Перенос газов кровью
Человек в состоянии покоя в 1 мин потребляет в среднем 250 мл О2 и выделяет при этом 200 мл СО2. Газы очень слабо растворяются в жидкости: 100 мл крови могут физически растворить 0,3 мл О2, 2,7 мл СО2 и 1 мл N2. В крови имеется удивительное вещество - гемоглобин (Нb), которое способно химически связывать О2 и СО2 и, кроме того, поддерживать постоянную реакцию крови. В 100 мл артериальной крови содержится 20 мл О2, 52 мл СО2 и 1 мл N2. Как сказано выше, очень небольшая часть газов находится в состоянии простого физического растворения. Основное количество газов образует в крови непрочное химическое соединение, т. е. такое, которое легко распадается, диссоциирует при понижении давления газа над жидкостью.
Перенос кислорода. В эритроцитах находится пигмент крови - гемоглобин, содержащий железо. Одна молекула гемоглобина присоединяет четыре молекулы О2, при этом гемоглобин превращается в оксигемоглобин (НbО2), а кровь из вишневой - венозной - становится ярко-алой - артериальной:
Эта реакция обратима. В легких гемоглобин насыщается кислородом и превращается в НbО2, в тканях кислород освобождается. Ход реакции зависит от напряжения кислорода в среде, окружающей капилляры. На ход реакции влияет напряжение СО2. Если в тканях увеличивается образование СО2, то ускоряется расщепление оксигемоглобина. В капиллярах легких снижается напряжение СО2, так как газ переходит в альвеолы. Это способствует превращению гемоглобина в НbО2. Каждый грамм гемоглобина способен связать 1,34 мл О2. В 100 мл крови содержится в норме около 15 г гемоглобина. Следовательно, кислородная емкость крови, т. е. то максимальное количество О2, которое может поглотить 100 мл крови, равна 20,1 мл.
Гемоглобин способен соединяться не только с О2, но и с другими газами. Особое значение имеет его способность химически связывать окись углерода, или угарный газ,- СО, продукт неполного сгорания угля или жидкого топлива. С ним гемоглобин образует соединение, в 150 - 300 раз более прочное, чем с О2. Оно способно диссоциировать, но крайне медленно. В результате даже при ничтожном содержании СО в воздухе гемоглобин соединяется не с О2, а с СО и превращается в карбоксигемоглобин (НbСО), при этом транспорт О2 к клеткам прекращается. Если своевременно не принять меры (вынести человека на свежий воздух, в тяжелом случае переливание крови), то человек погибнет.
Перенос углекислого газа. Образовавшийся в тканях СО2 вследствие разности напряжения диффундирует в плазму крови, а из нее - в эритроциты. В эритроцитах примерно 10% СО2 соединяется с гемоглобином и образует непрочное химическое соединение - карбгемоглобин. Остальная часть соединяется с водой и превращается в угольную кислоту:
СО2 + Н2О = Н2СО3.
Эта реакция ускоряется в 20 000 раз особым ферментом - карбоангидразой, находящимся в эритроцитах. Реакция обратимая. В тканевых капиллярах, где напряжение СО2 высокое, карбоангидраза способствует синтезу угольной кислоты, химическому связыванию СО2 и идет слева направо. В легочных капиллярах, где давление СО2 сравнительно низкое, реакция идет справа налево, образуются вода и СО2, которая диффундирует в альвеолярный воздух. Угольная кислота в тканевых капиллярах реагирует с ионами натрия и калия и образует бикарбонаты (NaHCO3, КНСО3).
Таким образом, СО2 транспортируется к легким в физически растворенном виде и в непрочном химическом соединении, в виде карбогемоглобина, угольной кислоты и бикарбонатов натрия и калия. Две трети его находится в плазме и треть - в эритроцитах.