Úlcera

A estrutura dos pulmões. Troca gasosa nos pulmões e tecidos

Sobre personagem troca gasosa nos pulmões pode ser avaliado comparando a composição do ar que inspiramos e expiramos. Nós respiramos ar atmosférico, contendo cerca de 21% de oxigênio, 0,03% de dióxido de carbono, o restante é nitrogênio e Não um grande número de gases inertes e vapor de água.

Troca gasosa

O ar exalado contém cerca de 16% de oxigênio e cerca de 4% de dióxido de carbono. Assim, nos pulmões, o ar atmosférico rico em oxigênio, que entra durante a inalação, é substituído por ar em que o teor de oxigênio é 1,3 vezes menor e o teor de dióxido de carbono é 133 vezes maior. O corpo humano em repouso recebe 250-300 ml de oxigênio a cada minuto e libera 250-300 ml de dióxido de carbono. Qual é o mecanismo de troca gasosa?

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Troca gasosa nos pulmões

O oxigênio e o dióxido de carbono se difundem livremente através das membranas celulares das paredes dos alvéolos e capilares. A essência disso processo físico reside no fato de que moléculas de qualquer substância, respectivamente, e gás, se movem de uma área onde sua concentração é maior para uma área onde sua concentração é menor. Esse movimento continua até que a concentração da substância em ambas as áreas se torne a mesma.

Lembremos: os capilares dos pulmões recebem sangue venoso, enriquecido com dióxido de carbono que entra pelo fluido intercelular e pobre em oxigênio. A concentração de oxigênio no ar alveolar é maior do que no sangue venoso, de modo que o oxigênio se move através das paredes dos alvéolos e dos capilares para o sangue. No sangue, as moléculas de oxigênio combinam-se com a hemoglobina dos glóbulos vermelhos para formar a oxiemoglobina.

Concentração de dióxido de carbono nos alvéolos menor que no sangue venoso. Portanto, ele se difunde dos capilares para os alvéolos e, de lá, é removido durante a expiração.

Durante as trocas gasosas nos pulmões, o sangue venoso se transforma em sangue arterial: o conteúdo de oxigênio nele muda de 140-160 ml/l para 200 mg/l, e o conteúdo de dióxido de carbono - de 580 ml/l para 560-540 ml/ eu.

Os pulmões são um órgão excretor - através deles são removidas substâncias nocivas voláteis. Moléculas de algumas substâncias nocivas que entram no corpo humano (álcool, éter) ou nele se formam (por exemplo, acetona) entram nos alvéolos a partir do sangue venoso. Dos alvéolos eles penetram na pessoa exalada.

Troca gasosa nos tecidos

O conteúdo de oxigênio no fluido tecidual é menor do que no sangue arterial, de modo que o oxigênio dos capilares entra no fluido tecidual. A partir dele, ele se difunde nas células, onde entra imediatamente nas reações do metabolismo energético, de modo que quase não há oxigênio livre nas células.

As reações do metabolismo energético produzem dióxido de carbono. Sua concentração nas células torna-se maior do que no fluido tecidual, e o gás se difunde para dentro dele e depois para os capilares. Neles, uma parte das moléculas de dióxido de carbono se dissolve no plasma sanguíneo e a outra entra nos glóbulos vermelhos.

Por embarcações grande círculo Na circulação sanguínea, o sangue venoso, pobre em oxigênio e enriquecido em dióxido de carbono, é fornecido pelo sistema da veia cava ao átrio direito e ao ventrículo direito. De lá, ele entra nos pulmões, onde ocorre novamente a troca gasosa.

A respiração é uma das funções vitais do corpo, que visa manter um nível ideal de processos redox nas células. Respirar é difícil processo fisiológico, que garante o fornecimento de oxigênio aos tecidos, sua utilização pelas células no processo metabólico e a remoção do dióxido de carbono gerado.

Todo o processo respiratório pode ser dividido em três etapas: respiração externa, transporte de gases pela respiração sanguínea e tecidual.

Respiração externa - Esta é a troca gasosa entre o corpo e o ar ao seu redor, ou seja, atmosfera. A respiração externa, por sua vez, pode ser dividida em duas etapas: troca de gases entre o ar atmosférico e alveolar; troca gasosa entre o sangue dos capilares pulmonares e o ar alveolar.

Transporte de gases. O oxigênio e o dióxido de carbono em estado dissolvido livre são transportados em quantidades relativamente pequenas; estado vinculado. O principal transportador de oxigênio é a hemoglobina. A hemoglobina também transporta até 20% do dióxido de carbono. O restante do dióxido de carbono é transportado na forma de bicarbonatos no plasma sanguíneo.

Respiração interna ou tecidual. Esta etapa da respiração pode ser dividida em duas: a troca de gases entre o sangue e os tecidos e o consumo de oxigênio pelas células e a liberação de dióxido de carbono como produto da dissimilação.

