Схема 4. Газообмін у легенях і тканинах

Рис. 54. Схема газообміну: 1 - стінка альвеоли; 2 - стінка капіляра. Чорні стрілки означають напрям руху кисню, білі - вуглекислого газу.

Альвеоли легень обплетені густою сіткою капілярів (рис.54). Стінки капілярів дуже тонкі, що сприяє проникненню газів із легень у кров і навпаки. Газообмін залежить від поверхні, через яку здійснюється дифузія газів і різниці парціального тиску дифундуючих газів. Встановлено, що від різниці напруги кисню в 1 мм рт.ст. у дорослої людини, яка знаходиться в стані спокою, в кров надходить 25 – 69 см³ кисню за хвилину. Різниця тисків кисню в 70 мм рт.ст. достатня для забезпечення організму киснем за різних умов його діяльності.

У крові кисень сполучається з гемоглобіном, утворюючи оксигемоглобін. 1 г гемоглобіну зв’язує 1,34 см³ кисню. В альвеолярному повітрі парціальний тиск кисню 100 – 110 мм рт.ст. За цих умов 97% гемоглобіну крові з’єднується з киснем.

Що ж до вуглекислого газу, то вміст, а отже і парціальний тиск його в альвеолярному повітрі менший, ніж у венозній крові, яка рухається по капілярах легень. У венозній крові, яка надходить до легень, парціальний тиск вуглекислого газу дорівнює 47 мм рт.ст., а в альвеолярному повітрі — 40 мм. Цієї різниці цілком досить для забезпечення дифузії вуглекислого газу з крові в альвеолярне повітря.

Вуглекислий газ у крові сполучається, головним чином, з лугами, утворюючи з ними двовуглекислі солі або бікарбонати. Крім цих солей, у перенесенні вуглекислого газу бере участь і гемоглобін. Це вперше встановив наприкінці ХІХ ст. І.М. Сєченов.

У тканинах безперервно відбуваються окислювальні процеси, в яких сполучається кисень. Перехід кисню з крові в тканини зумовлюється різницею парціальних тисків його в крові і тканинах. В артеріальній крові парціальний тиск кисню 96 мм рт.ст., в тканинній рідині — 20 – 46 мм рт.ст. Різниця тиску кисню забезпечує енергійний перехід кисню з плазми крові через стінку капіляра в тканинну рідину.

Газообмін між тканинною рідиною і клітинами відбувається завдяки різниці напруження кисню: в тканинній рідині - 20-46 мм рт.ст., а в клітинах - близько до нуля. Напруження вуглекислого газу становить 60 мм рт.ст. внаслідок утворення його в мітохондріях. Таким чином, вуглекислий газ переходить у тканинну рідину і кров, а кисень - в клітини. Збідніла на кисень кров поступає в легені, де цикл обміну газів повторюється. У клітинах різниця напруження газів підтримується безперервним процесом біологічного окислення.

Крім різниці парціального тиску, на ступінь віддачі кисню оксигемоглобіном впливає величина тиску вуглекислого газу. Чим більше його в крові, тим слабший зв’язок гемоглобіну з киснем. Крім концентрації вуглекислого газу, на міцність зв’язку гемоглобіну з киснем впливає також реакція крові. Навіть незначне порушення реакції у бік кислої спричиняє посилення віддачі кисню. Міцність зв’язку гемоглобіну з киснем залежить також і від температури: при підвищенні температури зв’язок слабший, при зниженні — сильніший.

Зв’язування вуглекислого газу і віддача його кров’ю залежить від його напруження в тканинах і крові. Важлива роль при цьому належить ферменту карбоангідразі, який міститься в еритроцитах. Цей фермент, залежно від вмісту вуглекислого газу, прискорює в багато разів реакцію: CO₂+H₂O=H₂CO₃. В капілярах тканини, де напруження вуглекислого газу високе, відбувається утворення вугільної кислоти. У легенях карбоангідраза сприяє дегідратації, що приводить до витіснення вуглекислого газу із крові.

Газообмін у легенях дітей тісно пов’язаний з особливостями регуляції у них кислотно-лужної рівноваги. Навіть при незначному зрушенні рівноваги у бік підкислення у дітей виникає задишка.

Багато речовин, зокрема наркотики (ефір, хлороформ, спирти), гальмують процеси дихання. Небезпечною отрутою є чадний газ, який утворюється в результаті неповного згорання дров, вугілля тощо. При вдиханні чадного газу в легені він дифундує в кров і утворює стійку хімічну сполуку з гемоглобіном, внаслідок чого гемоглобін втрачає здатність приєднувати кисень і його надходження до тканин утруднюється. Досить людині вдихнути 1 л чадного газу, як настає смерть від припинення тканинного дихання.

