Кривая диссоциации оксигемоглобина

44 Что такое "кривая диссоциации оксигемоглобина"?

□ Кривая диссоциации между процентом насыщения ге­моглобина кислородом (отложенным на стандартной диа­грамме по вертикальной оси — оси "Y", — так как SaO₂ является зависимой переменной) и РО₂ окружающей среды (отложенным по горизонтальной оси — оси "X", — так как РО₂ является независимой переменной). Когда РО₂ 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 НЬ к кислороду) или вправо (т.е. уменьшить сродство НЬ к кислороду).

45 Какой уровень РО₂ связан с насыщением гемоглобина кисло­родом на 10, 30, 50, 70 и 90 % (при нормальной температуре 37 °С и рН 7,40)? Что такое Р₅₀?

□ Анализ нормальной кривой диссоциации оксигемо­глобина показывает, что SO₂ в 10, 30, 50, 70 и 90 % при­близительно соответствуют значения РО₂ 10; 19; 26,6; 37 и 58 мм рт.ст. Значение РО₂, которое приводит к SO₂ = 50 %, называют Р₅о 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 Р₅о наблюдаются, когда кривая оксиге­моглобина смещается влево, увеличивая сродство НЬ к кис­лороду (неблагоприятный эффект).

46 Что больше всего влияет на кривую диссоциации оксигемо­глобина? Когда эта кривая смещается вправо или влево? Ка­ково воздействие этого смещения на высвобождение кислоро­да в тканях?

□ Основные факторы, которые меняют положение кривой диссоциации оксигемоглобина, включают тип гемоглобина (например, фетальный, "взрослый" и др.), температуру тела, РСО₂, рН 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, SO2 увеличивается с 10 до 70 %, когда РО₂ возрастает с 10 до 37 мм рт.ст.). Конечный учас­ток кривой, наоборот, плоский и отражает небольшие из­менения насыщения гемоглобина при значительном изме­нении РО₂ (например, SO₂ растет с 70,0 до 97,5 %, когда РО₂ увеличивается с 37 до 100 мм рт.ст.). Крутая часть кривой облегчает отделение кислорода от гемоглобина в периферических тканях в присутствии несколько снижен­ного РО₂. С 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 PiO₂ и легочными заболеваниями).

□ Относительно плоская верхняя часть кривой диссоциа­ции оксигемоглобина объясняет малое изменение процента насыщенности артериальной крови кислородом, когда альве­олярный РО₂ 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 % (РО₂ = 43 мм рт.ст.) и 67 % (РО₂ = 35 мм рт.ст.). Следовательно, РО₂ в тканях не изменяется более чем на несколько миллиметров ртут­ного столба, несмотря на значительное изменение альвео­лярного РО₂.

Сравните количество кислорода, высвобождаемого НЬ 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 рН крови, равном 7,20, высвобождается примерно на 30 % больше кислорода, чем при рН крови, равном 7,60 (эти значения рН соответствуют смещению кривых вправо и влево по сравнению с нормальной кривой диссоциации оксигемоглобина при рН, равном 7,40).

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 ([HCO3L) (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.

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 РаО₂ равно примерно 95 мм рт.ст. Значения SO₂ и РО₂ в сме­шанной венозной крови (полученной из легочной артерии и представляющей собой нормальную венозную кровь, возвращающуюся 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 [Н⁺]. 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 НЬ кислородом при относительно незначитель­ном уменьшении РО₂. Эта часть кривой диссоциации об­легчает высвобождение кислорода в тканях, особенно во время физической нагрузки. В нормальном состоянии SvO₂ составляет 75 %, a PvO₂ — 40 мм рт.ст., но во время тяжелой мышечной нагрузки SvO₂ достигает 30 %, a PvO₂ — 20 мм рт.ст. Таким образом, во время нагрузки SvO₂ уменьшается на 45 % (с 75 до 30 %). Относительно малое снижение РО₂ в тканях — с 40 до 20 мм рт.ст. сопровождается высвобождени­ем дополнительных 9 мл кислорода на 1 дл крови (т.е. 15 г НЬ х 1,34 мл О₂ х 0,45 = 9 мл). Таким образом, гемоглобин помогает поддерживать относительно постоянное РО₂ в тка­нях, когда РаО₂ заметно снижается и когда потребность тканей в кислороде существенно увеличивается; это свой­ство часто считают результатом "буферного" действия НЬ в отношении парциального давления кислорода в тканях.

