Нормальное давление газовой среды

05.08.2016
Прежде чем попасть в митохондрии для участия там в конечной стадии реакций ферментативного окисления субстратов, являющихся главным источником энергообеспечения клетки, кислород проделывает в организме сложный путь. Схематически этот путь представлен на рис. 1. Он включает в себя поступление O2 в легкие из окружающей атмосферы, перенос газа из альвеол в кровь через альвеоло-капиллярную мембрану, транспорт кислорода кровью к различным органам и, наконец, его переход из крови в интерстициальное пространство и в клетки. На пути из атмосферы к конечным пунктам потребления молекулам кислорода приходится преодолевать не только определенные расстояния, но и препятствия в виде тканевых барьеров с различными физико-химическими свойствами. Так, в легких кислород должен пройти сквозь тонкий слой сурфактанта, покрывающего эпителий альвеол, далее через сами эпителиальные клетки и их базальную мембрану, а также эндотелий легочных капилляров. В обычных условиях основная масса кислорода, как известно, переносится кровью в химически связанном с гемоглобином состоянии (в среднем 19,7 об% из общего количества 20 об%, так как при обычном барометрическом давлении лишь 0,3 мл O2 физически растворены в 100 мл плазмы). Поэтому уже в крови на пути к гемоглобину кислороду необходимо преодолеть слой плазмы, отделяющий эндотелий капилляров от эритроцитов, и мембрану последних.

В тканевых капиллярах кислород, освободившись от связи с гемоглобином и покинув кровяное русло, проходит сквозь слой межклеточной жидкости и клеточную мембрану, пока не достигнет расположенных в клетке митохондрий.
Нормальное давление газовой среды

Транспорт кислорода из окружающей атмосферы в ткани осуществляется в организме животных и человека двумя способами: путем конвекции и путем диффузии. Первый способ реализуется в процессах переноса растворенного в жидких средах кислорода в пределах различных тканей. Второй — при переходе газа через альвеолярно-капиллярную мембрану и капиллярно-тканевый барьер. Путь кислорода в межклеточной жидкости и внутри клеток определяется сочетанием процессов конвекции и диффузии с преобладанием последней.

Известно, что относительное содержание кислорода в окружающем нас воздухе равно 20,93—20,95%, а его парциальное давление 159 мм рт. ст. (при барометрическом давлении 760 мм рт. ст.). Если учесть, что в покое у человека среднего возраста, роста и массы тела через легкие в течение 1 мин вентилируется около 5 л воздуха, большая часть которого проникает в альвеолы, то станет очевидным тот факт, что с кровью, протекающей но капиллярам легких, ежеминутно контактирует от 800 до 1000 мл кислорода, парциальное давление которого в альвеолах равно в среднем 100—105 мм рт. ст. (величина, получаемая после вычитания в соответствии с законом Дальтона парциального напряжения водяных паров и CO2 из суммы парциального напряжения газов, входящих в состав альвеолярного воздуха). При нормальном соотношении легочной вентиляции и кровотока, близком к единице, примерно равное количество кислорода поминутно уносится кровью к тканям. Действительно, в обычных условиях кислородная емкость крови равна
Нормальное давление газовой среды

где СНв — концентрация гемоглобина в образце крови, полученной из данного участка сосудистого русла; S — насыщение гемоглобина кислородом в данном образце крови в %; 1,34 — коэффициент Гюфнера; рО2 — напряжение кислорода, растворенного в крови; 0,003 — коэффициент растворимости O2 в крови (коэффициент Бунзена). Подставляя и это выражение конкретные величины гемоглобина (13—15 г%), его насыщение кислородом (96—98%), характерные для артериальной крови здорового человека в состоянии покоя, а также рО2, равное 100 мм рт. ст., получим величину порядка 17,3—20,0 об.%. Поскольку величина сердечного выброса здорового человека в покое составляет 4,5— 5 л/мин, то получается, что количество O2, ежеминутно подаваемое кровью на периферию тканям различных органов, будет равным 850—950 мл. В то же время количество кислорода, поглощаемого человеком из воздуха в процессе дыхания, колеблется от 180 до 250 мл/мин. Таким образом, в норме в состоянии покоя организм использует в реакциях окислительного метаболизма лишь 1/4—1/5 часть кислорода, доставляемого к тканям.

