Физиология дыхания

В одну из вен вводят канюлю. Канюля вводится также в каждый из концов изолированного кишечника для введения изучаемых веществ. В кишечник вводится оннометр, и изменения -объема записываются. Зажатием вены получается увеличение объема, позволяющее вычислить количество крови, притекающей в сосуд данного органа в единицу времени. Эту методику с успехом можно заменить методом, разработанным Баркрофтом и Шором для печени. Можно ввести канюлю в v. lienalis или в v. pancreatieo-duodenalis и при взятии крови зажимать v. porta. Т. о. кровь из кишечника полностью протекала бы через означенную вену. 8. М о з г. Газообмен этого органа изучен Гиллом и Набарро (Hill, Nabarro) и впоследствии Александе-ром и Черна (Alexander, Czerna). Трепанируют в области torculae Herophyli sinus longitudinalis и вводят канюлю в sinus. Этим способом можно получить сравнительные данные. Абсолютную величину газообмена этим методом определить нельзя, т. к. при этом определяется лишь часть венозной крови мозга.

Мышцы. Первые удовлетворит, результаты получены Пунцом (1878), определявшим одновременно с газами артериальной и венозной крови и скорость течения крови. Впоследствии (1887) Шово и Кауфман на жевательных мышцах лошади изучили влияние нормальной работы (жевание).

Опыты на газообмен были повторены впоследствии на m. gastrocnemius кошки Ферцаром, применявшим методику Баркрофта. После перевязки всех боковых бедренных вен, впадающих в v. femoralis, вводят канюлю в v. saphena. При взятии крови накладывается зажим на v. femoralis выше впадения у. saphenae. Баркрофт и Като пользуются особой пипеткой, служащей одновременно и канюлей, и вместо зажима употребляют петлю из шерстяной нитки, которая приподнимается при взятии крови.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок Пипетка для газов крови.

Поглощение О. при покос равняется 0,0032--0,0086 см (по Ферцару). Недостаток всех этих исследований заключается гл. обр. и кратковременности опыта, вследствие чего результаты не всегда удовлетворительны, особенно по отношению к дыхательному коэффициенту. Вместо этого прямого определения газообмена данного органа Тангль (Tangl) и его школа пользуются методом косвенного определения газообмена отдельного органа. Принцип этого метода заключается в том, что у кураризованных животных сравнивают газообмен до и после экстирпации того или другого органа. По уменьшению газообмена после этой экстирпации определяется газообмен этого органа. Методика вкратце следующая: после предварительной трахеотомии в v. jugularis вводится 1 %-ный раствор кураре и затем устанавливается искусственное Д.

Для избежания охлаждения животное оставляется в термостате в продолжение всего опыта. Вместо кураре нек-рые авторы пользуются уретаном или хлоретоном или комбинируют оба вещества. Этой методикой Тангля был исследован газообмен после, удаления почек, поджелудочной железы, печени, селезенки, кишечника и отдельных конечностей. Выключение почек производилось перевязкой почечных сосудов. Таким же путем выключалась и селезенка. Поджелудочная железа удалялась полностью.

Для выключения печени перевязывается v. porta у самой печени, а затем соединяется с v. cava, т. ч. кровь из воротной системы течет прямо в v. cava, не проходя через печень. Уменьшение газообмена после удаления обеих почек равняется 8,7%, после удаления поджелудочной железы--8%, после выключения селезенки--0,7% и после выключения печени--12%. Исследования по этому методу вызывают серьезную критику. Вряд ли можно предполагать, что удаление определенного органа остается без всякого влияния на деятельность остальных органов, и с другой стороны увеличение деятельности определенного органа путем введения специфических стимулирующих веществ вряд ли остается без влияния на остальную часть организма.