O sangue que flui do coração para os pulmões (venoso) contém pouco oxigênio e muito dióxido de carbono; o ar nos alvéolos, ao contrário, contém muito oxigênio e menos dióxido de carbono. Como resultado, ocorre difusão bidirecional através das paredes dos alvéolos e capilares. o oxigênio passa para o sangue e o dióxido de carbono passa do sangue para os alvéolos. No sangue, o oxigênio entra nos glóbulos vermelhos e se combina com a hemoglobina. O sangue oxigenado torna-se arterial e flui pelas veias pulmonares até o átrio esquerdo.

Nos humanos, a troca de gases é concluída em poucos segundos enquanto o sangue passa pelos alvéolos dos pulmões. Isto é possível graças à enorme superfície dos pulmões, comunicando-se com ambiente externo. A superfície total dos alvéolos é superior a 90 m3.

A troca de gases nos tecidos ocorre nos capilares. Através de suas paredes finas, o oxigênio flui do sangue para o fluido dos tecidos e depois para as células, e o dióxido de carbono passa dos tecidos para o sangue. A concentração de oxigênio no sangue é maior do que nas células, por isso se difunde facilmente nelas.

A concentração de dióxido de carbono nos tecidos onde se acumula é maior do que no sangue. Portanto, passa para o sangue, onde se liga compostos químicos plasma e parcialmente com hemoglobina, é transportado pelo sangue para os pulmões e liberado na atmosfera.

Durante a ventilação, o ar nos pulmões muda composição química E propriedades físicas ar atmosférico entrando neles. Em ar seco a uma temperatura de 0°C e uma pressão de 760 mm Hg. Art., exalado por um adulto durante a respiração tranquila, contém 16,4% de oxigênio, 4,1% de dióxido de carbono e 79,5% de nitrogênio. Porém, a uma temperatura de 37 ° C, o ar alveolar está saturado de vapor d'água, cuja pressão nessa temperatura é de 50 mm Hg. Arte. Portanto, a pressão do gás no ar alveolar é de 710 mm (760-50), seu teor de oxigênio é de 14-14,5%, dióxido de carbono 5,3-6% e nitrogênio 80-80,5%.

Para as trocas gasosas entre o ar alveolar e o sangue venoso que flui para os capilares dos pulmões, a diferença nas pressões parciais de oxigênio e dióxido de carbono neles é importante. A pressão parcial do oxigênio, ou aquela parte da pressão que cai sobre sua parcela de pressão total o ar alveolar é 102-110 mm Hg. Art., e no sangue venoso 37-40 mm Hg. Arte. Devido a esta diferença de pressão de 70 mm Hg. Arte. o oxigênio se difunde do ar alveolar através das paredes dos alvéolos e capilares para o sangue venoso, transformando-o em sangue arterial. A pressão parcial do dióxido de carbono no sangue venoso é de 47 mm Hg. Art., e no ar alveolar - 40 mm Hg. Arte. Devido a esta diferença de pressão de 7 mm Hg. Arte. o dióxido de carbono se difunde do sangue venoso para o ar alveolar e é removido do corpo durante a expiração (Fig. 65). Devido a mudanças na frequência e profundidade da respiração, a pressão parcial do dióxido de carbono no ar alveolar é relativamente constante, e a pressão parcial do oxigênio no ar alveolar diminui proporcionalmente à queda na sua pressão parcial no ar inspirado, por exemplo, ao subir a uma altitude elevada. Para preservar a vida humana, é suficiente uma diferença na pressão parcial de oxigênio no ar alveolar e no sangue venoso de vários mm Hg. Art., e dióxido de carbono - 0,03 mm.

Nos capilares dos tecidos, o oxigênio do sangue arterial se difunde através de suas paredes e membranas celulares para as células e para a substância extracelular devido a uma diferença de pressão de 100 mmHg. Arte. e mais, pois como resultado do metabolismo, a pressão do oxigênio nos tecidos chega a zero. E a pressão do dióxido de carbono nos tecidos como resultado do metabolismo aumenta para 60-70 mm Hg. Arte.

Portanto, o dióxido de carbono se difunde através das membranas celulares e das paredes capilares até o sangue venoso, onde sua pressão é de 47 mmHg. Arte.

Transporte de gases. O oxigênio absorvido pelo sangue venoso nos capilares dos pulmões combina-se com a hemoglobina reduzida e é transportado pelo sangue arterial para os tecidos na forma de oxiemoglobina combinada com um radical alcalino, ou seja, um sal de oxiemoglobina. A oxiemoglobina, assim como um ácido, é neutralizada por um radical alcalino, de modo que a reação do sangue quando enriquecido com oxigênio não muda.