Казалось бы, такой постоянный «избыток» кислорода должен сам по себе обеспечивать его запасы в организме на случай возникновения чрезвычайных обстоятельств. Однако ошибочность высказанного предположения сразу становится очевидной, если вспомнить, что при внезапной остановке кровообращения почти мгновенно происходит потеря сознания, а спустя 5—8 мин в обычных условиях (без охлаждения и медикаментов) наступает необратимая гибель клеток коры головного мозга. Клетки сердечной мышцы после полного прекращения в ней кровотока могут существовать не более 20—25 мин.

Каково же биологическое значение этого «избыточного» содержания кислорода в крови, притекающей к тканям, если запас кислорода в организме практически отсутствует? Ответ на этот вопрос следует, видимо, искать в условиях переноса кислорода из кровяного русла к клеткам, а также в особенностях функции механизмов поддержания кислородного гомеостаза организма.

Выше уже указывалось, что доставка O2 из окружающей среды к клеткам в организме позвоночных животных и человека является многоступенчатым процессом, включающим в себя как активный, так и пассивный механизмы. Первый представлен функцией аппарата внешнего дыхания и кровообращения, а второй— диффузией газа, т. е. его движением в тканях по градиенту концентраций (или парциальных давлений). Именно этот градиент, в норме равный у артериального конца легочных капилляров примерно 60 мм рт. ст., обеспечивает быстрый переход кислорода из альвеолярного воздуха в эритроциты крови. Наличие столь высокого градиента весьма целесообразно. Действительно, несмотря на то, что полная площадь газообмена в легких достаточно велика (80—100 м2), а суммарная поверхность эритроцитов, проходящих по сосудам легких в течение минуты, просто огромна (3000 м2), время контакта каждого эритроцита с кислородом, диффундирующим из альвеол, относительно невелико. Так, при длине легочных капилляров 60—250 мкм средняя скорость движения эритроцитов по ним равна 1—2 мм в секунду. Иными словами, эритроцит проходит капиллярный отрезок сосудистого русла в среднем за 1/3—1/4 с. Период оксигенации гемоглобина при его контакте с кислородом, по данным Хартидгена и Райтона, занимает короткий промежуток времени — 0,003 с. Однако скорость диффузии O2 через мембрану эритроцита, а также мембрану альвеолярного эпителия и слой плазмы гораздо медленнее (в 30 раз) и при определенных обстоятельствах может быть сравнима с линейной скоростью движения эритроцита.

«Избыток» кислорода обеспечивает не только эффективную оксигенацию крови в легких. He менее важно то обстоятельство, что он способствует поддержанию необходимого градиента напряжения O2 между кровью тканевых капилляров и клетками, которые постоянно утилизируют поступающий к ним кислород в процессе жизнедеятельности.

В норме в любой ткани в конце артериолы, у артериального конца капилляра напряжение O2 лишь немного ниже того, что обнаруживается в крови, оттекающей от легких, а именно — 81—95 мм рт. ст. Переход кислорода в ткань осуществляется на протяжении всего капилляра по мере продвижения эритроцита к венозному концу последнего. Однако с наибольшей скоростью этот процесс идет, естественно, в артериальном его участке в силу наибольших величин капиллярно-тканевого градиента рО2 (в среднем, — порядка 40—50 мм рт. ст.). Напряжение кислорода крови в области венозного конца капилляра приближается к среднему рО2 ткани. На эту величину и направленность ее изменений в каждый конкретный момент влияют: а) объемная скорость кровотока; б) содержание кислорода в артериальной крови; в) скорость диссоциации оксигемоглобина; г) активность тканевого дыхания, т. е. количество кислорода, поглощаемого единицей клеточной массы данной ткани в единицу времени; д) степень капилляризации ткани (количество капилляров на единицу массы ткани) и морфологические особенности структур, формирующих капиллярно-тканевой барьер и определяющие его диффузионные характеристики.

