Давайте поговорим о том, как именно кислород и углекислый газ попадают в легкие и выходят из них.
И так, вы знаете, что в легких есть альвеолы. Это последняя маленькая камера воздуха, где легкие сталкиваются с кровеносными сосудами.
Наш кровеносный сосуд прямо здесь внизу. Кислород проходит через альвеолы в кровеносный сосуд.
Из кровеносного сосуда он попадает в маленькую красную клетку крови. Вот здесь моя красная клетка крови.
Эта клетка здесь для того, чтобы получить кислород первый раз за день, и кислород проникнет в красную клетку крови путем диффузии.
Именно так он попадает внутрь.
И так кислород попал в красную клетку крови, и куда, вы думаете, он направится сначала?
Это красная клетка крови, и иногда мы думаем о ней, как о сумке гемоглобина.
Она содержит много миллионов белка - гемоглобина.
И так, это наш гемоглобин. Он состоит из четырех частей. Каждая часть связывается с кислородом.
Поэтому я сокращу гемоглобин до Hb. Теперь кислород налетает, на самом деле налетает на одну из этих молекул гемоглобина и связывается с ней.
Изначально это весьма непросто, так как кислороду не очень комфортно сидеть на гемоглобине или связываться с гемоглобином.
Но после связывания одной молекулы кислорода, придет вторая, и также произойдет связывание.
Для третьей - процесс пройдет еще легче, так как происходит то, что после связывания каждая молекула кислорода меняет структуру или форму гемоглобина.
Поэтому каждой последующей молекуле кислорода требуется для связывания меньше времени. Мы называем это кооперативным эффектом.
Это слово, подразумевающее кооперацию.
Самый легкий способ представить кооперацию, или как я думаю о кооперации, это представить себе ужин, на котором вы, скорее всего, сядете туда, где уже сидят два-три ваших друга.
Если вы подумаете об этом как о столе с четырьмя стульями, это проще, нежели сесть одному за стол, где вы будете сидеть один, так как вы первый.
И так, нам нравится сидеть с друзьями, и кислород - это очень дружелюбная молекула, которая любит сидеть там или образовывать связь там, где уже есть связь у других молекул кислорода.
И так, в соответствии с рисунком вот два основных пути, как их нарисовал, вот два основных пути, как кислород переносится в кровь.
Один из них - связывание гемоглобина с кислородом. Мы называем его HbO2. Где Hb - гемоглобин, О2 - кислород.
И эта молекула или этот энзим больше не называется гемоглобином. Технически, он называется оксигемоглобин.
Это его название.
Еще один путь, как мы можем фактически перенести кислород - это когда кислород, я подчеркну его, растворяется О2 в плазме.
И так, кислород действительно растворяется прямо в плазме, вот как он переносится.
Но большинство, подавляющее большинство переносится за счет связывания с гемоглобином.
И лишь небольшое количество растворяется в плазме. Большая часть связывается с гемоглобином.
Поэтому красная клетка крови проходит дальше, чтобы совершить доставку. Скажем, она доставляет кислород отсюда.
И это клетка ткани. Теперь, конечно, нельзя узнать, куда клетка собиралась попасть в этот день.
Но она пойдет туда, куда ее понесет ток крови. Поэтому предположим, что он понесет ее вверх, в клетку верхней части бедра.
Эта клетка бедра производит углекислый газ. Помните, иногда мы считаем, что СО2 производится только при работе мышц.
Вы можете дремать, вы можете делать что угодно, но СО2 все равно будет выделяться, так как клеточное дыхание происходит всегда.
И так, эта красная клетка крови двигалась по капилляру прямо в эту бедренную клетку.
И такая ситуация происходит повсеместно там, где СО2 собирается диффузировать в красную клетку крови, как в нашем примере.
Что же происходит, когда он туда попадает? Я нарисую увеличенную версию красной клетки крови, чтобы вы рассмотрели поближе, как это происходит.
Мы в бедре. Мы должны помнить о двух серьезных факторах, которые влияют здесь на положение дел.
Первый - у нас большое количество СО2, или другими словами высокое парциальное давление СО2, который растворяется в крови.
Второй - у нас мало кислорода. В этих тканях не так много кислорода.
Давайте сконцентрируемся на втором факторе.
