La découverte de l'oxygène s'est produite deux fois, dans la seconde moitié du XVIIIe siècle, avec une différence de plusieurs années. En 1771, le Suédois Carl Scheele obtenait de l'oxygène en chauffant du salpêtre et acide sulfurique. Le gaz résultant était appelé "air de feu". En 1774, le chimiste anglais Joseph Priestley décompose l'oxyde de mercure dans un récipient complètement fermé et découvre l'oxygène, mais le prend pour un ingrédient de l'air. Ce n'est qu'après que Priestley a partagé sa découverte avec le Français Antoine Lavoisier qu'il est devenu clair qu'un nouvel élément (calorizateur) avait été découvert. La palme de cette découverte revient à Priestley car Scheele n'a publié son ouvrage scientifique décrivant la découverte qu'en 1777.

L'oxygène est un élément du groupe XVI de la période II système périodiqueéléments chimiques D.I. Mendeleïev, a numéro atomique 8 et une masse atomique de 15,9994. Il est d'usage de désigner l'oxygène par le symbole O(du latin Oxygénium- produisant de l'acide). Nom en russe oxygène est devenu dérivé de acides, terme introduit par M.V. Lomonosov.

Être dans la nature

L'oxygène est l'élément le plus commun trouvé dans la croûte terrestre et les océans. Les composés oxygénés (essentiellement des silicates) représentent au moins 47% de la masse de la croûte terrestre, l'oxygène est produit lors de la photosynthèse par les forêts et tous plantes vertes, la plupart d'entre eux sont du phytoplancton marin et eau fraiche. Oxygène - Obligatoire composant toutes les cellules vivantes, se retrouve également dans la plupart des substances d'origine organique.

Proprietes physiques et chimiques

L'oxygène est un non-métal léger, appartient au groupe des chalcogènes et possède une activité chimique élevée. L'oxygène, en tant que substance simple, est un gaz incolore, inodore et insipide, a un état liquide - un liquide transparent bleu clair et un solide - des cristaux bleu clair. Se compose de deux atomes d'oxygène (désignés par la formule O₂).

L'oxygène est impliqué dans les réactions redox. Les êtres vivants respirent l'oxygène de l'air. L'oxygène est largement utilisé en médecine. Dans les maladies cardiovasculaires, pour améliorer les processus métaboliques, de la mousse d'oxygène ("cocktail d'oxygène") est introduite dans l'estomac. L'administration sous-cutanée d'oxygène est utilisée pour les ulcères trophiques, l'éléphantiasis, la gangrène. L'enrichissement artificiel à l'ozone est utilisé pour désinfecter et désodoriser l'air et purifier l'eau potable.

L'oxygène est la base de la vie de tous les organismes vivants sur Terre, est le principal élément biogénique. Il fait partie des molécules de toutes les substances les plus importantes responsables de la structure et de la fonction des cellules (lipides, protéines, glucides, acides nucléiques). Chaque organisme vivant contient beaucoup plus d'oxygène que n'importe quel élément (jusqu'à 70%). Par exemple, le corps d'un être humain adulte moyen pesant 70 kg contient 43 kg d'oxygène.

L'oxygène pénètre dans les organismes vivants (plantes, animaux et humains) par le système respiratoire et l'eau. En gardant à l'esprit que l'organe respiratoire le plus important du corps humain est la peau, il devient clair combien d'oxygène une personne peut recevoir, surtout en été au bord d'un réservoir. Déterminer les besoins en oxygène d'une personne est assez difficile, car cela dépend de nombreux facteurs - âge, sexe, poids et surface corporelle, système nutritionnel, environnement extérieur, etc.

L'utilisation de l'oxygène dans la vie

L'oxygène est utilisé presque partout - de la métallurgie à la fabrication carburant de fusée et explosifs utilisés pour les travaux routiers en montagne ; de la médecine à l'industrie alimentaire.

Dans l'industrie alimentaire, l'oxygène est enregistré comme additif alimentaire, comme propulseur et comme gaz d'emballage.

L'oxygène fait partie des éléments organogènes. Sa teneur représente jusqu'à 65% du poids du corps humain, soit plus de 40 kg chez un adulte. L'oxygène est l'agent oxydant le plus répandu sur Terre, il est présent dans l'environnement sous deux formes - sous forme de composés ( la croûte terrestre et eau : oxydes, peroxydes, hydroxydes...) et sous forme libre (atmosphère).

Le rôle biologique de l'oxygène

La fonction principale (en fait, la seule) de l'oxygène est sa participation en tant qu'agent oxydant aux réactions redox dans le corps. En raison de la présence d'oxygène, les organismes de tous les animaux sont capables d'utiliser (en fait de "brûler") diverses substances (les glucides, graisses, écureuils) avec l'extraction d'une certaine énergie de "combustion" pour leurs propres besoins. Au repos, le corps d'un adulte consomme 1,8 à 2,4 g d'oxygène par minute.

Sources d'oxygène

La principale source d'oxygène pour l'homme est l'atmosphère de la Terre, d'où, par la respiration, le corps humain est capable d'extraire la quantité d'oxygène nécessaire à la vie.

manque d'oxygène

Avec une déficience dans le corps humain, la soi-disant hypoxie se développe.

Causes du manque d'oxygène

• absence ou teneur fortement réduite en oxygène dans l'atmosphère;
• réduction de la pression partielle d'oxygène dans l'air inhalé (lors de la montée à haute altitude - en montagne, avion);
• arrêt ou diminution de l'apport d'oxygène aux poumons pendant l'asphyxie;
• violations du transport de l'oxygène (perturbations de l'activité du système cardiovasculaire, diminution significative de l'hémoglobine dans le sang pendant l'anémie, incapacité de l'hémoglobine à remplir ses fonctions - lier, transporter ou donner de l'oxygène aux tissus, par exemple en cas de empoisonnement au monoxyde de carbone);
• l'incapacité des tissus à utiliser l'oxygène en raison d'une violation des processus redox dans les tissus (par exemple, en cas d'empoisonnement au cyanure)

Conséquences du manque d'oxygène

Pour l'hypoxie aiguë :

• perte de conscience;
• trouble, dommages irréversibles et mort rapide du système nerveux central (littéralement en quelques minutes)
• Pour l'hypoxie chronique :
• fatigue physique et mentale rapide;
• troubles du système nerveux central;
• tachycardie et dyspnée au repos ou avec légère activité physique

Excès d'oxygène

Il est observé extrêmement rarement, en règle générale, dans des conditions artificielles (par exemple, chambres hyperbares, mélanges respiratoires mal sélectionnés lors de la plongée dans l'eau, etc.). Dans ce cas, l'inhalation prolongée d'air excessivement oxygéné s'accompagne d'un empoisonnement à l'oxygène - en raison de sa quantité excessive, une grande quantité de radicaux libres se forme dans les organes et les tissus et le processus d'oxydation spontanée est initié. matière organique y compris la peroxydation lipidique.

Besoin journalier : non standardisé

Oxygène- l'un des éléments les plus courants non seulement dans la nature, mais aussi dans la composition du corps humain.