Практически решающее влияние на средний уровень тканевого рО2 и величину артерио-венозной разности по кислороду оказывают два фактора: характер кровоснабжения ткани и скорость поглощения кислорода клетками. Изменения этих двух показателей в довольно широких границах значений теснейшим образом взаимосвязаны, на чем подробнее остановимся ниже. Здесь же следует указать, что, за исключением крови, оттекающей от работающей сердечной мышцы, рО2 в венозном конце капилляра достаточно велико. Оно колеблется в пределах от 35 до 60 мм рт. ст., а содержание кислорода — от 10,6 до 17,2 об.%.

Для того чтобы стала понятна физиологическая значимость поддержания приведенных выше величин рО2 в крови вдоль тканевого капилляра, рассмотрим некоторые характерные особенности внутритканевого распределения кислорода, предсказанные с помощью математического моделирования и подтвержденные экспериментально. Так, во-первых, было обнаружено, что в покое в пределах одного органа даже внутри очень малого объема ткани напряжение кислорода распределено весьма неравномерно. Использование методики микроэлектродного многоканального полярографического определения рО2 позволило построить гистограммы рО2, характерные для того или другого органа. Оказалось, что средние значения рО2 в большинстве наблюдений находятся в пределах 15—30 мм рт. ст. и значительно ниже напряжения кислорода в крови, оттекающей по венам. Вместе с тем были обнаружены широкие колебания величин отдельных измерений: от нескольких миллиметров рт. ст. до уровня, приближающегося к артериальному рО2 (рис. 2).
Нормальное давление газовой среды

Вероятность гетерогенного, мозаичного распределения рО2 в малых объемах ткани предсказывалась и теоретическими расчетами задолго до экспериментального подтверждения этого факта. В этих расчетах за основу конечной анатомо-функциональной единицы газообмена какой-либо ткани была взята модель так называемого тканевого цилиндра, впервые предложенная Крогом и представляющая собой функционально обособленный участок ткани, снабжаемой кислородом из соответствующего капилляра. Если допустить, что ткань, окружающая капилляр, равномерно потребляет кислород, а диффузия газа осуществляется лишь в радиальном, т. е. перпендикулярном оси цилиндра, направлении, то очевидным следствием должно явиться неуклонное снижение напряжения кислорода не только по направлению вдоль радиуса цилиндра, но и вдоль его границы в направлении от артериального к венозному концу капилляра. Иными словами, рО2 должно существенно разниться в различных точках тканевого цилиндра, и при этом наименьшие значения рО2 следует ожидать в участках тканей на периферии цилиндра, окружающей венозный отрезок капилляра. Место наименьшей величины рО2 на границе смежных тканевых цилиндров Опиц и Шнейдер назвали «мертвым углом». Если представить себе далее наличие нескольких смежных тканевых цилиндров, то логично заключить, что как величина рО2 в области «мертвого угла», так и координаты этой области по отношению к осям цилиндра могут меняться в зависимости от направления тока крови в капиллярах. Указанные параметры будут различны, например, при симметричном и асимметричном, однонаправленном или противоточном движении крови в смежных капиллярах. Причем наибольшая неравномерность распределения рО2 вдоль границ тканевых цилиндров ожидается в случае симметрично однонаправленного движения, а наименьшая — при асимметрично противоточном характере кровотока. Было показано также, что характер распределения рО2 в ткани существенно зависит и от геометрии цилиндра.

