Поиск
Озвучить текст Озвучить книгу
Изменить режим чтения
Изменить размер шрифта
Оглавление
Для озвучивания и цитирования книги перейдите в режим постраничного просмотра.

Глава 22. Газы крови

22.1. Введение

Газообмен организма человека объединяет взаимосвязанные физиологические, физико-химические и биохимические процессы, обеспечивающие поступление кислорода атмосферного воздуха к клеткам в обмен на углекислый газ (СО2).

Кислород и углекислый газ — дыхательные газы необходимые для нормальной функции клеток организма человека. Их недостаток, равно как и избыток, относительно физиологически необходимых величин могут привести к тяжелым последствиям и гибели организма. Кислород в атмосфере земли появился в результате глобальной экологической катастрофы произошедшей около 1,5 млрд лет назад, устроенной сине-зелеными водорослями. Для сине-­зеленых водорослей О2 был одним из продуктов жизнедеятельности. Однако его появление в атмо­сфере не прошло бесследно. Большая часть древних организмов, сформировавшихся в ходе эволюции без кислорода (анаэробные прокариоты), оказалась неспособной адаптироваться к новым условиям газовой среды и вымерла. Эволюционное развитие получили аэробные эукариоты — организмы, в обмене которых О2 стал незаменимым субстратом. В последующем появилось огромное разнообразие растительных и животных организмов, включая человека. Все они успешно справились с возникшей «кислородной проблемой»: образовались эффективный энергопродуцирующий механизм (окислительное фосфорилирование) и универсальный механизм биотрансформации ксенобиотиков (цитохромы Р450 — монооксигеназы, внедряющие атомы кислорода в органическую молекулу). Многоклеточные организмы стали использовать продукты неполного восстановления кислорода для своей защиты от бактериальных и вирусных инфекций, а также в качестве эффективного регуляторного механизма внутриклеточных, межклеточных, гуморально-клеточных и матрикс-клеточных взаимодействий. Различные метаболические процессы с прямым участием кислорода составили содержание новой формы обмена веществ.

Кислород как самостоятельный химический элемент независимо друг от друга получили Карл Вильгельм Шееле в 1769–1771 гг., Джозеф Пристли и Антуан Лоран Лавуазье в 1774 г.Открытие свойств кислорода имело место в истории человечества задолго до второй половины XVIII столетия. В VIII в. н.э., то есть за 1000 лет до А.Л. Лавуазъе, китайский ученый Мао Хоа установил, что в состав воздуха входит газ, поддерживающий горение и дыхание. Однако физическая сущность его открытия стала очевидной лишь после знакомства с результатами работ А.Л. Лавуазъе и последующих поколений ученых. В последующем А.Л. Лавуазье экспериментально доказал, что кислород является именно тем газом, который извлекается из воздуха легкими животных при дыхании и затем используется в химических реакциях, протекающих в организме. Свои результаты А.Л. Лавуазье опубликовал в 1777 г. в статье под названием: «Опыты над дыханием животных и об изменениях, которые совершаются в воздухе, проходящем через легкие». В ней автор отмечал, что дыхание животных тождественно горению, только идет оно медленнее, и образующееся при этом тепло поддерживает постоянную температуру в организме [14, 15].

Несмотря на фундаментальное для биологии открытие А.Л. Лавуазье, на протяжении 100 последующих лет с дефицитом кислорода не связывались причины гибели организма при остановке дыхания и кровообращения, высокогорных восхождениях и полетах на воздушных шарах. Лишь в 1878 г. П. Бэр убедительно показал, что кислород в определенной концентрации абсолютно необходим для жизни. По мере увеличения высоты над уровнем моря атмосферное давление снижается, но массовая доля кислорода в воздухе до больших высот остается постоянной, составляя 20,95 об.%. Однако парциальное давление кислорода, отражающее его абсолютное количество в воздухе, падает пропорционально снижению атмосферного давления, приводя к недостатку кислорода во вдыхаемом воздухе. Здоровый человек, постоянно проживающий на десяток другой метров выше уровня моря, не испытывает недостатка кислорода при подъеме до 2000 м (парциальное давление кислорода на этой высоте соответствует его давлению в кабине пассажирского лайнера). Признаки кислородного голодания становятся очевидны на высоте около 2500 м (одышка, головокружение, сердцебиение и др.), быстро прогрессируя при увеличении высоты без использования дополнительного источника кислорода.

Человек массой 70 кг потребляет около 250–300 мл (более 0,011 М) кислорода в 1 мин. В течение суток ему требуется 360 л (16 М) кислорода, которые извлекаются из 14–17 тыс. л воздуха. В физиологически оптимальных количествах кислород необходим для окислительных процессов освобождения энергии и синтеза АТФ, нейтрализации ксенобиотиков, образования биологически активных субстанций и сигнальных молекул, защиты клеток от инфекционных агентов [14, 15].

В нормальных условиях около 95% необходимой энергии клетки человека получают за счет окислительного (аэробного) разложения питательных веществ, и лишь 4–6% из реакций анаэробного окисления глюкозы — гликолиза [9].

Недостаток кислорода ведет к анаэробному метаболизму, неприемлемым для клеток и внутренней среды изменениям уровня рН, что, в конечном счете, может завершиться необратимыми повреждениями мозга и гибелью организма. Также неприемлемо для организма и поступление кислорода в избыточных количествах относительно физиологически необходимых потребностей. Избыток кислорода во вдыхаемом воздухе токсичен в первую очередь для паренхимы и эндотелия сосудов легких, повреждение которых нарушает физиологически необходимую проницаемость гистогематического барьера и, как следствие, газообмен в легких, приводящий к нарушению оксигенации крови и развитию гипоксемии — состояния, при котором снижено содержание кислорода в артериальной крови. Если вследствие гипоксемии клетки той или иной ткани, органа и организма в целом будут получать недостаточное количество кислорода для поддержания аэробного метаболизма, то развивается тканевая, органная или тотальная гипоксия [41]. Широкий спектр метаболических реакций с прямым участием кислорода является необходимой дополнительной составляющей процессов промежуточного обмена веществ, который сохранил свой строго анаэробный характер, о чем, в числе прочего, свидетельствует метаболическая активность СО2Джозеф Пристли в 1771 г. повторно открыл углекислый газ, который ранее был обнаружен в 1754 г. Джозефом Блэком, однако именно Д. Пристли связал углекислый газ с брожением, горением и дыханием..

Для продолжения работы требуется Registration
На предыдущую страницу

Предыдущая страница

Следующая страница

На следующую страницу
Глава 22. Газы крови
На предыдущую главу Предыдущая глава
оглавление
Следующая глава На следующую главу

Table of contents

Данный блок поддерживает скрол*