Propriétés particulières de l'oxygène élément chimique en a fait un partenaire nécessaire dans les processus fondamentaux de la vie au cours de l'évolution des êtres vivants. La configuration électronique de la molécule d'oxygène est telle qu'elle possède des électrons non appariés hautement réactifs. Possédant donc des propriétés oxydantes élevées, la molécule d'oxygène est utilisée dans les systèmes biologiques comme une sorte de piège à électrons dont l'énergie s'éteint lorsqu'ils sont associés à l'oxygène de la molécule d'eau.

Il ne fait aucun doute que l'oxygène "est venu dans la cour" pour les processus biologiques en tant qu'accepteur d'électrons. Très utile pour un organisme dont les cellules (en particulier les membranes biologiques) sont construites à partir d'un matériau physiquement et chimiquement diversifié est la solubilité de l'oxygène à la fois dans la phase aqueuse et dans la phase lipidique. Cela lui permet de se diffuser relativement facilement dans toutes les formations structurelles de cellules et de participer aux réactions oxydatives. Certes, l'oxygène est plusieurs fois mieux soluble dans les graisses que dans le milieu aquatique, et cela est pris en compte lorsque l'oxygène est utilisé comme agent thérapeutique.

Chaque cellule de notre corps a besoin d'un apport ininterrompu d'oxygène, où il est utilisé dans diverses réactions métaboliques. Pour le livrer et le trier en alvéoles, il faut un appareil de transport assez puissant.

Dans un état normal, les cellules du corps doivent fournir environ 200 à 250 ml d'oxygène par minute. Il est facile de calculer que le besoin quotidien en est considérable (environ 300 litres). A force de travail, ce besoin décuple.

La diffusion de l'oxygène des alvéoles pulmonaires dans le sang se produit en raison de la différence alvéolo-capillaire (gradient) de la tension d'oxygène, qui, lors de la respiration avec de l'air ordinaire, est de: 104 (pO 2 dans les alvéoles) - 45 (pO 2 dans les capillaires pulmonaires) \u003d 59 mm Hg. Art.

L'air alvéolaire (avec une capacité pulmonaire moyenne de 6 litres) ne contient pas plus de 850 ml d'oxygène, et cette réserve alvéolaire ne peut fournir de l'oxygène au corps que pendant 4 minutes, étant donné que la demande moyenne en oxygène du corps dans un état normal est d'environ 200 ml par minute.

Il a été calculé que si l'oxygène moléculaire se dissout simplement dans le plasma sanguin (et qu'il s'y dissout mal - 0,3 ml pour 100 ml de sang), alors pour assurer le besoin normal de cellules, il est nécessaire d'augmenter le taux du débit sanguin vasculaire à 180 l par minute. En fait, le sang se déplace à une vitesse de seulement 5 litres par minute. L'apport d'oxygène aux tissus est effectué grâce à une substance merveilleuse - l'hémoglobine.

L'hémoglobine contient 96 % de protéines (globine) et 4 % de composants non protéiques (hème). L'hémoglobine, comme une pieuvre, capte l'oxygène avec ses quatre tentacules. Le rôle des "tentacules", saisissant spécifiquement les molécules d'oxygène dans le sang artériel des poumons, est joué par l'hème, ou plutôt l'atome de fer ferreux situé en son centre. Le fer est "fixé" dans l'anneau de porphyrine à l'aide de quatre liaisons. Un tel complexe de fer avec de la porphyrine est appelé protohème ou simplement hème. Les deux autres liaisons fer sont dirigées perpendiculairement au plan du cycle porphyrine. L'un d'eux va à la sous-unité protéique (globine), et l'autre est libre, c'est elle qui capte directement l'oxygène moléculaire.

Les chaînes polypeptidiques de l'hémoglobine sont disposées dans l'espace de telle manière que leur configuration est proche de la sphère. Chacun des quatre globules a une "poche" dans laquelle l'hème est placé. Chaque hème est capable de capturer une molécule d'oxygène. Une molécule d'hémoglobine peut lier un maximum de quatre molécules d'oxygène.

Comment fonctionne l'hémoglobine ?

Les observations du cycle respiratoire du «poumon moléculaire» (comme le célèbre scientifique anglais M. Perutz a appelé l'hémoglobine) révèlent les caractéristiques étonnantes de cette protéine pigmentaire. Il s'avère que les quatre gemmes fonctionnent de concert, et non de manière autonome. Chacune des gemmes est en quelque sorte informée si son partenaire a ajouté ou non de l'oxygène. Dans la désoxyhémoglobine, tous les "tentacules" (atomes de fer) dépassent du plan de l'anneau de porphyrine et sont prêts à se lier à la molécule d'oxygène. Attrapant une molécule d'oxygène, le fer est attiré dans l'anneau de porphyrine. La première molécule d'oxygène est la plus difficile à attacher, et chacune des suivantes est meilleure et plus facile. En d'autres termes, l'hémoglobine agit selon le proverbe "l'appétit vient en mangeant". L'ajout d'oxygène modifie même les propriétés de l'hémoglobine : elle devient un acide plus fort. Ce fait est d'une grande importance dans le transport de l'oxygène et du dioxyde de carbone.

Saturée d'oxygène dans les poumons, l'hémoglobine dans la composition des globules rouges la transporte avec le flux sanguin vers les cellules et les tissus du corps. Cependant, avant de saturer l'hémoglobine, l'oxygène doit être dissous dans le plasma sanguin et traverser la membrane érythrocytaire. Docteur en activités pratiques, en particulier lors de l'utilisation de l'oxygénothérapie, il est important de tenir compte du potentiel de l'hémoglobine érythrocytaire à retenir et à fournir de l'oxygène.

Un gramme d'hémoglobine conditions normales peut lier 1,34 ml d'oxygène. En poursuivant le raisonnement, on peut calculer qu'avec une teneur moyenne en hémoglobine dans le sang de 14 à 16 ml%, 100 ml de sang fixent 18 à 21 ml d'oxygène. Si nous prenons en compte le volume de sang, qui est en moyenne d'environ 4,5 litres chez les hommes et de 4 litres chez les femmes, l'activité de liaison maximale de l'hémoglobine érythrocytaire est d'environ 750 à 900 ml d'oxygène. Bien sûr, cela n'est possible que si toute l'hémoglobine est saturée en oxygène.

En respirant air atmosphérique l'hémoglobine est incomplètement saturée - de 95 à 97%. Vous pouvez le saturer en utilisant de l'oxygène pur pour respirer. Il suffit d'augmenter sa teneur dans l'air inhalé à 35% (au lieu des 24% habituels). Dans ce cas, la capacité en oxygène sera maximale (égale à 21 ml d'O 2 pour 100 ml de sang). Plus aucun oxygène ne peut se lier en raison du manque d'hémoglobine libre.

Une petite quantité d'oxygène reste dissoute dans le sang (0,3 ml pour 100 ml de sang) et est transportée sous cette forme vers les tissus. Dans des conditions naturelles, les besoins des tissus sont satisfaits au détriment de l'oxygène associé à l'hémoglobine, car l'oxygène dissous dans le plasma est négligeable - seulement 0,3 ml pour 100 ml de sang. D'où la conclusion suivante : si le corps a besoin d'oxygène, il ne peut pas vivre sans hémoglobine.

