Газообмен в легких
Стенки легочных альвеол состоят из однослойного плоского эпителия. Альвеолы оплетены густой сетью легочных капилляров и сетью соединительнотканных волокон, придающих им эластичность. Внутреннюю поверхность альвеол выстилает тонкая пленка фосфолипида – сурфактанта, понижающая поверхностное натяжение и препятствующая слипанию альвеол при выдохе. Общая поверхность альвеол около 100 м2 , т.е. в 50 раз превышает площадь тела. Стенки альвеол тонкие и влажные, что позволяет газам легко диффундировать согласно закону диффузии. Направление и скорость диффузии определяются парциальным давлением или его напряжением.
Парциальное давление и напряжение – это по сути дела синонимы, но о парциальном давлении говорят, если данный газ находится в газовой среде, а о напряжении, если он растворен в жидкости.
Поскольку парциальное давление О2 в альвеолах больше, чем в венозной крови, то кислород диффундирует из альвеолы в капилляры. Напротив, напряжение СО2 больше в венозной крови, чем в альвеолярном воздухе, поэтому углекислый газ диффундирует в альвеолы.
Газообмен в тканях
В легких кровь из венозной превращается в артериальную, богатую О2 и бедную СО2. Артериальная кровь направляется к тканям, где в результате непрерывно идущих окислительных процессов потребляется О2 и образуется СО2. В тканях напряжение О2 близко к нулю, а напряжение СО2 около 60 мм рт.ст. Вследствие разности давления СО2 из ткани диффундирует в кровь, а О2 – в ткани. Кровь становится венозной и по венам поступает в легкие, где цикл обмена газов повторяется.
Транспорт газов кровью
Транспорт газов осуществляется кровью и обеспечивается разностью парциального давления (напряжения) газов по пути их следования: кислорода от легких к тканям, углекислого газа от клеток к легким.
Газы в крови находятся в двух состояниях: физически растворенном и химически связанном.
Транспорт кислорода кровью. Кислород плохо растворим в плазме крови (всего 0,3 мл О2 в 100 мл плазмы крови), поэтому основную роль в его транспорте выполняет гемоглобин эритроцитов. В капиллярах легких кислород вступает в химическую связь с гемоглобином, образуя оксигемоглобин (НвО2) и кровь из венозной становится артериальной. Эта реакция обратима, в тканях кислород освобождается. Насыщение гемоглобина кислородом зависит от парциального давления газа в атмосферном и альвеолярном воздухе. Одной из основных причин, способствующих отдаче кислорода гемоглобином, является сдвиг активной реакции среды в тканях в кислую сторону.
Транспорт углекислого газа кровью. Растворимость углекислого газа в крови выше, чем растворимость кислорода. Углекислый газ в крови находится в трех состояниях: физически растворенный, химически связанный в виде бикарбонатов и химически связанный с гемоглобином в виде карбогемоглобина.
Только треть СО2 транспортируется гемоглобином в виде непрочного химического соединения карбгемоглобина. Остальная часть СО2 в тканевом капилляре соединяется с водой и образует угольную кислоту, но образование ее происходит в эритроците под действием особого фермента – карбоангидразы, которая увеличивает скорость образования угольной кислоты в 10 000 раз. Угольная кислота отнимает основания от восстановленного гемоглобина, в результате чего образуются соли угольной кислоты – бикарбонаты натрия в плазме и бикарбонаты калия в эритроцитах. В легочных капиллярах гемоглобин соединяется с кислородом, образуя оксигемоглобин. Он вступает в реакцию с бикарбонатами и вытесняет из них угольную кислоту. Свободная угольная кислота расщепляется карбоангидразой на углекислый газ и воду. Углекислый газ диффундирует через мембрану легочных капилляров и переходит в альвеолярный воздух. Уменьшение напряжения углекислого газа в капиллярах легких способствует расщеплению карбгемоглобина с освобождением углекислого газа.