Важно подчеркнуть, что в тканях любого органа имеются области с более и менее благоприятными условиями кислородообеспечения, и адекватность последнего будет определяться величиной рО2 в участках, расположенных в зоне «мертвых углов» гипотетических тканевых цилиндров. В свою очередь, эта величина определяется следующими основными параметрами: парциальным напряжением кислорода у венозного конца капилляра, диффузионной характеристикой ткани, формирующей цилиндр, радиусами цилиндра и капилляра и, наконец, активностью тканевого дыхания, т. е. скоростью поглощения кислорода клеточной массой, расположенной вокруг цилиндра в радиусе цилиндра. Для мышечной ткани зависимость между перечисленными показателями в общем виде впервые была описана математически Крогом и Эрландером в 1919 г. формулой капиллярно-тканевого градиента по кислороду (ApO2). Модифицированная Опицем и Шнейдером в 1950 г., эта формула приняла следующий вид:
Нормальное давление газовой среды

где Рк и Ртк — рО2 в капилляре и ткани соответственно; А — потребление кислорода; D — коэффициент диффузии; R и r — радиусы цилиндра и капилляра соответственно; х — расстояние до той точки ткани, рO2 в которой желательно определить. В случае, когда точка х находится в «мертвом углу», градиент рO2 можно определить по упрощенной формуле Kpoгa
Нормальное давление газовой среды

где K1 — некоторая постоянная.
Из выражения (2) следует, что Pтк (в частном случае «мертвого угла») равно
Нормальное давление газовой среды

Несколько иной формулой расчета рО2 воспользовался в 1960 г. Тевс:
Нормальное давление газовой среды

где все обозначения те же, что и в выражении (1), за исключением К — коэффициента проницаемости, заменившего коэффициент диффузии Крога.

Расчет капиллярно-тканевого градиента для серого вещества головного мозга в соответствии с выражением (4) дал величину 14,8 мм рт. ст. При среднем напряжении кислорода r венозном отрезке капилляра, равном 31,6 мм рт. ст., рО2 «мертвого угла» серого вещества мозга оказалось равным 16,8 мм рт. ст. (31,6—14,8).

В 1962 г. Гроут и Теве рассчитали напряжение кислорода в «мертвом углу» гипотетического тканевого цилиндра миокарда. При величине капиллярно-тканевого градиента, равного 7 мм рт. ст., и рО2 крови коронарного синуса порядка 17—20 мм рт. ст., приравненного к напряжению кислорода в венозном конце капилляра, рО2 «мертвого угла» миокарда составило 10—13 мм рт. ст.

Приведенные выше расчеты рО2 «мертвого угла» какой-либо ткани демонстрируют, что они основаны на необходимости определения рО2 в оттекающей от нее венозной крови, скорости поглощения кислорода данной тканью, знании коэффициента проницаемости и расстояния между двумя смежными капиллярами, которое, в свою очередь, является величиной, обратной плотности капилляров (количество капилляров на единицу объема ткани).

Попытаемся теперь суммировать представленные выше данные, относящиеся к особенностям внутритканевого распределения кислорода.

Первое, что обращает на себя внимание, — неравномерность его распределения внутри ткани, причем характер этой неравномерности, описанный гистограммами статистического распределения рО2, специфичен для каждой ткани. Указанная неравномерность распределения кислорода обусловлена двумя основными причинами: особенностями его диффузии внутри тканевого блока, расположенного между смежными капиллярами, а также различиями в интенсивности функции клеток в пределах органа или ткани и, следовательно, неодинаковой скоростью использования поступающего к ним кислорода.

Далее, при прочих равных условиях даже в малых объемах любой морфологически и функционально достаточно однородной ткани есть области с наименее выгодными условиями доставки кислорода — так называемые мертвые углы. Отметим также, что в покое среднее напряжение кислорода того или иного органа, характеризующее наряду с особенностями распределения рО2 его кислородоснабжение, существенно ниже напряжения кислорода в венозной крови и в то же время существенно выше рО2 «мертвых углов» данной ткани. При этом величина указанных различий может значительно колебаться, достигая полутора десятков миллиметров рт. ст.

