Удаление углекислого газа из внутренней среды амебы: Удаление углекислого газа из внутренней среды амебы?

404 Cтраница не найдена

Мы используем файлы cookies для улучшения работы сайта МГТУ и большего удобства его использования. Более подробную информацию об использовании файлов cookies можно найти здесь. Продолжая пользоваться сайтом, вы подтверждаете, что были проинформированы об использовании файлов cookies сайтом ФГБОУ ВО “МГТУ” и согласны с нашими правилами обработки персональных данных.

Размер:

AAA

Изображения Вкл. Выкл.

Обычная версия сайта

К сожалению запрашиваемая страница не найдена.

Но вы можете воспользоваться поиском или картой сайта ниже

Университет Майкопский государственный технологический университет – один из ведущих вузов юга России. История университета Анонсы Объявления Медиа Представителям СМИ Газета “Технолог” О нас пишут Ректорат Структура Филиал Политехнический колледж Медицинский институт Лечебный факультет Педиатрический факультет Фармацевтический факультет Стоматологический факультет Факультет послевузовского профессионального образования Факультеты Кафедры Ученый совет Бережливый вуз – МГТУ Новости Объявления Лист проблем Лист предложений (Кайдзен) Реализуемые проекты Архив проектов Фабрика процессов Рабочая группа “Бережливый вуз-МГТУ” Вакансии Профсоюз Противодействие терроризму и экстремизму Дополнительное профессиональное образование Противодействие коррупции WorldSkills в МГТУ Научная библиотека МГТУ Реквизиты и контакты Автошкола МГТУ Опрос в целях выявления мнения граждан о качестве условий оказания образовательных услуг Имущественный комплекс МГТУ Работа МГТУ в условиях предотвращения COVID-19 Система менеджмента качества университета Региональный центр финансовой грамотности Аккредитационно-симуляционный центр Документы, регламентирующие образовательную деятельность Абитуриентам Подача документов онлайн Абитуриенту 2023 Для поступающих на обучение по программам бакалавриата, специалитета, магистратуры – Прием 2023 Для поступающих на обучение по программам среднего профессионального образования (колледж) Для поступающих на обучение по договорам об оказании платных образовательных услуг Образец договора Образовательный кредит Оплата материнским (семейным) капиталом Банковские реквизиты для оплаты обучения Приказ об установлении стоимости обучения для 1 курса набора 2022-2023 учебного года Для поступающих на обучение по программам ординатуры Для поступающих на обучение по программам аспирантуры Часто задаваемые вопросы (бакалавриат, специалитет, магистратура) Видеоматериалы для постуающих Экран приема 2023 Экран приема 2023 Иностранным абитуриентам Международная деятельность Общие сведения Кафедры Новости Центр международного образования Академическая мобильность и международное сотрудничество Академическая мобильность и фонды Индивидуальная мобильность студентов и аспирантов Как стать участником программ академической мобильности Дни открытых дверей в МГТУ День открытых дверей online Университетские субботы Дни открытых дверей на факультетах Малая технологическая академия Профильный класс Социально-экономический профиль Медико-фармацевтический профиль Инженерно-технологический профиль Эколого-биологический профиль Агротехнологический профиль Индивидуальный проект Кружковое движение юных технологов Олимпиады, конкурсы, фестивали Подготовительные курсы Подготовительное отделение Курсы для выпускников СПО Курсы подготовки к сдаче ОГЭ и ЕГЭ Онлайн-курсы для подготовки к экзаменам Подготовка школьников к участию в олимпиадах Олимпиады для школьников Отборочный этап Заключительный этап Итоги олимпиад Профориентационная работа Стоимость обучения Веб-консультации для абитуриентов и их родителей Веб-консультации для абитуриентов Родительский университет Студентам Студенческая жизнь Стипендии Организация НИРС в МГТУ Студенческое научное общество Студенческие научные мероприятия Конкурсы Академическая мобильность и международное сотрудничество Образовательные программы Расписание занятий Расписание звонков Онлайн-сервисы Социальная поддержка студентов Общежития Трудоустройство обучающихся и выпускников Вакансии Обеспеченность ПО Инклюзивное образование Условия обучения лиц с ограниченными возможностями Доступная среда Ассоциация выпускников МГТУ Перевод из другого вуза Вакантные места для перевода Студенческое пространство Студенческое пространство Запись на мероприятия Отдел по социально-бытовой и воспитательной работе

Наука и инновации Научная инфраструктура Проректор по научной работе и инновационному развитию Научно-технический совет Управление научной деятельностью Управление послевузовского образования Точка кипения МГТУ О Точке кипения МГТУ Руководитель и сотрудники Документы Контакты Центр коллективного пользования Центр народной дипломатии и межкультурных коммуникаций Студенческое научное общество Научные издания Научный журнал «Новые технологии» Научный журнал «Вестник МГТУ» Научный журнал «Актуальные вопросы науки и образования» Публикационная активность Конкурсы, гранты Научные направления и результаты научно-исследовательской деятельности Основные научные направления университета Отчет о научно-исследовательской деятельности в университете Результативность научных исследований и разработок МГТУ Финансируемые научно-исследовательские работы Объекты интеллектуальной собственности МГТУ Результативность научной деятельности организаций, подведомственных Минобрнауки России (Анкеты по референтным группам) Студенческое научное общество Инновационная инфраструктура Федеральная инновационная площадка Проблемные научно-исследовательские лаборатории Научно-исследовательская лаборатория «Совершенствование системы управления региональной экономикой» Научно-исследовательская лаборатория проблем развития региональной экономики Научно-исследовательская лаборатория организации и технологии защиты информации Научно-исследовательская лаборатория функциональной диагностики (НИЛФД) лечебного факультета медицинского института ФГБОУ ВПО «МГТУ» Научно-исследовательская лаборатория «Инновационных проектов и нанотехнологий» Научно-техническая и опытно-экспериментальная база Центр коллективного пользования Научная библиотека Экспортный контроль Локальный этический комитет Конференции Школа молодого врача Международная научно-практическая конференция “Фундаментальные и прикладные аспекты геологии, геофизики и геоэкологии с использованием современных информационных технологий” Международная научно-практическая конференция «Актуальные вопросы науки и образования» VI Международная научно-практическая онлайн-конференция Наука и университеты Международная деятельность Иностранным студентам Международные партнеры Академические обмены, иностранные преподаватели Академическая мобильность и фонды Индивидуальная мобильность студентов и аспирантов Факультет международного образования Новости факультета Информация о факультете Международная деятельность Кафедры Кафедра русского языка как иностранного Кафедра иностранных языков Центр Международного образования Центр обучения русскому языку иностранных граждан Приказы и распоряжения Курсы русского языка Расписание Академическая мобильность Контактная информация Контактная информация факультета международного образования Сведения об образовательной организации Основные сведения Структура и органы управления образовательной организацией Документы Образование Образовательные стандарты и требования Руководство. Педагогический (научно-педагогический) состав Материально-техническое обеспечение и оснащённость образовательного процесса Стипендии и меры поддержки обучающихся Платные образовательные услуги Финансово-хозяйственная деятельность Вакантные места для приёма (перевода) Международное сотрудничество Доступная среда Организация питания в образовательной организации

Официальный портал Одинцовского Учебно-методического центра «Развитие образования» Одинцовского муниципального района

Сообщение. Пилотный проект. Данная форма не предназначена для приема обращений граждан в порядке Федерального закона от 02.05.2006 № 59-ФЗ «О порядке рассмотрения обращений граждан Российской Федерации» и предоставляет возможность направить электронное сообщение в рамках реализации пилотного проекта по внедрению «Единого окна цифровой обратной связи». Ответ на сообщение будет направлен не позднее 8 рабочих дней после дня его регистрации, а по отдельным тематикам – в укороченные сроки.