3. Двуокись углерода источники двуокиси углерода

54 Каковы источники двуокиси углерода и как велики запасы этого газа во всем организме? Сравните суточную продукцию летучих и нелетучих кислот у здоровых взрослых людей.

□ У людей, потребляющих обычное питание, промежуточ­ный метаболизм приводит к продукции и летучих (угольная кислота), и фиксированных кислот; первые удаляются из организма в виде двуокиси углерода (углекислого газа) лег­кими, в то время как вторые выводятся почками. Суточная скорость продукции двуокиси углерода клеточным метабо­лизмом в нормальном взрослом организме в условиях ос­новного обмена составляет приблизительно 15 000 ммоль. Во время максимальной нагрузки продукция двуокиси уг­лерода увеличивается в 20 раз, но, как установлено, сопут­ствующее гиперпноэ поддерживает РСО₂ в жидкостях орга­низма относительно постоянным. Суточная продукция не­летучих кислот, которые должны выделяться из организма, составляет у здоровых взрослых от 70 до 100 ммоль, т.е. намного меньше, чем продукция летучих кислот. Таким образом, сравнение суточной продукции летучих и нелету­чих кислот, представленное выше, показывает, что уровень первых примерно в 200 раз превышает уровень вторых. Значительная разница между скоростью образования и вы­деления двуокиси углерода и метаболических кислот позво­ляет понять, что за тяжелой гиповентиляцией легких почти немедленно следует нарушение кислотно-основного состо­яния. С другой стороны, после прекращения почечной функции требуется несколько дней, чтобы изменить кис­лотность плазмы в такой же степени. У здоровых людей, поддерживающих относительно постоянный уровень актив­ности и рацион, двуокись углерода образуется с исключи­тельно постоянной скоростью. Диеты, очень богатые угле­водами, значительно увеличивают продукцию двуокиси уг­лерода, и это может повлечь за собой клинические прояв­ления у больных с дыхательной недостаточностью и огра­ниченным дыхательным резервом. Запасы двуокиси углеро­да в организме весьма велики даже при нормальном РСО₂ и составляют приблизительно 1,8 л/кг массы тела. Большая часть этих извлекаемых запасов двуокиси углерода присутствует в форме карбонатов в костях, за ними следует дву­окись, связанная в форме ионов бикарбоната, которые на­ходятся во всех жидкостях организма.

55 Как измеряют суточную продукцию летучих кислот?

□ Суточную продукцию летучих кислот (т.е. угольной кис­лоты) оценивают измерением выделяемой легкими двуоки­си углерода, так как легкие — единственный орган, обеспе­чивающий окончательную элиминацию летучих кислот из организма. Как и в случае продукции и выделения нелету­чих кислот, в состоянии гомеостаза образование и элими­нация летучих кислот одинаковы. Таким образом, измере­ние выделения двуокиси углерода легкими позволяет коли­чественно определить ее продукцию.

ТРАНСПОРТ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА

56 Опишите транспорт двуокиси углерода от клеток до окружаю­щей среды.