Поскольку в нормальных условиях покоя или работы в режиме умеренной интенсивности ни один орган не демонстрирует функциональных, метаболических и морфологических признаков гипоксии, есть все основания считать, что даже в клетках с наихудшими условиями доставки кислорода последнего вполне достаточно для обеспечения их жизнедеятельности. Исследования многих авторов, выполненные за истекшие 10—15 лет, показали, что напряжение кислорода в клетках порядка 1—3 мм рт. ст. вполне обеспечивает постоянное поступление его молекул внутрь митохондрий со скоростью, необходимой для удовлетворения энергетической потребности клеток. Если вспомнить теперь, что в области «мертвых углов» таких интенсивно функционирующих тканей, как серое вещество головного мозга или миокард, рО2 колеблется в пределах 17—19 и 10—13 мм рт. ст. соответственно, становится очевидным наличие в этих тканях значительного резерва диффузии на случай увеличения их функциональной активности или ухудшения в силу каких-либо обстоятельств условий доставки кислорода кровью. Аналогичный резерв диффузии имеется и в других тканях. Его физической основой является различие между величинами внутриклеточного рО2 и «критического» рО2 митохондрий (менее 0,5 мм рт. ст.), за нижними пределами которого начинается уменьшение скорости клеточного дыхания и, следовательно, потребления кислорода.

С другой стороны, при максимальной функциональной активности какой-либо ткани или в случае ухудшения условий доставки к ним кислорода в области «мертвых углов» могут появиться участки гипоксии.

Итак, кажущееся наличие «избытка» кислорода на границе между альвеолярным воздухом и кровью, так же как между кровью и клетками, имеет совершенно определенный биологический смысл, а именно — обеспечение эффективного функционирования механизмов пассивного транспорта кислорода в организме.

Рассмотрим теперь подробнее функцию механизмов, активно поддерживающих необходимый уровень капиллярно-тканевого градиента по кислороду и осуществляющих тем самым адекватное кислородоснабжение тканей в условиях постоянно изменяющейся физиологической активности последних.

Основной «задачей» этих механизмов, оперирующих на различных системных уровнях, является поддержание строгого соответствия между темпом поступления кислорода в ткань и скоростью его утилизации в реакциях аэробного окисления субстратов, дающих энергию для поддержания жизни клеток и выполнения ими специфических функций.

Поскольку содержание кислорода в клетке зависит главным образом от его напряжения в крови, поступающей в близлежащий капилляр, интенсивности протекающих в клетке метаболических процессов и расстояния от поверхности клетки до капилляра, то очевидно, что каждый из этих параметров может явиться объектом регулирования при возникновении несоответствия между скоростью поступления кислорода, темпом и энергетическим эффектом его утилизации.

Работы Вильсона с соавторами позволяют предположить, что именно энергетический выход процесса утилизации кислорода, характеризующийся, в частности, соотношениями [НАД+]/[НАД*Н] в митохондриях и [ATФ]/[АДФ*Фн] в цитозоле, является сенсорным механизмом оценки адекватности кислородоснабжения ткани. В последнее время начинает обнаруживаться тесная взаимосвязь между скоростью доставки кислорода в клетку, темпом его утилизации в митохондриях и скоростью внутриклеточных реакций преобразования энергии, а также уровнем электрохимического потенциала митохондриальных мембран, сопрягающих окисление субстратов с такими энергозависимыми процессами, как синтез АТФ из АДФ и неорганического фосфора или перенос ионов через мембрану против градиента их концентрации. He исключено, что в основе функции сенсорного механизма оценки адекватности кислородоснабжения тканей лежат изменения электрохимического потенциала сопрягающих клеточных мембран. Эти изменения одновременно могут являться и триггером цепи адаптационных реакций различных системных уровней при недостаточной или избыточной оксигенации той или иной ткани.

В связи с тем, что доставка кислорода зависит от уровня рO2 в артериальной крови, объемной скорости кровотока и характера распределения последнего внутри ткани в зоне микроциркуляции, ниже мы рассмотрим механизмы, регулирующие изменения указанных параметров и распределение перфузионного объема кислорода в организме.

Укажем прежде всего, что интенсивность доставки кислорода в любую ткань регулируется на трех уровнях: системном, региопарном и локальном.

