Диффузия газов между альвеолярным воздухом и капиллярами легких

Обмен газов в легких определяется такими факторами как вентиляция легких, перфу­зия, т. е. интенсивность кровотока через легкие, и процесс диффузии.

Диффузия газов осуществляется через легочную мембрану — это многослойный «пирог», представленный пленкой сурфактанта, эпителием альвеолы, интерстицием (2 основные мемб­раны), эндотелием капилляра и слоем плазмы. Толщина этой мембраны около 1 мкм. При пато­логии, например, при отеке легких или при фиброзах легких, толщина мембраны может суще­ственно возрастать, что нарушает процесс диффузии газов. В цепом, у человека площадь легоч­ной мембраны, через которую осуществляется диффузия, в норме составляет 50—80 м². При резекции легких, при ателектазе, при пневмонии эта площадь значительно уменьшается, что снижает диффузионные процессы.

Процесс диффузии описывается первым законом диффузии Фнка: диффузионный поток, т. е. количество вещества, проходящего через площадь слоя А за единицу времени, — пря­мо пропорционален градиенту давления (Р,—Р₂) и площади А и обратно пропорционален толщине слоя (1).

где К — коэффициент диффузии (коэффициент Крога), или диффузионная проводимость, который зависит от природы газа. Для углекислого газа он в 20—25 раз выше, чем для кислорода. Закон Фнка показывает факторы, от которых зависит скорость диффузии. В кли­нической практике широко используется понятие «диффузионная способность легких» (ДСЛ): это отношение объема газа, продиффундировавшего через легочную мембрану за 1 минуту в расчете на 1 мм рт. ст. градиента давления. Для кислорода ДСЛ составляет около 25—30 мл кислорода на 1 мм рт. ст. в 1 мин, а для углекислого газа — около 600 мл на 1 мм рт. ст. в 1 минуту. Расчет ведется на основании замера объема поглощенного кисло­рода или выдохнутого углекислого газа (мл/мин) и градиента давления. Первый показатель можно получить, например, с помощью прибора «Спиролит» или «Метатест». Расчет гра­диента давления осуществляется с учетом градиента давления на протяжении всего легоч­ного капилляра. Например, для кислорода в альвеолярном воздухе рО₂ 100 мм рт. ст., в капилляре на начальном его конце — 40 мм рт. ст., на дистальном — почти 100 мм рт. ст., средний градиент равен примерно 10 мм рт. ст. Следовательно, если за минуту испытуе­мый поглотил 300 мл кислорода, то ДСЛ - 300 : 10 - 30 мл кислорода на 1 мм рт. ст. в 1 минуту. Для углекислого газа средний градиент между альвеолярным воздухом и кровью равен 0,4—0,5 мм рт. ст. Если за 1 минуту выдыхается 250 мл СО₂> то ДСЛ для СО₂ составляет 250: 0,4 = 620 мл/мм рт. ст. в минуту.

Контакт крови с альвеолярным воздухом происходит за 0,3—0,7 с. За этот период вре­мени осуществляется полное выравнивание парциальных давлений (напряжений) газа. Учи­тывая, что процесс связывания кислорода гемоглобином протекает еще быстрее — за не­сколько милисекунд, — то процесс диффузии и насыщения крови кислородом и отдача уг­лекислого газа происходит в полном объеме за 0,3—0,7 с.

О процессах перфузии легких уже говорилось в разделе «Малый круг кровообраще­ния». Добавим лишь, что соотношение между объемом вентиляции и объемом перфузии является важным фактором газообмена. В легких, несмотря на существование альвеоляр-но-капиллярного рефлекса, регулирующего соотношение между вентилируемыми альвео­лами и процессом их перфузии, возникает ситуация, при которой имеет место не только анатомическое мертвое пространство, но и альвеолярное мертвое пространство, т. е. име­ются вентилируемые альвеолы, лишенные кровотока. Поэтому при расчете объема вентиля­ции легких учитывается объем физиологического мертвого пространства (суммы анатомичес­кого и альвеолярного мертвых пространств). В норме объем вентиляции легких (с вычетом

физиологического мертвого пространства) составляет примерно 0,8 от объема перфузии лег­ких (80%).

В положении «лежа» в силу гидростатического давления легкое равномерно снабжает­ся кровью: верхушки, средние области и основание получают примерно одно и то же коли­чество крови. В положении «сидя» верхушки легких снабжаются кровью хуже (примерно на 15% меньше, чем в положении «лежа»), а стоя — на 25% меньше. Таким образом, пер­фузия легких максимальна в положении «лежа». Поэтому при необходимости увеличить диффузию газов у человека его следует перевести в позу «лежа».

Отметим, что наиболее опасным состоянием для газообмена является отек легких: при этом газам приходится проходить через легочную мембрану, насыщенную водой. Извест­но, что СО₂ в жидкости диффундирует примерно в 13000 раз, а кислород — в 300000 раз медленнее, чем в газовой среде.