Nos tecidos, o sal de oxiemoglobina se decompõe - o oxigênio é liberado para os tecidos. A hemoglobina reduzida resultante não é capaz de reter o radical alcalino retirado pelo dióxido de carbono, que se forma a partir da oxidação de substâncias nos tecidos. Em combinação com radicais alcalinos, ou seja, na forma de sais neutros (bicarbonatos) formados no sangue, o dióxido de carbono passa dos tecidos para os pulmões. Como resultado da combinação dos ácidos formados nos tecidos durante os processos oxidativos com os radicais alcalinos, ou seja, sua transformação em sais, a reação sanguínea permanece em um nível relativamente constante. Nos capilares dos pulmões, os bicarbonatos se decompõem com a participação da enzima anidrase carbônica, cedendo seu radical alcalino à oxiemoglobina. Após a liberação do radical alcalino, o restante dos bicarbonatos é convertido em dióxido de carbono e vapor d'água, que são retirados dos pulmões com o ar exalado. Consequentemente, o transporte dos gases oxigênio e dióxido de carbono é realizado pelo sangue na forma de sais contendo esses gases em estado ligado.

Função excretora dos pulmões - remoção de mais de 200 substâncias voláteis formadas no corpo ou que entram nele pelo lado de fora. Em particular, dióxido de carbono, metano, acetona, substâncias exógenas formadas no corpo ( etanol, éter etílico), gases narcóticos (fluorotano, óxido nitroso) são removidos do sangue em vários graus através dos pulmões. A água também evapora da superfície dos alvéolos.

Além do ar condicionado, os pulmões estão envolvidos na proteção do corpo contra infecções. Os microrganismos depositados nas paredes dos alvéolos são capturados e destruídos pelos macrófagos alveolares. Os macrófagos ativados produzem fatores quimiotáticos que atraem granulócitos neutrófilos e eosinófilos, que saem dos capilares e participam da fagocitose. Macrófagos com microorganismos engolidos são capazes de migrar para capilares linfáticos e nós nos quais pode se desenvolver reação inflamatória. Ao proteger o corpo contra agentes infecciosos que entram nos pulmões com ar, são importantes a lisozima, o interferon, as imunoglobulinas (IgA, IgG, IgM) e os anticorpos leucocitários específicos formados nos pulmões.

Filtração e hemostáticafunção pulmonar— quando o sangue passa pelo círculo pulmonar, pequenos coágulos sanguíneos e êmbolos são retidos e removidos do sangue.

Os coágulos sanguíneos são destruídos pelo sistema fibrinolítico dos pulmões. Os pulmões sintetizam até 90% de heparina que, ao ser liberada no sangue, evita sua coagulação e melhora suas propriedades reológicas.

Depósito de sangue nos pulmões pode atingir até 15% do volume sanguíneo circulante. Nesse caso, o sangue que entra nos pulmões vindo da circulação não é desligado. Há um aumento no suprimento sanguíneo para os vasos do leito microcirculatório e veias dos pulmões, e o sangue “depositado” continua participando das trocas gasosas com o ar alveolar.

Função metabólica inclui: a formação de fosfolipídios e proteínas surfactantes, a síntese de proteínas que compõem o colágeno e as fibras elásticas, a produção de mucopolissacarídeos que compõem o muco brônquico, a síntese de heparina, a participação na formação e destruição de substâncias biologicamente ativas e outras.

Nos pulmões, a angiotensina I é convertida em um fator vasoconstritor altamente ativo - a angiotensina II, a bradicinina é inativada em 80%, a serotonina é capturada e depositada, assim como 30-40% da norepinefrina. A histamina é inativada e neles se acumula até 25% da insulina, 90-95% das prostaglandinas dos grupos E e F são inativadas; prostaglandina (prostaniclina vasodilatadora) e óxido nítrico (NO) são formados. Depositado biologicamente substâncias ativas sob condições de estresse, podem ser liberados dos pulmões para o sangue e contribuir para o desenvolvimento de reações de choque.

Mesa. Funções pulmonares não respiratórias

Função	Característica
Protetor	Purificação do ar (células epiteliais ciliadas. propriedades reológicas), imunidade celular (macrófagos alveolares, neutrófilos, linfócitos), humoral (imunoglobulinas, complemento, lactoferrina, antiproteases, interferon), lisozima (células serosas, macrófagos alveolares)
Desintoxicação	Sistema oxidase
Síntese de substâncias fisiologicamente ativas	Bradicinina, serotonina, leucotrienos, tromboxano A2, cininas, prostaglandinas, NO
Metabolismo de várias substâncias	No pequeno círculo, até 80% da bradicinina, até 98% da serotonina e até 60% da calicreína são inativados
Metabolismo lipídico	Síntese de surfactantes (surfactante), síntese de estruturas celulares próprias
Metabolismo de proteínas	Síntese de colágeno e elastina (“estrutura” do pulmão)
Metabolismo de carboidratos	Se ocorrer hipóxia, até 1/3 do Gb consumido é usado para oxidação da glicose
Hemostático	Síntese de prostaciclina, NO, ADP, fibrinólise
Ar condicionado	Umidificação do ar
excretor	Remoção de produtos metabólicos
Balanço hídrico	Evaporação da água da superfície, troca transcapilar (transpiração)
Termorregulação	Troca de calor no trato respiratório superior
Depositando	Até 500 ml de sangue
Vasoconstrução hipóxica	Constrição dos vasos pulmonares com diminuição do O2 nos alvéolos

