Сделай Сам Свою Работу на 5

Аномальные лиганды и аномальные формы гемоглобина

Окись углерода (СО), цианиды, азотная кислота и аммиак moitt связываться с гемоглобином в мес­тах соединения с кислородом. Они вытесняют кис­лород и смещают кривую диссоциации влево. Угарный газ отличается особенной активностью: его сродство к гемоглобину в 200-300раз выше, чем у кислорода. СО связывается с гемоглобином, обра­зуя карбоксигемоглобин, что снижает кислородную емкость гемоглобина и нарушает освобождение кислорода в тканях.

При окислении железа тема до трехвалентной формы образуется метгемоглобин. В редких случаях нитраты, нитриты, сульфаниламиды и другие лекарственные средства могут вызывать сильную метгемоглобинемию. Метгемоглобин не­способен связывать кислород, до тех пор пока он не будет восстановлен с помощью фермента метгемо-глобинредуктазы; кроме того, метгемоглобин сме­щает кривую диссоциации оксигемоглобина влево. Метгемоглобинемия, как и отравление угарным га­зом, снижает кислородную емкость крови и наруша­ет высвобождение кислорода в тканях. Метилено-вый синий и аскорбиновая кислота способствуют восстановлению метгемоглобина в гемоглобин.


Аномальные формы гемоглобина возникают в ре­зультате изменений в составе белковых субъединиц. Каждый вариант имеет собственные характеристики связывания с кислородом. Наиболее распространен­ные аномальные формы гемоглобина включают фе-тальный гемоглобин, гемоглобин A2, гемоглобин при серповидно-клеточной анемии (гл. 29).

Содержание кислорода в крови

Общее содержание кислорода в крови равно сумме физически растворенного и связанного с гемоглоби­ном кислорода. Связывание кислорода с гемогло­бином никогда не достигает теоретического макси­мума, поэтому считают, что 1 г гемоглобина может связать приблизительно 1,31 мл кислорода. Содер­жание кислорода в крови (С, от англ, content — со­держание) выражается следующим уравнением:

Содержание кислорода (в 100 мл крови) = = [(0,003 мл О2/ЮО мл крови/мм рт. ст.) х PO2] + + (SO2X HbX 1,31 мл/1 OO мл крови),

где Hb — концентрация гемоглобина (г/100 мл крови), a SO2 — насыщение гемоглобина кислоро­дом (S, от англ, saturation — насыщенеие) при дан­ном PO2.




Рис. 22-23.Сдвиги кривой диссоциации оксигемоглобина при изменениях рН, температуры тела и концентрации 2,3-дифосфоглицерата (2,3-ДФГ) в эритроцитах


Используя эту формулу и величину Hb, равную 15 г/100 мл, можно рассчитать содержание O2 в ар­териальной pi смешанной венозной крови, а также артериовенозную разницу по кислороду (при SaO2 - 97,5 % и SvO2 = 75 %):

CaO2-(O1OOSx 100)+ (0,975 х 15 х 1,31)=

= 19,5 мл О2/100 мл крови;

CvO2-(0,003 х 40)+ (0,75 х 15 х 1,31) =

- 14,8 мл О2/100 мл крови;

(CaO2 - CvO2) - 4,7 мл О2/1OO мл крови.

Транспорт кислорода

Транспорт кислорода зависит как от дыхания, так и от кровообращения (гл. 19). Общая доставка кис­лорода (DO2; от англ, delivery — доставка) к тканям равна произведению содержания кислорода в ар­териальной крови и сердечного выброса:

DO2 - CaO2 х Qt.

Заметим, что содержание кислорода в артериаль­ной крови зависит как от РлО2, так и от концентра­ции гемоглобина. Следовательно, недостаточная доставка кислорода может быть результатом низкого РлО2, низкой концентрации гемоглобина или низкого сердечного выброса. В норме расчет до­ставки кислорода выглядит так:

DO2 = 20 мл О2/1OO мл крови х 5000 мл /мин =

= 1000 мл О2/мин.

Уравнение Фикавыражает связь между потребле­нием O2, артериовенозной разницей по кислороду и сердечным выбросом:

Потребление O2 = VO2 = Qt x (CaO2 - CvO2). После преобразования получаем:

CaO2 - CvO2 = VO2XQt-

Следовательно, артериовенозную разницу можно рассматривать как меру адекватности доставки кислорода.