□ Непрерывный поток крови постоянно транспортирует двуокись углерода, образованную в тканях, к легким для заключительного выделения в атмосферный воздух. Боль­шая часть двуокиси углерода, поступающей в систему кро­вообращения, преобразуется в негазовую форму и транспор­тируется благодаря механизмам, которые в значительной степени зависят от некоторых свойств гемоглобина. Все же процесс диффузии — фундаментальная движущая сила, обеспечивающая непрерывный переход двуокиси углерода из тканей в кровь и из крови в альвеолы легких. Соответ­ственно, чтобы перемещать двуокись углерода через не­сколько мембран между местом ее продукции и альвеоляр­ным пространством, требуется нарастающий градиент дав­ления. Однако из-за интенсивности, с которой газообразная двуокись углерода преобразуется в кровотоке в другие мо­лекулярные формы, транспорт двуокиси углерода из тканей в легкие осуществляется с поразительно небольшим гради­ентом для РСО₂. Таким образом, воздействие самой про­дукции двуокиси углерода на уровень кислотности очень незначительно. Между тканями и легочными альвеолами градиент РСО₂ составляет только 6 мм рт.ст., когда среднее

РСО₂ в тканях и альвеолярное РСО₂ равны приблизительно 46 и 40 мм рт.ст. соответственно. Если бы транспорт дву­окиси углерода должен был бы осуществляться исключи­тельно как физически растворенная в плазме газовая форма СО₂, потребовался бы в 10 раз больший градиент парци­ального давления двуокиси углерода между тканями и легкими, чтобы гарантировать выделение ее суточной про­дукции.

57 Объясните подробнее транспорт двуокиси углерода в крови.

G Содержание двуокиси углерода в крови зависит от РСО₂. Такая зависимость, известная как кривая диссоциации двуокиси углерода, является в отличие от S-образной кривой диссоциации оксигемоглобина относительно линейной. Более высокое содержание в крови двуокиси углерода, когда РСО₂ увеличивается, обусловлено большим количеством СО₂ во всех различных формах этого газа в крови (свобод­ная двуокись углерода; двуокись углерода, химически свя­занная с водой, гемоглобином и белками плазмы). При нормальном артериальном РСО₂, равном 40 мм рт.ст., со­держание двуокиси углерода в крови составляет 48 мл/дл, в то время как при нормальном РСО₂ смешанной венозной крови, равном 45 мм рт.ст., содержание двуокиси углерода равно 52 мл/дл. Только 5 % содержания двуокиси углерода в смешанной венозной крови транспортируется в раство­ренном состоянии (например, 2,7 мл/дл составляет 5 % от 52 мл/дл).

58 Сравните диффузию кислорода и двуокиси углерода в тканях организма.

Q Двуокись углерода диффундирует приблизительно в 20 раз быстрее, чем кислород. Эта особенность объясняет на­много меньший градиент давления СО₂ по сравнению с кислородом в тканях и легких. В альвеолах легких СО₂ составляет приблизительно 100 мм рт.ст., а в смешанной венозной крови — примерно 40 мм рт.ст., таким образом, градиент РО₂ между альвеолярным газом и капиллярной кровью равен 60 мм рт.ст. Так как РСО₂ в смешанной венозной крови составляет 45 мм рт.ст., а альвеолярное РСО₂ равно 40 мм рт.ст. (величина, идентичная РСО₂ крови в последних ²/з длины легочных капилляров и артериаль­ному РСО₂), градиент РСО₂ составляет примерно одну десятую долю градиента РО₂ (т.е. 5 и 60 мм рт.ст. составляют соответственно градиенты РСО₂ и РО₂ между альвеолярным газом и капиллярной кровью).

59 Как происходит переход двуокиси углерода из капиллярной крови в легочные альвеолы?