Регуляція дихання

Російський фізіолог Н.А. Мстиславський у 1919 році встановив, що у довгастому мозку є група клітин, зруйнування яких приводить до зупинення дихання. Так був покладений початок вивченню дихального центра, який має складну структуру. Важлива роль у регуляції дихання належить корі головного мозку. Дихальний центр координує ритмічну діяльність дихальних м’язів (скорочення і розслаблення), викликаючи почергово видих і вдих, та узгоджує дихання з функціональним станом організму.

Автоматія дихального центру зумовлюється нервовими імпульсами, які надходять із нервових закінчень легень, судин, м’язів, а також тих, які виникають у вищих відділах центральної нервової системи.

Усяке збудження дихального центра змінює нервові імпульси, які від нього надходять до дихальних м’язів, а це приводить до зміни дихання — збільшення частоти і глибини його або, навпаки, послаблення і сповільнення.

Особливо велике значення в регуляції дихання мають доцентрові нервові волокна, закінчення яких лежать у легенях. При спаданні легень під час видиху відбувається механічне подразнення чутливих закінчень блукаючого нерва, які містяться в стінках альвеол. Нервове збудження, що виникає при цьому, надходить у дихальний центр і збуджує його. Від дихального центра надходять імпульси до дихальних м’язів, які у відповідь скорочуються і відбувається вдих. Під час вдиху легені розтягуються, а це спричиняє механічне подразнення інших закінчень блукаючого нерва в легенях. Збудження, що в них виникає, досягає дихального центра і викликає гальмування його. Внаслідок цього з дихального центра перестають надходити імпульси до дихальних м’язів, останні розслаблюються і відбувається видих. Великий вплив на стан дихального центра справляє хімічний стан крові, зокрема її газовий склад. У стінках кровоносних судин є спеціальні нервові закінчення — хеморецептори, що сприймають зміну хімічного складу крові. Особливо чутливі ці рецептори до концентрації вуглекислого газу в крові. Накопичення вуглекислого газу в крові веде до подразнення рецепторів у кровоносних судинах, які несуть кров до голови, і рефлекторно збуджують дихальний центр. Подібним чином діють також кислі продукти, які надходять у кров, наприклад, молочна кислота, вміст якої збільшується під час м’язової роботи.

Під час внутрішньоутробного розвитку плід одержує кисень і віддає вуглекислий газ через плаценту організмові матері. Проте плід здійснює дихальні рухи у вигляді незначного розширення грудної клітки. Легені при цьому не розправляються, виникає тільки невеликий негативний тиск у плевральній щілині. Такі дихальні рухи плода сприяють кращому рухові і поліпшенню кровопостачання плода, а також своєрідним тренуванням функції легень. Під час пологів, після перев’язування пупкового канатика, організм дитини відділяється від організму матері. При цьому в крові новонародженого накопичується вуглекислий газ і знижується вміст кисню. Зміна газового складу крові приводить до підвищення збудливості дихального центра як гуморально так і рефлекторно через подразнення рецепторів у стінках кровоносних судин. Клітини дихального центра подразнюються — і у відповідь виникає перший вдих. А далі вдих рефлекторно викликає видих. Механічні подразнення шкіри при дотикові рук акушера до тіла дитини, нижча температура навколишнього середовища порівняно з внутрішньоутробною, підсихання тіла новонародженого на повітрі — все це також сприяє рефлекторному збудженню дихального центра і виникнення першого вдиху.

До моменту народження дитини її дихальний центр здатний забезпечувати ритмічну зміну фаз дихального циклу — вдих і видих, але це не так досконало, як у дітей старшого віку. Це пов’язано з тим, що до моменту народження функціональне формування дихального центра ще не закінчилося. Про це свідчить велика мінливість частоти, глибини, ритму дихання у дітей раннього віку. Діти перших років життя відрізняються вищою стійкістю до нестачі кисню (гіпоксії), ніж діти старшого віку. Близько ІІ років уже добре виражена можливість пристосування дихання до різних умов життєдіяльності.

Про функціональний стан дихального апарата свідчить і можливість довільно змінювати дихання (пригнічувати дихальні рухи, або робити максимальну вентиляцію). В довільній регуляції дихання бере участь кора головного мозку, центри, пов’язані із сприйняттям мовних подразників і з відповіддю на ці подразники. Довільна регуляція пов’язана з другою сигнальною системою і виникає лише з розвитком мовлення.

Велике значення мають захисні рефлекси слизових оболонок дихальних шляхів. Ці рефлекси перешкоджають попаданню в дихальні шляхи шкідливих речовин або сприяють видаленню подразнюючих речовин, які вже попали туди. Так, при подразненні чутливих рецепторів у гортані і трахеї пилом або слизом повітря судорожно виштовхується з легень при широко розкритій голосовій щілині (кашель). При подразненні слизової оболонки носа виникає чхання.