Troca gasosa nos pulmões

A função mais importante dos pulmões- garantir as trocas gasosas entre o ar dos alvéolos pulmonares e o sangue dos capilares pulmonares. Para compreender os mecanismos das trocas gasosas, é necessário conhecer a composição gasosa dos meios que trocam entre si, as propriedades das estruturas capilares alveolares através das quais ocorrem as trocas gasosas e levar em consideração as características do fluxo sanguíneo pulmonar e da ventilação.

Composição do ar alveolar e expirado

Composição do atmosférico, alveolar (contido em alvéolos pulmonares) e o ar exalado é apresentado na tabela. 1.

Tabela 1. Conteúdo dos principais gases no ar atmosférico, alveolar e exalado

Com base na determinação da porcentagem de gases no ar alveolar, calcula-se sua pressão parcial. Nos cálculos, presume-se que a pressão do vapor de água no gás alveolar seja de 47 mmHg. Arte. Por exemplo, se o teor de oxigênio no gás alveolar for 14,4%, e Pressão atmosférica 740mmHg Art., então a pressão parcial de oxigênio (p0 2) será: p0 2 = [(740-47)/100]. 14,4 = 99,8 mm Hg. Arte. Em condições de repouso, a pressão parcial de oxigênio no gás alveolar oscila em torno de 100 mmHg. Art., e a pressão parcial do dióxido de carbono é de cerca de 40 mm Hg. Arte.

Apesar da alternância de inspiração e expiração durante a respiração tranquila, a composição do gás alveolar muda apenas em 0,2-0,4%, a relativa constância da composição do ar alveolar e as trocas gasosas entre ele e está sangrando continuamente. A constância da composição do ar alveolar é mantida devido ao baixo valor do coeficiente de ventilação pulmonar (LVC). Este coeficiente mostra que parte da capacidade residual funcional é trocada pelo ar atmosférico em 1 ciclo respiratório. Normalmente, o CVL é 0,13-0,17 (ou seja, durante uma inspiração silenciosa, aproximadamente 1/7 da CRF é trocado). A composição do gás alveolar em termos de teor de oxigênio e dióxido de carbono difere em 5-6% do gás atmosférico.

Mesa. 2. Composição do gás ar inspirado e alveolar

Coeficiente de ventilação várias áreas os pulmões podem diferir, portanto a composição do gás alveolar tem valores diferentes não apenas em áreas distantes, mas também vizinhas do pulmão. Isso depende do diâmetro e permeabilidade dos brônquios, da produção de surfactante e da extensibilidade dos pulmões, da posição do corpo e do grau de enchimento dos vasos pulmonares com sangue, da velocidade e proporção das durações de inspiração e expiração , etc. A gravidade tem uma influência particularmente forte neste indicador.

Arroz. 2. Dinâmica do movimento do oxigênio nos pulmões e tecidos

Com a idade, a pressão parcial de oxigênio nos alvéolos praticamente não muda, apesar de significativa mudanças relacionadas à idade muitos indicadores respiração externa(diminuição, CPT, permeabilidade brônquica, aumento da CRF, CPT, etc.). Um aumento na frequência respiratória relacionado à idade contribui para manter a estabilidade da pO 2 nos alvéolos.

Difusão de gases entre os alvéolos e o sangue

A difusão dos gases entre o ar alveolar e o sangue obedece à lei geral da difusão, segundo a qual a força motriz é a diferença nas pressões parciais (tensões) do gás entre os alvéolos e o sangue (Fig. 3).

Os gases que são dissolvidos no plasma sanguíneo que flui para os pulmões criam sua tensão no sangue, que é expressa nas mesmas unidades (mmHg) que a pressão parcial do ar. O valor médio da tensão de oxigênio (pO 2) no sangue dos capilares do pequeno círculo é de 40 mm Hg. Art., e sua pressão parcial no ar alveolar é de 100 mm Hg. Arte. O gradiente de pressão de oxigênio entre o ar alveolar e o sangue é de 60 mmHg. Arte. A tensão de dióxido de carbono no sangue venoso que flui é de 46 mm Hg. Art., nos alvéolos - 40 mm Hg. Arte. e o gradiente de pressão do dióxido de carbono é de 6 mmHg. Arte. Esses gradientes são a força motriz por trás das trocas gasosas entre o ar alveolar e o sangue. Deve-se levar em consideração que os valores de gradiente indicados estão disponíveis apenas no início dos capilares, mas à medida que o sangue passa pelo capilar, a diferença entre a pressão parcial do gás alveolar e a voltagem do sangue diminui.

Arroz. 3. Condições físico-químicas e morfológicas das trocas gasosas entre o ar alveolar e o sangue

A taxa de troca de oxigênio entre o ar alveolar e o sangue é influenciada tanto pelas propriedades do meio através do qual ocorre a difusão quanto pelo tempo (cerca de 0,2 s) durante o qual a porção transferida de oxigênio se liga à hemoglobina.

Para passar do ar alveolar para os glóbulos vermelhos e se ligar à hemoglobina, uma molécula de oxigênio deve se difundir através de:

uma camada de surfactante que reveste os alvéolos;
epitélio alveolar;
membranas basais e espaço intersticial entre o epitélio e o endotélio;
endotélio capilar;
camada de plasma sanguíneo entre o endotélio e o eritrócito;
membrana dos glóbulos vermelhos;
camada de citoplasma em um eritrócito.

A distância total deste espaço de difusão está entre 0,5 e 2 µm.

Os fatores que afetam a difusão de gases nos pulmões são refletidos na fórmula de Fick:

V = −kS(P 1 −P 2)/d,

onde V é o volume do gás em difusão; k é o coeficiente de permeabilidade do meio aos gases, dependendo da solubilidade do gás nos tecidos e de sua peso molecular; S é a área de superfície de difusão dos pulmões; P 1 e P 2 - tensão gasosa no sangue e alvéolos; d é a espessura do espaço de difusão.

Na prática, para fins de diagnóstico, um indicador denominado capacidade de difusão dos pulmões para oxigênio(DL O2). É igual ao volume de oxigênio difundido do ar alveolar para o sangue através de toda a superfície de troca gasosa em 1 minuto a um gradiente de pressão de oxigênio de 1 mm Hg. Arte.

DL O2 = Vo 2 /(P 1 −P 2)

onde Vo 2 é a difusão do oxigênio no sangue em 1 minuto; P 1 - pressão parcial de oxigênio nos alvéolos; P 2 - tensão de oxigênio no sangue.

Às vezes, esse indicador é chamado coeficiente de transferência. Normalmente, quando um adulto está em repouso, o valor de DL O2 = 20-25 ml/min mmHg. Arte. No atividade física A DL O2 aumenta e pode atingir 70 ml/min mm Hg. Arte.

Nas pessoas idosas, o valor do O2 DL diminui; aos 60 anos é aproximadamente 1/3 menor do que nos jovens.

Para determinar DL O2, é frequentemente utilizada uma determinação de DL CO tecnicamente mais facilmente viável. Respire uma vez o ar contendo 0,3% monóxido de carbono, prenda a respiração por 10-12 s, depois expire e, determinando o conteúdo de CO em última porção ar exalado, calcule a transição do CO para o sangue: DL O2 = DL CO. 1.23.

O coeficiente de permeabilidade do meio biológico para o CO 2 é 20-25 vezes maior do que para o oxigênio. Portanto, a difusão do CO 2 nos tecidos do corpo e nos pulmões, com seus gradientes de concentração inferiores aos do oxigênio, ocorre rapidamente, e o dióxido de carbono contido no sangue venoso é maior (46 mm Hg) do que nos alvéolos (40 mm Hg). Art.), a pressão parcial, via de regra, consegue escapar para o ar alveolar mesmo com alguma insuficiência de fluxo sanguíneo ou ventilação, enquanto a troca de oxigênio nessas condições diminui.

Arroz. 4. Trocas gasosas nos capilares da circulação sistêmica e pulmonar

A velocidade do movimento do sangue nos capilares pulmonares é tal que um glóbulo vermelho passa pelo capilar em 0,75-1 s. Este tempo é suficiente para um equilíbrio quase completo da pressão parcial de oxigênio nos alvéolos e sua tensão no sangue dos capilares pulmonares. Leva apenas cerca de 0,2 s para o oxigênio se ligar à hemoglobina de um glóbulo vermelho. A pressão do dióxido de carbono entre o sangue e os alvéolos também se equaliza rapidamente. No sangue arterial que vem dos pulmões através das veias do pequeno círculo pessoa saudável em condições normais, a tensão de oxigênio é de 85-100 mm Hg. Art., E tensão de CO 2 -35-45 mm Hg. Arte.

Para caracterizar as condições e a eficiência das trocas gasosas nos pulmões, juntamente com DL 0, também é utilizado o fator de utilização de oxigênio (CI O2), que reflete a quantidade de oxigênio (em ml) absorvida a partir de 1 litro de ar que entra nos pulmões: CI 02 = VO2 ml*min - 1 /MOD l*min -1 Normalmente, IC = 35-40 ml*l -1.

Troca gasosa nos tecidos

As trocas gasosas nos tecidos seguem as mesmas leis das trocas gasosas nos pulmões. A difusão dos gases ocorre na direção de seus gradientes de voltagem; sua velocidade depende da magnitude desses gradientes, da área de funcionamento dos capilares sanguíneos, da espessura do espaço de difusão e das propriedades dos gases. Muitos desses fatores e, portanto, a taxa de troca gasosa, podem variar dependendo da velocidade linear e volumétrica do fluxo sanguíneo, do conteúdo e das propriedades da hemoglobina, da temperatura, do pH, da atividade das enzimas celulares e de uma série de outras condições.