□ Явления, которые приводят к перемещению двуокиси углерода из тканей в кровоток, в легочных капиллярах имеют обратную последовательность. Поскольку РСО₂ в альвеолах более низкое, чем в крови, выделение двуокиси углерода обеспечивается градиентом ее давления. Снижение РСО₂ в крови, омывающей легочные альвеолы, приводит к местной алкалемии, которая влияет на гемоглобин и другие небикарбонатные буферы крови таким образом, что эти субстанции высвобождают ионы водорода, которые титруют ионы бикарбоната внутри и вне эритроцитов, продуцируя угольную кислоту. Так как оксигенация гемоглобина пре­образует это вещество в более сильную кислоту, уменьшая величину рК' имидазольных групп гистидина, выход ионов водорода из гемоглобина еще больше увеличивается. Вновь образовавшаяся угольная кислота быстро дегидратируется угольной ангидразой эритроцитов, а также угольной ангидразой, находящейся на эндотелиальной поверхности альве­олярных капилляров. Также выделяется двуокись углерода, связанная с карбаминами. Очень высокая проницаемость альвеолярно-капиллярной мембраны для двуокиси углерода, приблизительно в 20 раз превышающая проницаемость для кислорода, обеспечивает быстро наступающее равновесие между кровью и альвеолярным газом, которое устанавлива­ется за часть времени прохождения эритроцитов по легоч­ным капиллярам.

60 Объясните значение кровеносной системы для выделения дву­окиси углерода.

□ В дополнение к рассмотренным выше механизмам транспорта двуокиси углерода в крови и легочной вентиля­ции элиминация двуокиси углерода требует также и адекват­ной функции кровеносной системы. Согласно принципу Фика, общее выделение двуокиси углерода является функ­цией сердечного выброса (Q, в л/мин) и разности содержания двуокиси углерода в венозной и артериальной крови, выражаемой как (Cv — Са) СО₂:

VCO₂ = Q х(Cv - Са) СО₂.

Как следует из этого уравнения, в присутствии постоянной разности венозно-артериального содержания двуокиси угле­рода увеличение сердечного выброса вызывает увеличение выделения двуокиси углерода; и наоборот, если сердечный выброс уменьшается, выделение СО₂ падает. Эта законо­мерность имеет очень важное значение для надлежащей интерпретации содержания газов в артериальной и венозной крови у пациентов с нарушенным кровообращением.

61 Объясните подробнее процесс транспорта двуокиси углерода в крови. Что такое эффект Холдейна?

□ Начало этого процесса составляет поступление двуоки­си углерода из тканей в плазму в форме СО₂, растворенной в воде. Очень малая часть метаболически произведенной двуокиси углерода транспортируется как физически раство­ренная СО₂; это количество равно физическому коэффи­циенту растворимости для двуокиси углерода (равному 0,0301 ммоль/л/мм рт.ст.), умноженному на величину пар­циального давления СО₂. Таким образом, при нормальном уровне РСО₂ в смешанной венозной крови, составляющей 45 мм рт.ст., концентрация растворенной двуокиси углерода в плазме равна 1,35 ммоль/л. Самая большая доля двуокиси углерода, поступающей в плазму, диффундирует в эритро­циты, где происходит ее преобразование в негазообразные формы. Гидратация двуокиси углерода в эритроцитах фор­мирует угольную кислоту под каталитическим влиянием угольной ангидразы эритроцитов. Угольная кислота затем ионизируется с последовательным образованием ионов би­карбоната и ионов водорода. Буферные свойства гемогло­бина, которые усиливаются в тканевых капиллярах из-за деоксигенации гемоглобина, нейтрализуют создающиеся ионы водорода; большинство образовавшихся ионов бикар­боната диффундирует из эритроцитов в плазму. При любом РСО₂ плохо оксигенированная кровь проявляет увеличен­ную по сравнению с хорошо оксигенированной кровью способность к транспортировке двуокиси углерода. Это яв­ление называют эффектом Холдейна (Haldane). Количество двуокиси углерода, переносимое цельной кровью in vitro, увеличивается по мере повышения РСО2, принимая форму прямой линии в физиологическом диапазоне РСО2, и точка насыщенности для двуокиси углерода не достигается. Этот тип кривой резко отличается от S-образной формы кривой диссоциации оксигемоглобина, определяющей содержание кислорода в цельной крови по величине РО₂, при которой кровь становится полностью насыщенной кислородом в верхней части физиологических значений РО2.