Au cours de la vie (elle est d'environ 120 jours), l'érythrocyte fait un travail gigantesque, transférant environ un milliard de molécules d'oxygène des poumons vers les tissus. Cependant, l'hémoglobine a une caractéristique intéressante : elle ne fixe pas toujours l'oxygène avec la même avidité, ni n'en donne aux cellules environnantes avec la même volonté. Ce comportement de l'hémoglobine est déterminé par sa structure spatiale et peut être régulé par des facteurs internes et externes.

Le processus de saturation de l'hémoglobine en oxygène dans les poumons (ou dissociation de l'hémoglobine dans les cellules) est décrit par une courbe en forme de S. Grâce à cette dépendance, un apport normal d'oxygène aux cellules est possible même avec de petites gouttes dans le sang (de 98 à 40 mm Hg).

La position de la courbe en S n'est pas constante, et un changement dans celle-ci indique des changements importants dans propriétés biologiques hémoglobine. Si la courbe se déplace vers la gauche et que sa courbure diminue, cela indique une augmentation de l'affinité de l'hémoglobine pour l'oxygène, une diminution du processus inverse - la dissociation de l'oxyhémoglobine. Au contraire, un déplacement de cette courbe vers la droite (et une augmentation de la courbure) indique l'image opposée - une diminution de l'affinité de l'hémoglobine pour l'oxygène et un meilleur retour dans ses tissus. Il est clair que le déplacement de la courbe vers la gauche est approprié pour la capture de l'oxygène dans les poumons et vers la droite - pour sa libération dans les tissus.

La courbe de dissociation de l'oxyhémoglobine varie en fonction du pH du milieu et de la température. Plus le pH est bas (décalage vers le côté acide) et plus la température est élevée, moins l'oxygène est capté par l'hémoglobine, mais mieux il est donné aux tissus lors de la dissociation de l'oxyhémoglobine. D'où la conclusion: dans une atmosphère chaude, la saturation en oxygène du sang est inefficace, mais avec une augmentation de la température corporelle, le déchargement de l'oxyhémoglobine de l'oxygène est très actif.

Les érythrocytes ont également leur propre dispositif de régulation. Il s'agit de l'acide 2,3-diphosphoglycérique, qui se forme lors de la dégradation du glucose. L '«humeur» de l'hémoglobine par rapport à l'oxygène dépend également de cette substance. Lorsque l'acide 2,3-diphosphoglycérique s'accumule dans les globules rouges, il réduit l'affinité de l'hémoglobine pour l'oxygène et favorise son retour vers les tissus. Si cela ne suffit pas, l'image est inversée.

Des événements intéressants se produisent également dans les capillaires. Dans l'extrémité artérielle du capillaire, l'oxygène diffuse perpendiculairement au mouvement du sang (du sang vers la cellule). Le mouvement se produit dans le sens de la différence des pressions partielles d'oxygène, c'est-à-dire dans les cellules.

La préférence de la cellule est donnée à l'oxygène physiquement dissous, et elle est utilisée en premier lieu. Dans le même temps, l'oxyhémoglobine est également déchargée de son fardeau. Plus le corps travaille intensément, plus il a besoin d'oxygène. Lorsque l'oxygène est libéré, les tentacules de l'hémoglobine sont libérées. En raison de l'absorption d'oxygène par les tissus, la teneur en oxyhémoglobine dans le sang veineux chute de 97 à 65-75%.

Le déchargement de l'oxyhémoglobine en cours de route contribue au transport du dioxyde de carbone. Ce dernier, se formant dans les tissus en tant que produit final de la combustion de substances contenant du carbone, pénètre dans la circulation sanguine et peut provoquer une diminution importante du pH de l'environnement (acidification), ce qui est incompatible avec la vie. En fait, le pH du sang artériel et veineux peut fluctuer dans une plage extrêmement étroite (pas plus de 0,1), et pour cela, il est nécessaire de neutraliser le dioxyde de carbone et de le retirer des tissus dans les poumons.

Fait intéressant, l'accumulation de dioxyde de carbone dans les capillaires et une légère diminution du pH du milieu contribuent simplement à la libération d'oxygène par l'oxyhémoglobine (la courbe de dissociation se déplace vers la droite et la courbure en forme de S augmente). L'hémoglobine, qui joue le rôle le plus Système tampon sang, neutralise le dioxyde de carbone. Cela produit des bicarbonates. Une partie du dioxyde de carbone est liée par l'hémoglobine elle-même (il en résulte la formation de carbhémoglobine). On estime que l'hémoglobine est directement ou indirectement impliquée dans le transport de jusqu'à 90 % du dioxyde de carbone des tissus vers les poumons. Dans les poumons, des processus inverses se produisent, car l'oxygénation de l'hémoglobine entraîne une augmentation de sa propriétés acides et revenir à environnement des ions hydrogène. Ces derniers, combinés aux bicarbonates, forment de l'acide carbonique, qui est scindé par l'enzyme anhydrase carbonique en dioxyde de carbone et en eau. Le dioxyde de carbone est libéré par les poumons et l'oxyhémoglobine, les cations de liaison (en échange des ions hydrogène séparés), se déplace vers les capillaires des tissus périphériques. Une relation aussi étroite entre les actes d'approvisionnement en oxygène des tissus et l'élimination du dioxyde de carbone des tissus vers les poumons nous rappelle que lorsque l'oxygène est utilisé à des fins thérapeutiques, il ne faut pas oublier une autre fonction de l'hémoglobine - libérer le corps de l'excès gaz carbonique.

La différence artério-veineuse ou différence de pression d'oxygène le long du capillaire (de l'extrémité artérielle à l'extrémité veineuse) donne une idée de la demande en oxygène des tissus. La longueur du parcours capillaire de l'oxyhémoglobine varie selon les organes (et leurs besoins en oxygène ne sont pas les mêmes). Ainsi, par exemple, la tension en oxygène dans le cerveau chute moins que dans le myocarde.

Ici, cependant, il faut faire une réserve et rappeler que le myocarde et les autres tissus musculaires sont dans des conditions particulières. Les cellules musculaires ont un système actif pour capter l'oxygène du sang qui coule. Cette fonction est assurée par la myoglobine, qui a la même structure et fonctionne sur le même principe que l'hémoglobine. Seule la myoglobine a une chaîne protéique (et non quatre, comme l'hémoglobine) et, par conséquent, un hème. La myoglobine est comme un quart de l'hémoglobine et ne capte qu'une seule molécule d'oxygène.