Последние новости:

 

26.06.2023

Региональный фестиваль достижений школьников и педагогов центров «Точка роста», «IT-Куб», «Кванториум»

Благодарим педагогов и обучающихся из центров образования «Точка роста» МБОУ Саввино-Каринской СОШ, МБОУ «Горки-Х», МБОУ Барвихинской СОШ за участие в Региональном фестивале достижений школьников и педагогов центров «Точка роста», «IT-Куб», «Кванториум», прошедшем 21 июня 2023 года в г. Подольске.

 

16. 06.2023

День открытых дверей в Центрах «Точка роста»

С 17 по 31 мая 2023 года в Центрах «Точка роста»: МБОУ СОШ «Горки-Х», МБОУ Саввино-Каринской СОШ, МБОУ Захаровская СОШ, МБОУ Кубинская СОШ №1 (Общеобразовательное отделение Асаковская школа). МАОУ «Православная гимназия» города Звенигорода, МБОУ Старогородковской СОШ (Общеобразовательные отделения Васильевская школа, Новогородковская школа) и МБОУ Успенской СОШ были проведены Дни открытых дверей

 

15.06.2023

Совещание окружного методического объединения учителей технологии

15 июня 2023 года на базе Одинцовской СОШ№1 состоялось совещание окружного методического объединения учителей технологии на тему: «Индивидуальный маршрут профессионального развития педагога как основной механизм реализации обновленных ФГОС».

 

15.06.2023

Областной обучающий семинар для педагогов ОРКСЭ и ОДНКНР

15 июня 2023 г. учителя образовательных организаций Одинцовского городского округа посетили областной обучающий семинар для педагогов, преподающих предметы духовно-нравственной направленности.

 

31.05.2023

Юный олимпиец – 2023

31 мая 2023 года прошел финал Спартакиады «Юный олимпиец – 2023». В финале Спартакиады участвовали юные спортсмены 7 образовательных организаций, реализующих образовательные программы дошкольного образования.

 

30.05.2023

Городки для всех

30 мая 2023 на базе МДОУ Кубинской СОШ № 1 дошкольного отделения- детского сада № 17 прошел 8-й этап фестиваля по городошному спорту «Городки для всех» среди детских садов Одинцовского городского округа, посвященный Дню защиты детей, на котором разыгрывался переходящий Кубок победителя турнира по «Городкам».

 

Элементов нет!

 

---

Полезные ресурсы

---

 

 

 

 

 

20.1 Системы газообмена – Концепции биологии – 1-е канадское издание

Глава 20. Дыхательная система

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Описывать прохождение воздуха из внешней среды в легкие
• Объясните, как легкие защищены от твердых частиц

Основной функцией дыхательной системы является доставка кислорода к клеткам тканей организма и удаление углекислого газа, продукта клеточных отходов. Основными структурами дыхательной системы человека являются носовая полость, трахея и легкие.

Все аэробные организмы нуждаются в кислороде для осуществления своих метаболических функций. На эволюционном древе разные организмы изобрели разные способы получения кислорода из окружающей атмосферы. Среда, в которой живет животное, во многом определяет его дыхание. Сложность дыхательной системы коррелирует с размером организма. По мере увеличения размера животного расстояния диффузии увеличиваются, а отношение площади поверхности к объему падает. У одноклеточных организмов диффузии через клеточную мембрану достаточно для снабжения клетки кислородом (рис. 20.2). Диффузия — это медленный, пассивный транспортный процесс. Для того чтобы диффузия была возможным средством обеспечения клетки кислородом, скорость поглощения кислорода должна соответствовать скорости диффузии через мембрану. Другими словами, если бы клетка была очень большой или толстой, диффузия не смогла бы достаточно быстро доставлять кислород внутрь клетки. Поэтому зависимость от диффузии как средства получения кислорода и удаления углекислого газа остается возможной только для мелких организмов или организмов с сильно уплощенным телом, как у многих плоских червей (Platyhelminthes). У более крупных организмов должны были развиться специализированные дыхательные ткани, такие как жабры, легкие и дыхательные пути, сопровождаемые сложной системой кровообращения, для транспортировки кислорода по всему телу.

Рисунок 20.2. Клетка одноклеточной водоросли Ventricaria ventricosa — одна из самых крупных из известных, достигающая в диаметре от одного до пяти сантиметров. Как и все одноклеточные организмы, V. ventricosa обменивает газы через клеточную мембрану.

Прямая диффузия

Для небольших многоклеточных организмов диффузии через внешнюю мембрану достаточно для удовлетворения их потребностей в кислороде. Газообмен путем прямой диффузии через поверхностные мембраны эффективен для организмов диаметром менее 1 мм. У простейших организмов, таких как книдарии и плоские черви, каждая клетка тела близка к внешней среде. Их клетки поддерживаются влажными, а газы быстро диффундируют за счет прямой диффузии. Плоские черви — это маленькие, буквально плоские черви, которые «дышат» за счет диффузии через внешнюю мембрану (рис. 20.3). Плоская форма этих организмов увеличивает площадь поверхности для диффузии, гарантируя, что каждая клетка в организме находится близко к поверхности внешней мембраны и имеет доступ к кислороду. Если бы у плоского червя было цилиндрическое тело, то клетки в центре не могли бы получать кислород.

Рисунок 20.3. Процесс дыхания этого плоского червя происходит путем диффузии через внешнюю мембрану. (кредит: Стивен Чайлдс)

Кожа и жабры

Дождевые черви и амфибии используют свою кожу (покровы) в качестве органа дыхания. Густая сеть капилляров лежит непосредственно под кожей и облегчает газообмен между внешней средой и системой кровообращения. Поверхность дыхательных путей должна быть влажной, чтобы газы растворялись и диффундировали через клеточные мембраны.

