиг кривой диссоциации во время физической нагрузки . Во время физической нагрузки некоторые факторы вызывают значительный сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина вправо, поэтому активные, выполняющие физическую работу мышечные волокна получают дополнительное количество кислорода. В свою очередь, работающие мышцы высвобождают большое количество двуокиси углерода; это в совокупности с действием некоторых других кислот, высвобождающихся мышцами, повышает концентрацию ионов водорода в крови капилляров мышц.
Кроме того, во время работы температура мышцы часто повышается на 2-3°С, что может еще больше увеличивать доставку кислорода мышечным волокнам. Все эти факторы вызывают значительный сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина в крови капилляров мышц вправо. Сдвиг вправо означает высвобождение кислорода гемоглобином в мышце при достаточно высоком уровне Ро2 (40 мм рт. ст.) даже в случаях, когда из него уже высвободилось 70% кислорода. Сдвиг кривой в другую сторону показывает, что в легких присоединилось дополнительное количество кислорода из альвеолярного воздуха.
Форма кривой диссоциации НbО 2 обусловлена главным образом реакционноспособностью гемоглобина, однако сродство крови к кислороду может измениться под действием других факторов , как правило, приводящим к увеличению или уменьшению наклона кривой диссоциации без изменения ее S-образной формы. Такое влияние оказывают температура, pH, напряжение СО 2 и некоторые другие факторы, роль которых возрастает при патологических состояниях.
Влияние температуры. Равновесие реакции оксигенации гемоглобина (как и большинства химических реакций вообще) зависит от температуры. При понижении температуры наклон кривой диссоциации оксигемоглобина увеличивается, а при ее повышении-снижается (рис. 22.7, А). У теплокровных
612 ЧАСТЬ VI. ДЫХАНИЕ
животных этот эффект проявляется только при гипотермии или лихорадочном состоянии (с. 683, 684).
Влияние pH и Р O2 . Форма кривой диссоциации оксигемоглобина в значительной степени зависит от содержания в крови ионов Н + (эта зависимость приведена на рис. 22.7, Б, где в качестве показателя концентрации ионов Н + указаны значения pH). При снижении pH, т. е. подкислении крови, сродство гемоглобина к кислороду уменьшается и угол наклона кривой диссоциации оксигемоглобина уменьшается. На рис. 22.7, Б приведены значения pH плазмы, хотя для понимания механизмов влияния Н + на
диссоциацию оксигемоглобина важнее знать влияние на кривую диссоциации pH внутри эритроцитов. Однако этот параметр измерить трудно, поэтому обычно ограничиваются определением pH плазмы. Влияние pH на характер кривой диссоциации оксигемоглобина (см. рис. 22.7, Б) называют эффектом Бора.
pH крови тесно связан с напряжением в ней СО 2 (Р O2): чем выше Р O2 , тем ниже pH. На рис. 22.7, В приведено семейство кривых диссоциации оксигемоглобина при различных значениях Р С O2 . Видно, что увеличение напряжения СО 2 в крови сопровождается снижением сродства гемоглобина к кислороду и
ГЛАВА 22. ТРАНСПОРТ ГАЗОВ КРОВИ 613
уменьшением угла наклона кривой диссоциации НbО 2 . Эту зависимость называют также эффектом Бора, хотя при детальном количественном анализе было показано, что влияние СО 2 на форму кривой диссоциации оксигемоглобина нельзя объяснить только изменением pH. Очевидно, сам диоксид углерода оказывает на диссоциацию оксигемоглобина специфическое действие .
Биологический смысл эффекта Бора. Эффект Бора имеет определенное значение как для поглощения кислорода в легких, так и для его высвобождения в тканях (хотя значение этого эффекта не следует преувеличивать). Рассмотрим сначала процессы, происходящие в легких. Поглощение О 2 идет одновременно с выделением СО 2 , поэтому по мере насыщения гемоглобина кислородом кривая диссоциации оксигемоглобина сдвигается влево. На рис. 22.7, В этим изменениям соответствует красная кривая, которую иногда называют эффективной кривой диссоциации НЬО 2 . По мере того как венозная кровь (точка в; Р O 2 = 40 мм рт. ст., Р CO 2 = 46 мм рт. ст.), насыщаясь кислородом, превращается в артериальную (точка а; Р O 2 = 95 мм рт. ст., Р CO 2 = 40 мм рт. ст.), сродство гемоглобина к кислороду постоянно увеличивается. В результате, хотя перенос кислорода осуществляется путем диффузии, скорость этой диффузии несколько возрастает. Таким образом, эффект Бора способствует связыванию кислорода в легких.
