Транспорт кислорода и артериовенозная разница

Кислород, поглощаемый в легких, должен переноситься кровью и доставляться к работающим мышцам, где он извлекается из проходящей крови. Артериовенозная разница по кислороду измеряет, сколько кислорода ткани удаляют из каждой единицы крови, и вместе с сердечным выбросом она определяет поглощение кислорода всем организмом. Эта тема прослеживает путь кислорода по его транспортному пути и объясняет, как доставка и извлечение увеличиваются во время физической нагрузки.

Definition

Артериовенозная разница по кислороду — это разница в содержании кислорода между артериальной и смешанной венозной кровью; согласно принципу Фика, поглощение кислорода равно сердечному выбросу, умноженному на эту разницу, поэтому поглощение кислорода во время физической нагрузки увеличивается за счет роста как кровотока, так и извлечения кислорода.

Scope

Эта тема охватывает каскад транспорта кислорода от легких до митохондрий, принцип Фика, связывающий поглощение кислорода с сердечным выбросом и артериовенозной разницей по кислороду, увеличение этой разницы по мере извлечения мышцами большего количества кислорода во время физической нагрузки, а также детерминанты максимального поглощения кислорода. Это справочная и образовательная статья, а не клиническая или тренировочная оценка.

Core questions

• Как кислород переносится из легких к работающим мышцам?
• Как сердечный выброс и артериовенозная разница по кислороду вместе определяют поглощение кислорода?
• Почему артериовенозная разница по кислороду увеличивается во время физической нагрузки?
• Что определяет максимальную скорость поглощения кислорода?

Key concepts

• Принцип Фика
• Каскад транспорта кислорода
• Артериовенозная разница по кислороду
• Доставка кислорода (сердечный выброс x содержание кислорода в артериальной крови)
• Извлечение кислорода
• Максимальное поглощение кислорода (VO2max)
• Кривая диссоциации оксигемоглобина

Mechanisms

Кислород движется по каскаду падающих парциальных давлений от альвеолярного газа к крови легочных капилляров, через системный кровоток и в мышцы к митохондриям. Поглощение кислорода всем организмом описывается принципом Фика как произведение сердечного выброса и артериовенозной разницы по кислороду (Stringer 1997). Во время физической нагрузки оба фактора увеличиваются: сердечный выброс возрастает за счет увеличения частоты сердечных сокращений и ударного объема, в то время как работающая мышца извлекает больше кислорода из каждой единицы крови, снижая содержание кислорода в венозной крови и увеличивая артериовенозную разницу. Извлечению способствует сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина вправо в теплой, кислой среде с высоким содержанием углекислого газа в активной мышце, что облегчает высвобождение кислорода. Максимальное поглощение кислорода, достигаемое при истощении, отражает интегрированную способность этого транспортного пути, при этом сердечный выброс и диффузия и утилизация кислорода в мышцах вносят вклад в его потолок (Wagner 1996), а скорость, с которой поглощение кислорода возрастает в начале работы, отражает динамику этой системы (Whipp 1972).

Clinical relevance

Поглощение кислорода, сердечный выброс и артериовенозная разница по кислороду являются центральными переменными в кардиопульмональном нагрузочном тестировании и в понимании того, почему сердечные, легочные и гематологические состояния снижают переносимость физической нагрузки. Эта статья представляет нормальную физиологию для справки и не является основанием для индивидуальной диагностики или лечения.

Evidence & guidelines

Описание основано на исследованиях на людях, измеряющих поглощение кислорода, сердечный выброс и содержание кислорода в крови во время физической нагрузки, а также на интегративных анализах детерминант максимального транспорта кислорода, синтезированных в обзорах и учебниках по физиологии (Wagner 1996; Stringer 1997; West textbook). Доказательства являются механистическими и наблюдательными.

History

Основа для транспорта кислорода восходит к принципу Адольфа Фика XIX века, связывающему поглощение кислорода с кровотоком и артериовенозной разницей по кислороду. Физиология физических упражнений XX века измеряла эти переменные при различных рабочих нагрузках и разрабатывала интегративные модели пределов максимального поглощения кислорода (Wagner 1996; Stringer 1997).

Debates

Что ограничивает максимальное поглощение кислорода?

Обсуждалось, определяется ли потолок поглощения кислорода главным образом центральной доставкой кислорода (сердечный выброс и содержание кислорода в артериальной крови) или периферической диффузией и утилизацией в мышцах, при этом интегративные анализы указывают на вклад нескольких этапов транспортного каскада.

Key figures

• Peter D. Wagner
• Karlman Wasserman
• Brian J. Whipp
• William W. Stringer
• August Krogh

Seminal works

• wagner-1996
• stringer-1997

Frequently asked questions

Что показывает артериовенозная разница по кислороду?

Она показывает, сколько кислорода ткани извлекают из каждой единицы крови; большая разница во время физической нагрузки означает, что мышцы удаляют больше кислорода, который доставляет кровь.

Как поглощение кислорода так сильно увеличивается во время физической нагрузки?

Согласно принципу Фика, поглощение кислорода равно сердечному выбросу, умноженному на артериовенозную разницу по кислороду, и во время физической нагрузки оба показателя возрастают: сердце перекачивает больше крови, а мышцы извлекают большую долю кислорода, который она несет.