На системном уровне регулирование перфузионного объема кислорода в соответствии с потребностями организма в целом осуществляется рефлекторно посредством изменения функций аппарата внешнего дыхания, системной и регионарной гемодинамики. Сигнал к началу указанных изменений поступает, как известно, от хеморецепторов клубочковой зоны каротидного синуса, дуги аорты, гипоталамической, а возможно, и других зон головного мозга, а также от рецепторов периферических тканей, физико-химическая сущность которых окончательно не установлена.

Изменения условий газообмена в легких сводятся к увеличению или, наоборот, снижению альвеолярного рО2, возрастающего при гипервентиляции в среднем до 122 мм рт. ст., а при гиповентиляции снижающегося до уровня 95—67 мм рт. ст., значительному изменению площади диффузионной поверхности легких за счет изменения числа активно функционирующих альвеол и легочных капилляров. Одновременно происходит нарастание или падение объемной скорости легочного кровотока. Резервы интенсификации газообмена в легких значительны, поскольку в норме в состоянии покоя в этот процесс включены примерно лишь треть капилляров и еще меньшая часть альвеол.

Изменения системных параметров гемодинамики в ответ на увеличение или снижение общей потребности организма в кислороде определяются в первую очередь изменениями количества крови, ежеминутно подаваемой сердцем на периферию, т е величиной сердечного выброса. Так, большинство острых гипоксических состояний приводит, по крайней мере первоначально, к компенсаторному увеличению сердечного выброса. И наоборот, гипероксия у здорового человека снижает эту величину. Существует сильная прямая зависимость между величиной сердечного выброса и потребностью организма в кислороде. Более того, динамика этих двух показателей взаимообусловлена. Так, резкое увеличение физической нагрузки, приводящее к росту поглощения кислорода, влечет за собой возрастание сердечного выброса. Этот прирост у здорового человека в зависимости от степени тренированности может достигать 4—6-кратных значений (до 30—40 л/мин). С другой стороны, уровень максимального поглощения кислорода, в норме равный в среднем 3—3,5 л/мин, в основном лимитирован возможностями адекватного увеличения сердечного выброса и в случае их резкого ограничения (например, при заболеваниях сердца) толерантность к физической нагрузке значительно снижается из-за недостаточной доставки кислорода к усиленно функционирующим тканям.

Наряду с изменениями условий газообмена в легких и насосной функции сердца в зависимости от потребности организма в кислороде важным регулятором адекватного кислородоснабжения тканей или органов является перераспределение кровотока между отдельными областями сосудистого русла в соответствии с уровнем исходного метаболического фона и интенсивностью функционирования кровоснабжаемых ими участков тела. Поэтому в условиях тяжелой физической нагрузки одновременно со значительным увеличением сердечного выброса отмечается относительное перераспределение кровотока в пользу интенсивно функционирующих и, следовательно, потребляющих большее количество кислорода органов (рис. 3). Снабжение кровью любого региона тела зависит от градиента давления между артериальной и венозной частью соответствующего сосудистого сегмента и от местного сопротивления сосудов. Ввиду того, что градиент давления практически везде одинаков, ток крови в том или ином регионе и его относительные изменения определяются динамикой сопротивления сосудов. В свою очередь, тонус резистивных сосудов (мелких артерий, артериол, прекапиллярных сфинктеров) контролируется различными отделами центральной нервной системы и в то же время подвержен значительному влиянию местных механизмов регуляции не нервной природы. Таким образом, перераспределение перфузионного объема кислорода в соответствии с метаболическими потребностями различных органов и тканей является результатом довольно сложных взаимоотношений между механизмами центральной и местной регуляции кровотока.
Нормальное давление газовой среды

При всем многообразии факторов, определяющих местный тканевой кровоток, зависящий от количества функционирующих капилляров в единице объема ткани, скорости и характера движения крови по ним, интенсивности вазомоции, реологических свойств заполняющей их крови и т. д., он обладает некоторыми существенными особенностями, а именно наличием ауторегуляции, т. е. определенной автономией по отношению к системному кровообращению, тесной зависимостью от интенсивности тканевого метаболизма и уровня тканевого рО2.