Организмы, живущие в воде, нуждаются в получении кислорода из воды. Кислород растворяется в воде, но в меньшей концентрации, чем в атмосфере. В атмосфере примерно 21 процент кислорода. В воде концентрация кислорода намного меньше. Рыбы и многие другие водные организмы развили жабры, чтобы поглощать растворенный в воде кислород (рис. 20.4). Жабры представляют собой тонкие тканевые нити, сильно разветвленные и складчатые. Когда вода проходит через жабры, растворенный в воде кислород быстро диффундирует через жабры в кровоток. Затем система кровообращения может переносить насыщенную кислородом кровь к другим частям тела. У животных, которые содержат целомическую жидкость вместо крови, кислород диффундирует через поверхности жабр в целомическую жидкость. Жабры есть у моллюсков, кольчатых червей и ракообразных.

Рисунок 20.4.
У этого обыкновенного карпа, как и у многих других водных организмов, есть жабры, которые позволяют ему получать кислород из воды. (кредит: “Guitardude012″/Wikimedia Commons)

Складчатые поверхности жабр обеспечивают большую площадь поверхности, чтобы гарантировать, что рыба получает достаточное количество кислорода. Диффузия — это процесс, при котором вещество перемещается из областей с высокой концентрацией в области с низкой концентрацией до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие. В этом случае через жабры циркулирует кровь с низкой концентрацией молекул кислорода. Концентрация молекул кислорода в воде выше, чем концентрация молекул кислорода в жабрах. В результате молекулы кислорода диффундируют из воды (высокая концентрация) в кровь (низкая концентрация), как показано на рис. 20.5. Точно так же молекулы углекислого газа в крови диффундируют из крови (высокая концентрация) в воду (низкая концентрация).

Рисунок 20.5. Когда вода проходит через жабры, кислород переносится в кровь по венам. (кредит «рыба»: модификация работы Duane Raver, NOAA)

Трахеальные системы

Дыхание насекомого не зависит от его кровеносной системы; следовательно, кровь не играет прямой роли в транспорте кислорода. Насекомые обладают узкоспециализированным типом дыхательной системы, называемой трахейной системой, которая состоит из сети маленьких трубочек, доставляющих кислород ко всему телу. Трахеальная система является наиболее прямой и эффективной дыхательной системой у активных животных. Трубки в системе трахеи сделаны из полимерного материала, называемого хитином.

Тела насекомых имеют отверстия, называемые дыхальцами, вдоль грудной клетки и брюшка. Эти отверстия соединяются с трубчатой ​​сетью, позволяя кислороду проходить в тело (рис. 20.6) и регулируя диффузию CO ₂ и водяного пара. Воздух входит и выходит из трахейной системы через дыхальца. Некоторые насекомые могут вентилировать трахейную систему движениями тела.

Рисунок 20.6. Насекомые осуществляют дыхание через трахейную систему.

Системы млекопитающих

У млекопитающих легочная вентиляция осуществляется посредством вдоха (дыхания). Во время вдоха воздух поступает в тело через носовую полость , расположенную прямо внутри носа (рис. 20.7). Проходя через носовую полость, воздух нагревается до температуры тела и увлажняется. Дыхательные пути покрыты слизью, чтобы изолировать ткани от прямого контакта с воздухом. Слизь с высоким содержанием воды. Когда воздух пересекает эти поверхности слизистых оболочек, он собирает воду. Эти процессы помогают привести воздух в равновесие с условиями тела, уменьшая любые повреждения, которые может нанести холодный и сухой воздух. Твердые частицы, плавающие в воздухе, удаляются в носовые ходы через слизь и реснички. Процессы согревания, увлажнения и удаления частиц являются важными защитными механизмами, предотвращающими повреждение трахеи и легких. Таким образом, вдыхание служит нескольким целям помимо подачи кислорода в дыхательную систему.

Рисунок 20.7. Воздух поступает в дыхательную систему через носовую полость и глотку, а затем проходит через трахею и попадает в бронхи, которые приносят воздух в легкие. (кредит: модификация работы NCI)

Какое из следующих утверждений о дыхательной системе млекопитающих неверно?

1. Когда мы вдыхаем, воздух проходит из глотки в трахею.
2. Бронхиолы разветвляются на бронхи.
3. Альвеолярные ходы соединяются с альвеолярными мешочками.
4. Газообмен между легкими и кровью происходит в альвеолах.

Из носовой полости воздух проходит через глотку (глотку) и гортань (голосовой ящик), по мере своего продвижения к трахее (рис. 20.7). Основная функция трахеи — направлять вдыхаемый воздух в легкие, а выдыхаемый — обратно из организма. Трахея человека представляет собой цилиндр длиной от 10 до 12 см и диаметром 2 см, который расположен перед пищеводом и простирается от гортани в грудную полость, где в средней части грудной клетки делится на два главных бронха. Он состоит из неполных колец гиалинового хряща и гладких мышц (рис. 20.8). Трахея выстлана бокаловидными клетками, вырабатывающими слизь, и реснитчатым эпителием. Реснички продвигают инородные частицы, попавшие в слизь, к глотке. Хрящ обеспечивает прочность и поддержку трахеи, чтобы держать проход открытым. Гладкая мускулатура может сокращаться, уменьшая диаметр трахеи, в результате чего выдыхаемый воздух с большой силой устремляется вверх из легких. Форсированный выдох помогает удалить слизь при кашле. Гладкие мышцы могут сокращаться или расслабляться в зависимости от раздражителей из внешней среды или нервной системы организма.

Рисунок 20.8.
Трахея и бронхи состоят из неполных хрящевых колец. (кредит: модификация работы Gray’s Anatomy)

Легкие: бронхи и альвеолы ​​

Конец трахеи раздваивается (делится) на правое и левое легкое. Легкие не идентичны. Правое легкое больше и состоит из трех долей, тогда как меньшее левое легкое состоит из двух долей (рис. 20.9). Мускулистая диафрагма, облегчающая дыхание, находится ниже (ниже) легких и отмечает конец грудной полости.

Рисунок 20.9. В легких трахея разветвляется на правый и левый бронхи. Правое легкое состоит из трех долей и больше. Чтобы вместить сердце, левое легкое меньше и состоит только из двух долей.

В легких воздух отводится во все более мелкие проходы или бронхи . Воздух поступает в легкие через два первичных (главных) бронха (единственное число: бронх). Каждый бронх делится на вторичные бронхи, затем на третичные бронхи, которые, в свою очередь, делятся, образуя все меньший и меньший диаметр бронхиолы по мере их расщепления и распространения по легкому. Как и трахея, бронхи состоят из хрящей и гладких мышц. В бронхиолах хрящи замещаются эластическими волокнами. Бронхи иннервируются нервами как парасимпатической, так и симпатической нервной системы, которые контролируют сокращение мышц (парасимпатическая) или расслабление (симпатическая) в бронхах и бронхиолах в зависимости от сигналов нервной системы. У человека бронхиолы диаметром менее 0,5 мм являются респираторные бронхиолы . У них нет хрящей, и поэтому они полагаются на вдыхаемый воздух, чтобы поддерживать свою форму. По мере уменьшения диаметра проходов увеличивается относительное количество гладких мышц.

