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.

ТАБЛИЦА 22-6. Транспорт СО₂(из расчета на 1 л цельной крови)

Форма	Плазма	Эритроциты	Плазма + эритроциты	Доля (%)
Цельная смешанная венозная кровь
Растворенный CO2	0,76	0,51	1,27	5,5
Бикарбонат	14,41	5,92	20,33	87,2
Карбаминовые соединения	Незначительное	1,70	1,70	7,3
Общее содержание CO2 (ммоль/л)	15,17	8,13	23,30
Цельная артериальная кровь
Растворенный CO2	0,66	0,44	1,10	5,1
Бикарбонат	13,42	5,88	19,30	89,8
Карбаминовые соединения	Незначительное	1,10	1,10	5,1
Общее содержание CO2 (ммоль/л)	14,08	7,42	21,50

Если не указано иное, значения везде выражены в ммоль. (С разрешения. Из: Nunn J. R Applied Respiratory Physiology, 4th ed. Butterworths, 1993.)

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.

!.ДЫХАТЕЛЬНЫЕ ЦЕНТРЫ

Основной дыхательный ритм исходит из продол­говатого мозга. Выделяют две группы медулляр­ных нейронов: дорсальную дыхательную группу, которая активизируется в основном при вдохе, и вентральную дыхательную группу, которая ак­тивизируется при выдохе. Хотя это и не установ­лено окончательно, происхождение основного ритма связано либо с собственной спонтанной электрической активностью дорсальной группы, либо с взаимосвязанной активностью дорсальной и вентральной групп. Тесная связь дорсальной дыхательной группы нейронов с солитарным трактом, возможно, объясняет рефлекторные из­менения дыхания при стимуляции блуждающего и языкоглоточного нервов.

Две зоны варолиевого моста воздействуют на дорсальный медуллярный центр (центр вдоха). Нижний центр моста (апнейстический) — возбуж­дающий, верхний центр моста (пневмотаксичес-кий) — угнетающий. Дыхательные центры вароли-ева моста осуществляют тонкую регуляцию частоты и ритма дыхания.

ЦЕНТРАЛЬНЫЕ РЕЦЕПТОРЫ

Наиболее важные из центральных рецепторов — хеморецепторы, которые реагируют на изменения концентрации ионов водорода. Считается, что цен­тральные хеморецепторы располагаются на перед-небоковой поверхности продолговатого мозга и вос­принимают изменения концентрации ионов водорода ([H⁺]) в цереброспинальной жидкости (ЦСЖ). Этот механизм эффективно регулирует PaCO₂, потому что физически растворенный CO₂, в отличие от ионов бикарбоната, проникает через гематоэнцефа-

ТАБЛИЦА 22-7. Содержание CO₂ в плазме (ммоль/л)

	Артериальная кровь	Венозная кровь
Растворенный CO2 Бикарбонат Карбаминовые соединения Общее содержание CO2	1,2 24,4 Незначительное 25,6	1,4 26,2 Незначительное 27,6

С разрешения. Из: Nunn J. F. Applied Respiratory Physiology, 4 th ed. Butterworths, 1993.

лический барьер (гл. 25). Следовательно, на концент­рацию ионов водорода в ЦСЖ влияют резкие изме­нения PaCO₂, но не концентрация ионов бикарбона­та ([HCO₃^-]) в артериальной крови:

CO₂ + H₂O- H⁺ +HCO₃".

В течение нескольких дней [HCO₃ ] в ЦСЖ может сравняться с [HCO₃'] в артериальной крови.

Увеличение PaCO₂ приводит к росту концент­рации ионов водорода в ЦСЖ, что активирует хе-морецепторы. Опосредованная хеморецепторами стимуляция расположенных рядом медуллярных дыхательных центров увеличивает альвеолярную вентиляцию (рис. 22-25) и возвращает PaCO₂ к норме. Наоборот, снижение концентрации ионов водорода в ЦСЖ, обусловленное падением

PaCO₂, вызывает уменьшение альвеолярной вен­тиляции и компенсаторное возрастание PaCO₂. Зависимость между минутной вентиляцией и PaCO₂ практически линейна. Очень высокие уровни PaCO₂ приводят к депрессии дыхательно­го ответа (так называемому углекислотному нар­козу). Величина PaCO₂, при которой вентиляция становится равной нулю, называется порогом ап­ноэ.Если во время анестезии PaCO₂ падает ниже порога апноэ, самостоятельное дыхание прекра­щается. (У пациента в состоянии бодрствования порог апноэ не достигается, что обусловлено вли­яниями коры больших полушарий.) Активность центральных хеморецепторов, в отличие от тако­вой у периферических хеморецепторов, угнетает­ся при гипоксии.

Рис. 22-24.Кривая диссоциации CO₂ для цельной крови. (С разрешения. Из: Nunn J. F. Applied Respiratory Physiology, 3rd ed. Butterworths, 1987.)

Рис. 22-25.Зависимость альвеолярной вентиляции от PaCO₂. (С разрешения. Из: Guyton A. С. Textbook of Medical Physiology, 7th ed. Saunders, 1986.)