Исследование изолированных органов при искусств, циркуляции. Преимущество этого метода заключается в более широкой возможности изменять экспериментальные условия, особенно в отношении состава питательной жидкости, и одновременно выключать влияние остальных органов на деятельность и на газообмен данной ткани. Для определения дыхательного газообмена изучаемой ткани достаточно определить содержание О_а и СО_а как в притекающей, так и в оттекающей жидкости, одновременно устанавливая и скорость течения. Необходимым условием является свежесть тканей, и поэтому искусственная циркуляция должна производиться по возможности скоро после удаления изучаемого органа, особенно когда дело идет о тканях, быстро теряющих свою дыхательную способность, как напр. печень, мозг, сердце и другие. С другой стороны известно, что более длительное прекращение циркуляции также усиливает склонность к отекам. Поэтому необходимо изолировать орган лишь по окончании всех приготовлений, избегая при этом охлаждения и слишком длительного промывания органа физиол. раствором, т. к. это часто ведет к понижению дыхательной способности ткани и вызывает отеки. Питательной жидкостью может служить цельная кровь (не свертывающаяся благодаря прибавлению гирудина, гепарина или же германина Bayer 205) (Брюхоненко и Чечулин), дефибринированная кровь, взвесь эритроцитов в физиол. растворе или наконец насыщенный кислородом солевой раствор (раствор Ringer-Locke, Tyrode и др.). Применение солевых растворов представляет целый ряд недостатков, как напр. появление отеков вследствие недостаточной вязкости употребляемой жидкости, переход в раствор и выщелачивание определенных, содержащихся в ткани веществ, и к тому же еще недостаточность снабжения 0₈, когда дело идет о тканях теплокровных животных. Для увеличения вязкости к питательной перфузионной жидкости прибавляют белок, желатину или гуммиарабик. Верной (Vernon) рекомендует прибавление сыворотки в размере 2%. Для повышения деятельности данного органа прибавляют к питательной жидкости соответствующие вещества (мочевину для почек, глюкозу для сердца и т. д.). При исследовании газообмена органов теплокровных животных t° питательной жидкости, равно как и t^G содержащего изучаемый орган сосуда должны быть близки к t° тела (37°---38°). При изучении органов хладнокровных можно удовлетвориться обычной комнатной t° (18--22°). В последнее время широко применяется метод Гейманса и Кох-мана (Heymans, Kochmann) -- изучаемый орган включается в круг циркуляции другого животного -- и метод Старлинга (изучаемый орган питается кровью, протекающей через изолированные сердце и легкие--«сердечно-легочный препарат»). Этими последними методами достигаются условия, наиболее близкие к физиологическим: постоянная артериализация и перемешивание крови и кроме того предотвращение накопления сосудосуживающих веществ в крови--фактор очень важный, т. к. при обычном методе искусственной циркуляции часто наступает сужение сосудов и вследствие этого в значительной степени замедляется течение крови в изучаемом органе.

Внимания заслуживает и аппарат Якоби. Путем искусственной циркуляции был изучен газообмен целого ряда органов и тканей теплокровных и хладнокровных животных. Самые лучшие результаты получены при применении методов Гейманса - Кохмана и сердечно - легочного препарата Старлинга. В следующих таблицах указана интенсивность газообмена в разных тканях. Приведенные числа обозначают количество поглощенного 0₂ (си³) на 100 г ткани в одну минуту.

Рисунок Аппарат Jacoby: M--шкив; Z--двойной эксцентрик; Ь\,Е_а--сосуды, содержащие легкие и исследуемый орган; С„С_Я--резиновые шары, служащие регуляторами; D„D_a--сосуды, в которые собирается кровь; В,,В_а--змеевики для артериальной и венозной крови; F--резервуар для крови; А„ A_a--сердечные насосы.

Полученные результаты относятся частью к изолированным органам, частью к органам in situ. Часть результатов получена путем сравнения полного газообмена животного до и после удаления или выключения определенного органа, так наз. косвенным методом. Опыты на измельченных тканях. Вышеуказанными методами исследования удалось определить интенсивность Д., т. е. газообмен разных тканей и органов, а также установить влияние целого ряда физиол. и пат. факторов на тканевое Д. Для изучения самого механизма дыхательных процессов, т. е. природы окисляемых веществ, как и катализаторов окисления, эти методы оказываются недостаточными.

Эту цель и преследуют опыты на изолированных измельченных тканях. Первые попытки определения газообмена в фрагментах вырезанной из организма ткани были сделаны Спалланцани и возобновлены Германом и П. Бером. При этом куски ткани вводились в сосуд определенной емкости, содержащий воздух, после определенного времени изучался состав этого воздуха, и таким обр. определялось количество поглощенного 0₂ и выделенной С0₂. Полученные т. о. данные далеко не удовлетворительны. Газообмен весьма незначителен, что объясняется недостаточным контактом дышащей массы с 0₂. Лучшие результаты получены при применении выработанной Бателли (Batelli) и Штерн методики, принцип к-рой заключается во взвешивании тонко измельченной ткани в определенного состава жидкости при постоянном взбалтывании этой смеси в присутствии 0₂ и при t° тела. Применение этого метода помимо значительной интенсивности газообмена дает возможность точнее и глубже анализировать механизм тканевого Д. и исследовать влияние целого ряда физ. и хим. агентов на отдельные факторы дыхательного процесса.

На этом принципе основано большинство применяющихся теперь методов, которые в сущности представляют собой лишь видоизменение метода Бателли и Штерн.

Сущность этого метода следующая: изучаемая ткань берется тотчас же после смерти животного, измельчается ножницами или в мясорубке, и определенное количество вводится в сосуд (Эрленмейеровская колба), содержащий несколько объемов определенного состава жидкости (кровь или 1%-ный раствор Na₂HP0₄). С помощью насоса воздух отсасывается, колба наполняется 0₂, после выравнивания t° колба соединяется с манометром или эвдиометром, и начинается взбалтывание.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок Schuttel-агшарат Бателли-Штерн.

Изменение объема газа в сосуде отмечается эвдиометром или манометром. Образовавшаяся С0₂ поглощается щелочью, к-рая заключается в особом сосудике, подвешенном или прикрепленном к стенке сосуда, содержащего ткань. В случаях, когда желательно одновременно определить поглощение 0₂ и выделение С0₂, к концу опыта в сосуд вводят определенное количество раствора щелочи для поглощения всей свободной С0₂. Уменьшением общего объема газа в сосуде определяется количество поглощенного 0₂. Затем прибавляется определенное количество к-ты для освобождения связанной С0₂. Количество выделенной С0₂ определяется анализом газовой смеси или же исчисляется непосредственно из увеличения объема газа после прибавления к-ты. В обоих случаях к С0₂, находящейся в газовой смеси, необходимо прибавить и С0₂, находящуюся в растворе, и из общего количества нужно вычесть предсуществующую С0₂. Отношение полученной т. о. С0₂ к поглощенному 0₂ составляет дыхательный коэффициент, величина которого в опытах Бателли и Штерн очень близка к нормальному дыхательному коэффициенту теплокровных животных. Во избежание влияния бактерийного фактора необходимо по возможности сократить длительность опыта, т. к. применение антисептиков не остается без влияния на ход дыхательных процессов. В большинстве опытов можно ограничиться поэтому 30 мин. Этот срок может быть даже сокращен до 10--15 мин., тем более что интенсивность Д. постепенно понижается. При употреблении тканей хладнокровных животных, а также тканей теплокровных, не требующих предварительного измельчения для облегчения доступа 0₂, как напр. диафрагма мелких животных (мыши), дыхание сохраняет свою первоначальную интенсивность в течение более длительного периода, особенно если вместо солевого раствора применяют сыворотку.--Варбург заменил эвдиометрическое измерение газа манометрическим, что позволило работать с весьма малыми количествами ткани. Испытуемая ткань в виде тонких, обеспечивающих достаточную диффузию кислорода срезов или в виде взвеси клеток (эритроциты, яйца низших животных) помещается в небольшие сосудики той или иной формы (респирометры), присоединенные к манометру. Подкручиванием винта у резинового резервуара манометра достигают того, что объем газа в респирометре остается постоянным; по изменению давления судят о поглощении 0₂ (выделяемая при Д. С0₂ поглощается помещенной в специальном резервуаре респирометра щелочью).

Респирометр погружают в водяной термостат и приводят в непрерывное качательное движение электромотором, чем обеспечивается равновесие газов между средой и свободным пространством респирометра. Опытами Бателли и Штерн установлено, что большинство тканей после смерти животного быстро теряет значительную часть своей дыхательной способности. Это уменьшение дыхательной способности для некоторых тканей протекает вначале очень быстро, а затем Д. остается на определенном минимуме. В других тканях отмечается более медленное и более длительное падение дыхательной способности до полного исчезновения ее.

Попытки установить природу тех веществ, которые непосредственно окисляются в дыхательном процессе, показали, что прибавление нек-рых веществ к дышащей ткани увеличивает поглощение 0₃ и часто также выделение С0₂, между тем как прибавление других веществ остается без влияния или поглощение 0₂ и выделение С0₂. Установлено также, что увеличению газообмена в этих случаях соответствуют иногда уменьшение количества прибавленного вещества и появление определенных продуктов окисления. Так, работами Бателли и Штерн установлено, что прибавление янтарной кислоты увеличивает поглощение О_г и что одновременно появляется яблочная кислота. Эйнбек (Einbeck) впоследствии показал, что первым продуктом является фумаровая к-та, к-рая затем переходит в яблочную к-ту. Прибавление яблочной, фумаровой и лимонной кислот повышает поглощение 0₂ и выделение С0₂ (дыхательный коэффициент=1,33), при чем исчезает соответствующее количество прибавленных веществ. Работами Мейергофа установлено, что прибавление молочной к-ты к мышечной ткани в значительной степени увеличивает газообмен и что одновременно с исчезновением молочной к-ты отмечается увеличение гликогена в ткани. Газообмен нек-рых тканей (например почка, печень) увеличивается при прибавлении мочевой к-ты. Одновременно появляется за счет исчезнувшей мочевой к-ты аллантоин, т. е. продукт ее окисления. Прибавление этилового алкоголя также ведет к усилению газообмена. Одновременно с исчезновением алкоголя появляются альдегид и уксусная к-та. Т. к. перечисленные вещества и целый ряд других являются продуктами промежуточного обмена в организме, то можно предполагать, что они и являются частью того материала, к-рый сгорает в тканях в аэробной фазе Д. Говоря о Д., имеют в виду лишь аэробную конечную фазу дыхательного процесса. Анаэробная фаза, предшествующая окислению, представляет большую аналогию с процессом брожения. Факторы, влияющие на интенсивность Д., могут конечно действовать или на анаэробную или же на аэробную фазу процесса. (Об анаэробной фазе--см. Анаэробиоз и Гликолиз.) Что же касается аэробной фазы Д., то, по Бателли и Штерн, следует различать два вида Д.: главное Д. и акцессорное Д. Главное Д. наблюдается во всех тканях высших животных, где оно составляет существенную часть дыхательного процесса. Оно исчезает б. или м. быстро после смерти животного и отличается неустойчивостью и чувствительностью по отношению к разным физ. и хим. факторам. Кривая уменьшения энергии дыхания печени после смерти животного.

