Три формы транспорта углекислого газа
Процесс транспорта начинается после того, как углекислый газ покидает клетки тканей. В кровеносном русле он распределяется и переносится в трех основных формах:
- Физическое растворение. Часть газа находится в плазме в свободном, растворенном состоянии. Эта фракция относительно невелика и составляет около 3 об.%.
- Химические соединения в плазме. Это основной путь транспортировки, на который приходится 50 об.% от всего объема. Газ переносится в виде гидрокарбонатов (бикарбонатов), в частности, бикарбоната калия (KHCO3) и бикарбоната натрия (NaHCO3).
- Химические соединения в эритроцитах. Внутри красных кровяных телец углекислота образует комплекс с гемоглобином — карбогемоглобин. На эту форму приходится 5 об.%. Дополнительно часть газа транспортируется в эритроците как бикарбонат калия (KHCO3).
Стоит отметить, что в процессе дальнейших превращений гемоглобиновой кислоты (HHb) образующийся карбогемоглобин способен переносить суммарно около 15% всего углекислого газа.
Тканевый газообмен и феномен Гамбургера
В системных капиллярах тканей направление движения углекислого газа строго задано: он диффундирует из клеток в плазму, а затем проникает в эритроцит. Внутри клетки разворачивается каскад биохимических реакций:
- Фермент карбоангидраза катализирует реакцию гидратации: углекислый газ связывается с водой, образуя угольную кислоту (H2CO3).
- Угольная кислота быстро диссоциирует на ионы водорода (H+) и бикарбонат-ионы (HCO3-).
- Параллельно происходит образование карбоминовой кислоты (HHbCO2) — формы связи газа с гемоглобином.
В этих условиях ярко проявляется эффект Холдейна: оксигемоглобин (KHbO2) в среде с высоким содержанием углекислого газа легче отдает кислород тканям. Отдав кислород, он связывается с угольной кислотой, превращаясь в гемоглобиновую кислоту (HHb). По своей сути этот механизм перекликается с эффектом Бора.
Динамика ионов сопровождается хлоридным сдвигом (феноменом Гамбургера). Ионы HCO3- выходят из эритроцита в плазму по градиенту концентрации, где соединяются с ионами натрия, образуя NaHCO3. Для сохранения электронейтральности эритроцита из плазмы внутрь клетки поступают ионы хлора (Cl-). Высвободившиеся внутри клетки ионы калия связывают оставшийся бикарбонат.
Газообмен в легочных капиллярах
Когда венозная кровь достигает легких, физиологические процессы запускаются в обратном направлении. Углекислый газ переходит из эритроцита в плазму, а затем в альвеолярный воздух, тогда как кислород из альвеол устремляется в эритроцит.
Процесс обусловлен двумя главными факторами:
- Градиент давления. Парциальное давление углекислого газа (pCO2) в альвеолах значительно ниже, чем в плазме венозной крови. Кроме того, рост pO2 в легких облегчает освобождение углекислоты.
- Оксигенация гемоглобина. Попадая в эритроцит, кислород превращает восстановленный гемоглобин в оксигемоглобин (HbO2). Присоединение кислорода резко усиливает кислотные свойства гемоглобина. Как более сильная кислота, оксигемоглобин активно вытесняет ионы водорода, а также ионы калия из гидрокарбонатов.
Освобожденные ионы водорода взаимодействуют с бикарбонатом, и карбоангидраза запускает реакцию дегидратации. Угольная кислота распадается на воду и углекислый газ, который покидает клетку. Одновременно происходит обратный хлоридный сдвиг: бикарбонат-ионы возвращаются в эритроциты из плазмы, а ионы хлора выходят наружу. Важное правило: поступление кислорода в ткани помогает крови связывать углекислоту, а оксигенация в легких стимулирует ее отдачу.
Кривая диссоциации углекислого газа
Зависимость содержания углекислого газа в крови от его парциального давления (pCO2) графически отображается с помощью кривой диссоциации.
На этом графике представлены две линии: красная для артериальной крови и синяя для венозной. Линия, которая соединяет расчетную точку артериальной крови с точкой венозной, наглядно демонстрирует фактический газообмен — реальный объем и динамику перехода углекислого газа.
Вопросы с занятий и экзамена
В каких формах транспортируется углекислый газ в крови?
Углекислый газ переносится в трех формах: физически растворенным в плазме, в виде химических соединений в плазме (бикарбонаты натрия и калия) и в виде химических соединений внутри эритроцитов (карбогемоглобин и бикарбонат калия).
Что такое феномен Гамбургера (хлоридный сдвиг)?
Это процесс ионного обмена, при котором выход бикарбонат-ионов из эритроцита в плазму крови строго компенсируется поступлением внутрь эритроцита ионов хлора. Механизм необходим для сохранения электронейтральности клетки.
Какова функция фермента карбоангидразы?
В тканевых капиллярах карбоангидраза катализирует гидратацию углекислого газа с образованием угольной кислоты. В легочных капиллярах этот же фермент обеспечивает дегидратацию — распад угольной кислоты на воду и свободный углекислый газ для его выдоха.
В чем заключается эффект Холдейна?
Эффект Холдейна описывает свойство оксигемоглобина легче отдавать кислород тканям при нахождении в среде с высокой концентрацией углекислого газа.
Что ещё разобрать по теме
- Подробный разбор эффекта Бора и его физиологической связи с эффектом Холдейна
- Свойства и превращения гемоглобиновой и карбоминовой кислот в эритроците
- Механизмы поддержания кислотно-основного равновесия плазмы крови
- Детальный анализ графиков кривой диссоциации углекислого газа
Разберите тему целиком в курсе «Физиология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Транспорт углекислого газа кровью» и ещё 4 085 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 112 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Дыхание»
Бесплатные видеоуроки: физиологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.