Еще со времен А. Kpoгa было хорошо известно, что увеличение активности мышечной ткани и снижение тканевого рО2 сопровождаются изменением просвета капилляров, приводящим к увеличению местного кровотока. Аналогичные данные позже были получены и для нервной ткани, когда активация ее клеток или кратковременная гипоксическая гипоксия приводили к столь же быстрому снижению рО2, которое спустя 1—3 с на фоне возрастающего локального кровотока возвращалось к исходному уровню и даже превышало его. Эти факты давали основание предполагать существование механизма ауторегуляции напряжения кислорода на тканевом уровне, существеннейшим компонентом которого являются изменения локального кровотока. В пользу такого предположения свидетельствовали последующие многочисленные работы. Так, в серии исследования было обнаружено существование на клеточном уровне механизма обратной связи, позволяющего клеткам модулировать общий и местный кровоток как функцию оксигенирования тканей. Эта же группа авторов, а также Вален продемонстрировали зависимость изменений гистограмм рО2 как по диапазону значений, так и по форме от скорости кровотока в перфузируемых органах (рис. 4).
Нормальное давление газовой среды

Сильвер указал на то, что уровень капилляризации тканей зависит от ее метаболической активности. При этом он сослался на работу Турека с соавторами, показавших, что у индивидуумов, живущих на больших высотах в горах, и у лиц, страдающих заболеваниями сердца, имеется тенденция к укорочению межкапиллярных расстояний в различных тканях в сравнении со здоровыми людьми, живущими на уровне моря.

Многими исследователями было показано, что существующая на локальном уровне система саморегулирования величины тканевого рО2 устанавливает и поддерживает определенные взаимоотношения между клеточной активностью и величиной капиллярного кровотока. При этом радиус области, находящейся под ее контролем, обычно не превышает 200—400 мкм.

До сих пор остается открытым вопрос о характере структурной, метаболической и функциональной организации этой системы. Как любая подобная система, она, очевидно, должна включать в себя сенсор, эффектор, компаратор и «Setpoint», т. е. некую заданную, оптимальную для данной ткани и ее конкретного состояния величину, к которой система стремится вернуть уровень локального рО2 при возникновении каких-либо отклонений этого параметра от заданной величины. Возможную схему функционирования такой системы и отношение последней с более высокими уровнями регуляции предложил Сильвер (рис. 5). Следует прямо сказать, что физико-химическая природа и структурная принадлежность каждого из компонентов системы ауторегуляции локального кровотока пока окончательно не установлены и являются предметом оживленных научных дискуссий в последние 10 лет. Более того, продолжает обсуждаться даже природа сигнала, в ответ на который происходит увеличение локального кровотока, поскольку им может являться не только уровень тканевого рО2, но, например, изменения концентрации лактата, аденозина, водородных и других ионов, величины осмолярности и даже редокс-потенциала митохондриальных мембран. Другое дело, что динамика каждого или большинства из перечисленных показателей может оказаться вторичной по отношению к уровню кислородоснабжения тканей и состоянию ее энергетики.

Кроме изменений объемного кровотока, играющих, безусловно, ключевую роль в процессе доставки кислорода в какой-либо орган, ткань или клетку, существуют и иные факторы, определяющие их кислородообеспеченность. Особого упоминания заслуживают два из них — изменение сродства гемоглобина к кислороду и динамика некоторых реологических свойств крови.

Хорошо известно, что диссоциация оксигемоглобина является важным регулятором парциального давления кислорода в крови. Это обусловлено тем, что в крови, поступающей в ткани, при одинаковой кислородной емкости уровень рО2 может быть различным из-за изменений характера кривой диссоциации оксигемоглобина. На этот последний влияют многие факторы, такие, как концентрация CO2 (эффект Вериго, Бора, Холдена), уровень pH, температура, содержание 2,3-дифосфоглицерата в эритроцитах и т. д. Понятно, что в связи с гетерогенностью интенсивности тканевого метаболизма и кровотока указанные факторы могут существенно меняться даже в пределах ткани, влияя тем самым на величину локального рО2.