При нормальном потреблении кислорода око­ло 250 мл/мин и сердечном выбросе 5000 мл/мин нормальная артериовенозная разница, согласно этому уравнению, составит 5 мл O2/!OO мл крови. Заметим, что при этом нормальный коэффициент экстракции O2 [(CaO2 - CvO2)/CaO2] составит 25 %, т. е. 5 мл/20 мл. Таким образом, в норме ор­ганизм потребляет только 25 % кислорода, пере­носимого гемоглобином. Когда потребность в O2 превосходит возможность его доставки, то коэф­фициент экстракции становится выше 25 %. На-


оборот, если доставка O2 превышает потребность, то коэффициент экстракции падает ниже 25 %.

Если доставка кислорода снижена умеренно, потребление кислорода не изменяется благодаря увеличению экстракции O2 (насыщение гемогло­бина кислородом в смешанной венозной крови снижается); в этом случае VO2 не зависит от до­ставки. По мере дальнейшего снижения DO2 дос­тигается критическая точка, в которой VO2 стано­вится прямо пропорционально DO2. Состояние, при котором потребление кислорода зависит от до­ставки, характеризуется прогрессирующим лак-тат-ацидозом (гл. 30), обусловленным клеточной гипоксией.

Кислородный резерв

Понятие кислородного резерва имеет большое зна­чение в анестезиологии. Когда в результате апноэ прекращается поступление в организм кислорода, то в ходе клеточного метаболизма потребляется имеющийся кислородный резерв; после того как резерв исчерпан, развивается гипоксия и наступа­ет смерть клеток. Теоретически нормальный кис­лородный резерв у взрослого человека составляет около 1500 мл. Он включает остатки кислорода в легких; кислород, находящийся в связи с гемо­глобином и миоглобином; кислород, растворенный в жидкостях организма. К сожалению, высокое сродство гемоглобина к кислороду (сродство мио-глобина к кислороду еще выше), а также незначи­тельное количество кислорода, физически раство­ренного в тканях, представляют собой очень малый резерв. Следовательно, основным источни­ком кислорода является дыхательная смесь, нахо­дящаяся в легких в объеме, соответствующем ФОЕ (исходный объем при апноэ). Необходимо отметить, что только около 80 % этого объема может быть ис­пользовано.

При наступлении апноэ у больного, дышавшего перед этим атмосферным воздухом, в легких име­ется примерно 480 мл кислорода (если FiO2 = 0,21 и ФОЕ = 2300 мл, то объем кислорода составит FiO2 X ФОЕ; 0,21 X 2300 мл = 480 мл). Метаболи­чески активные ткани быстро используют этот резерв (предположительно со скоростью потреб­ления кислорода); в течение 90 с развивается тяже­лая гипоксемия. Возникновение гипоксемии мож­но отсрочить путем увеличения FiO2 перед апноэ. После дыхания чистым кислородом легкие содер­жат 2300 мл кислорода, что задерживат развитие гипоксемии после апноэ на 4-5 мин. Данная кон­цепция лежит в основе проведения преоксигена-ции перед индукцией анестезии (гл. 5).


УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ

CO2 транспортируется кровью в физически раст­воренном виде, в составе бикарбоната и в комплек­се с белками в виде карбаминовых соединений (табл. 22-6). Сумма всех трех форм составляет об­щее содержание CO2 в крови, которое стандартным образом измеряется при анализе электролитов.

Физически растворенный CO2

CO2 растворяется в крови лучше, чем кислород, ко­эффициент его растворимости 0,031 ммоль/л/ мм рт. ст. при 37 0C (0,067 мл/100 мл/мм рт. ст.)

Бикарбонат

В водных растворах CO2 медленно вступает в связь с водой, образуя бикарбонат:

H2O+ CO2-H++HCO3".

В плазме в эту реакцию вступает менее 1 % раст­воренного CO2, тогда как в эритроцитах и в эндо-телиальных клетках имеется фермент карбо-ангидраза, который ее ускоряет. В результате бикарбонат представляет самую большую фрак­цию CO2 в крови (табл. 22-6). Ацетазоламид, будучи ингибитором карбоангидразы, может нарушать до­ставку CO2 от тканей к альвеолам.

В венозных сегментах капилляров большого круга кровообращения CO2 поступает в эритроци­ты, где трансфомируется в бикарбонат, который диффундирует из эритроцитов в плазму. Для под­держания электрического равновесия из плазмы в эритроциты перемещаются ионы Cl". В легоч­ных капиллярах происходит обратный процесс: ионы Cl" выходят из эритроцитов, а бикарбонат поступает в них для превращения в CO2, который диффундирует в альвеолы. Перемещение ионов


Cl" носит название хлоридного сдвига,или сдви­га Гамбургера.

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.)



©2015- 2019 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.