2 курс / Нормальная физиология / Практикум_по_нормальной_физиологии_Часть_1_Зинчук_В_В_ред_

диафрагмой и после нее образуются статические давления, которые передаются в манометрическую коробку и в герметичный корпус манометра.

Оснащение: пневмотахометр, спирт, вата.

Ход работы: Обрабатывают мундштуки прибора ватой, смоченной спиртом. Исследования проводят в положении стоя. Поворачивают к себе конец трубки с надписью «вдох». Помещают мундштук в рот, плотно зажимают губы вокруг него и делают предельно быстрый и глубокий вдох. Снимают показания по шкале прибора. Для определения скорости движения воздуха при форсированном выдохе поворачивают к себе конец трубки с надписью «выдох». Делают предельно быстрый и глубокий выдох. Регистрируют показания прибора.

Результаты работы:

Вывод:

4. Спирография

Спирография – графическая регистрация легочных объемов и емкостей с помощью специальных приборов спирографов. С помощью спирографии можно определить ЖЕЛ, МОД и МВЛ.

Оснащение: спирограф «Метатест–I», загубник, спирт, вата, носовой зажим.

Ход работы: «Метатест–I» является спирографом закрытого типа, снабженным поглотителем углекислого газа (натронная известь). Включают прибор в сеть и подготавливают к работе в соответствии с инструкцией по эксплуатации. Испытуемый дышит в прибор через загубник, обработанный спиртом. Носовое дыхание исключают, используя зажим для носа. Регистрируют частоту и глубину дыхания в покое в течение 30 сек. Определяют резервный объем вдоха (РОвд), делая максимально возможный вдох. Восстанавливают спокойное дыхание и регистрируют резервный объем выдоха, делая максимально возможный выдох. Определяют жизненную емкость легких (ЖЕЛ). Для этого испытуемый

211

после максимального вдоха делает максимально глубокий выдох. Выполняют 20 приседаний и повторно регистрируют спирограмму. Отклонение пера самописца на 1см (два деления) соответствует изменению объема воздуха в системе на 330 мл. Зная скорость – 50 мм/мин (одно деление 15 сек), рассчитывают ЧД и МОД.

Рекомендации к оформлению работы: Рассчитайте исходные показа-

тели (ДО, ЧД, МОД, РОвд, РОвыд, ЖЕЛ). Определите на сколько изменились ЧД, ДО, МОД после выполнения приседаний. Занесите показатели в таблицу, сделайте вывод.

Результаты работы:

Зарисуйте спирограмму.

5.*Интерактивная физиология: нейрогуморальная регуляция бронхиальной проводимости

Регуляция бронхиальной проводимости осуществляется вегетативной нервной системой. Повышение тонуса симпатической нервной системы приводит к расширению бронхов. Повышение тонуса парасимпатической нервной системы (раздражение вагуса) сопровождается сужением бронхов. Сужение бронхов наблюдается при действии ацетилхолина, гистамина, серотонина, ангиотензина II. Расширение бронхов – при действии адреналина, брадикинина.

212

Оснащение: персональный компьютер, программа по интерактивной физиологии дыхания.

Ход работы: Проводят раздражение веточек n. vagus, наблюдают, как изменяется бронхиальная проводимость при повышении тонуса парасимпатического отдела вегетативной нервной системы. Наблюдают за изменением просвета бронхов при введении гистамина и адреналина.

Рекомендации к оформлению работы: схематически изобразите опыт,

демонстрирующий нейрогуморальную регуляцию бронхиальной проводимости.

Результаты работы:

Вывод:

Тема зачтена ___________подпись преподавателя

213

Тема раздела:

ЗАНЯТИЕ №2: ТРАНСПОРТ ГАЗОВ КРОВЬЮ

ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ: Изучить механизмы транспорта газов кровью; уметь применять полученные знания для оценки газотранспортной функции крови.

Диффузия, как процесс чисто физического переноса газов, имеет место на уровне аэрогематического и гистогематического барьеров. В целом этот процесс описывается уравнением Фика. Диффузия газов в микроциркуляторном русле происходит и по длине сосуда, а также через все мембранные структуры в клетке. pО2 в отдельных клетках и в различных ее частях неодинаково и может колебаться от 0 до 80 мм рт. ст. Для описания распределения рО2 в тканях в 1919 году предложена модель тканевого ци- линдра по А. Крогу, в которой выделяют осевой и радиальный градиент рО2. Меньшее поступление О2 происходит в венозной части капиллярного цилиндра, по расчетам рО2 в этом участке имеет значение 1-2 мм рт.ст. Этот участок, наиболее удаленный от артериального конца тканевого цилиндра, именуют "мертвый угол". В органах с интенсивным энергообменом величина pО2 выше, что способствует большему диффузионному потоку О2 к митохондриям.