62 Насколько важен эффект Холдейна для транспорта и выведе­ния двуокиси углерода из тканей в атмосферный воздух?

□ Увеличение способности крови транспортировать дву­окись углерода при низком РО₂ и уменьшение этой способ­ности при высоком РО₂ (эффект Холдейна) очень важны для элиминации СО₂. Этот эффект удваивает количество двуокиси углерода, поглощаемое кровью в тканях, так же как и удваивает количество двуокиси углерода, высвобож­дающейся из крови в легких. Другими словами, если бы отсутствовало смещение кривой диссоциации двуокиси уг­лерода с изменением РО₂ (отсутствовал бы эффект Холдей­на), только 2 мл двуокиси углерода на 1 дл крови переходило бы из тканей в кровь и выводилось бы в легких в ответ на изменение РСО₂ приблизительно на 5 мм рт.ст., т.е. на разницу между PvCO₂ и РаСО₂ (в противоположность нор­мальной величине 4 мл двуокиси углерода на 1 дл крови). Эффект Холдейна количественно гораздо более важен для переноса двуокиси углерода, чем эффект Бора для обеспе­чения транспорта кислорода.

63 Насколько важно для транспорта двуокиси углерода присут­ствие угольной ангидразы в эритроцитах и легочных капилля­рах?

□ Угольная ангидраза ускоряет формирование и диссо­циацию угольной кислоты (Н₂СО₃ о СО₂ + Н₂О) примерно в 5000 раз. Следовательно, поглощение и освобождение двуокиси углерода кровью соответственно в периферичес­ких тканях и легких достигается за доли секунды вместо нескольких секунд и даже минут. Приблизительно 70 % двуокиси углерода, транспортируемой между тканями и лег­кими, находится под влиянием угольной ангидразы.

64 Что такое "хлоридное смещение" в эритроцитах? Объясните относительное значение каждого из трех механизмов, обеспе­чивающих транспорт двуокиси углерода, в общем процессе ее выделения.

□ Переход бикарбоната в плазму из эритроцитов изменил бы их электрическую нейтральность, которая восстанавли­вается диффузией ионов хлоридов в клетки, — явлением, известным под названием хлоридное смещение. Быстрый транспорт анионов — отличительная функция мембраны эритроцита, которая обеспечивает "обменную диффузию" хлоридов со скоростью в 2,5 млн раз быстрее, чем диффузия катионов, таких как калий. Этот процесс опосредуется ани­онным белком мембраны эритроцита, обладающим тремя связями (трехсвязочный протеин). В отсутствие хлоридного смещения накопление в клетках бикарбоната ограничило бы способность эритроцитов транспортировать двуокись уг­лерода. Существенная, но меньшая часть двуокиси углерода, поступающей в красные кровяные клетки, связывается не­посредственно и обратимо с некоторыми аминными груп­пами молекулы гемоглобина, образуя карбаминовые соеди­нения. Вклады трех составляющих транспорта двуокиси углерода кровью, а именно растворенного СО₂, карбамина и ионов бикарбоната, в общий транспорт СО₂ между тка­нями и легкими составляет приблизительно 8, 10 и 82 % соответственно.

65 Сравните результаты разницы в кривых диссоциации двуокиси углерода и кислорода в крови.

□ Изменения газов артериальной крови, которые возни­кают при различных заболеваниях легких, в значительной степени отражают различия кривых диссоциации в крови двуокиси углерода и кислорода. Почти линейная в физио­логическом диапазоне форма кривой диссоциации СО₂ по­зволяет удалять более чем нормальный объем двуокиси уг­лерода (благодаря повышенной в результате гипоксемии вентиляции) из участков легких с относительно неповреж­денным газообменом. Это явление компенсирует результаты одновременной задержки СО₂ в областях легких, в которых имеется отек или гиповентиляция. С другой стороны, форма кривой диссоциации оксигемоглобина объясняет тот факт, что гипервентиляция областей легких, в которых гемогло­бин уже максимально насыщен кислородом, не может возместить артериальную гипоксемию в результате примеши­вания к артериализованной крови гипоксичной крови, перфузирующей капилляры в недостаточно вентилируемых об­ластях (шунтирование справа налево). Вследствие этого при "гипоксемической дыхательной недостаточности" наблюда­ется артериальная гипоксемия в сочетании с гипокапнией, нормокапнией или гиперкапнией.

РЕСПИРАТОРНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ -RQ (КОЭФФИЦИЕНТ ГАЗООБМЕНА)

66 Что такое респираторный (дыхательный) коэффициент?

□ Респираторный коэффициент (RQ) — отношение выде­ления двуокиси углерода к потреблению кислорода. Значе­ние этого коэффициента, измеренного в течение 60 мин или более длительного периода, идентично величине дыхатель­ного коэффициента химических реакций, происходящих в тканях. Средняя величина RQ составляет 0,825, но она изменяется соответственно метаболизируемому субстрату (например, углеводы и жиры имеют значения RQ 1,0 и 0,7 соответственно).

67 Постоянна ли в норме величина респираторного коэффици­ента (RQ)?

□ Нет. Так как респираторный коэффициент RQ является отношением продукции двуокиси углерода к потреблению кислорода, его величина зависит от субстрата, снабжающего ткани энергией. Потребление углеводов повышает RQ до 1,0, в то время как окисление жирных кислот уменьшает его до 0,7. Кроме того, физическая нагрузка увеличивает RQ до 1,0. Исходя из того, что для энергетического снабжения тканей обычно используется смесь субстратов, RQ считают приблизительно равным 0,8 и используют эту величину в уравнении альвеолярного газа (см. соответствующие во­просы).

Легочное кровообращение

ЛЕГОЧНАЯ ГЕМОДИНАМИКА

68 Что такое сердечный выброс и как он измеряется? Укажите нормальную величину сердечного выброса (т.е. легочного и системного кровотока).

□ Сердечный выброс — это объем крови, нагнетаемый сердцем в большой (системный) или малый круг кровооб­ращения за единицу времени, обычно выражаемый в л/мин и равный произведению ударного объема на частоту сердеч­ных сокращений. Два последовательно включенных насоса, правый и левый желудочки, подают равные количества кро­ви в минуту и отвечают за кровоток во всей системе. Сле­довательно, одинаковый объем крови протекает через каж­дую часть системы кровообращения каждую минуту (сер­дечный выброс), и скорость крови в артериях, капиллярах и венах обратно пропорциональна их соответствующему поперечному сечению. Таким образом, сердечный выброс идентичен и легочному, и системному кровотоку. Сердеч­ный выброс можно измерить методом Фика (принцип Фика гласит, что кровоток через орган или все тело равен вели­чине такой субстанции, как кислород, за единицу времени, деленной на разность между артериальным и венозным уровнем вещества, называемую артериовенозной [a-v] раз­ностью) или методом разведения индикатора. При послед­нем способе известное количество индикатора (например, радиоактивного изотопа или красителя типа индоцианина зеленого) вводят в вену конечности и измеряют концентра­цию индикатора в последовательных пробах артериальной крови (здесь сердечный выброс равен величине введенного индикатора, деленной на его среднюю концентрацию в ар­териальной крови после однократного прохождения через сердце). Наиболее часто используемая техника разбавления индикатора основана на термодилюционном методе. Инди­катор представляет собой холодный физиологический рас­твор, который вводят в правое предсердие через катетер с двумя просветами, после чего измеряют изменение темпе­ратуры крови термисторным датчиком, установленным в легочной артерии. Сердечный выброс лучше всего выражать на единицу площади поверхности тела (обычно в квадрат­ных метрах), получая сердечный индекс (нормальный диа­пазон от 2,3 до 3,9 л/мин/м²). Сердечный индекс меньше 2,0 л/мин/м² вызывает тяжелую гипоперфузию тканей.

