Главная » Полный перечень статей, Специальные разделы » Основные физико-химические соображения кровообращения
Для поддержания оптимального метаболизма все живые клетки требуют подходящей среды, которая должна поддерживаться в относительно узких пределах. Необходима соответствующая газовая фаза (то есть подходящие уровни кислорода и других газов), адекватное и подходящее снабжение питательными веществами, а также средство удаления нежелательных продуктов.
Прямая диффузия через поверхность тела обеспечивает организмы необходимыми газами и питательными веществами, но даже некоторые простейшие одноклеточные имеют рудиментарную систему кровообращения.
Для большинства клеток животных подача кислорода в значительной степени не зависит от животного и, следовательно, является ограничивающим фактором его метаболизма и, в конечном счете, его структурой и системой распределения. Однако питание тканей контролируется самим животным и потому, что оба основных катаболических конечных продукта метаболизма – аммиак (NH3) и двуокись углерода (CO2) – более растворимы, чем кислород (O2) в воде. Скорость диффузии CO2 меньше, чем O2, но его растворимость в 30 раз выше, чем у кислорода. Это означает, что количество диффузии СО2 в 26 раз выше, чем для кислорода при одинаковой температуре и давлении.
Кислород, доступный клетке, зависит от концентрации кислорода во внешней среде и эффективности, с которой он переносится в ткани. Сухой воздух при атмосферном давлении содержит около 21 процента кислорода, процентное содержание которого уменьшается с увеличением высоты. Хорошо аэрированная вода имеет тот же процент кислорода, что и окружающий воздух, однако количество растворенного кислорода определяется температурой и присутствием других растворенных веществ. Например, морская вода содержит на 20 процентов меньше кислорода, чем пресная вода в тех же условиях.
Скорость диффузии зависит от формы и размера рассеивающей среды, через которую она диффундирует, градиента концентрации и температуры. Эти физико-химические ограничения, связанные с газовой диффузией, имеют отношение к дыханию животных. Исследования показали, что сферический организм размером более 0,5 миллиметра (0,02 дюйма) не получит достаточного количества кислорода для данной скорости метаболизма и поэтому ему потребуется дополнительный транспортный механизм. Многие беспозвоночные небольшие, с прямым диффузионным расстоянием менее 0,5 мм. Значительно более крупные виды, однако, все еще выживают без внутренней системы кровообращения.
Ещё новости: