О чем говорят анализы

5. Газы крови

5.1. Кислород

5.2. Двуокись углерода (углекислый газ)

 * * *

5.1. Кислород

Важнейшая функция крови — дыхательная. Поглощенный в легких кислород переносится кровью к органам и тканям, а углекислый газ транспортируется в обратном направлении. Основная (ключевая) роль в переносе дыхательных газов принадлежит гемоглобину, содержащемуся в эритроцитах крови.

Гемоглобин относится к классу сложных белков — хромопротеинов. Он состоит из небелковой части, относящейся к железопорфиринам, — гема и белковой части — глобина. Гемоглобин выполняет функцию переносчика кислорода благодаря наличию в молекуле гема двухвалентного железа. Железо гемоглобина, присоединяя молекулу кислорода, не окисляется, то есть не переходит из двух- в трехвалентное состояние, а образует обратимую связь, которая сравнительно легко разрушается при соответствующих изменениях концентрации кислорода в среде.

Гемоглобин (Нb), присоединивший кислород, становится оксигемоглобином (Нb0 ₂ )
• Реакцию связывания кислорода гемоглобином называют оксигенацией, обратный процесс — дезоксигенацией. Не связанный с кислородом гемоглобин носит название дезоксигемоглобина.

В условиях организма 1 г гемоглобина способен связать 1,34 мл кислорода. Если известно содержание гемоглобина крови, можно рассчитать кислородную емкость крови — максимальное количество кислорода, которое может связать гемоглобин при его полном насыщении 0₂. При содержании 150 г/л количество кислорода в 1 л крови составит 1,34 х 150 = 201 мл; в 100 мл крови — 20,1 мл или 20,1 об. % (объемных %).

Процентное отношение количества О₂, реально связанного с гемоглобином, к кислородной емкости крови называется насыщением (saturation — сатурация) гемоглобина кислородом (SO₂ или НBО₂). Другими словами, S0 ₂  — это отношение оксигемоглобина к общему количеству гемоглобина крови.

В норме насыщение артериальной крови кислородом (SO₂ или НВО₂) составляет 96-98% . Небольшое «недонасыщение» (2-4%) объясняется некоторой неравномерностью легочной вентиляции и незначительной примесью венозной крови, которые имеют место и у здоровых людей.

Насыщение гемоглобина кислородом зависит от напряжения О₂ в крови (в соответствии с физическим законом действующих масс). Графически эту зависимость отражает кривая диссоциации оксигемоглобина, имеющая S-образную форму.

Напряжение кислорода в артериальной крови (Ра0₂) в норме колеблется в пределах 95-100 мм рт. ст. С возрастом газовый состав крови претерпевает некоторые изменения. Напряжение 0₂ в артериальной крови здоровых молодых людей в среднем составляет 95-100 мм рт. ст.; к 40 годам оно снижается примерно до 80 мм рт. ст., а к 70 годам — до 70 мм рт. ст. Эти изменения связаны с тем, что с возрастом увеличивается неравномерность функционирования различных участков легких.

Таким образом, степень оксигенации крови может быть охарактеризована двумя показателями: напряжением кислорода (РаО₂) и насыщением крови кислородом (SO₂ или НВО₂).

Снижение этих показателей в артериальной крови (венозная кровь для исследования газового состава непригодна) называется артериальной гипоксемией. Умеренная гипоксемия характеризуется прежде всего снижением РаО₂, величина S0₂ (НВО₂) более устойчива.

5.2. Двуокись углерода (углекислый газ)

Двуокись углерода — конечный продукт обменно-окислительных процессов в клетках и тканях организма — переносится кровью к легким и удаляется через них во внешнюю среду (99,5% С0₂ покидает организм через легкие и только незначительная часть выделяется почками).

Двуокись углерода может переноситься как в физически растворенном виде, так и в составе обратимых химических соединений. Химические реакции связывания С0₂ сложнее и многообразнее, чем реакции присоединения кислорода. Это обусловлено тем, что механизмы, отвечающие за транспорт углекислого газа, должны обеспечивать и постоянство кислотно-основного состояния крови.