Терминальные бронхиолы подразделяются на микроскопические ответвления, называемые респираторными бронхиолами. Дыхательные бронхиолы подразделяются на несколько альвеолярных ходов. Альвеолярные ходы окружают многочисленные альвеолы ​​и альвеолярные мешочки. Альвеолярные мешочки напоминают гроздья винограда, привязанные к концам бронхиол (рис. 20.10). В ацинарной области альвеолярных ходов прикрепляются к концу каждой бронхиолы. В конце каждого протока находится примерно 100 альвеолярных мешочков, каждый из которых содержит от 20 до 30 альвеол диаметром от 200 до 300 микрон. Газообмен происходит только в альвеолах. Альвеолы ​​состоят из тонкостенных паренхиматозных клеток, обычно толщиной в одну клетку, которые выглядят как крошечные пузырьки внутри мешочков. Альвеолы ​​находятся в непосредственном контакте с капиллярами (толщиной в одну клетку) кровеносной системы. Такой тесный контакт гарантирует, что кислород будет диффундировать из альвеол в кровь и распределяться по клеткам организма. Кроме того, углекислый газ, произведенный клетками в качестве продукта жизнедеятельности, будет диффундировать из крови в альвеолы ​​для выдыхания. Анатомическое расположение капилляров и альвеол подчеркивает структурно-функциональную взаимосвязь дыхательной и кровеносной систем. Поскольку в каждом альвеолярном мешочке так много альвеол (~ 300 миллионов на легкое) и так много мешочков в конце каждого альвеолярного протока, легкие имеют губчатую консистенцию. Эта организация производит очень большую площадь поверхности, которая доступна для газообмена. Площадь поверхности альвеол в легких составляет примерно 75 м 9 .0103 2 . Эта большая площадь поверхности в сочетании с тонкостенной природой альвеолярных паренхиматозных клеток позволяет газам легко диффундировать через клетки.

Рисунок 20.10.
Терминальные бронхиолы соединены респираторными бронхиолами с альвеолярными ходами и альвеолярными мешочками. Каждый альвеолярный мешок содержит от 20 до 30 шаровидных альвеол и имеет вид грозди винограда. Воздух поступает в предсердия альвеолярного мешка, затем циркулирует в альвеолах, где происходит газообмен с капиллярами. Слизистые железы выделяют слизь в дыхательные пути, сохраняя их влажными и эластичными. (кредит: модификация работы Марианы Руис Вильярреал)

Концепция в действии

Посмотрите следующее видео, чтобы ознакомиться с дыхательной системой.

Защитные механизмы

Воздух, которым дышат организмы, содержит твердые частицы , такие как пыль, грязь, вирусные частицы и бактерии, которые могут повредить легкие или вызвать аллергические иммунные реакции. Дыхательная система содержит несколько защитных механизмов, позволяющих избежать проблем или повреждения тканей. В носовой полости волосы и слизь задерживают мелкие частицы, вирусы, бактерии, пыль и грязь, препятствуя их проникновению.

Если частицы действительно выходят за пределы носа или попадают через рот, бронхи и бронхиолы легких также содержат несколько защитных устройств. Легкие производят слизь — липкое вещество, состоящее из муцина , сложного гликопротеина, а также солей и воды, — которое улавливает твердые частицы. Бронхи и бронхиолы содержат реснички, небольшие волосовидные выросты, выстилающие стенки бронхов и бронхиол (рис. 20.11). Эти реснички бьются в унисон и перемещают слизь и частицы из бронхов и бронхиол обратно в горло, где они проглатываются и выводятся через пищевод.

У человека, например, смола и другие вещества в сигаретном дыме разрушают или парализуют реснички, что затрудняет удаление частиц. Кроме того, курение заставляет легкие вырабатывать больше слизи, которую поврежденные реснички не в состоянии перемещать. Это вызывает постоянный кашель, поскольку легкие пытаются избавиться от твердых частиц, и делает курильщиков более восприимчивыми к респираторным заболеваниям.

Рисунок 20.11.
Бронхи и бронхиолы содержат реснички, которые помогают удалять слизь и другие частицы из легких. (кредит: Луиза Ховард, модификация работы Dartmouth Electron Microscope Facility)

Резюме

Дыхательные системы животных предназначены для облегчения газообмена. У млекопитающих воздух согревается и увлажняется в носовой полости. Затем воздух проходит вниз по глотке, через трахею и в легкие. В легких воздух проходит через разветвленные бронхи, достигая дыхательных бронхиол, в которых находится первый участок газообмена. Дыхательные бронхиолы открываются в альвеолярные ходы, альвеолярные мешочки и альвеолы. Поскольку в легких так много альвеол и альвеолярных мешочков, площадь поверхности для газообмена очень велика. Существует несколько защитных механизмов для предотвращения повреждения или заражения. К ним относятся волосы и слизь в полости носа, которые задерживают пыль, грязь и другие твердые частицы, прежде чем они попадут в организм. В легких частицы захватываются слоем слизи и транспортируются через реснички к пищеводному отверстию в верхней части трахеи для проглатывания.

Упражнения

1. Какое из следующих утверждений о дыхательной системе млекопитающих неверно?
   1. Когда мы вдыхаем, воздух проходит из глотки в трахею.
   2. Бронхиолы разветвляются на бронхи.
   3. Альвеолярные ходы соединяются с альвеолярными мешочками.
   4. Газообмен между легкими и кровью происходит в альвеолах.
2. Дыхательная система ________.
   1. обеспечивает ткани организма кислородом
   2. обеспечивает ткани организма кислородом и углекислым газом
   3. устанавливает, сколько вдохов делается в минуту
   4. обеспечивает организм углекислым газом
3. Прогревается и увлажняется воздух в носовых ходах. Это помогает ________.
   1. предотвратить инфекцию
   2. уменьшить чувствительность при дыхании
   3. предотвратить повреждение легких
   4. все вышеперечисленное
4. В каком порядке движется поток воздуха при вдохе?
   1. полость носа, трахея, гортань, бронхи, бронхиолы, альвеолы ​​
   2. полость носа, гортань, трахея, бронхи, бронхиолы, альвеолы ​​
   3. полость носа, гортань, трахея, бронхиолы, бронхи, альвеолы ​​
   4. полость носа, трахея, гортань, бронхи, бронхиолы, альвеолы ​​
5. Опишите функцию этих терминов и укажите, где они расположены: главный бронх, трахея, альвеолы ​​и ацинус.
6. Как структура альвеол обеспечивает максимальный газообмен?

Ответы

1. Б
2. А
3. С
4. Б
5. Главный бронх — это канал в легком, который направляет воздух в дыхательные пути, где происходит газообмен. Главный бронх прикрепляет легкие к самому концу трахеи, где он раздваивается. Трахея представляет собой хрящевую структуру, простирающуюся от глотки до главных бронхов. Он служит для направления воздуха в легкие. Альвеолы ​​являются местами газообмена; они расположены в терминальных отделах легкого и прикрепляются к дыхательным бронхиолам. Ацинус — это структура в легком, где происходит газообмен.
6. Мешкообразная структура альвеол увеличивает площадь их поверхности. Кроме того, альвеолы ​​состоят из тонкостенных паренхиматозных клеток. Эти особенности позволяют газам легко диффундировать через клетки.