La particularité de la structure de la myoglobine, qui n'est limitée que par le niveau tertiaire d'organisation de sa molécule protéique, est associée à l'interaction avec l'oxygène. La myoglobine lie l'oxygène cinq fois plus vite que l'hémoglobine (elle a une grande affinité pour l'oxygène). La courbe de saturation de la myoglobine (ou dissociation de l'oxymyoglobine) avec l'oxygène a la forme d'une hyperbole, et non d'une forme en S. Cela a un grand sens biologique, car la myoglobine, qui est située profondément dans le tissu musculaire (où la pression partielle d'oxygène est faible), capte avidement l'oxygène même dans des conditions de faible tension. Une réserve d'oxygène est créée, pour ainsi dire, qui est dépensée, si nécessaire, pour la formation d'énergie dans les mitochondries. Par exemple, dans le muscle cardiaque, où il y a beaucoup de myoglobine, pendant la période de diastole, une réserve d'oxygène se forme dans les cellules sous forme d'oxymyoglobine, qui pendant la systole satisfait les besoins du tissu musculaire.

Apparemment constant travail mécanique organes musculaires requis appareils supplémentaires pour capter et réserver l'oxygène. La nature l'a créé sous forme de myoglobine. Il est possible que dans les cellules non musculaires, il existe un mécanisme encore inconnu pour capter l'oxygène du sang.

En général, l'utilité du travail de l'hémoglobine érythrocytaire est déterminée par la quantité qu'elle a pu transmettre à la cellule et lui transférer des molécules d'oxygène et éliminer le dioxyde de carbone qui s'accumule dans les capillaires tissulaires. Malheureusement, ce travailleur ne travaille parfois pas à pleine puissance et sans faute de sa part : la libération d'oxygène de l'oxyhémoglobine dans le capillaire dépend de la capacité des réactions biochimiques des cellules à consommer de l'oxygène. Si peu d'oxygène est consommé, alors il semble "stagner" et, du fait de sa faible solubilité dans un milieu liquide, ne provient plus du lit artériel. Dans le même temps, les médecins observent une diminution de la différence artério-veineuse en oxygène. Il s'avère que l'hémoglobine transporte inutilement une partie de l'oxygène et, de plus, elle absorbe moins de dioxyde de carbone. La situation n'est pas agréable.

La connaissance des lois de fonctionnement du système de transport de l'oxygène dans les conditions naturelles permet au médecin de tirer un certain nombre de conclusions utiles pour utilisation correcte Oxygénothérapie. Il va sans dire qu'il est nécessaire d'utiliser, avec l'oxygène, des agents qui stimulent l'érythropoïèse, augmentent le flux sanguin dans l'organisme affecté et aident à l'utilisation de l'oxygène dans les tissus du corps.

Dans le même temps, il est nécessaire de savoir clairement à quelles fins l'oxygène est consommé dans les cellules, assurant leur existence normale?

Sur son chemin vers le site de participation aux réactions métaboliques à l'intérieur des cellules, l'oxygène surmonte de nombreuses formations structurelles. Les plus importantes d'entre elles sont les membranes biologiques.

Toute cellule a une membrane plasmique (ou externe) et une variété bizarre d'autres structures membranaires qui limitent les particules subcellulaires (organites). Les membranes ne sont pas de simples cloisons, mais des formations qui remplissent des fonctions particulières (transport, décomposition et synthèse de substances, génération d'énergie, etc.), qui sont déterminées par leur organisation et la composition de leurs biomolécules. Malgré la variabilité des formes et des tailles des membranes, celles-ci sont principalement constituées de protéines et de lipides. Les substances restantes, également présentes dans les membranes (par exemple, les glucides), sont reliées par des liaisons chimiques aux lipides ou aux protéines.

Nous ne nous attarderons pas sur les détails de l'organisation des molécules protéino-lipidiques dans les membranes. Il est important de noter que tous les modèles de structure des biomembranes (« sandwich », « mosaïque », etc.) suggèrent la présence dans les membranes d'un film lipidique bimoléculaire maintenu par des molécules protéiques.

La couche lipidique de la membrane est un film liquide en mouvement constant. L'oxygène, du fait de sa bonne solubilité dans les graisses, traverse la double couche lipidique des membranes et pénètre dans les cellules. Une partie de l'oxygène est transférée environnement interne cellules par l'intermédiaire de transporteurs tels que la myoglobine. On pense que l'oxygène est à l'état soluble dans la cellule. Probablement, il se dissout davantage dans les formations lipidiques et moins dans les formations hydrophiles. Rappelons que la structure de l'oxygène répond parfaitement aux critères d'un agent oxydant utilisé comme piège à électrons. On sait que l'objectif principal réactions oxydatives se produit dans des organites spéciaux - les mitochondries. Les comparaisons figuratives que les biochimistes ont dotées des mitochondries indiquent le but de ces petites particules (0,5 à 2 microns). On les appelle à la fois "stations énergétiques" et "centrales énergétiques" de la cellule, soulignant ainsi leur rôle prépondérant dans la formation de composés riches en énergie.

Ici, peut-être, cela vaut la peine de faire une petite digression. Comme vous le savez, l'une des caractéristiques fondamentales des êtres vivants est l'extraction efficace de l'énergie. Le corps humain utilise des sources d'énergie externes - nutriments (glucides, lipides et protéines) qui, à l'aide d'enzymes hydrolytiques tube digestif cassé en plus petits morceaux (monomères). Ces derniers sont absorbés et délivrés aux cellules. La valeur énergétique ne sont que les substances qui contiennent de l'hydrogène, qui a une grande quantité d'énergie libre. La tâche principale de la cellule, ou plutôt des enzymes qu'elle contient, est de traiter les substrats de manière à en arracher l'hydrogène.

Presque tous les systèmes enzymatiques qui jouent un rôle similaire sont localisés dans les mitochondries. Ici, un fragment de glucose (acide pyruvique), des acides gras et des squelettes carbonés d'acides aminés sont oxydés. Après le traitement final, l'hydrogène restant est « arraché » à ces substances.

L'hydrogène, qui est détaché des substances combustibles à l'aide d'enzymes spéciales (déshydrogénases), n'est pas sous forme libre, mais en relation avec des supports spéciaux - les coenzymes. Ce sont des dérivés de nicotinamide (vitamine PP) - NAD (nicotinamide adénine dinucléotide), NADP (nicotinamide adénine dinucléotide phosphate) et des dérivés de riboflavine (vitamine B 2) - FMN (flavine mononucléotide) et FAD (flavine adénine dinucléotide).

L'hydrogène ne brûle pas immédiatement, mais progressivement, par portions. Sinon, la cellule ne pourrait pas utiliser son énergie, car l'interaction de l'hydrogène avec l'oxygène provoquerait une explosion, ce qui est facilement démontré dans des expériences de laboratoire. Pour que l'hydrogène renonce à l'énergie qui y est stockée, il existe une chaîne de transporteurs d'électrons et de protons dans la membrane interne des mitochondries, autrement appelée chaîne respiratoire. A une certaine section de cette chaîne, les chemins des électrons et des protons divergent ; les électrons sautent à travers les cytochromes (constitués, comme l'hémoglobine, de protéines et d'hème), et les protons sortent dans l'environnement. Au point terminal de la chaîne respiratoire, là où se trouve la cytochrome oxydase, les électrons « glissent » sur l'oxygène. Dans ce cas, l'énergie des électrons est complètement éteinte et l'oxygène, liant les protons, est réduit à une molécule d'eau. L'eau n'a aucune valeur énergétique pour le corps.

