Обмен газов между кровью и тканями. Напряжение О2 и СО2 в крови, тканевой жидкости и клетках

Перенос дыхательных газов (О2; — из крови в ткани, СО2 — в обратном направлении) происходит под действием концентрационного градиента этих газов между кровью в капиллярах и интерстициальной жидкостью.
Разность напряжения 02 по обе стороны стенки кровеносного
капилляра, обеспечивающая его диффузию из крови в интерстициальную жидкость, составляет от 30 до 80 мм рт.ст.

Напряжение СО2 в интерстициальной жидкости у стенки кровеносного капилляра на 20-40 мм рт.ст. больше, чем в крови. Поскольку СО2 диффундирует примерно в 20 раз быстрее, чем кислород, удаление СО2, происходит гораздо легче, чем снабжение кислородом.

На газообмен в тканях влияют
1 не только градиенты напряжения дыхательных газов между кровью и интерстициальной жидкостью, но также
2 площадь обменной поверхности,
3 величина диффузионного расстояния и
4 коэффициенты диффузии тех сред, через которые осуществляется перенос газов.

Диффузионный путь газов тем короче, чем больше плотность капиллярной сети. В расчете на 1 мм3 суммарная поверхность капиллярного
На выход 02 из крови в ткань влияет
1 конвекция плазмы и интерстициальной жидкости,
2 цитоплазмы в эритроцитах и клетках ткани.
Диффундирующий в ткани О2, потребляется клетками в процессе
тканевого дыхания, поэтому разность его напряжения существует постоянно, обеспечивая диффузию.

При увеличении потребления тканью кислорода его напряжение в
крови уменьшается, что облегчает диссоциацию оксигемоглобина.
Количество кислорода, которое потребляют ткани, в процентах от
общего содержания его в артериальной крови называется коэффициентом утилизации кислорода. В покое для всего организма равен примерно 30-40%.
Но потребление кислорода в различных тканях существенно
отличается, и коэффициент его утилизации, например, в миокарде, сером веществе мозга, печени, составляет 40-60%.

В состоянии покоя серым веществом головного мозга (в частности,
корой больших полушарий) потребляется в минуту от 0.08 до 0.1 мл 02 на 1 г ткани, а в белом веществе мозга — в 8-10 раз меньше.
В корковом веществе почки среднее потребление О2, примерно в 20 раз больше, чем во внутренних участках мозгового вещества почки.
При тяжелой физической нагрузке коэффициент утилизации 02 работающими скелетными мышцами и миокардом достигает 90%.

Поскольку единственных резервом 02 в большинстве тканей служит его физически растворенная фракция, снижение поступления О2 из крови приводит к тому, что потребности тканей в О2 перестают удовлетворяться, развивается кислородное голодание и окислительные обменные процессы замедляются.
Единственной тканью, в которой имеется депо О2, является мышечная (пигмент миоглобин). Содержание миоглобина в мышцах человека невелико, и поэтому количество запасенного 02 не может обеспечить их нормальное функционирование в течение длительного промежутка времени.

Сродство миоглобина к кислороду выше, чем у гемоглобина: уже при напряжении О2 3-4 мм рт.ст. 50% миоглобина переходит в оксимиоглобин, а при 40 мм рт.ст. миоглобин насыщен О2 до 95%.
Во время сокращения мышцы, с одной стороны, увеличиваются потребности клеток в энергии и усиливаются окислительные процессы, с другой — резко ухудшаются условия доставки кислорода, поскольку при сокращении мышца сдавливает капилляры и доступ крови по ним может прекращаться. Во время сокращения расходуется О2 запасенный в миоглобине за время расслабления мышцы, что имеет значение для постоянно активно работающей мышцы сердца, поскольку ее снабжение кислородом из крови носит периодический характер.

Во время систолы в результате повышения интрамурального давления кровоток в бассейне левой коронарной артерии снижается и во внутренних слоях миокарда левого желудочка может на короткое время полностью прекратиться. При снижении напряжения О2, в мышечных клетках ниже 10-15 мм рт.ст. миоглобин начинает отдавать 02, запасенный в виде оксимиоглобина за время диастолы. Среднее содержание миоглобина в сердце составляет 4 мг/г. Поскольку 1 г миоглобина может связать примерно до 1.34 мл кислорода, в физиологических условиях запасы кислорода в миокарде составляют около 0.005 мл на 1 г ткани (достаточного для того, чтобы в условиях полного прекращения его доставки кровью поддерживать в миокарде окислительные процессы лишь в течение 3-4 с). Однако, длительность систолы намного короче, поэтому миоглобин, выполняющий функцию кратковременного депо О2 предохраняет миокард от кислородного голодания.