Глоссарий

альвеолярный ход

проток, идущий от терминальной бронхиолы к альвеолярному мешку

альвеолярный мешок

структура, состоящая из двух или более альвеол, имеющих общее отверстие

альвеолярная вентиляция

сколько воздуха в альвеолах

альвеола

(множественное число: альвеолы) (также воздушный мешок) терминальная область легкого, где происходит газообмен

бронхиола

дыхательные пути, идущие от главных третичных бронхов к альвеолярному мешку

бронх

(множественное число: бронхи) меньшая ветвь хрящевой ткани, отходящая от трахеи; воздух направляется через бронхи в область, где происходит газообмен в альвеолах

диафрагма

скелетная мышца куполообразной формы, расположенная под легкими и отделяющая грудную полость от брюшной

гортань

голосовой аппарат, короткий проход, соединяющий глотку и трахею

муцин

сложный гликопротеин обнаружен в слизи

слизь

клейкая белоксодержащая жидкость, выделяемая в легких, которая улавливает твердые частицы, подлежащие удалению из организма

полость носа

открытие дыхательной системы во внешнюю среду

твердые частицы

мелкие частицы, такие как пыль, грязь, вирусные частицы и бактерии, находящиеся в воздухе

зев

горловина

; трубка, которая начинается во внутренних ноздрях и частично проходит вниз по шее, где открывается в пищевод и гортань

главный бронх

(также главный бронх) область дыхательных путей в легком, которая прикрепляется к трахее и разветвляется на каждое легкое, где разветвляется на вторичные бронхи

респираторная бронхиола

терминальная часть бронхиального дерева, которая прикрепляется к терминальным бронхиолам и альвеолярным ходам, альвеолярным мешочкам и альвеолам

респираторный дистресс-синдром

болезнь, возникающая из-за недостаточного количества сурфактанта

респираторный коэффициент (RQ)

отношение производства углекислого газа к каждой потребленной молекуле кислорода

частота дыхания

количество вдохов в минуту

терминальная бронхиола

область бронхиолы, которая прикрепляется к респираторным бронхиолам

трахея

хрящевая трубка, транспортирующая воздух из гортани в главный бронх

Газообмен и транспорт животных

Цели обучения

1. Применение закона парциального давления для прогнозирования направления движения газа в растворе
2. Объясните функциональную адаптацию поверхностей газообмена у животных, используя закон Фика (площадь поверхности, расстояние, градиенты концентрации и перфузия)
3. Сравните и сопоставьте структуру/функции жабр, трахей и легких
4. Опишите обратимое связывание О2 с гемоглобином (кривые диссоциации)
5. Предсказать влияние pH, температуры и концентрации CO2 на сродство гемоглобина к O2

Приведенная ниже информация была адаптирована из OpenStax Biology 39. 0

Приведенная ниже информация была адаптирована из OpenStax Biology 39.2

Структура любой дыхательной поверхности (легкие, жабры, трахеи) максимально увеличивает площадь своей поверхности для увеличения диффузии газа. Из-за огромного количества альвеол (приблизительно 300 миллионов в каждом легком человека) площадь поверхности легкого очень велика (75 м ² ). Наличие такой большой площади поверхности увеличивает количество газа, который может диффундировать в легкие и из них. Дыхательные поверхности также очень тонкие (обычно толщиной всего в одну клетку), что сводит к минимуму расстояние, на котором газ должен диффундировать через поверхность.

Газообмен при дыхании происходит преимущественно за счет диффузии. Диффузия — это процесс, при котором перенос осуществляется за счет градиента концентрации. Молекулы газа перемещаются из области высокой концентрации в область низкой концентрации. Кровь с низким содержанием кислорода и высоким содержанием углекислого газа подвергается газообмену с воздухом в легких. Воздух в легких имеет более высокую концентрацию кислорода, чем в обедненной кислородом крови, и более низкую концентрацию углекислого газа. Этот градиент концентрации обеспечивает газообмен во время дыхания.

Парциальное давление является мерой концентрации отдельных компонентов в смеси газов. Общее давление, оказываемое смесью, представляет собой сумму парциальных давлений компонентов смеси. Скорость диффузии газа пропорциональна его парциальному давлению во всей газовой смеси.

Процесс дыхания можно лучше понять, изучая свойства газов. Газы движутся свободно, но частицы газа постоянно ударяются о стенки их сосуда, создавая тем самым давление газа.

Воздух представляет собой смесь газов, в основном азота (N ₂ ; 78,6 %), кислорода (O ₂ ; 20,9 %), водяного пара (H ₂ O; 0,5 %) и двуокиси углерода (CO _{). 2} ; 0,04%). Каждый газовый компонент этой смеси оказывает давление. Давлением отдельного газа в смеси является парциальное давление этого газа. Приблизительно 21 процент атмосферного газа составляет кислород. Углекислый газ, однако, содержится в относительно небольших количествах, 0,04 процента. Парциальное давление кислорода намного больше, чем у углекислого газа. Парциальное давление любого газа можно рассчитать по формуле:

P = (Patm)— (процентное содержание в смеси).

P _атм , атмосферное давление, представляет собой сумму всех парциальных давлений атмосферных газов, сложенных вместе,

Patm = PN2 +PO2+ Ph3O+ PCO2= 760 мм рт. ст.

Атмосферное давление на уровне моря 760 мм рт. Следовательно, парциальное давление кислорода равно:

PO2= (760 мм рт. ст.) (0,21) = 160 мм рт. ст.

и для двуокиси углерода:

PCO2=(760 мм рт.ст.) (0,0004) = 0,3 мм рт.ст.

На больших высотах Р _атм уменьшается, но концентрация не меняется; снижение парциального давления связано с уменьшением P _атм .

Когда воздушная смесь достигает легких, она увлажняется. Давление водяного пара в легком не меняет давления воздуха, но оно должно быть включено в уравнение парциального давления. Для этого расчета давление воды (47 мм рт.ст.) вычитается из атмосферного давления:

760 мм рт. ст. – 47 мм рт. ст. = 713 мм рт. ст.

, а парциальное давление кислорода:

(760 мм рт. ст. – 47 мм рт. ст.) — 0,21 = 150 мм рт. ст.

Эти давления определяют газообмен или расход газа в системе. Кислород и углекислый газ будут течь в соответствии с градиентом их давления от высокого к низкому. Следовательно, понимание парциального давления каждого газа поможет понять, как газы перемещаются в дыхательной системе.