Диффузии газов из капилляров в ткани и наоборот в каждом отдельном органе способствуют регионарные особенности капилляризации и распределения кровотока. В оксигенацию тканей вносят вклад процессы диффузии, происходящие не только на уровне капилляров, но и других микрососудов (артериолы, венулы) организма. При увеличении потребления кислорода клетками уменьшается pО2 в ткани, что приводит к увеличению диффузии О2 при его постоянстве в крови. Однако этот саморегуляторный процесс поддержания потока кислорода в ткани лимитируется содержанием его в плазме.

Кислород растворяется в плазме в зависимости от его напряжения и коэффициента растворимости. Физически растворенного О2, который может диффундировать в ткани, в крови мало – около 0,3 об%. При протекании крови через капилляр он практически весь поступает в клетки, а его пополнение идет за счет деоксигенации оксигемоглобина (HbO2). Деоксигенация – процесс перехода О2 из HbO2 в физически растворенное в плазме состояние и затем в ткани. Время деоксигенации равно времени пребывания эритроцита в капилляре. Последнее определяется рядом факторов, важнейшим из которых является градиент артериоло-венулярного гидростатического давления и деформируемость эритроцитов. Оксигенация – процесс обратимого связывания О2 гемоглобином, происходящий в капиллярах легких. В крови по ряду причин не весь Hb насыщается О2. В частности, в эритроцитах непрерывно протекает процесс метгемоглобинообра-

214

зования (его количество в физиологических условиях составляет не более 1%) и образования других видов функционально неактивного гемоглобина; часть венозной крови в малом круге кровообращения шунтируется по ар- терио-венозным анастомозам; значение pО2 в отдельных альвеолах и капиллярах легких недостаточно для полного насыщения Hb кислородом. Величина КЕ будет зависеть от количества функционально активного Hb. При превращении его в метгемоглобин или сульфгемоглобин, в состояния при которых изменяется степень окисления, КЕ уменьшается.

Молекула гемоглобина состоит из двух α- и двух β-полипептидных цепей, каждая из которых связана с гемической группой, содержащей порфириновое кольцо и атом Fe2+ и способной обратимо связывать одну молекулу О2. Глобиновые субъединицы дезокси-гемоглобина тесно удерживаются электростатическими связями в плотной Т-конформации со сравнительно низким сродством к О2. Его связывание разрывает эти электростатические связи, ведя к релаксированной R-конформации, в которой остальные связывающиеся участки молекулы гемоглобина имеют сродство к О2 в 500 раз выше, чем в Т-конформации. Эти изменения ведут к кооперативности между связывающими участками. Связывание одной молекулы О2 с дезокси-гемоглобином повышает сродство к нему остальных связывающих участков на той же молекуле (пример, как аллостерический фермент регулирует метаболический путь). В организме СГК в значительной степени определяет диффузию кислорода из альвеолярного воздуха в кровь, а затем на уровне капилляров в ткань. Свойство гемоглобина обратимо связывать кислород является частным случаем общей закономерности взаимодействия протеинов с лигандами. Графическая зависимость образования оксигемоглобина от pO2 в крови носит S-образный характер и получила название кривой диссоциации оксигемоглобина (КДО). Такая её конфигурация имеет определенный физиологический смысл, заключающийся в том, что оксигенация крови в легких сохраняется на высоком уровне даже при относительно низком альвеолярном pO2, а её деоксигенация существенно изменяется даже при небольшом изменении капиллярнотканевого градиента pO2. S-образный вид КДО указывает на кооперативный характер взаимодействия О2 с Hb. При соединении или отдаче одной молекулы О2 отмечаются функциональные изменения остальных субъединиц Hb в тетрамере. КДО характеризует СГК/CKK. В качестве показателя CГK принимается значение pО2, при котором Hb наполовину насыщается О2, обозначаемая p50, равна 26-28 мм рт.ст. При повышении СГК p50 уменьшается, а при снижении – повышается. Традиционно полагают, что сдвиг КДО вправо повышает отдачу кровью кислорода тканям, а влево затрудняет десатурацию крови в микроциркулярном русле. Вопрос о физиологическом значении изменения СГК либо сдвига КДО остается еще недостаточно выясненным.