Além desses fatores, a troca de gases (principalmente oxigênio) entre o sangue e os tecidos é facilitada por: a mobilidade das moléculas de oxiemoglobina (sua difusão para a superfície da membrana eritrocitária), a convecção do citoplasma e do fluido intersticial, bem como filtração e reabsorção de fluido no leito microcirculatório.

Troca gasosa de oxigênio

A troca gasosa entre o sangue arterial e os tecidos começa já no nível das arteríolas com diâmetro de 30-40 mícrons e ocorre ao longo da microvasculatura até o nível das vênulas. No entanto, os capilares desempenham o papel principal nas trocas gasosas. Para estudar as trocas gasosas nos tecidos, é útil imaginar o chamado “cilindro tecidual (cone)”, que inclui um capilar e estruturas teciduais adjacentes supridas de oxigênio (Fig. 5). O diâmetro de tal cilindro pode ser avaliado pela distância intercapilar. Tem cerca de 25 mícrons no músculo cardíaco, 40 mícrons no córtex cerebral e 80 mícrons nos músculos esqueléticos.

A força motriz para a troca gasosa em um cilindro de tecido é o gradiente de tensão de oxigênio. Existem gradientes longitudinais e transversais. O gradiente longitudinal é direcionado ao longo do capilar. A tensão de oxigênio na parte inicial do capilar pode ser de cerca de 100 mmHg. Arte. À medida que os glóbulos vermelhos se movem em direção à parte venosa do capilar e o oxigênio se difunde no tecido, a pO2 cai para uma média de 35-40 mmHg. Art., mas em algumas condições pode cair para 10 mm Hg. Arte. O gradiente de voltagem transversal de O2 em um cilindro de tecido pode atingir 90 mm Hg. Arte. (nas áreas do tecido mais distantes do capilar, no chamado “ângulo morto”, p0 2 pode ser de 0-1 mm Hg).

Arroz. 5. Representação esquemática do “cilindro tecidual” e da distribuição da tensão de oxigênio nas extremidades arterial e venosa do capilar em repouso e durante trabalho intenso

Assim, nas estruturas dos tecidos, o fornecimento de oxigênio às células depende do grau de sua remoção dos capilares sanguíneos. As células adjacentes à seção venosa do capilar estão em piores condições para o fornecimento de oxigênio. Para o curso normal dos processos oxidativos nas células, uma tensão de oxigênio de 0,1 mm Hg é suficiente. Arte.

As condições de troca gasosa nos tecidos são afetadas não apenas pela distância intercapilar, mas também pela direção do movimento sanguíneo nos capilares adjacentes. Se a direção do fluxo sanguíneo for rede capilar ao redor de uma determinada célula do tecido é multidirecional, o que aumenta a confiabilidade do fornecimento de oxigênio ao tecido.

A eficiência da captura de oxigênio pelos tecidos é caracterizada pelo valor taxa de utilização de oxigênio(KUC) é a razão, expressa em porcentagem, entre o volume de oxigênio absorvido pelo tecido do sangue arterial por unidade de tempo e o volume total de oxigênio fornecido pelo sangue aos vasos do tecido durante o mesmo tempo. Você pode determinar o CUC do tecido pela diferença no conteúdo de oxigênio no sangue vasos arteriais e no sangue venoso que flui do tecido. Em estado de repouso físico em humanos valor médio AUC é de 25-35%. Mesmo durante o corte, o valor do CUC nos diferentes órgãos não é o mesmo. Em repouso, o CV miocárdico é de cerca de 70%.

Durante a atividade física, o grau de utilização de oxigênio aumenta para 50-60% e, em alguns dos músculos e do coração que trabalham mais ativamente, pode chegar a 90%. Este aumento da CUC nos músculos deve-se, em primeiro lugar, ao aumento do fluxo sanguíneo nos mesmos. Ao mesmo tempo, os capilares que não funcionavam em repouso se abrem, a área de superfície de difusão aumenta e as distâncias de difusão do oxigênio diminuem. Um aumento no fluxo sanguíneo pode ser causado tanto reflexivamente quanto sob a influência de fatores locais que dilatam os vasos musculares. Tais fatores são o aumento da temperatura do músculo em atividade, o aumento da pCO 2 e a diminuição do pH sanguíneo, que não só contribuem para o aumento do fluxo sanguíneo, mas também causam diminuição da afinidade da hemoglobina pelo oxigênio e um aceleração da difusão do oxigênio do sangue para os tecidos.

Uma diminuição na tensão de oxigênio nos tecidos ou dificuldade em usá-lo para a respiração dos tecidos é chamada hipóxia. A hipóxia pode ser o resultado de ventilação pulmonar prejudicada ou insuficiência circulatória, difusão prejudicada de gases nos tecidos, bem como atividade insuficiente de enzimas celulares.