Закон диффузии Фика: правила газообмена

Скорость диффузии газа по поверхности контролируется следующим:

• к, константа диффузии газа
• А, участок газообмена
• P2-P1, разность парциальных давлений газа по обе стороны от диффузионного барьера
• D, расстояние, на которое должен диффундировать газ (толщина диффузионного барьера)

Эти термины связаны следующим уравнением:

Скорость диффузии = k x A x (P2-P1)/D

Газы перемещаются «вниз» по градиенту парциального давления (из областей с высокой концентрацией в области с низкой концентрацией.

Подводя итог обсуждению парциальных давлений выше:

Парциальное давление =

• Давление определенного газа в смеси газов
• Доля газа x общее давление воздуха в мм рт. ст.
• Газ движется вниз по градиенту парциального давления (от высокой концентрации к низкой концентрации)
• Атмосфера всегда состоит из 21% кислорода. Парциальное давление представляет собой давление определенного газа в смеси газов и рассчитывается путем умножения фракционного состава определенного газа на общее давление воздуха в мм рт. ст.

Парциальные давления кислорода и углекислого газа изменяются по мере движения крови по телу.

 

Короче говоря, изменение парциального давления от альвеол к капиллярам направляет кислород в ткани и углекислый газ в кровь из тканей. Затем кровь транспортируется в легкие, где перепады давления в альвеолах приводят к перемещению углекислого газа из крови в легкие, а кислорода — в кровь.

Приведенная ниже информация была адаптирована из OpenStax Biology 39. 1

.

Для небольших многоклеточных организмов диффузии через внешнюю мембрану достаточно для удовлетворения их потребностей в кислороде. Газообмен путем прямой диффузии через поверхностные мембраны эффективен для организмов диаметром менее 1 мм. У простейших организмов, таких как книдарии и плоские черви, каждая клетка тела близка к внешней среде. Их клетки поддерживаются влажными, а газы быстро диффундируют за счет прямой диффузии. Плоские черви — это маленькие, буквально плоские черви, которые «дышат» за счет диффузии через внешнюю мембрану. Плоская форма этих организмов увеличивает площадь поверхности для диффузии, гарантируя, что каждая клетка в организме находится близко к поверхности внешней мембраны и имеет доступ к кислороду. Если бы у плоского червя было цилиндрическое тело, то клетки в центре не могли бы получать кислород.

Процесс дыхания этого плоского червя осуществляется путем диффузии через внешнюю мембрану. (кредит: Стивен Чайлдс)

 

Дождевые черви и амфибии используют кожу (покровы) как орган дыхания. Густая сеть капилляров лежит непосредственно под кожей и облегчает газообмен между внешней средой и системой кровообращения. Поверхность дыхательных путей должна быть влажной, чтобы газы растворялись и диффундировали через клеточные мембраны.

Организмы, живущие в воде, нуждаются в получении кислорода из воды. Кислород растворяется в воде, но в меньшей концентрации, чем в атмосфере. В атмосфере примерно 21 процент кислорода. В воде концентрация кислорода намного меньше. Рыбы и многие другие водные организмы развили жабры (выросты тела, используемые для газообмена), чтобы поглощать растворенный кислород из воды. Жабры состоят из тонких тканевых нитей, сильно разветвленных и складчатых. Когда вода проходит через жабры, растворенный в воде кислород быстро диффундирует через жабры в кровоток. Затем система кровообращения может переносить насыщенную кислородом кровь к другим частям тела. Из-за постоянного потока газа через газообменную мембрану и постоянного перепада парциального давления жабры являются наиболее эффективной дыхательной системой для газообмена. У животных, которые содержат целомическую жидкость вместо крови, кислород диффундирует через поверхности жабр в целомическую жидкость. Жабры есть у моллюсков, кольчатых червей и ракообразных.

У этого обыкновенного карпа, как и у многих других водных организмов, есть жабры, которые позволяют ему получать кислород из воды. (кредит: «Guitardude012»/Wikimedia Commons)

 

Складчатые поверхности жабр обеспечивают большую площадь поверхности, чтобы рыба получала достаточное количество кислорода. Диффузия — это процесс, при котором вещество перемещается из областей с высокой концентрацией в области с низкой концентрацией до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие. В этом случае через жабры циркулирует кровь с низкой концентрацией молекул кислорода. Концентрация молекул кислорода в воде выше, чем концентрация молекул кислорода в жабрах. В результате молекулы кислорода диффундируют из воды (высокая концентрация) в кровь (низкая концентрация). Точно так же молекулы углекислого газа в крови диффундируют из крови (высокая концентрация) в воду (низкая концентрация).

Когда вода проходит через жабры, кислород переносится в кровь по венам. (кредит «рыба»: модификация работы Дуэйна Рэйвера, NOAA)

 

Дыхание насекомых не зависит от его кровеносной системы; следовательно, кровь не играет прямой роли в транспорте кислорода. Насекомые обладают узкоспециализированным типом дыхательной системы, называемой трахейной системой, которая состоит из сети маленьких трубочек, доставляющих кислород ко всему телу. Поскольку система кровообращения в основном не используется для перемещения газов, а вместо этого газ проходит непосредственно к необходимым тканям, система трахеи является наиболее прямой и эффективной дыхательной системой для доставки кислорода к дыхательным путям. Трубки в системе трахеи сделаны из полимерного материала, называемого хитином.

Тела насекомых имеют отверстия, называемые дыхальцами, вдоль грудной клетки и брюшка. Эти отверстия соединяются с трубчатой ​​сетью, позволяя кислороду проходить в тело и регулируя диффузию CO ₂ и водяного пара. Воздух входит и выходит из трахейной системы через дыхальца. Некоторые насекомые могут вентилировать трахейную систему движениями тела.

Насекомые дышат через трахейную систему.

 

У млекопитающих легочная вентиляция осуществляется посредством вдоха (дыхания) для поступления воздуха в легкие (складки глотки или поверхности тела, окружающие дыхательные поверхности). Во время вдоха воздух поступает в тело через носовую полость, расположенную прямо внутри носа. Проходя через носовую полость, воздух нагревается до температуры тела и увлажняется. Дыхательные пути покрыты слизью, чтобы изолировать ткани от прямого контакта с воздухом. Слизь с высоким содержанием воды. Когда воздух пересекает эти поверхности слизистых оболочек, он собирает воду. Эти процессы помогают привести воздух в равновесие с условиями тела, уменьшая любые повреждения, которые может нанести холодный и сухой воздух. Твердые частицы, плавающие в воздухе, удаляются в носовые ходы через слизь и реснички. Процессы согревания, увлажнения и удаления частиц являются важными защитными механизмами, предотвращающими повреждение трахеи и легких. Таким образом, вдыхание служит нескольким целям помимо подачи кислорода в дыхательную систему.

Воздух поступает в дыхательную систему через носовую полость и глотку, а затем проходит через трахею и в бронхи, которые приносят воздух в легкие. (кредит: модификация работы NCI)

 

Из полости носа воздух проходит через глотку (глотку) и гортань (голосовой ящик), направляясь к трахее. Основная функция трахеи — направлять вдыхаемый воздух в легкие, а выдыхаемый — обратно из организма. Трахея человека представляет собой цилиндр длиной от 10 до 12 см и диаметром 2 см, который расположен перед пищеводом и простирается от гортани в грудную полость, где в средней части грудной клетки делится на два главных бронха. Он состоит из неполных колец гиалинового хряща и гладкой мускулатуры. Трахея выстлана бокаловидными клетками, вырабатывающими слизь, и реснитчатым эпителием.

Реснички продвигают инородные частицы, попавшие в слизь, к глотке. Хрящ обеспечивает прочность и поддержку трахеи, чтобы держать проход открытым. Гладкая мускулатура может сокращаться, уменьшая диаметр трахеи, в результате чего выдыхаемый воздух с большой силой устремляется вверх из легких. Форсированный выдох помогает удалить слизь при кашле. Гладкие мышцы могут сокращаться или расслабляться в зависимости от раздражителей из внешней среды или нервной системы организма.

Трахея и бронхи состоят из неполных хрящевых колец. (кредит: модификация работы Gray’s Anatomy)

 

Легкие: Бронхи и альвеолы ​​

Конец трахеи раздваивается (делится) на правое и левое легкое. Легкие не идентичны. Правое легкое больше и состоит из трех долей, тогда как меньшее левое легкое состоит из двух долей. Мышечная диафрагма, облегчающая дыхание, уступает (ниже) легких и отмечает конец грудной полости.

Трахея разветвляется на правый и левый бронхи в легких. Правое легкое состоит из трех долей и больше. Чтобы вместить сердце, левое легкое меньше и состоит только из двух долей.

 

В легких воздух направляется во все более мелкие проходы или бронхи. Воздух поступает в легкие через два первичных (главных) бронха (в единственном числе: бронх). Каждый бронх делится на вторичные бронхи, затем на третичные бронхи, которые, в свою очередь, делятся, образуя бронхиолы все меньшего и меньшего диаметра по мере их разделения и распространения в легком. Как и трахея, бронхи состоят из хрящей и гладких мышц. В бронхиолах хрящи замещаются эластическими волокнами. Бронхи иннервируются нервами как парасимпатической, так и симпатической нервной системы, которые контролируют сокращение мышц (парасимпатическая) или расслабление (симпатическая) в бронхах и бронхиолах в зависимости от сигналов нервной системы. У человека респираторными бронхиолами являются бронхиолы диаметром менее 0,5 мм. У них нет хрящей, и поэтому они полагаются на вдыхаемый воздух, чтобы поддерживать свою форму. По мере уменьшения диаметра проходов увеличивается относительное количество гладких мышц.

Терминальные бронхиолы подразделяются на микроскопические ответвления, называемые респираторными бронхиолами. Дыхательные бронхиолы подразделяются на несколько альвеолярных ходов. Альвеолярные ходы окружают многочисленные альвеолы ​​и альвеолярные мешочки. Альвеолярные мешочки напоминают гроздья винограда, привязанные к концам бронхиол. В ацинарной области альвеолярные протоки прикрепляются к концу каждой бронхиолы. В конце каждого протока примерно 100 альвеолярных мешочков, каждый из которых содержит от 20 до 30 альвеол диаметром от 200 до 300 микрон. Газообмен происходит только в альвеолах. Альвеолы ​​состоят из тонкостенных паренхиматозных клеток, обычно толщиной в одну клетку, которые выглядят как крошечные пузырьки внутри мешочков. Альвеолы ​​находятся в непосредственном контакте с капиллярами (толщиной в одну клетку) кровеносной системы. Такой тесный контакт гарантирует, что кислород будет диффундировать из альвеол в кровь и распределяться по клеткам организма. Кроме того, углекислый газ, произведенный клетками в качестве продукта жизнедеятельности, будет диффундировать из крови в альвеолы ​​для выдыхания. Анатомическое расположение капилляров и альвеол подчеркивает структурно-функциональную взаимосвязь дыхательной и кровеносной систем. Поскольку в каждом альвеолярном мешочке так много альвеол (~ 300 миллионов на легкое) и так много мешочков в конце каждого альвеолярного протока, легкие имеют губчатую консистенцию. Эта организация производит очень большую площадь поверхности, которая доступна для газообмена. Площадь поверхности альвеол в легких составляет примерно 75 м 9 .0103 2 . Эта большая площадь поверхности в сочетании с тонкостенной природой альвеолярных паренхиматозных клеток позволяет газам легко диффундировать через клетки.

Терминальные бронхиолы соединены респираторными бронхиолами с альвеолярными ходами и альвеолярными мешочками. Каждый альвеолярный мешок содержит от 20 до 30 шаровидных альвеол и имеет вид грозди винограда. Воздух поступает в предсердия альвеолярного мешка, затем циркулирует в альвеолах, где происходит газообмен с капиллярами. Слизистые железы выделяют слизь в дыхательные пути, сохраняя их влажными и эластичными. (кредит: модификация работы Марианы Руис Вильярреал)

 

Легкие птиц

Приведенная ниже информация была адаптирована из OpenStax Biology 39.3

Птицы сталкиваются с уникальной проблемой в отношении дыхания: они летают. Полет потребляет большое количество энергии; поэтому птицам требуется много кислорода, чтобы способствовать их метаболическим процессам. Птицы развили дыхательную систему, которая снабжает их кислородом, необходимым для полета. Как и у млекопитающих, у птиц есть легкие — органы, специализированные для газообмена. Насыщенный кислородом воздух, поступающий во время вдоха, диффундирует через поверхность легких в кровоток, а углекислый газ диффундирует из крови в легкие и удаляется при выдохе. Детали дыхания у птиц и млекопитающих существенно различаются.

Помимо легких, у птиц внутри тела есть воздушные мешки. Воздух течет в одном направлении из задних воздухоносных мешков в легкие и выходит из передних воздухоносных мешков. Поток воздуха идет в направлении, противоположном кровотоку, и газообмен происходит намного эффективнее. Этот тип дыхания позволяет птицам получать необходимый кислород даже на больших высотах, где концентрация кислорода низкая. Эта направленность воздушного потока требует двух циклов вдоха и выдоха, чтобы полностью удалить воздух из легких.

Десятилетия исследований палеонтологов показали, что птицы произошли от тероподов, плотоядных динозавров. Фактически, ископаемые свидетельства показывают, что динозавры, питавшиеся мясом, которые жили более 100 миллионов лет назад, имели аналогичную проточную дыхательную систему с легкими и воздушными мешками. Например, Archeopteryx и Xiaotingia были летающими динозаврами и считаются ранними предшественниками птиц.