Регуляция СГК и, соответственно, изменение положения КДО осуществляется прямыми и косвенными факторами. К первым относятся лиганды, которые за счет взаимодействия с гемоглобином изменяют его кон-

215

формацию (O2, CO2, H+ , органические фосфаты и некоторые другие), ко вторым – факторы, непосредственно не взаимодействующие с гемоглобином, но влияющие на его взаимодействие с лигандами. Гемоглобин как аллостерический белок имеет множество связывающих участков, способных осуществлять обратимое нековалентное связывание с первичным лигандом, обуславливающие четвертичные конформационные изменения, вызываемые связыванием лигандов (гомотропные эффекты) и их модуляция вторичными эффекторами (гетеротропные эффекты). Главными гетеротропными эффекторами гемоглобина являются Н+, СО2 и внутриэритроцитарный 2,3-ДФГ. Переход гемоглобина из дезокси- в оксиформу сопровождается протонной диссоциацией, степень выраженности которой зависит от рН внутриэритроцитарной среды. Оксигенация гемоглобина является экзотермической реакцией, соответственно диссоциация оксигемоглобина протекает с поглощением тепла. При повышении температуры крови происходит снижение СГК и его увеличение при снижении температуры.

Подкисление среды приводит к снижению СГК, подщелачивание – к увеличению. Такая зависимость СГК от рН получила название эффекта Бора (уменьшение СГК при сдвиге рН в кислую сторону или смещение кривой диссоциации оксигемоглобина вправо при ацидозе). Физиологиче- ское значение эффекта Вериго-Бора заключается в его влиянии на оксигенацию тканей. Сдвиг рН крови в сторону ацидоза за счет образующихся кислых метаболитов и углекислого газа благоприятствует большей десатурации крови в капиллярах. Эффект Холдейна – увеличение содержания СО2 в крови при уменьшении содержания оксигемоглобина (дезоксигемоглобин присоединяет больше протонов Н+, лучше связывает СО2). В конце 60-х годов показана важнейшая роль в регуляции СГК продуктов гликолиза – органических фосфатов, в частности, АТФ и 2,3-дифосфоглицерата (2,3-ДФГ). При увеличении количества 2,3-ДФГ СГК снижается, а при уменьшении – повышается.

Характер изменения кислородсвязывающих свойств крови предпола-

гает функционирование внутриэритроцитарной автономной системы ре- гуляции кислородсвязывающих свойств гемоглобина в условиях целого ор-

ганизма через относительно автономной механизм, который обеспечивает адаптивное формирование кислородсвязывающих свойств крови в отдельных органах при перестройке уровня функционирования СТК. Модуляторы свойств гемоглобина выполняют функции триггера аллостерической регуляции и своеобразного аппарата сравнения соответствия метаболизма функциональному статусу клетки. Состояние внутриэритроцитарной системы регуляции СГК существенно влияет на мобильность адаптивных изменений крови, но, в то же время, спорно, что автономная система, работающая по принципу отрицательной обратной связи, не способна вне условий циркуляции поддерживать адаптивные свойства крови.

Проблема изучения физиологических эффектов NO приобрела новый аспект, а именно, его взаимодействие с различными компонентами крови, и в частности, с гемоглобином. В целом, дыхательный цикл можно рас-

216

сматривать как механизм транспорта "трех газов": NO/О2/CО2 . В результате взаимодействия NO и гемоглобина происходит образование его различных NO-форм: метгемоглобин, нитрозилгемоглобин, нитрозогемоглобин, которые играют роль своеобразного аллостерического регулятора функциональной активности гемоглобина на уровне отдельных его тетрамеров. Присутствие этих соединений гемоглобина с NO может по-разному влиять на СГК всей крови: метгемоглобин и нитрозогемоглобин его повышают, а нитрозилгемоглобин снижает. В ходе одного цикла движения эритроцита в сосудистой системе происходят последовательные реакции гемоглобина с NO, модулирующиеся его структурными переходами из R- в Т-состояние. На уровне капилляров малого круга кровообращения это может быть дополнительным механизмом, способствующим оксигенации крови, а на уровне микроциркуляции большого круга – оптимизирующим десатурацию крови, и, соответственно, доставку кислорода в ткани.

