10.2.3. Вентиляция легких и внутрилегочный объем газов

Легочной вентиляцией называют объем воздуха, вдыхаемого за единицу времени (обычно используют минутный объем дыхания).

Таким образом, вентиляция - это произведение дыхательного объема на частоту дыхательных циклов. Однако в легочном газообмене участвует не весь вентилируемый воздух, а лишь та его часть, которая достигает альвеол.

Дело в том, что примерно 1/3 дыхательного объема покоя приходится на вентиляцию так называемого мертвого пространства, заполненного воздухом, который непосредственно не участвует в газообмене и лишь перемещается в просвете воздухоносных путей при вдохе и выдохе (рис. 10.17). Следовательно, вентиляция альвеолярных пространств - альвеолярная вентиляция - представляет собой легочную вентиляцию за вычетом вентиляции мертвого пространства. Именно альвеолярная вентиляция обеспечивает обмен газов в легких.

В воздухоносных путях происходит конвективный и диффузионный перенос газов (рис. 10.18). В ходе ветвления воздухоносных путей (рис. 10.19) их суммарное сечение значительно возрастает. Так, у человека от трахеи до альвеол насчитывают 23 таких ветвления (генерации), в ходе которых общая площадь поперечного сечения увеличивается в 4500 раз. Поэтому линейная скорость потока вдыхаемого воздуха по мере приближения к альвеолам постепенно падает.

В трахее, бронхах и бронхиолах перенос газов происходит исключительно путем конвекции. В респираторных бронхиолах и альвеолярных ходах, где воздух движется очень медленно, к этому процессу присоединяется диффузионный обмен, обусловленный градиентом парциальных давлений дыхательных газов:

молекулы О2 перемещаются в направлении альвеол, где Ро2 ниже, чем во вдыхаемом воздухе, а молекулы СО2 - в обратном направлении. Чем медленнее и глубже дыхание, тем интенсивнее идет внутрилегочная диффузия О2 и Co2

Происходящий в воздухоносных путях перенос газов направлен на поддержание постоянства парциального давления СО2 и СО2 в легочных альвеолах, где идет непрерывный обмен газов с кровью, протекающей через легочные капилляры.

Газовая смесь, заполняющая альвеолы, так называемый альвеолярный газ, служит для млекопитающих своего рода внутренней атмосферой.

 

Рис. 10.17

Направление потоков воздуха и диффузии кислорода (стрелки) в дыхательных отделах легких во время вдоха и выдоха

 

Рис. 10.18   Схема действия факторов, влияющих на газообмен в легких

 

Рис. 10.19 Схема ветвления воздухоносных путей

(слева) и кривая суммарной площади поперечного сечения воздухоносных путей на уровне каждого ветвления (справа)

Бр - бронхи; Бл - бронхиолы; КБл - конечные бронхиолы; ДБл - дыхательные бронхиолы; AX - альвеолярные ходы; А - альвеолы; Z - генерация дыхательных путей.

 

Таблица 10.1

Газовый состав дыхательной среды и крови у человека (средние величины в покое)

Среда

Кислород

Углекислый газ

 

 

парциальное давление, мм рт.ст.

содержание, об.%

парциальное давление, мм рт. ст.

об. %

Вдыхаемый воздух

159

20,9

0,2

0,03

Выдыхаемый воздух

126

16,6

28

3,7

 

 

103

14,5

40

55

Артериальная кровь

95

20.

40

50

Венозная кровь (смешанная)

40

15

46

54

Артерио-венозная разница

-55

-5

+6

+4

 

(Примечание. Альвеолярный газ считают полностью насыщенным водяным паром, парциальное давление которого здесь всегда равно 47 мм рт. ст.)

 

Постоянство состава альвеолярного газа (табл. 10.1) обеспечивается регуляцией дыхания (точнее, альвеолярной вентиляцией) и является необходимым условием нормального протекания газообмена. Воздух, заполняющий мертвое пространство, играет роль буфера, который сглаживает колебания состава альвеолярного газа в ходе дыхательного цикла. Кроме того, мертвое пространство участвует в кондиционирующей функции воздухоносных путей - увлажнении и обогреве вдыхаемого воздуха за счет интенсивного кровоснабжения и секреции слизистой оболочки носовых ходов, носоглотки, гортани, трахеи и бронхов.

Выдыхаемый воздух представляет собой смесь альвеолярного газа и воздуха мертвого пространства, поэтому его состав занимает промежуточное положение между составом вдыхаемого (атмосферного) воздуха и альвеолярного газа (табл. 10.1). В "чистом" виде альвеолярный газ выводится лишь с последней порцией выдоха.

При повышении в организме энерготрат (например, при мышечной деятельности) увеличиваются потребление О2 и продукция СО2; регуляторные механизмы повышают альвеолярную вентиляцию путем сооответствующего увеличения глубины и/или частоты дыхания - развивается гиперпноэ, при котором состав альвеолярного газа остается нормальным. Если же рост вентиляции превышает потребность организма в газообмене (гипервентиляция), вымывание СО2 из альвеол возмещается поступлением его из тканей, альвеолярное Рсо2 падает (гипокапния). Напротив, при недостаточной вентиляции альвеол (гиповентиляции) в них накапливается избыток СО2 (гиперкапния), а при резком отставании вентиляции от газообмена, кроме того, снижается Ро2 (гипоксия). Соответствующие сдвиги -Рсо2 и Po2 развиваются при этом и в артериальной крови.