Состав атмосферного и выдыхаемого воздуха. Альвеолярный воздух как внутренняя среда организма. Понятие о парциальном давлении газов.

Атмосферный воздух, которым дышит человек, имеет относительно постоянный состав. В выдыхаемом воздухе меньше кислорода и больше углекислого газа, в альвеолярном воздухе еще меньше кислорода и больше углекислого газа (табл.1).

Таблица 1.

Содержание кислорода и углекислого газа в разных средах.

Среда 02 С02

Вдыхаемый воздух 20,93% 0,03%

Выдыхаемый воздух 16% 4,5%

Альвеолярный воздух 14% 5,5%

В выдыхаемом воздухе углекислого газа содержится меньше, чем в альвеолярном. Это связано с тем, что к выдыхаемому воздуху примешивается воздух мертвого пространства с низким содержанием углекислого газа.

Мертвое пространство

В легких можно выделить два отдела:

· ¾альвеолярное пространство— все отделы легких, в которых идет газообмен(альвеолы и альвеолярные ходы);

· ¾мертвое пространство— все дыхательные пути, в которых не идет газообмен (верхние дыхательные пути, трахея, бронхи и бронхиолы вплоть до терминальных бронхиол).

Объем мертвого пространства составляет около 150 мл. Таким образом, при каждом вдохе 150 мл поступающего воздуха не участвуют в газообмене.

Физиологическое значение мертвого пространства. Соотношение между объемом мертвого пространства и дыхательным объемом — это один из факторов, определяющих эффективность дыхания. Так, если объем мертвого пространства = 150 мл, а дыхательный объем = 450 мл, то до альвеол доходит (и участвует в газообмене) две трети дыхательного объема; если же дыхательный объем = 300 мл, то до альвеол дойдет всего половина.

Газообмен в лёгких. Парциальное давление газов (О2 и СО2) в альвеолярном воздухе и напряжение газов в крови. Основные закономерности перехода газов через мембрану.

В состав атмосферного воздуха входит 20,93% кислорода, 0,03% углекислого газа, 79,03% азота. В альвеолярном воздухе содержится 14% кислорода, 5,5% углекислого газа и около 80% азота. При выдохе альвеолярный воздух смешивается с воздухом мертвого пространства, состав которого соответствует атмосферному. Поэтому в выдыхаемом воздухе 16% кислорода, 4,5% углекислого газа и 79,4% азота. Дыхательные газы обмениваются в легких через альвеоло-капиллярную мембрану. Это область контакта альвеолярного эпителия и эндотелия капилляров. Переход газов через мембрану происходит по законам диффузии. Скорость диффузии прямо пропорциональна разнице парциального давления газов. Согласно закону Дальтона, парциальное давление каждого газа в их смеси прямо пропорционально его содержанию в ней. Поэтому парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе 100 мм.рт.ст., а углекислого газа - 40 мм.рт.ст. Напряжение (термин применяемый для газов растворенных в жидкостях) кислорода в венозной крови капилляров легких 40 мм.рт.ст., а углекислого газа - 46 мм.рт.ст. Поэтому градиент давления по кислороду направлен из альвеол в капилляры, а для углекислого газа в обратную сторону. Кроме того, скорость диффузии зависит от площади газообмена, толщины мембраны и коэффициента растворимости газа в тканях. Общая поверхность альвеол составляет 50-80 м2, а толщина альвеоло-капиллярной мембраны всего 1 мкм. Это обеспечивает высокую эффективность газообмена. Показателем проницаемости мембраны является коэффициент диффузии Крога. Для углекислого газа он в 25 раз больше, чем для кислорода. Т.е. он диффундирует в 25 раз быстрее. Высокая скорость диффузии компенсирует более низкий градиент давления углекислого газа. Диффузионная способность легких для газа (л) характеризуется его количеством, которое обменивается за 1 минуту на 1 мм.рт.ст. градиента давления. Для кислорода в норме она равна 30 мл*мин/мм.pт.cт. У здорового человека напряжение дыхательных газов в альвеолярной крови, становится практически таким же, как их парциальное давление в альвеолярном воздухе. При нарушениях газообмена в альвеолах в крови повышается напряжение углекислого газа и снижается кислорода (пневмония, туберкулез, пневмосклероз).

Обмен газов между кровью и тканями. Напряжение О2 и СО2 в крови, тканевой жидкости и клетках.

Обмен газов в капиллярах тканей происходит путем диффузии. Этот процесс осуществляется за счет разности их напряжения в крови, тканевой жидкости и цитоплазме клеток. Как и в легких для газообмена большое значение имеет величина обменной площади, т.е. количество функционирующих капилляров. В артериальной крови напряжение кислорода 96 мм.рт.ст., в тканевой жидкости около 20 мм.рт.ст., а работающих мышечных клетках близко к 0. Поэтому кислород диффундирует из капилляров в межклеточное пространство, а затем клетки. Для нормального протекания окислительно-восстановительных процессов в митохондриях необходимо, чтобы напряжение кислорода в клетках было не менее 1 мм.рт.ст. Эта величина называется критическим напряжением кислорода в митохондриях. Ниже ее развивается кислородное голодание тканей. В скелетных мышцах кислород накапливает белок миоглобин, по строению близкий к гемоглобину. Напряжение углекислого газа в артериальной крови 40 мм.рт.ст., в межклеточной жидкости 46 мм.рт.ст., в цитоплазме 60 мм.рт.ст. Поэтому он выходит в кровь. Количество кислорода, которое используется тканями называется коэффициентом его утилизации. В состоянии покоя ткани используют около 40% кислорода или 8-10 об%.

Транспорт газов кровью.

Транспорт газов кровью.

Кислород и углекислый газ в крови находятся в двух состояниях: в химически связанном и в растворенном. Перенос кислорода из альвеолярного воздуха в кровь и углекислого газа из крови в альвеолярный воздух осуществляется через аэрогематический барьер путем диффузии. Аэрогематический барьер включает следующие структуры: пленку сурфактанта, эпителий альвеолы, две основные мембраны (альвеолы и капилляра), интсрстициальное (межклеточное) вещество, эндотелий капилляра, плазму крови и мембрану эритроцита. Толщина этого диффузионного барьера около 1 мкм.

Движущей силой диффузии является разность парциальных давлений (напряжении) кислорода и углекислого газа в крови и в альвеолярном воздухе.

Таблица 2