L'énergie dégagée par les électrons sautant le long de la chaîne respiratoire est convertie en énergie des liaisons chimiques de l'adénosine triphosphate - ATP, qui sert de principal accumulateur d'énergie dans les organismes vivants. Puisque deux actes sont ici combinés : l'oxydation et la formation de liaisons phosphate riches en énergie (disponibles dans l'ATP), le processus de génération d'énergie dans la chaîne respiratoire est appelé phosphorylation oxydative.

Comment s'effectue la combinaison du mouvement des électrons le long de la chaîne respiratoire et de la capture d'énergie lors de ce mouvement ? Ce n'est pas encore tout à fait clair. Pendant ce temps, l'action des convertisseurs d'énergie biologiques résoudrait de nombreux problèmes liés au salut des cellules du corps affectées par le processus pathologique, en règle générale, souffrant de faim énergétique. Selon les experts, la divulgation des secrets du mécanisme de génération d'énergie chez les êtres vivants conduira à la création de générateurs d'énergie techniquement plus prometteurs.

Ce sont des points de vue. Jusqu'à présent, on sait que la capture de l'énergie des électrons se produit dans trois sections de la chaîne respiratoire et, par conséquent, la combustion de deux atomes d'hydrogène produit trois molécules d'ATP. Coefficient action utile d'un tel transformateur d'énergie approche les 50 %. Étant donné que la part d'énergie fournie à la cellule lors de l'oxydation de l'hydrogène dans la chaîne respiratoire est d'au moins 70 à 90%, les comparaisons colorées attribuées aux mitochondries deviennent compréhensibles.

L'énergie de l'ATP est utilisée dans une variété de processus : pour assembler structures complexes(par exemple, protéines, lipides, glucides, acides nucléiques) provenant de la construction de protéines, de l'activité mécanique (contraction musculaire), du travail électrique (apparition et propagation de l'influx nerveux), du transport et de l'accumulation de substances à l'intérieur des cellules, etc. En bref, la vie sans énergie est impossible, et dès qu'il y en a un déficit aigu, les êtres vivants meurent.

Revenons à la question de la place de l'oxygène dans la production d'énergie. A première vue, la participation directe de l'oxygène à ce processus vital semble déguisée. Il serait sans doute pertinent de comparer la combustion de l'hydrogène (et la génération d'énergie en cours de route) à une chaîne de production, bien que la chaîne respiratoire ne soit pas une chaîne d'assemblage, mais de « désassemblage » d'une substance.

L'hydrogène est à l'origine de la chaîne respiratoire. De là, un flux d'électrons se précipite vers le point final - l'oxygène. En l'absence d'oxygène ou sa pénurie, soit la chaîne de production s'arrête, soit elle ne fonctionne pas à pleine charge, car il n'y a personne pour la décharger, soit l'efficacité de déchargement est limitée. Pas de flux d'électrons - pas d'énergie. Selon la définition appropriée du biochimiste exceptionnel A. Szent-Gyorgyi, la vie est contrôlée par le flux d'électrons, dont le mouvement est défini par une source d'énergie externe - le Soleil. Il est tentant de poursuivre cette réflexion et d'ajouter que puisque la vie est contrôlée par le flux d'électrons, alors l'oxygène maintient la continuité d'un tel flux.

Est-il possible de remplacer l'oxygène par un autre accepteur d'électrons, de décharger la chaîne respiratoire et de rétablir la production d'énergie ? En principe, c'est possible. Ceci est facilement démontré dans des expériences de laboratoire. Pour le corps, choisir un accepteur d'électrons tel que l'oxygène, afin qu'il soit facilement transporté, pénètre dans toutes les cellules et participe aux réactions redox, reste une tâche incompréhensible.

Ainsi, l'oxygène, tout en maintenant la continuité du flux d'électrons dans la chaîne respiratoire, contribue dans des conditions normales à la formation constante d'énergie à partir de substances entrant dans les mitochondries.

Bien sûr, la situation présentée ci-dessus est quelque peu simplifiée, et nous l'avons fait afin de montrer plus clairement le rôle de l'oxygène dans la régulation des processus énergétiques. L'efficacité d'une telle régulation est déterminée par le fonctionnement de l'appareil de transformation de l'énergie des électrons en mouvement ( courant électrique) dans l'énergie chimique des liaisons ATP. Si les nutriments même en présence d'oxygène. brûler dans les mitochondries "pour rien", l'énergie thermique libérée dans ce cas est inutile pour le corps, et une famine énergétique peut survenir avec toutes les conséquences qui en découlent. Cependant, de tels cas extrêmes de phosphorylation altérée lors du transfert d'électrons dans les mitochondries tissulaires ne sont guère possibles et n'ont pas été rencontrés dans la pratique.

Beaucoup plus fréquents sont les cas de dérégulation de la production d'énergie associée à un apport insuffisant d'oxygène aux cellules. Cela signifie-t-il la mort immédiate ? Il s'avère que non. L'évolution s'est judicieusement disposée, laissant une certaine marge de force énergétique aux tissus humains. Il est fourni par une voie sans oxygène (anaérobie) pour la formation d'énergie à partir des glucides. Son efficacité est cependant relativement faible, puisque l'oxydation des mêmes nutriments en présence d'oxygène fournit 15 à 18 fois plus d'énergie que sans lui. Cependant, dans des situations critiques, les tissus du corps restent viables précisément grâce à la génération d'énergie anaérobie (par glycolyse et glycogénolyse).

Cette petite digression, racontant le potentiel de formation d'énergie et l'existence d'un organisme sans oxygène, est une preuve supplémentaire que l'oxygène est le régulateur le plus important des processus vitaux et que l'existence est impossible sans lui.

Cependant, la participation de l'oxygène non seulement dans l'énergie, mais également dans les processus plastiques, n'est pas moins importante. Dès 1897, notre exceptionnel compatriote A. N. Bach et le scientifique allemand K. Engler, qui ont développé la position "sur l'oxydation lente des substances par l'oxygène activé", ont souligné ce côté de l'oxygène. Pendant longtemps, ces dispositions sont restées dans l'oubli en raison d'un trop grand intérêt des chercheurs pour le problème de la participation de l'oxygène aux réactions énergétiques. Ce n'est que dans les années 1960 que la question du rôle de l'oxygène dans l'oxydation de nombreux composés naturels et étrangers a été à nouveau soulevée. Il s'est avéré que ce processus n'a rien à voir avec la formation d'énergie.

Le principal organe qui utilise l'oxygène pour l'introduire dans la molécule de la substance oxydée est le foie. Dans les cellules hépatiques, de nombreux composés étrangers sont ainsi neutralisés. Et si le foie est appelé à juste titre un laboratoire pour la neutralisation des médicaments et des poisons, l'oxygène dans ce processus occupe une place très honorable (sinon dominante).

