Обмен газов между альвеолярным воздухом и кровью
Воздухом в физическом смысле этого термина обозначается природная газовая смесь определенного состава. Уже в дыхательных путях во время вдоха соотношение газов в воздухе меняется, еще в большей степени изменения затрагивают газовую смесь в альвеолах. Поэтому термины "альвеолярный" и "выдыхаемый воздух" в физическом смысле не совсем правомочны, однако в физиологической литературе применяются. Из альвеолярного воздуха в кровь диффундирует кислород, а из крови - углекислый газ. Обогащенная кислородом кровь поступает к тканям, где парциальное давление кислорода ниже, а углекислого газа выше, в результате кислород диффундирует в тканевую жидкость, а углекислый газ - в кровь.
Состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха.
| Воздух | О2 | СО2 | N2 |
| Вдыхаемый (атмосферный) Выдыхаемый Альвеолярный | 20,94% 16,3% 14,4% | 0,03% 4,0% 5,6% | 79,03% 79,7% 80,0% |
Газообмен в лёгких и тканях осуществляется путём диффузии газов и подчиняется закону Фика:
М - количество диффундирующего газа;
t - время диффузии;
M/t - скорость диффузии;
DР - начальный градиент парциального давления газа в альвеолярном воздухе и его напряжения в крови;
Х/Ska - сопротивление диффузии;
Х – расстояние диффузии газов;
S - суммарная площадь контакта между альвеолами и капиллярами лёгких - площадь диффузии;
k - коэффициент диффузии газа, измеряемый количеством газа, проходящего путь в 1 см через поверхность в 1 м2 при определённой температуре;
a - коэффициент растворимости газа, выражающийся бъёмом газа, который может растворяться в 1 мл жидкости при температуре 0оС и давлении данного газа над жидкостью в 760 мм рт. ст.
Из формулы Фика следует, что скорость диффузии газа (в легких) прямо пропорциональна разности парциального давления газа в альвеолярном воздухе и его напряжения в крови альвеолярных капилляров. Парциальное давление газа - это давление, приходящееся на долю данного газа в смеси газов и пропорциональное его процентному содержанию в газовой смеси.
Если на границе между соприкасающимися газом и жидкостью создаётся градиент давления газа, то часть газа переходит в область более низкого парциального давления или напряжения до уравновешивания давлений.
Так как РО2 венозной крови (40 мм рт.ст.) ниже РО2 альвеолярного воздуха (102 мм рт.ст.) на 62 мм рт.ст, то этот градиент обеспечивает диффузию кислорода из альвеолярного воздуха в капилляры.
РСО2 венозной крови (46 мм рт.ст.) выше РСО2 альвеолярного воздуха на 6 мм рт.ст., что обеспечивает диффузию СО2 из венозной крови в альвеолы.
В каждой альвеоле градиент парциального давления характеризуется своим вентиляционно-перфузионным отношением (ВПО). Нормальное соотношение между альвеолярной вентиляцией и лёгочным кровотоком составляет 4/5 = 0,8, т.е. в минуту в альвеолы поступает 4 л воздуха и через сосудистое русло легких протекает за это время 5 л крови (на верхушке легкого соотношение в целом больше, чем на основании легких). Такое соотношение вентиляции и перфузии обеспечивает потребление кислорода достаточное для метаболизма за время нахождения крови в капиллярах легкого. Величина легочного кровотока в покое составляет 5-6 л/мин, движущей силой является разница давления около 8 мм рт.ст. между легочной артерией и левым предсердием. При физической работе легочной кровоток увеличивается в 4 раза, а давление в легочной артерии в 2 раза. Это уменьшение сосудистого сопротивления происходит пассивно в результате расширения легочных сосудов и раскрытия резервных капилляров. В покое кровь протекает примерно только через 50% всех легочных капилляров. По мере возрастания нагрузки доля перфузируемых капилляров возрастает, параллельно увеличивается и площадь газообменной поверхности. Легочный кровоток отличается региональной неравномерностью, которая зависит, в основном, от положения тела. При вертикальном положении тела лучше снабжаются кровью основания легких. Основными факторами, от которых зависит насыщение крови в легких кислородом и удаление из нее углекислого газа, являются альвеолярная вентиляция, перфузия легких и диффузионная способность легких.