Реологические свойства крови также имеют немаловажное значение в определении величины тканевого рО2, так как во многом обусловливают характер движения крови по микрососудам. Сказанное относится прежде всего к поведению эритроцитов по мере их продвижения по микроциркуляторному руслу. He имея возможности подробно рассматривать здесь различные аспекты гемореологии, укажем лишь, что даже в норме существуют зоны микроциркуляции с разным гематокритом, что обусловлено особенностями движения крови в местах ветвления сосудистой сети (plasma skimming), приводящими к значительному уменьшению содержания эритроцитов в коллатеральных сосудах, отходящих от магистрального под прямым или тупым углом. Подтверждено периодическое появление участков, где кровь почти не содержит эритроцитов («плазматические капилляры»). Нередко, особенно при возникновении ряда патологических синдромов (шок, гиповолемия, резкие нарушения водно-электролитного обмена, застойная сердечная недостаточность, анафилаксия), появляется склонность эритроцитов к агрегации, что значительно затрудняет движение крови по капиллярам. Многие патологические состояния, сопровождающиеся гипоксией и ацидозом, приводят к сферуляции эритроцитов, уменьшая их деформируемость. Это, в свою очередь, ухудшает текучесть эритроцитов по сосудам наименьшего диаметра, приводя иногда к полному прекращению кровотока в тех или иных капиллярах.

Сказанное выше заставляет предполагать, что изменения гемореологии сами по себе, особенно в случаях возникновения той или иной патологии, способны оказать существенное влияние на характер местного кровотока, а следовательно, и на доставку O2 тканям, периодически усугубляя гетерогенность распределения кислорода в различных областях тела.

В заключение следует отметить, что в нормальных условиях кислородный режим организма, т. е. строгое соответствие доставки кислорода к тканям его потреблению, хорошо регулируется посредством поддержания парциального давления кислорода на оптимальном уровне на всех этапах его поступления в клетки. Предпосылками этого являются нормальная деятельность легких (достаточная вентиляция, равномерное распределение вентилируемого воздуха, ненарушенные диффузия и соотношение вентиляции и кровотока в легких); нормальная способность гемоглобина транспортировать кислород и возможность системы кровообращения обеспечивать метаболически необходимый кровоток как по органам, так и в пределах отдельных анатомо-функциональных единиц последних; способность тканей усваивать доставляемый им кислород в соответствии с энергетическими затратами. Следует подчеркнуть далее наличие тесной функциональной взаимосвязи в сложной цепи процессов, обеспечивающих дыхание, и способности одних компонентов системы компенсировать недостаточную функцию других.

Нельзя не отметить также наличие значительного гомеостатического резерва практически на всех уровнях системы транспорта кислорода к клеткам. Так, газообменная поверхность легких в 10—20 раз превышает необходимый физиологический минимум; возможно многократное усиление интенсивности насосной функции сердца; капилляризация тканей в зависимости от потребностей того или иного органа в кислороде может возрастать десятки раз, существенно сокращая путь диффузии кислорода к клеткам, находящимся в области тканевых «мертвых углов»; кровь, оттекающая от покоящихся или умеренно функционирующих тканей сохраняет в себе еще 60—70% неиспользованного кислорода. Даже существующий в норме уровень р02 в тканях и клетках способен обеспечить определенный резерв диффузии, с тем чтобы поддержать критическое рО2 митохондрий в случае резкого увеличения интенсивности метаболизма клеток.

Вместе с тем необходимо подчеркнуть, что даже в физиологических условиях отмечается выраженная гетерогенность распределения кислорода одного и того же органа или ткани, особенно скелетных мышц, миокарда и печени. Резкое повышение интенсивности функционирования той или иной ткани, так же как и многие патологические процессы, способны усиливать неравномерность кислородообеспеченности отдельных участков тела, создавая тем самым условия для возникновения гипоксии. Особенность эта относится к клеткам, находящимся исходно в участках, наименее благоприятных в отношении транспорта кислорода.