En bref sur la localisation et la disposition de l'appareil de consommation d'oxygène à des fins plastiques. Dans les membranes du réticulum endoplasmique, pénétrant dans le cytoplasme des cellules hépatiques, il existe une courte chaîne de transport d'électrons. Il diffère d'une longue chaîne respiratoire (avec un grand nombre de porteurs). La source d'électrons et de protons dans cette chaîne est le NADP réduit, qui se forme dans le cytoplasme, par exemple, lors de l'oxydation du glucose dans le cycle du pentose phosphate (par conséquent, le glucose peut être appelé un partenaire à part entière dans la détoxification des substances). Les électrons et les protons sont transférés à une protéine spéciale contenant de la flavine (FAD) et de celle-ci au dernier maillon - un cytochrome spécial appelé cytochrome P-450. Comme l'hémoglobine et les cytochromes mitochondriaux, c'est une protéine contenant de l'hème. Sa fonction est double : il lie la substance oxydée et participe à l'activation de l'oxygène. Le résultat final est comme ça fonction complexe le cytochrome P-450 s'exprime par le fait qu'un atome d'oxygène pénètre dans la molécule de la substance oxydée, le second dans la molécule d'eau. Les différences entre les actes finaux de consommation d'oxygène lors de la formation d'énergie dans les mitochondries et lors de l'oxydation des substances du réticulum endoplasmique sont évidentes. Dans le premier cas, l'oxygène est utilisé pour la formation d'eau, et dans le second cas, pour la formation à la fois d'eau et d'un substrat oxydé. La proportion d'oxygène consommé dans le corps à des fins plastiques peut être de 10 à 30% (selon les conditions favorables au déroulement de ces réactions).

Se poser la question (même purement théorique) de la possibilité de remplacer l'oxygène par d'autres éléments n'a pas de sens. Considérant que cette voie d'utilisation de l'oxygène est également nécessaire pour l'échange des composés naturels les plus importants - cholestérol, acides biliaires, hormones stéroïdes - il est facile de comprendre jusqu'où s'étendent les fonctions de l'oxygène. Il s'avère qu'il régule la formation d'un certain nombre de composés endogènes importants et la détoxification de substances étrangères (ou, comme on les appelle maintenant, xénobiotiques).

Cependant, il convient de noter que le système enzymatique du réticulum endoplasmique, qui utilise l'oxygène pour oxyder les xénobiotiques, a certains coûts, qui sont les suivants. Parfois, lorsque de l'oxygène est introduit dans une substance, un composé plus toxique se forme que celui d'origine. Dans de tels cas, l'oxygène agit comme s'il était complice de l'empoisonnement du corps avec des composés inoffensifs. Ces coûts prennent une tournure sérieuse, par exemple, lorsque des cancérigènes sont formés à partir de procarcinogènes avec la participation de l'oxygène. En particulier, le composant bien connu de la fumée de tabac, le benzpyrène, qui était considéré comme cancérigène, acquiert en fait ces propriétés lorsqu'il est oxydé dans l'organisme pour former de l'oxybenzopyrène.

Les faits ci-dessus nous font porter une attention particulière aux processus enzymatiques dans lesquels l'oxygène est utilisé comme matériau de construction. Dans certains cas, il est nécessaire de développer des mesures préventives contre ce mode de consommation d'oxygène. Cette tâche est très difficile, mais il est nécessaire de rechercher des approches pour diriger les potentiels d'oxygène régulateurs dans la direction nécessaire au corps à l'aide de diverses méthodes.

Ce dernier est particulièrement important lorsque l'oxygène est utilisé dans un processus aussi « incontrôlé » que l'oxydation au peroxyde (ou radical libre) des acides gras insaturés. Les acides gras insaturés font partie de divers lipides membranes biologiques. L'architectonique des membranes, leur perméabilité et les fonctions des protéines enzymatiques qui composent les membranes sont largement déterminées par le rapport des différents lipides. La peroxydation lipidique se produit soit avec l'aide d'enzymes, soit sans elles. La deuxième option ne diffère pas de l'oxydation radicalaire des lipides dans les systèmes chimiques conventionnels et nécessite la présence d'acide ascorbique. La participation de l'oxygène à la peroxydation des lipides n'est bien sûr pas la meilleure façon d'appliquer ses précieuses propriétés biologiques. La nature radicalaire de ce processus, qui peut être initié par le fer ferreux (le centre de formation des radicaux), permet en peu de temps de conduire à la dégradation du squelette lipidique des membranes et, par conséquent, à la mort cellulaire.

Une telle catastrophe dans des conditions naturelles, cependant, ne se produit pas. Les cellules contiennent des antioxydants naturels (vitamine E, sélénium, certaines hormones) qui brisent la chaîne de peroxydation des lipides, empêchant la formation de radicaux libres. Néanmoins, l'utilisation de l'oxygène dans la peroxydation des lipides, selon certains chercheurs, présente certains aspects positifs. À conditions biologiques la peroxydation lipidique est nécessaire à l'auto-renouvellement de la membrane, car les peroxydes lipidiques sont des composés plus solubles dans l'eau et sont plus facilement libérés de la membrane. Ils sont remplacés par de nouvelles molécules lipidiques hydrophobes. Seul l'excès de ce processus conduit à l'effondrement des membranes et à des changements pathologiques dans le corps.

Il est temps de faire le point. Ainsi, l'oxygène est le régulateur le plus important des processus vitaux, utilisé par les cellules du corps comme composant nécessaire à la formation d'énergie dans la chaîne respiratoire des mitochondries. Les besoins en oxygène de ces processus sont fournis différemment et dépendent de nombreuses conditions (de la puissance du système enzymatique, de l'abondance dans le substrat et de la disponibilité de l'oxygène lui-même), mais la part du lion de l'oxygène est toujours dépensée pour les processus énergétiques. Par conséquent, le «salaire vital» et les fonctions des tissus et organes individuels en cas de manque aigu d'oxygène sont déterminés par les réserves d'oxygène endogènes et la puissance de la voie sans oxygène de génération d'énergie.

Cependant, il est tout aussi important de fournir de l'oxygène à d'autres processus plastiques, bien que cela en consomme une plus petite partie. Outre un certain nombre de synthèses naturelles nécessaires (cholestérol, acides biliaires, prostaglandines, hormones stéroïdiennes, produits biologiquement actifs du métabolisme des acides aminés), la présence d'oxygène est surtout nécessaire à la neutralisation des médicaments et des poisons. En cas d'empoisonnement par des substances étrangères, on peut peut-être supposer que l'oxygène est d'une plus grande importance vitale pour le plastique qu'à des fins énergétiques. Avec les intoxications, ce côté de l'action trouve juste utilisation pratique. Et seulement dans un cas, le médecin doit réfléchir à la façon de mettre une barrière sur la voie de la consommation d'oxygène dans les cellules. Nous parlons de l'inhibition de l'utilisation de l'oxygène dans la peroxydation des lipides.

Comme nous pouvons le constater, la connaissance des caractéristiques de l'apport et de la consommation d'oxygène dans le corps est la clé pour démêler les troubles qui surviennent dans diverses conditions hypoxiques et pour déterminer les bonnes tactiques d'utilisation thérapeutique de l'oxygène en clinique.

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BESOIN EN OXYGÈNE ET SES RÉSERVES DANS LE CORPS

A. M. Charny,
"Pathophysiologie des conditions hypoxiques".
Medgiz, M., 1961

Publié avec des modifications mineures.