Если в тканях мало кислорода, и мы знаем, что гемоглобин постоянно сталкивается с молекулами кислорода и связывается с ними, и когда они отделяются, то гемоглобин связывается с новыми молекулами кислорода, поэтому это динамический процесс,
то, когда этого кислорода мало, молекулы кислорода все равно будут отделяться, как они всегда это делают в динамической ситуации.
Но вот новые молекулы кислорода не будут вступать в реакцию, так как вокруг так мало кислорода, что остается все меньше и меньше кислорода, который свободен и может столкнуться и связаться с гемоглобином.
Поэтому вы буквально начнете стараться заполучить кислород, который отделяется от гемоглобина, просто потому что парциальное давление кислорода низкое.
И так причина, по которой кислород попадает в клетки, - это низкое PO2. Вот причина.
И так, это причины, я собираюсь указать еще одну причину доставки О2, вот почему я пишу причины.
Одна из них - это просто недостатка кислорода в этой области.
А вторая - связана с СО2.
Давайте проследим, что же фактически происходит, когда СО2 попадает в красную клетку крови.
Прежде всего, это молекула СО2, которая встречается с водой. Помните, что в красной клетке крови много воды, кровь есть во всей воде.
Фактически она на большую часть состоит из воды.
Нетрудно представить, что молекула воды наталкивается на СО2.
В крови есть фермент под названием карбоангидраза, который соединяет воду и СО2 в то, что мы называем Н2СО3 или угольная кислота.
И если это кислота, попытайтесь запомнить, что делают кислоты.
Кислоты отдают протон.
Кислота становится НС03- и отдает протон.
Заметьте, что теперь у вас есть бикарбонат и протон по эту сторону, и такой бикарбонат выходит наружу.
И так, бикарбонат выходит из клетки. И протон, что он делает, он встречается с одним из этих оксигемоглобинов.
Он находит оксигемоглобин, помните, их вокруг миллионы, и такой бикарбонат связывается с гемоглобином и выталкивает кислород.
Поэтому он связывается с гемоглобином, а кислород отделяется.
Это интересно, так как это вторая причина, по которой кислород переносится в ткани.
И именно протоны соперничают с кислородом для образования связи с гемоглобином. Они соревнуются за гемоглобин.
Я сказал, что с углекислым газом происходит еще одна вещь. Что же это?
Оказывается, углекислый газ иногда самостоятельно разыскивает оксигемоглобин. Помните, что их миллионы.
И так, он найдет один оксигемоглобин и сделает следующее.
Он скажет, "эй, привет, гемоглобин, почему бы тебе просто не связаться со мной и не избавиться от кислорода".
Поэтому он также соревнуется с кислородом.
И так, у вас возникает соревнование с протонами, конкуренция с углекислым газом, и когда углекислый газ действительно образует связь, происходит интересная вещь, он образует протон.
И так, представьте, что происходит. Такой протон может пойти и конкурировать самостоятельно.
Он может конкурировать с оксигемоглобином и попытаться отделить кислород.
И так, эта система действительно интересна, так как сейчас у нас есть несколько причин, почему поставляется кислород.
У вас есть протоны и СО2, конкурирующие с кислородом, поэтому у вас есть пара источников конкуренции.
И конечно, у вас просто есть факт, что вокруг мало кислорода.
И так, это причины поставки кислорода.
Поэтому в этот момент у вас есть кислород, который поставляется в клетки. И эти молекулы гемоглобина все еще в нашей клетке, конечно, внутри нашей красной клетки крови.
Но теперь эти молекулы гемоглобина связаны различными молекулами.
Они больше не связаны кислородом, поэтому вы больше не можете называть их оксигемоглобином.
Вместо кислорода на них вот так находятся протоны, а также СОО-. Я выделю это оригинальным оранжевым цветом.
Поэтому они связаны с различными молекулами.
Как результат, кислород сейчас выходит, а наша система до сих пор выглядит хорошо.
Позвольте мне повернуть это, и давайте спросим, "Как нам перенести углекислый газ из бедра назад в легкое?"
Я начну с того, что заменю слово "бедро" на "легкое". И так, теперь кровь потекла назад в легкое.
Вопрос в том, сколько углекислого газа она с собой принесет? И в каких разных формах он будет представлен.
И так, у нас две ситуации. У нас большое количество кислорода здесь и небольшое количество СО2.