69 Одинаковы ли выбросы левого и правого желудочков? Имеют ли функции правого и левого желудочков равное значение в поддержании кровообращения при нормальных условиях?

□ Производительность левого желудочка теоретически не­сколько выше производительности правого желудочка из-за малой величины кровотока в бронхиальных артериях, кото­рый дренируется в легочные вены, и коронарного кровото­ка, который поступает в левые предсердия и желудочек через тебезиевые вены. Кроме того, изменения положения тела, дыхательный цикл (вдох и выдох) и физиологическое регулирование могут вызвать кратковременный (несколько секунд) переходный процесс, в течение которого развивает­ся существенная разница в производительности левого и правого желудочков. Однако средний сердечный выброс левого и правого желудочков для практических целей можно считать одинаковым. В условиях эксперимента в покое от правого желудочка не требуется поддержания легочного кро­вотока и артериального давления. Когда эта камера исключена из кровообращения, т.е. экспериментально обойдена, левый желудочек поддерживает полное кровообращение, хотя при этом развивается задержка жидкости и умеренно увеличива­ется венозное давление. Напротив, функция желудочка важна для поддержания адекватного кровообращения во время физической нагрузки, в состояниях с увеличенным легоч­ным сосудистым сопротивлением и при гиповолемии.

70 Каковы общие детерминанты артериального давления в легоч­ном и системном круге кровообращения?

□ Детерминанты артериального давления удобно разде­лить на физические и физиологические. К физическим де­терминантам относятся: 1) объем крови в артериальной системе (артериальный объем крови); 2) эластические ха­рактеристики (отношение объем—давление или растяжи­мость) артериального пространства. Физиологические де­терминанты изменяют физические — артериальный объем крови и растяжимость посредством изменения всего цирку­лирующего объема крови, артериального "притока", или сердечного выброса, артериального "оттока", а также свойств стенок сосудов (структурные и функциональные измене­ния). Таким образом, физиологические факторы воздейст­вуют на физические детерминанты артериального давления в малом круге кровообращения, так же как и в большом.

71 Каковы специфические детерминанты артериального давле­ния в легочном и системном круге кровообращения?

□ Среднее артериальное давление определяется сердеч­ным выбросом и сосудистым сопротивлением — препятст­вием протеканию крови через сосуд — согласно закону Ома (теория электрического контура) и закону Пуазейля (теория истечения жидкостей). Закон Ома в приложении к крово­обращению устанавливает, что:

Q (поток жидкости) = ∆Р (разность давлений) / R (сопротивление)

Здесь Q — кровоток, или сердечный выброс, ∆Р — разность давлений между начальным и конечным участками крово­обращения (например, начиная с конца большого круга кровообращения в правом предсердии, которое имеет дав­ление приблизительно 0 мм рт.ст., ∆Р идентично среднему артериальному давлению), a R — сосудистое сопротивление. Закон Пуазейля обычно применяется к прямым и жестким трубам, заполненным гомогенной жидкостью, в которых протекает постоянный ламинарный поток. Хотя такие ус­ловия нельзя в точности применить к кровеносным сосудам in vivo, закон Пуазейля используется для описания крово­тока in vivo.

Согласно этому закону,

Поток = π х разность давлений х радиус⁴ / 8 х длина сосуда х вязкость жидкости

где π и 8 — константы пропорциональности. В соответствии с этим законом гидравлическое сопротивление:

R = разность давлений / расход жидкости = 8 х длина сосуда х вязкость жидкости / π х радиус⁴

Следовательно, закон Пуазейля учитывает дальнейшее раз­деление различных компонентов, ответственных за сосудис­тое сопротивление в кровообращении (легочном и систем­ном).

72 Какие принципы регуляции легочного и системного кровооб­ращения вытекают из законов Ома и Пуазейля?