Извлечением измельченной мышцы водой удается отделить друг от друга эти два агента; тщательно отжатая ткань сохраняет лишь незначительную часть своей активности. Прибавление водного экстракта мышцы (свежего или прокипяченного) восстанавливает первоначальную интенсивность дыхания. Активные вещества, которые содержатся в этом экстракте, термостабильны, легко растворимы в воде, слабее в алкоголе, ацетоне, нерастворимы в эфире, хлороформе и бензоле, не уничтожаются ни кислотами, ни щелочами, ни пищеварительными ферментами, не окисляются Н₂0₂, но разрушаются под влиянием H₂0₃+FeCl_s. Пнеин по всей вероятности играет роль кофермента, и, как установил впоследствии Мейергоф, этот кофермент представляет большую аналогию с коферментом зимазы. Катализаторы главного дыхания (или «основного дыхательного процесса» Бателли и Штерн) не извлекаются из тканей без предварительного разрушения структуры клеток. Эти катализаторы, «оксидоны», тесно связаны с клеточной структурой, по всей вероятности адсорбированы структурными элементами клеток и лишь по разрушении их переходят в экстракт. Катализаторы основного дыхательного процесса отличаются особой лябильностью, теряют активность после смерти животного в разных тканях с разной быстротой, чувствительны к высокой температуре (оптимум их действия при 40°), к действию алкоголя, ацетона, кислот и щелочей, к действию протеолитических ферментов и целого ряда ядов, особенно--растворимых в липоидах наркотических веществ, мышьяковистой к-ты, альдегидов и т. д. На акцессорное Д. эти вещества не действуют. Наряду с пнеином из большинства измельченных тканей удается извлечь особое вещество (или смесь веществ), обладающее способностью понижать интенсивность главного Д., но остающееся без влияния на другие окислительные катализаторы. Антипневмин не диализирует и увлекается при осаждении экстрактов (кривая действия антипневмина). Акцессорное Д., составляющее в большинстве тканей высших животных сравнительно незначительную часть дыхательного процесса, сохраняется без явного изменения в тканях довольно долго после -смерти животного. Катализаторы акцессорного дыхания Бателли и - Штерн относят к типу оксидаз или оксидоредуказ (в отличие от катализаторов главного Д.-- окси-донов); они сравнительно легко извлекаются из измельченных тканей и по видимому не связаны со структурой клетки. Акцессорному Д., наиболее выраженному в железистых органах, Бателли и Штерн приписывают гл. образ, защитную функцию--обезвреживание ядовитых для организма веществ путем их окисления. При акцессорном Д. помимо поглощения 0₂ имеет место и образование С0₂, но дыхательный коэффициент значительно ниже, чем при главном дыхании. Интенсивность акцессорного дыхания лишь в немногих тканях, как печень и почка, представляет значительную величину, в большинстве же других интенсивность незначительна и в мышце напр. совершенно ничтожна.

В отличие от акцессорного Д. главное Д. существует во всех тканях высших животных. Главное Д. постепенно понижается в тканях после смерти животного и наконец совершенно исчезает, между тем как акцессорное дыхание остается без изменения сравнительно долго. 3. Катализаторы главного Д. не извлекаются из тканей без предварительного уничтожения клеточной структуры, между тем как катализаторы акцессорного дыхания извлекаются весьма легко. 4. Под действием алкоголя и ацетона уже в концентрации 30--40% главное Д. окончательно уничтожается, акцессорное же в этих условиях не нарушается. 5. Трипсин очень быстро и полностью уничтожает главное Д. и остается без влияния на акцессорное, по крайней мере при непродолжительном действии (7₂--1 час). 6. Оптимум t° для главного Д. 40°; нагревание до 52° полностью его уничтожает, между тем как оптимум акцессорного Д. лежит между 50° и 55°. 7. Давление 0₂ оказывает большое влияние на интенсивность главного Д. В атмосфере чистого 0₂ главное дыхание происходит интенсивнее, чем в обычном воздухе. Акцессорное Д. не усиливается заменой воздуха чистым 0₂. 8. Главное Д. в значительно большей степени зависит от реакции среды, чем акцессорное. 9. Пнеин усиливает главное Д., но остается без влияния на акцессорное Д. Антипневмин подавляет главное Д., но не влияет на акцессорное. Впоследствии было установлено Штерн, что существенная разница в механизме действия оксидонов и оксидаз заключается в том, что оксидоны могут пользоваться в качестве акцептора водорода лишь активным кислородом, при чем образуется вода, между тем как оксидазы могут пользоваться в качестве акцептора водорода как молекулярным 0₂, образуя при этом Н₈0₂, так и другими телами вроде метиленовой синьки, нитратов и др. Косвенным подтверждением этой теории является обилие каталазы в тех органах, в к-рых дыхательный процесс носит характер оксидазный, и отсутствие или незначительное количество каталазы в тех органах, в к-рых протекают исключительно оксидонные процессы. Особым методом определения тканевого Д. пользуются Тунберг (Thunberg) и его школа. Исходя из широко развитого Виландом (Wieland) принципа, что биологич. окисление состоит в отнятии водорода от окисляемого вещества («донатора») и в перенесении его на вещество, играющее роль акцептора (см.), Тунберг заменяет О_г, являющийся по теории Виланда главным акцептором Н, метиленовой синькой, которая при соединении с Н обесцвечивается, переходя в лейкобазу. Быстрота, с к-рой происходит это обесцвечивание, указывает на интенсивность окислительного или, вернее, дегидрогенизирующего процесса. Пользуясь этой методикой, школа Тунберга изучила не только вещества, могущие быть окисленными животными тканями, но и влияние, к-рое оказывают на тканевое Д. различные физиол. факторы, в том числе и продукты эндокринных веществ, витамины и т. д. (Ahlgren и др.).

Установлено, что не существует параллелизма между обесцвечиванием метиленовой синьки и поглощением 0₂ в этих же условиях; поэтому интенсивность обесцвечивания метиленовой синьки Не может служить мерилом окислительной энергии данной ткани (Бах и Михлин). Это отсутствие параллелизма между этими двумя процессами объясняется, по предложенной Штерн теории, тем, что часть катализаторов, участвующих в дыхательных процессах, а именно оксидоны, может переносить водород лишь на активированный 0₂, другая же часть катализаторов, а именно оксидазы, или вернее-- оксидоредуказы, способна переносить активный водород как на молекулярный кислород, так и на другие акцепторы Н, в том числе и на метиленовую синьку. Т. о. обесцвечивание метиленовой синьки отображает лишь незначительную часть дыхательных процессов, а именно--оксидазные процессы, составляющие акцессорное Д. Наиболее значительная часть дыхательных процессов (главное Д., оксидонные процессы) ничего общего с обесцвечиванием метиленовой синьки не имеет.

В механизме дыхательных процессов значительную роль играет структурный фактор. Работами Бателли и Штерн было установлено, что катализаторы главного дыхания тесно связаны со структурой клеток. Варбург впоследствии показал, что между определенной структурой клеток и интенсивностью дыхательных процессов существует тесная связь. Так, ядерные эритроциты птиц поглощают значительно больше 0₂, чем безъядерные эритроциты млекопитающих, с другой стороны более молодые эритроциты, протоплазма которых представляет сетчатую структуру, проявляют большую дыхательную энергию, чем более старые эритроциты. Уничтожение структуры путем растирания клеток ведет к полному исчезновению Д. Опыты, проделанные на развивающихся яйцах морских ежей, показали, что одновременно с оплодотворением и развитием структурного клеточного вещества дыхательные процессы в значительной степени усиливаются. Уже в первые минуты, следующие за оплодотворением, Д. увеличивается в 80 раз; уничтожением структуры и в этом случае Д. сильно понижается. Сильное угнетающее действие наркотических веществ на Д. находится в тесной связи с их адсорбцией на поверхности; уменьшение поверхности, к-рое происходит вследствие блокирования ее наркотическими веществами, приводит к уменьшению окислительной способности. Наряду со структурным фактором, не обладающим никакой специфичностью, Варбург предполагает и участие в процессе дыхания специфичного катализатора в виде особого органического соединения железа. Этот «дыхательный фермент», который угнетается уже ничтожным количеством HCN, имеет, по последним исследованиям Варбурга, структуру, подобную гемохромогену; по крайней мере абсорпционный спектр СО-соединения этого фермента представляет полную идентичность с абсорпционным спектром СО-соединения гемохромогена. Этот фермент является, по Варбургу, идентичным во всех аэробных организмах. Роль его сводится к активированию и к переносу кислорода. л. Штерн.

Размещено на Allbest.ru