O desenvolvimento de hipóxia tecidual nos músculos esqueléticos e no coração é, até certo ponto, evitado pela cromoproteína que eles contêm, a mioglobina, que atua como depósito de oxigênio. O grupo protético da mioglobina é semelhante ao heme da hemoglobina, e a parte proteica da molécula é representada por uma cadeia polipeptídica. Uma molécula de mioglobina é capaz de ligar apenas uma molécula de oxigênio e 1 g de mioglobina - 1,34 ml de oxigênio. A mioglobina é especialmente abundante no miocárdio – uma média de 4 mg/g de tecido. Com a oxigenação completa da mioglobina, o suprimento de oxigênio que ela cria em 1 g de tecido será de 0,05 ml. Esse oxigênio pode ser suficiente para 3-4 contrações cardíacas. A afinidade da mioglobina pelo oxigênio é maior que a da hemoglobina. A pressão de meia saturação P50 para a mioglobina está entre 3 e 4 mm Hg. Arte. Portanto, sob condições de perfusão suficiente do músculo com sangue, ele armazena oxigênio e o libera somente quando surgem condições próximas à hipóxia. A mioglobina liga-se até 14% em humanos número total oxigênio no corpo.

EM últimos anos Foram descobertas outras proteínas que podem ligar o oxigênio em tecidos e células. Entre elas estão a proteína neuroglobina, encontrada no tecido cerebral e na retina do olho, e a citoglobina, encontrada em neurônios e outros tipos de células.

Hiperóxia - aumento da tensão de oxigênio no sangue e nos tecidos em relação ao normal. Esta condição pode se desenvolver quando uma pessoa respira oxigênio puro (para um adulto, essa respiração é permitida por no máximo 4 horas) ou quando ela é colocada em câmaras com pressão alta ar. Com a hiperóxia, os sintomas de toxicidade do oxigênio podem se desenvolver gradualmente. Portanto, ao utilizar respiração com mistura gasosa com alto teor de oxigênio por muito tempo, seu conteúdo não deve ultrapassar 50%. Particularmente perigoso aumento de conteúdo oxigênio no ar inspirado para recém-nascidos. Inalação prolongada oxigênio puro representa uma ameaça de desenvolvimento de danos à retina, epitélio pulmonar e algumas estruturas cerebrais.

Troca gasosa de dióxido de carbono

Normalmente, a tensão de dióxido de carbono no sangue arterial flutua entre 35-45 mm Hg. Arte. O gradiente de tensão do dióxido de carbono entre o sangue arterial que flui e as células que circundam o tecido capilar pode atingir 40 mm Hg. Arte. (40 mm Hg no sangue arterial e até 60-80 mm nas camadas profundas das células). Sob a influência desse gradiente, o dióxido de carbono se difunde dos tecidos para o sangue capilar, causando um aumento de sua voltagem para 46 mmHg. Arte. e um aumento no teor de dióxido de carbono para 56-58% em volume. Cerca de um quarto de todo o dióxido de carbono liberado do tecido para o sangue liga-se à hemoglobina, o restante, graças à enzima anidrase carbônica, combina-se com a água e forma ácido carbônico, que é rapidamente neutralizado pela adição de íons Na" e K" e é transportado para os pulmões na forma desses bicarbonatos.

A quantidade de dióxido de carbono dissolvido no corpo humano é de 100-120 litros. Isso representa aproximadamente 70 vezes mais reservas de oxigênio no sangue e nos tecidos. Quando a tensão do dióxido de carbono no sangue muda, ocorre sua redistribuição intensiva entre ele e os tecidos. Portanto, quando a ventilação é inadequada, o nível de dióxido de carbono no sangue muda mais lentamente do que o nível de oxigênio. Já que gordura e tecido ósseo contêm uma quantidade particularmente grande de dióxido de carbono dissolvido e ligado, eles podem atuar como um tampão, capturando dióxido de carbono durante a hipercapnia e liberando-o durante a hipocapnia.

Composição do ar

A composição do ar que entra e sai trato respiratório razoavelmente constante. O ar inalado contém cerca de 21% de oxigênio e 0,03% de dióxido de carbono. Neste caso, o ar exalado conterá 16-17% de oxigênio e 4% de dióxido de carbono. Percentagem o oxigênio no ar alveolar é 14,4%, dióxido de carbono - 5,6%. Quando você expira, o ar do espaço morto se mistura com o conteúdo dos ácinos.

O volume de nitrogênio atmosférico inalado e exalado permanece quase o mesmo.

O vapor de água é removido do corpo durante a expiração.

Se você inalar ar que contém concentrações significativas de oxigênio por um longo período, isso pode ter um efeito prejudicial na condição do corpo. Contudo, em algumas doenças, como medidas terapêuticas use inalação de oxigênio a 100%.