L'importance de l'oxygène pour la préservation de la vie du corps est indéniable. Si l'on compare entre eux les ingrédients essentiels à la vie de l'organisme - eau, nutriments et oxygène, il s'avère que la rupture du budget d'oxygène dans l'un des maillons conduit le plus rapidement à la mort. Dans le corps humain, forme de vie la plus organisée, la capacité fonctionnelle des organes vitaux dépend essentiellement de leur apport direct en oxygène. Par conséquent, on peut supposer que toute condition pathologique est étroitement liée à des perturbations du bilan d'oxygène du corps.
Le concept de "budget d'oxygène" comprend l'ensemble des questions liées aux besoins du corps en oxygène, les lois de pénétration de l'oxygène dans les cellules et les fluides corporels, son transport à travers le système circulatoire et le mécanisme de son utilisation dans les tissus. Certaines relations quantitatives ont été établies entre la consommation d'oxygène et la production d'énergie dans l'organisme. La base énergétique de la vie du corps est l'oxydation constante des nutriments. Dans des conditions de nutrition protéique, lorsque 1 litre d'oxygène est consommé, 4,48 kcal sont formés, lorsqu'ils sont nourris avec des graisses - 4,69 kcal, avec des aliments exclusivement glucidiques - 5,05 kcal de chaleur. La consommation de 1 litre d'oxygène dans des conditions de nutrition mixte s'accompagne de la formation de 4,8 kcal de chaleur.
... Ainsi, une personne au repos avec un minimum d'échanges gazeux consomme environ 250 ml d'oxygène par minute. Dans le même temps, environ 200 ml de dioxyde de carbone se forment. Lors d'un travail musculaire intense, la consommation d'oxygène augmente de 10 fois ou plus, soit environ 2 500 à 3 000 ml d'oxygène par minute. Cette position est confirmée par les données obtenues lors de l'étude d'organes individuels au repos et lors d'une activité intense.
... Lors d'une activité intense, la consommation d'oxygène augmente considérablement.
Les réserves d'oxygène dans le corps humain sont extrêmement faibles ; ils peuvent être suffisants pour l'activité de la vie pendant 5 à 6 minutes.
... Selon les calculs de Barcroft, la quantité de sang d'une baleine est d'environ 8 000 litres pour un poids total de 122 000 kg. Il s'ensuit que les rapports quantitatifs entre le poids corporel et le volume sanguin chez une baleine sont approximativement du même ordre que chez l'homme. Les mêmes ratios existent dans le corps d'autres animaux plongeurs (phoques). Une comparaison des réserves d'oxygène dans le corps humain et chez les animaux plongeurs donne une image claire de l'insignifiance de cette réserve chez l'homme et les animaux plongeurs. Un long séjour d'animaux plongeurs sous l'eau sans accès à l'oxygène atmosphérique et avec de petites réserves dans le corps est possible en raison du faible taux métabolique. Les très petites réserves d'oxygène chez une personne le satisfont complètement. Besoins psycologiques sous réserve d'un réapprovisionnement constant de ce stock à partir de l'air extérieur. Ceci est réalisé en régulant l'apport d'oxygène au corps et l'élimination du dioxyde de carbone, qui s'effectue automatiquement et à grande vitesse. Les conditions pour cela ont vraisemblablement été créées à un certain stade du développement de l'organisme et ont été la raison pour laquelle le gaz vital pour l'organisme a commencé à être facilement absorbé par le sang et rapidement transmis aux tissus. Ces conditions sont : propriétés physiques et les lois de la pénétration de l'oxygène dans les cellules et les fluides corporels, le transport de l'oxygène à travers le système circulatoire et le mécanisme d'utilisation de l'oxygène dans les tissus.

PRINCIPALES PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DE L'OXYGÈNE ET LES LOIS DE SA PÉNÉTRATION DANS LES MILIEUX LIQUIDES DE L'ORGANISME

Le métabolisme dans l'organisme animal s'effectue de telle manière que non seulement des substances denses et liquides, mais également des substances gazeuses y participent. La perception de l'oxygène par le corps et la libération du produit gazeux du métabolisme - le dioxyde de carbone est connue sous le nom d'échange gazeux. La principale voie de transport de l'oxygène des poumons vers les tissus et de transport du dioxyde de carbone est le système circulatoire. A cet égard, il semble important de savoir en quelle quantité et sous quelle forme de composés ces gaz se retrouvent dans le sang et les tissus.
Dans le sang et les tissus du corps, il y a environ 20 litres de dioxyde de carbone, 1 litre d'oxygène et 1 litre d'azote. Selon la loi de Dalton, la pression d'un gaz dans un mélange ne dépend pas de la teneur en autres composants du mélange et est égale à la pression qu'exercerait cette quantité de gaz si elle occupait à elle seule un volume donné. Cette pression est appelée pression partielle du gaz.
La pression partielle d'oxygène dans les cellules, le sang et les fluides corporels est un facteur important dans son fonctionnement normal. La pression partielle d'oxygène dans les cellules est la pression de gaz intracellulaire, et dans le liquide tissulaire et la lymphe - extracellulaire. Campbell a montré par la méthode de formation d'une bulle de gaz que pour tout volume d'un gaz donné dans une cavité limitée, après égalisation au repos, sa pression partielle reste constante. L'apport d'oxygène au corps est assuré par le système respiratoire, le sang et les tissus. Concernant système respiratoire, alors ici l'apport d'oxygène est soumis aux lois de la pénétration des gaz à travers les membranes et de leur diffusion dans les liquides.