Двуокись углерода находится в крови в следующих формах:

• в растворенном виде в плазме — 5%;

• в связи с аминогруппами гемоглобина — 15%;

• в виде угольной кислоты (Н₂СО₃) — незначительное количество;

• в виде бикарбонатионов (НСО₃), обеспечивающих постоянство активной реакции крови (рН), — более 80%.

В нормальных условиях в артериальной крови напряжение С0₂ (РаС0₂) составляет около 40 мм рт. ст. (с колебаниями от 35 до 45 мм рт. ст.). Повышение РаС0₂ называется артериальной гиперкапнией, снижение — артериальной гипокапнией.

Нарушения газового состава крови выявляются при большинстве заболеваний легких. По показателям газового состава артериальной крови можно судить о функции легких в целом.

Идеальным объектом изучения газового состава крови является артериальная кровь, полученная пункцией локтевой или бедренной артерии. Газовый состав венозной крови не может быть использован как показатель функции аппарата внешнего дыхания, так как содержание в ней 0 ₂  и С0 ₂  зависит еще и от уровня обмена веществ и скорости кровотока в тканях.

Забор крови и ее доставка к аппарату должны осуществляться без доступа воздуха (в шприце, закрытом капилляре, сосуде под вазелиновым маслом). Шприц и иглу для пункции необходимо промыть гепарином.

Необходимость получения крови из артерии исключает возможность повторных исследований на протяжении короткого периода времени, поэтому широкое распространение получило исследование малых порций капиллярной крови, полученных из кончика пальца или мочки уха.

Еще Холденом было показано, что если руку человека держать в течение 20 мин в водяной бане с температурой воды 38 °С, то в этих условиях газовый состав крови из подкожной вены руки станет идентичным газовому составу артериальной крови. Еще более близок к артериальной газовый состав капиллярной крови.

Используемая в настоящее время измерительная аппаратура предусматривает исследование минимальных порций крови (0,1 мл), которые можно получить из кончика разогретого пальца или мочки уха, предварительно добившись того, чтобы кровоток в ней был максимален (растирание).

Для определения газового состава крови могут быть использованы различные методы.

В настоящее время наиболее доступным и широко распространенным способом изучения оксигенации крови являются оксиметрические методы. Они основаны на различии оптических свойств (спектров поглощения) гемоглобина и оксигемоглобина.

Алый цвет артериальной крови обусловлен тем, что оксигемоглобин достаточно интенсивно поглощает коротковолновые лучи, соответствующие синей части спектра, но пропускает большую часть длинноволновых («красных») лучей. Дезоксигемоглобин более интенсивно поглощает длинноволновые лучи и менее интенсивно — коротковолновые. В связи с этим венозная кровь выглядит темнее и имеет красный цвет с синеватым оттенком.

Для определения насыщения крови кислородом (SO ₂ или Нb0 ₂ ) используются спектрофотометры — приборы, в которых видимый свет при помощи призмы или дифракционной решетки разлагается в спектр. Затем из спектра выделяется узкая полоса лучей с определенной длиной волны (монохроматический свет) и пропускается через исследуемый раствор (порцию крови).

Поглощение света зависит от оптических свойств крови. Для определения соотношения между интенсивностью падающего и прошедшего через раствор света используется фотоэлемент.

Напряжение кислорода и углекислого газа крови можно измерить с помощью специальных электродов.

Для определения напряжения кислорода применяют полярографический метод. Он предусматривает использование двух электродов: измеряющего, изготовленного из благородных (не окисляющихся) металлов (платины или золота), и референтного. Электроды отделены от крови мембраной, проницаемой для газов, и включены в замкнутую цепь, где создается небольшое напряжение.

Молекулы кислорода, диффундирующие через мембрану, восстанавливаются на поверхности измеряющего электрода. В результате возникает электрический ток, величина которого пропорциональна напряжению 0 ₂  в крови.

Электрод для определения напряжения углекислого газа представляет собой рН-метр, в котором измеряющий и референтный электроды окружены раствором бикарбонатного буфера и отделены от крови тонкой мембраной, проницаемой для газов и непроницаемой для ионов НСО ₃ -. Углекислый газ диффундирует из крови через мембрану, вследствие чего меняется рН бикарбонатного буфера. Чем выше напряжение углекислого газа крови, тем большее количество молекул СО ₂ проникает через мембрану. Изменения рН электролитного раствора регистрируются амперметром.