Difusão de gás

Nota 1

A membrana pulmonar, ou barreira ar-sangue, é a linha divisória entre o sangue e o ar dos alvéolos.

Nos pulmões, as trocas gasosas são possíveis devido à difusão do oxigênio dos alvéolos para o sangue, bem como do dióxido de carbono do sangue para os alvéolos. Os gases podem passar pela barreira aerohemática devido à diferença em suas concentrações. A pressão parcial de um gás é a parte da pressão total que pertence a um determinado gás.

No ar, o oxigênio tem pressão (ou tensão) parcial de 160 mmHg. Arte. A pressão parcial do dióxido de carbono é de aproximadamente 0,2 mmHg. Arte. No ar alveolar, a pressão parcial de oxigênio e dióxido de carbono tem um significado diferente. Portanto, a pressão do oxigênio é 100 mmHg. Art., e dióxido de carbono - 40 mm Hg. Arte.

No sangue, os gases estão quimicamente ligados e dissolvidos. Somente moléculas de gás em estado dissolvido podem participar do processo de difusão.

A capacidade de um gás se dissolver em líquidos depende de:

volume e pressão do gás acima do líquido;
composição líquida;
natureza do gás;
temperatura do líquido.

Quanto mais baixa a temperatura e maior a pressão do gás, mais gás é capaz de se dissolver.

Em 1 ml de sangue a uma temperatura de 38 ºС e pressão de 760 mm Hg. Arte. 2,2% de oxigênio e 5,1% de dióxido de carbono se dissolvem.

O gradiente de pressão entre o sangue e o ar alveolar para oxigênio é de 60 mmHg. Arte. Como resultado, é possível a difusão de oxigênio no sangue. No sangue, o oxigênio se liga à hemoglobina encontrada nos glóbulos vermelhos e a oxiemoglobina é formada. O sangue arterial contém uma grande quantidade de oxiemoglobina. A hemoglobina de uma pessoa saudável pode estar saturada de oxigênio em 96%.

Definição 1

A capacidade de oxigênio do sangue é a quantidade máxima possível de oxigênio que pode ser ligada ao sangue quando a hemoglobina está profundamente oxigenada.

Nota 2

O efeito Hrldane é um aumento da capacidade do sangue de se ligar ao dióxido de carbono durante a transição da oxiemoglobina em hemoglobina.

Normalmente, 100 ml de sangue contêm quase 20 ml de oxigênio. O sangue venoso do mesmo volume contém 13-15 ml de oxigênio.

O dióxido de carbono formado nos tecidos passa por um gradiente de concentração no sangue e se combina com a hemoglobina. Como resultado, a carbhemoglobina é formada. A maior parte do dióxido de carbono reage com a água para formar ácido carboxílico. Um ácido carboxílico pode se dissociar, resultando na formação de um íon hidrogênio e um íon bicarbonato. A maior parte do dióxido de carbono se move na forma de bicarbonato.

Os glóbulos vermelhos contêm a enzima anidrase carbônica, que pode catalisar tanto a degradação do ácido carboxílico quanto sua formação. A quebra ocorre nos capilares dos pulmões.

No sangue venoso, a tensão de dióxido de carbono é de cerca de 46 mmHg. Arte. A pressão parcial do dióxido de carbono no ar alveolar é de 40 mmHg. Art., então o gradiente de pressão é de 6 mm Hg. Arte. a favor do sangue.

Em repouso de corpo humano São liberados 230 ml de dióxido de carbono.

A difusão dos gases ocorre de acordo com a diferença de concentração, ou seja, de um meio com alta tensão para um meio com menor tensão.

Definição 2

Capacidade de difusão dos pulmões

Troca gasosa nos tecidos

A tensão mínima de oxigênio se manifesta nas mitocôndrias - locais de sua utilização para oxidação biológica. Como resultado da quebra da oxiemoglobina, as moléculas de oxigênio começam a se difundir em direção a valores mais baixos de tensão de oxigênio.

A pressão parcial nos tecidos depende de vários fatores:

distâncias entre vasos capilares e sua geometria;
velocidade do fluxo sanguíneo;
localização das células em relação aos capilares;
processos oxidativos, etc.

A tensão de oxigênio no fluido tecidual próximo aos capilares é muito menor (20-40 mmHg) do que no sangue.

Durante intensos processos oxidativos nas células, a tensão de oxigênio pode ser praticamente zero. A tensão de oxigênio aumentará acentuadamente à medida que a velocidade do fluxo sanguíneo aumentar.

A pressão máxima do dióxido de carbono (cerca de 60 mm Hg) é observada nas células quando é formado nas mitocôndrias. A pressão do dióxido de carbono é variável no fluido tecidual (cerca de 46 mm Hg), enquanto no sangue arterial é de 40 mm Hg.

O dióxido de carbono se move ao longo do gradiente de estresse até os capilares sanguíneos e é posteriormente transportado pelo sangue até os pulmões.