□ Эти законы и соответствующие уравнения устанавлива­ют, что: 1) кровоток прямо пропорционален разнице давле­ний и обратно пропорционален сосудистому сопротивле­нию; 2) на сосудистое сопротивление резко и обратно про­порционально влияет радиус сосуда, потому что последний входит в формулу в четвертой степени; 3) кровеносные сосуды, соединенные параллельно (благоприятная особен­ность, свойственная большинству капиллярных русел), име­ют меньшее сопротивление, потоку, чем то, которое было бы в случае последовательного соединения, и, кроме того, параллельное соединение кровеносных сосудов обеспечива­ет большую общую площадь поперечного сечения с таким же сопротивлением, как один сосуд большого диаметра (т.е. общее сопротивление 16 параллельных трубок малого диа­метра равно сопротивлению одной трубки с диаметром в четыре раза больше); 4) вязкость крови, которая зависит от изменений гематокрита, белков сыворотки и температуры, может существенно влиять на скорость движения крови и циркуляторное давление, воздействуя на малые сосуды ле­гочного и системного круга циркуляции.

73 Как измеряют и выражают сопротивление кровотоку в легоч­ном и системном круге кровообращения, известное как сосу­дистое сопротивление?

□ Препятствие кровотоку через сосуд (упрощенно назы­ваемое сосудистым сопротивлением) невозможно измерить непосредственно, но можно рассчитать на основании изме­рений скорости кровотока и разницы давлений в различных точках системы кровообращения. Сосудистое сопротивле­ние подсчитывается делением разности средних давлений в двух точках сосудистой системы на величину кровотока между ними (т.е. среднего количества крови, проходящей от одной точки до другой в единицу времени). Сосудистое сопротивление может быть выражено в разных единицах.

1. Применяют единицы периферического сопротивления (ЕПС), в которых градиент давления выражен в милли­метрах ртутного столба, а кровоток — в миллилитрах в секунду. Поскольку у здоровых взрослых в покое разность давления между системными артериями и венами приблизительно равна 100 мм рт.ст. и одновременно изме­ренный сердечный выброс составляет около 100 мл/с (т.е. 6 л/мин означает, что 6000 мл крови протекает через систему кровообращения за 60 с), общее периферичес­кое сопротивление равно приблизительно 1 ЕПС (100/ 100 = 1).

В системе единиц CGS (см-г-с), которые получают, умножая ЕПС на переводной коэффициент 1332, со­судистое сопротивление выражают в размерности дин·с·см -⁵, обычно используемой в гидромеханике и мониторинге гемодинамики.

Используются единицы R, в которых градиент давления выражен в миллиметрах ртутного столба, а кровоток — в литрах в минуту. Эта единица может быть преобразо­вана в единицы CGS умножением ее величины на 80. Вычисление сосудистого сопротивления в единицах R и последующее умножение на 80 — стандартный метод, принятый в клиниках, включая отделения интенсивной терапии и лаборатории гемодинамики.

74 Каковы главные факторы, которые регулируют просвет или диаметр просвета кровеносных сосудов легочного и системно­го круга кровообращения?

□ Просвет кровеносных сосудов регулируется их гладкими мышцами, которые сокращаются и расслабляются, реагируя на различные стимулы; этот процесс называется сосудодвигательной реакцией. Главные факторы, которые влияют на эту реакцию, включают: 1) автономную нервную систему, волокна которой иннервируют кровеносные сосуды и местно выделяют норэпинефрин или ацетилхолин, играющие важную роль в регуляции просвета сосудов в системном круге кровообращения, но имеющие скромное значение для малого круга; 2) метаболические, химические и гормональ­ные вещества, выделяемые локально или принесенные кро­вотоком; 3) сосудистый эндотелий, который продуцирует сосудорасширяющие вещества (например, окись азота, так­же называемую эндотелиальным фактором расслабления — ЭФР) и вазоконстрикторы (например, энд