DIFFUSION D'OXYGÈNE À TRAVERS LA MEMBRANE PULMONAIRE

Un facteur essentiel pour les échanges gazeux entre le sang et l'air est la taille de la surface respiratoire et l'épaisseur de la couche tissulaire entre les capillaires pulmonaires et les alvéoles.
Même Abby (1880) a souligné que la surface respiratoire des poumons est de 80 m2 avec un diamètre de 0,2 mm d'alvéoles effondrées.
La valeur de la surface respiratoire des poumons, donnée par Zuntz lorsqu'il tient compte de la teneur en air des alvéoles pulmonaires, du diamètre des alvéoles (0,2 mm) et de sa surface (0,126 cm2), à condition qu'il y ait environ 725 millions alvéoles dans les poumons humains, est de 90 m2.
Bohr a abordé le calcul de la surface pulmonaire différemment. La quantité de gaz qui, à une pression de 760 mm Hg, pénètre en 1 minute à travers 1 cm2 de surface, il l'a désignée comme le coefficient d'invasion.
... L'épaisseur de la paroi séparant la cavité des alvéoles de la cavité du capillaire, selon les données convenues de nombreux chercheurs, est de 0,004 mm. Plus tard, il s'est avéré que pour la diffusion des gaz, l'absorption des gaz par un liquide, le poids moléculaire, la masse des molécules de gaz individuelles, la pression sur les couches limites du liquide, l'épaisseur de la couche liquide, etc. sont important.
La quantité de gaz absorbée par unité de volume de liquide à la pression atmosphérique est appelée coefficient de Bunsen d'absorption (a). Stefan a introduit le concept de coefficient de diffusion (K) - une constante qui dépend de la nature du gaz diffusant, du liquide et de la température.
... Ainsi, le taux de diffusion d'un gaz est directement proportionnel au coefficient d'absorption, à la différence de pression du gaz diffusant de part et d'autre du liquide, à la constante de diffusion, et inversement proportionnel à la pression barométrique et à l'épaisseur de la cloison . Levy et Zuntz ont suggéré de prendre en compte le facteur de diffusion (C) au lieu du coefficient de diffusion. Ce dernier (sur la base que le coefficient de diffusion est proportionnel à la racine carrée de masse moléculaire) est dérivé du coefficient de diffusion multiplié par Racine carrée du poids moléculaire du gaz.
... Par la suite, les expériences de Levy et Zuntz ont montré que la diffusion à travers le tissu pulmonaire se produit 2 fois plus rapidement qu'à travers l'eau. Exner explique cela par la présence d'une membrane lipoïde. Ainsi, il s'est avéré que le facteur de diffusion pour les poumons serait de 0,139 au lieu de 0,065 pour l'eau.
Sur la base des données disponibles, il est possible de calculer la quantité d'oxygène pouvant pénétrer par minute lors de mouvements respiratoires normaux à travers 1 cm2 de la paroi alvéolaire et, par conséquent, à travers les poumons humains normaux.
... A travers toute la surface pulmonaire (90 m2), 90 X 10000 X 0,006756 = 6080 ml d'oxygène pénètre par minute. Ainsi, la structure des poumons offre la possibilité de pénétrer dans le sang d'environ 6080 ml d'oxygène par minute. Considérant que la consommation d'oxygène d'un adulte au repos est de 250 ml par minute et qu'avec un travail musculaire intense, elle est d'environ 3 000 à 4 000 ml, nous pouvons conclure que le corps est alimenté en oxygène en excès par les poumons.
Ces données nous permettent de conclure que le travail le plus pénible peut être assuré par un apport approprié d'oxygène, et que dans des conditions pathologiques liées à l'exclusion d'une grande partie de la surface pulmonaire de l'acte de respiration, l'apport d'oxygène au corps est tout à fait suffisant pour maintenir une activité vitale normale au repos.

PRESSION DE GAZ DANS LES ALVÉOLES PULMONAIRES

La pression des gaz dans les cellules et les fluides corporels est un facteur important dans leur fonctionnement normal. Pour comprendre les processus de pénétration des gaz de l'air des alvéoles pulmonaires dans le sang et inversement, il est nécessaire de connaître la pression des gaz diffusants.
L'air inhalé en route vers les alvéoles est partiellement retenu dans les voies respiratoires supérieures et ne participe donc pas pleinement au processus respiratoire qui se produit dans les alvéoles. Le chemin de la cavité nasale aux alvéoles s'appelle l'espace nocif. Le volume de cet espace chez un adulte dans des conditions normales, selon les données généralement acceptées, est d'environ 150 ml. La détermination de la pression d'O2 dans l'air des alvéoles pulmonaires est associée à la détermination composition du gaz air alvéolaire. La difficulté d'obtenir des données précises réside dans le fait que l'air de l'espace nocif est constamment mélangé à l'air alvéolaire dont le volume à conditions diverses la respiration maximale et profonde varie considérablement, atteignant dans ce dernier cas 400-600 ml. Par conséquent, les données obtenues par divers auteurs dans l'étude de l'air alvéolaire, en tenant compte de l'espace nocif, sont différentes. Il est généralement recommandé de prendre pour analyse le stroboscope d'air alvéolaire en fin d'expiration après une courte impulsion respiratoire.
... Ainsi, la pression partielle d'oxygène dans l'air alvéolaire dépend de la pression barométrique, de la nature et du volume de la ventilation pulmonaire et du taux de diffusion de l'oxygène dans le sang et, selon la plupart des chercheurs, est de 106-107 mm Hg .

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Pour assurer le métabolisme l'énergie est nécessaire. Dans le corps des animaux supérieurs, l'énergie se forme à la suite de réactions biochimiques complexes, basées sur des processus d'oxydation.

Principal substrat oxydés sont des glucides. La part des glucides en tant que substrat pour la production d'énergie parmi d'autres substances est supérieure à 80%. Les acides gras et les acides aminés participent également au processus d'oxydation.

Le seul agent oxydant est l'oxygène (glycolyse aérobie). Avec un manque d'oxygène, un mécanisme plus ancien de génération d'énergie commence à fonctionner - la glycolyse anaérobie, dont l'efficacité est 18 fois moindre.
En cours de complexe transformations biochimiques de la matière, impliqués dans les processus métaboliques, se décomposent principalement en dioxyde de carbone (dioxyde de carbone) et en urée, qui sont éliminés de l'organisme par les organes concernés. À corps sain ce processus oxydatif s'accompagne d'une libération d'énergie, qui est d'environ 3000-3500 Kcal.

Parce que la production d'énergie est l'un des critères les plus importants pour l'activité vitale d'un organisme, alors le contrôle constant (surveillance) de ce paramètre peut être un facteur essentiel pour obtenir des informations. L'enregistrement de l'énergie est particulièrement pertinent chez les patients gravement malades pendant la réanimation et les soins intensifs.
Problème principal pour maintenir le métabolisme est le problème de l'oxygène, parce que. ses réserves sont si insignifiantes qu'elles permettent à l'organisme de réaliser l'activité vitale en quelques minutes seulement.

Contenu oxygène dans le sang lors de la respiration de l'air atmosphérique est de 850 ml., lors de la respiration d'oxygène à 100% - 950 ml. Les réserves d'oxygène dans les poumons sont contenues dans leur capacité résiduelle fonctionnelle (FRC) et lorsqu'elles respirent de l'air, elles sont de 450 ml et lorsqu'elles respirent 100% d'oxygène - 3000 ml. En petites quantités (250-300 ml), l'oxygène est contenu dans les tissus à l'état dissous ou lié. Ainsi, les réserves totales d'oxygène dans le corps sont d'environ 1,5 litre en respirant de l'air et d'un peu plus de quatre litres en respirant 100% d'oxygène.

Considérant qu'en au repos une personne consomme environ 250 ml d'oxygène en 1 minute, et lors d'efforts physiques et de diverses conditions pathologiques, la consommation de 02 augmente plusieurs fois, il devient évident que les réserves d'oxygène ne peuvent durer plus de 5 à 6 minutes.
C'est pourquoi dans le processus Dans l'évolution des organismes supérieurs, des systèmes d'organes sont apparus, conçus pour assurer un apport continu d'oxygène dans le corps.

C'est avant tout un système du sang, dans lequel l'oxygène est accumulé sous forme de solution dans le plasma et lié chimiquement à l'hémoglobine.
C'est le système système respiratoire (cavité buccale, pharynx, larynx, trachée, bronches et poumons), dans lequel l'oxygène passe du milieu extérieur dans le sang et le dioxyde de carbone du sang dans le milieu extérieur (échange de gaz).
C'est le système organes circulatoires, qui assure le transport de l'oxygène vers les organes et les tissus et l'élimination du dioxyde de carbone.