Поэтому это действительно отличается от того, что было в бедре.
И так, когда кровь покидает бедро и направляется назад в легкое, что она с собой приносит?
В крови содержится несколько вещей. Одна из них - гемоглобин, который связывается с углекислым газом, и это называется карбаминогемоглобином.
Кроме этого в ней есть протоны, которые связываются с гемоглобином. Поэтому сами протоны прикрепляются к гемоглобину.
И просто помните, что для каждого протона, который прикрепляется к гемоглобину, у вас также есть бикарбонат, растворяющий в плазме. Так как их соотношение один к одному.
У вас в плазме есть группа бикарбонатов. Я пишу в круглых скобках, просто чтобы мы это не забыли.
И наконец, что же еще есть в крови.
У нас есть СО2, который попадает в плазму в растворенном виде.
Практически так все и происходило в ситуации с кислородом, когда у вас в плазме был СО2.
Именно это направляется назад от бедра к легкому.
И что же происходит сейчас в легком. У вас все это есть.
И первое, что происходит, - у вас много кислорода в этой области. Много кислорода в ткани легкого.
Он переносится в клетку. Проходит в клетку.
Кислород, так как его много, пытается осесть в гемоглобине.
Он будет пытаться и найдет ячейку.
И если он это сделает, то в условиях равенства он будет делать все то же самое в обратном направлении.
Теперь у вас здесь много кислорода, очень много, и так как идут обратные реакции, то вся реакция пойдет справа налево.
И так у вас много кислорода и он снова борется за гемоглобин.
Поэтому помните, что до этого протоны почти закончились, выхватывая гемоглобин у кислорода.
И теперь кислород отплачивает тем же. Он говорит, "Я заберу этот гемоглобин обратно"
У вас есть протон, который остается сам по себе, и с другой стороны есть СО2, который остается сам по себе.
Происходит несколько интересных событий. Позвольте убедиться, что я их отслеживаю.
И так, каковы же теперь причины доставки СО2. Как он доставляется обратно в легкие?
Прежде всего, и это очевидно, в легких содержится мало СО2.
Низкое содержание СО2 в данной области означает, что он проникнет в альвеолы.
Что бы там ни было, красная клетка крови проникнет сюда просто потому, что вокруг мало СО2.
Вместо проникания в красную клетку крови теперь СО2 из нее выходит.
Вторая более интересная причина заключается в том, что фактически кислород конкурирует с протонами и СО2.
И так он конкурирует с протонами и СО2 за гемоглобин.
И это именно то, что мы написали в уравнении ниже.
Фактически он опять превращается в оксигемоглобин.
Это наша первая реакция, которую мы уже здесь изобразили. Мы нарисовали кислород, связывающийся с гемоглобином.
Это означает, что небольшое количество СО2 и протонов отделяется и возвращается внутрь клетки.
Поэтому если вы - СО2, вы можете снова проникнуть в альвеолы.
Но если вы - протон, предположим, что вы - протон и только что отделились от гемоглобина, так как его захватил кислород.
Тогда этот маленький бикарбонат возвращается и соединяется с протоном, в результате чего они образуют Н2СО3.
Помните, что это обратная реакция. Поэтому они возвращаются и образуют Н2СО3.
И получается, что вы можете выйти из Н2СО3, также используя углекислую ангидразу.
И так, по сути, вы только что прошли полную реакцию в обратном направлении, и видите, что образовалось больше СО2.
И у вас есть растворенный в плазме бикарбонат, который остается в ней и выжидает.
И как только протоны сталкиваются с гемоглобином, бикарбонат объединяется с ними, и образуется СО2.
И так, у вас есть СО2 от бикарбоната, СО2 от карбаминогемоглобина, а также СО2, растворенный в плазме.
И это три пути, по которым СО2 фактически возвращается в легкие.
Как только СО2 попадает в легкие, он проникает прямо в альвеолы, так как количество СО2 невероятно мало, и градиент диффузии направляет его прямо в альвеолы.
И среди всех этих разных стратегий, наиболее важная та, которая обеспечивает транспортировку большей части нашего углекислого газа, - вот эта, средняя,
когда протоны фактически связываются с гемоглобином и всем бикарбонатом, растворенным в плазме.
И так, среди трех путей обратного переноса углекислого газа, этому вы должны уделить особое внимание.