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ:

1.Постоянство состава альвеолярного воздуха – необходимое условие для нормального газообмена на уровне аэрогематического барьера. Уравнение Фика для диффузии газов и его анализ.

2.Оксигенация крови в легких и факторы, ее определяющие: рO2, вид, количество и свойства гемоглобина. Кислородная емкость крови.

3.Сродство крови к кислороду. Кривая диссоциации оксигемоглобина, физиологическое значение её S-образной формы и факторы, опреде-

ляющие ее ход: pH, рCO2, рCO, 2,3-ДФГ, NO, температура, ионы и др. Физиологическое значение смещения кривой диссоциации оксигемоглобина.

4.Внутриэритроцитарная система, регулирующая кислородсвязывающие свойства крови.

5.Роль плазмы и эритроцитов в транспорте углекислого газа. Значение карбоангидразы.

6.Деоксигенация крови и условия, ее определяющие: капилляро-тканевой

градиент рO2, время деоксигенации, сродство гемоглобина к кислороду. Газообмен между кровью и тканями. Значение миоглобина в регуляции кислородного режима мышц.

ЛИТЕРАТУРА:

1.Физиология человека / Под ред. В.М. Покровского, Г.Ф. Коротько. – М.:

Медицина, 2007. – С. 358-365.

2.Физиология человека / Под ред. В.М. Смирнова. - М.: Медицина, 2001.

– С. 251-257.

3.Нормальная физиология: учеб. пособие. Часть I // В.В. Зинчук, О.А. Балбатун, Ю.М. Емельянчик / под ред. В.В. Зинчука. – Гродно: ГрГМУ, 2007. (см. соответствующий раздел).

4.Основы физиологии человека / Под ред. Б.И. Ткаченко в 2-х томах.- СПб.: Международный фонд истории науки, 1994. – Т. 1. – С. 354 – 362.

217

5.Чеснокова С.А., Шастун С.А., Агаджанян Н.А. Атлас по нормальной физиологии / Под ред. Н.А. Агаджаняна. - М.: Медицинское информационное агентство, 2007. (см. соответствующий раздел).

6.Борисюк М.В., Зинчук В.В., Максимович Н.А. Системные механизмы транспорта кислорода / Под ред. В.В. Зинчука. - Гродно: ГрГМУ, 2002.

–С. 15-33, 122-129.

7.Лекции по теме занятия.

ОФОРМИТЬ В ПРОТОКОЛЕ:

Кривая диссоциации оксигемоглобина (Нормальная физиология: учеб.

пособие. Часть I // В.В. Зинчук, О.А. Балбатун, Ю.М. Емельянчик / под ред. В.В. Зинчука. – Гродно: ГрГМУ, 2007, см. соответствующий раздел).

218

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СО2 (ммоль), ПОСТУПАЮЩЕГО В КРОВЬ (гематокрит 45%) ИЗ ТКАНЕЙ (2 ммоль/л)

Нормальная физиология: учеб. пособие. Часть I // В.В. Зинчук, О.А. Балбатун, Ю.М. Емельянчик / под ред. В.В. Зинчука. – Гродно: ГрГМУ, 2007, см. соответствующий раздел.

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ: 1. *"Перенос газов кровью" (фильм, 10 минут).

2.*"Глубокая картина кислородного статуса" (фильм, 20 минут).

3.Изучение кислородтранспортной функции крови на газоанализато-

ре Synthesis-15

Газоанализатор представляет собой прибор, позволяющий в микропробах крови (0,27 мл) определять напряжение кислорода (рО2), углекислого газа (рСО2), рН, концентрацию гемоглобина, О2Hb%, COHb%, MetHb%, дезоксиHb%. Определение данных величин дает возможность рассчитать другие параметры кислородтранспортной функции крови (SO2%, р50, CvO2, KE), а также кислотно-основного состояния (AВЕ, SBE, SBC и др.).

Основные блоки газоанализатора:

1.Измерительная камера.

2.Электроды (pО2, pСО2, рН, референтный).

3.Вспомогательные устройства (набор электролитов, система термостабилизации и т.д.).

4.Электронно-вычислительный блок.

Оснащение: газоанализатор Synthesis-15, микропроба крови.

Ход работы: Включают газоанализатор в сеть и прогревают прибор 45 – 60 мин. Выполняют калибровку путем использования стандартных электролитов. Производят анаэробный забор крови и микропробу крови вводят в измерительную камеру. Регистрируют полученные данные.

220