Несколько большее значение эффект Бора имеет для переноса О 2 из капилляров в ткани. Поскольку одновременно с выходом кислорода из крови в нее поступает СО 2 , кривая диссоциации оксигемоглобина смещается вправо. Все эти процессы соответствуют сдвигу на эффективной кривой диссоциации от точки а до точки в (красная кривая на рис. 22.7, В). Снижение сродства гемоглобина к кислороду приводит к еще большему падению содержания оксигемоглобина, и в результате кислород поступает в ткани при относительно высоком Р о в капилляре. Таким образом, и в данном случае эффект Бора способствует обмену кислорода.
Влияние патологических факторов. При ряде патологических состояний наблюдаются изменения в процессах переноса кислорода кровью. Так, сушествуют заболевания (например, некоторые виды анемий), которые сопровождаются сдвигами кривой диссоциации оксигемоглобина вправо (реже влево). Причины таких сдвигов окончательно не ясны. Известно, что на форму и угол наклона кривой диссоциации оксигемоглобина оказывают выраженное влияние некоторые фосфорсодержащие органические соединения, концентрация которых в эритроцитах при патологии может изменяться. Наибольший эффект среди таких соединений оказывает 2,3-Дифосфоглицерат-2,3-ДФГ (рис. 22.7, Г) . Сродство гемоглобина к кислороду зависит также от содержания в эритроцитах катионов. Необходимо отметить и влияние патологических сдвигов pH: при повышении pH {алкалозе) захват кислорода в легких благодаря эффекту Бора облегчается, но
его отдача в тканях затрудняется, а при снижении pH (ацидозе) наблюдается обратная картина. Наконец, значительный сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина влево имеет место при отравлении СО.
Особенности кривой диссоциации оксигемоглобина у плода. В плаценте, как и в любом другом органе, газообмен осуществляется путем диффузии. В то же время особое внимание следует обратить на различие в сродстве крови матери и плода к кислороду. При анализе в одинаковых условиях наклон кривой диссоциации оксигемоглобина в крови плода несколько брльше, чем в крови матери, однако in vivo эта разница почти целиком сводится на нет благодаря эффекту Бора (pH крови плода несколько ниже, чем pH материнской крови). В связи с этим разница в сродстве крови матери и плода к кислороду практически не отражается на газообмене в плаценте. Такая ситуация наиболее благоприятна для обмена газов, что становится очевидным, если учесть различия в концентрации гемоглобина в крови матери и плода .
На рис. 22.8 приведены кривые диссоциации оксигемоглобина для крови матери и плода к мо-
614 ЧАСТЬ VI. ДЫХАНИЕ
менту рождения. При их построении использованы средние значения pH в области плаценты. Поскольку содержание гемоглобина в крови матери и плода различно (120 и 180 г/л соответственно), по оси ординат отложено не насыщение гемоглобина кислородом, а объемное содержание О 2 в крови. Процессам дезоксигенации крови матери и оксигенации крови плода соответствует ход кривых в направлении стрелок между точками а и в (мать) и в" и а" (плод). Видно, что при одном и том же напряжении О 2 кровь плода связывает значительно больше кислорода, чем кровь матери. Так, при Р O2 = 25 мм рт. ст. (3,3 кПа) содержание О 2 в крови матери составляет 0,08, а в крови плода-0,11.
Особую роль в плацентарном газообмене играет эффект Бора. В процессе диффузии газов сродство крови матери к кислороду в результате поступления СО 2 снижается, а сродство крови плода повышается (на рис. 22.8 это не показано). Благодаря такому двойственному влиянию эффекта Бора скорость обмена кислорода увеличивается.