(a) У птиц проточная дыхательная система, в которой воздух поступает однонаправленно из задних мешков в легкие, а затем в передние воздушные мешки. Воздушные мешки соединяются с отверстиями в полых костях. (б) Динозавры, от которых произошли птицы, имеют подобные полые кости и, как полагают, имели аналогичную дыхательную систему. (кредит b: модификация работы Зины Дерецкой, Национальный научный фонд)

 

Большинство из нас считает, что динозавры вымерли. Однако современные птицы являются потомками птичьих динозавров. Дыхательная система современных птиц развивалась сотни миллионов лет.

В видео ниже представлен обзор дыхательной системы человека:

Приведенная ниже информация была адаптирована из OpenStax Biology 39. 4

Когда кислород диффундирует через альвеолы, он попадает в кровоток и транспортируется к тканям, где и находится. разгружаются, и углекислый газ диффундирует из крови в альвеолы, чтобы быть удаленным из организма. Хотя газообмен является непрерывным процессом, кислород и углекислый газ транспортируются по разным механизмам.

Хотя кислород растворяется в крови, таким образом транспортируется лишь небольшое количество кислорода. Только 1,5 процента кислорода в крови растворяется непосредственно в самой крови. Большая часть кислорода, около 98,5 процентов, связана с белком, называемым гемоглобином, и переносится в ткани.

Гемоглобин

Гемоглобин, или Hb, представляет собой белковую молекулу, обнаруженную в красных кровяных тельцах (эритроцитах), состоящую из четырех субъединиц: двух альфа-субъединиц и двух бета-субъединиц. Каждая субъединица окружает центральную группу гема, которая содержит железо и связывает одну молекулу кислорода, позволяя каждой молекуле гемоглобина связывать четыре молекулы кислорода. Молекулы с большим количеством кислорода, связанного с группами гема, имеют более ярко-красный цвет. В результате насыщенная кислородом артериальная кровь, в которой Hb несет четыре молекулы кислорода, имеет ярко-красный цвет, а венозная кровь, лишенная кислорода, имеет более темно-красный цвет.

Белок внутри (а) эритроцитов, который переносит кислород к клеткам и углекислый газ к легким, представляет собой (б) гемоглобин. Гемоглобин состоит из четырех симметричных субъединиц и четырех гемовых групп. Железо, связанное с гемом, связывает кислород. Именно железо в гемоглобине придает крови красный цвет.

 

Вторую и третью молекулы кислорода легче связать с гемоглобином, чем первую молекулу. Это связано с тем, что молекула гемоглобина меняет свою форму или конформацию при связывании кислорода. ** Из-за некоторых конформационных изменений можно сказать, что четвертый кислород связывается немного труднее, но в целом кооперативное связывание увеличивает способность кислорода связываться с гемоглобином и достигать большего насыщения. **

Связывание кислорода с гемоглобином можно изобразить как функцию парциального давления кислорода в крови (ось x) в зависимости от относительного насыщения гемоглобина кислородом (ось y). Полученный график, кривая диссоциации кислорода, имеет сигмоидальную или S-образную форму. По мере увеличения парциального давления кислорода гемоглобин становится все более насыщенным кислородом.

Кривая диссоциации кислорода показывает, что по мере увеличения парциального давления кислорода большее количество кислорода связывается с гемоглобином. Однако сродство гемоглобина к кислороду может сдвигаться влево или вправо в зависимости от условий окружающей среды.

Почки отвечают за удаление из крови избытка ионов Н+. Если почки откажут, что произойдет с рН крови и сродством гемоглобина к кислороду?

Факторы, влияющие на связывание кислорода

Кислородная способность гемоглобина определяет, сколько кислорода переносится кровью. В дополнение к PO2, другие факторы окружающей среды и заболевания могут влиять на пропускную способность и доставку кислорода.

Уровни углекислого газа, рН крови и температура тела влияют на способность переносить кислород. Когда углекислый газ находится в крови, он реагирует с водой с образованием бикарбоната (HCO3-)

и ионы водорода (H ⁺ ). По мере увеличения уровня углекислого газа в крови образуется больше Н ⁺ и снижается рН. Это увеличение содержания углекислого газа и последующее снижение рН снижают сродство гемоглобина к кислороду. Кислород диссоциирует от молекулы Hb, сдвигая кривую диссоциации кислорода вправо. Следовательно, для достижения того же уровня насыщения гемоглобина, что и при более высоком рН, требуется больше кислорода. Подобный сдвиг кривой возникает и при повышении температуры тела. Повышенная температура, например, из-за повышенной активности скелетных мышц, вызывает снижение сродства гемоглобина к кислороду.

Молекулы углекислого газа переносятся кровью из тканей организма в легкие одним из трех способов: растворением непосредственно в крови, связыванием с гемоглобином или переносом в виде бикарбонат-иона. Несколько свойств углекислого газа в крови влияют на его транспорт. Во-первых, углекислый газ лучше растворяется в крови, чем кислород. В плазме растворено от 5 до 7 процентов всего углекислого газа. Во-вторых, углекислый газ может связываться с белками плазмы или проникать в эритроциты и связываться с гемоглобином. Эта форма переносит около 10 процентов углекислого газа. Когда углекислый газ связывается с гемоглобином, образуется молекула, называемая карбаминогемоглобином. Связывание углекислого газа с гемоглобином обратимо. Поэтому, когда он достигает легких, углекислый газ может свободно диссоциировать от гемоглобина и выводиться из организма.

В-третьих, большая часть молекул углекислого газа (85 процентов) содержится в составе бикарбонатной буферной системы. В этой системе углекислый газ диффундирует в эритроциты. Карбоангидраза (CA) в красных кровяных тельцах быстро превращает углекислый газ в угольную кислоту (H ₂ CO ₃ ). Углекислота представляет собой нестабильную промежуточную молекулу, которая немедленно диссоциирует на ионы бикарбоната (HCO-3) и ионы водорода (H ⁺ ). Поскольку двуокись углерода быстро превращается в ионы бикарбоната, эта реакция позволяет продолжать поступление углекислого газа в кровь по градиенту его концентрации. Это также приводит к образованию H ⁺ ионов. Если образуется слишком много H ⁺ , это может изменить рН крови.

Когда кровь достигает легких, ион бикарбоната транспортируется обратно в эритроцит в обмен на ион хлорида. Ион H ⁺ диссоциирует от гемоглобина и связывается с ионом бикарбоната. При этом образуется промежуточная угольная кислота, которая снова превращается в двуокись углерода за счет ферментативного действия СА. Образовавшийся углекислый газ выбрасывается через легкие во время выдоха.

Преимущество бикарбонатной буферной системы заключается в том, что углекислый газ «всасывается» в кровь с небольшим изменением pH системы. Это важно, потому что достаточно небольшого изменения общего рН тела, чтобы наступить серьезная травма или смерть. Наличие этой бикарбонатной буферной системы также позволяет людям путешествовать и жить на больших высотах: когда парциальное давление кислорода и углекислого газа меняется на больших высотах, бикарбонатная буферная система приспосабливается к регулированию углекислого газа, поддерживая при этом правильный рН в организме.