21.4. Газообмен Содержание газов в альвеолах

Вычисление содержания газов в альвеолах. Газовую смесь в альвеолах, участвующих в газообмене, прежде называли альвеолярным воздухом. Однако теперь достигнуто общее согласие в том, чтобы «воздухом» называть только смесь газов, по составу аналогичную атмосферному воздуху (F_О2 = = 0,209, F_CО2 ≈ 0, F_N2 = 0,791). Поскольку в альвеолах содержание газов иное (в них меньше О₂ и больше СО₂), следует употреблять термин «альвеолярная газовая смесь».

Для того чтобы рассчитать содержание О₂ и СО₂ в альвеолярной газовой смеси, будем исходить из баланса их поступления и выделения. Поглощение О₂ кровью ( ) равно разнице между количеством О₂, поступающим в альвеолы при входе (F_нО2 · ), и количеством О₂, выходящего из них при выдохе (F_аО2. ). Выделение же СО₂ из крови соответствует количеству этого газа, выходящему из альвеол при выдохе (F_аСО2 · ), так как со вдыхаемым воздухом СО₂ практически не поступает в альвеолы. Эти соотношения можно описать следующими уравнениями:

(19)

586 ЧАСТЬ VI. ДЫХАНИЕ

или (после преобразования)

(20)

Отсюда ясно, что содержание газов в альвеолярной газовой смеси зависит как от потребления О₂ и выделения СО₂ в процессе метаболизма, так и от объема альвеолярной вентиляции ( ). Важно отметить, что уравнение (20) справедливо лишь в том случае, если объемы, стоящие в числителе и знаменателе, измерены в одинаковых условиях. Однако, когда говорят о поглощении О₂ и выделении СО₂, обычно имеют в виду стандартные физические условия, тогда как дыхательные объемы и другие показатели вентиляции легких определяют при условиях, имеющих место в организме. В связи с этим необходимо производить соответствующие пересчеты.

Пересчет значений объемов, измеренных при разных условиях. Объем газа зависит от атмосферного давления , температуры Τ и давления водяного пара . В связи с этим всегда необходимо

указывать условия, при которых измерен тот или иной объем. В физиологии дыхания выделяют следующие типы условий.

1. Условия СТДС (от слов стандартная температура и давление; сухой воздух). Это стандартные физические условия; объемы газов измеряются при Τ = 273 К, Р_атм = 760 мм рт. ст., = 0 мм рт. ст. (сухой воздух).

2. Условия ТДОН (температура и давление в организме; насыщенный водяным паром воздух). Это условия, имеющие место в легких (Т = 273 К + + 37 К = 310 К; соответствует атмосферному давлению окружающей среды и поэтому может быть различным; равно давлению насыщенного водяного пара при 37^oС, т.е. 47 мм рт. ст.).

3. Условия ТДВН (температура и давление во внешней среде; насыщенный водяным паром воздух). Это условия, которые реально имеют место в окружающей среде во время измерения («условия в спирометре»), - комнатная температура Т, атмосферное давление в момент исследования , давление водяного пара в окружающей среде.

Сводка всех этих условий приведена в табл. 21.2. Видно, что для получения давления «сухой» газовой смеси, от которого зависит объем газа, из общего давления всегда следует вычитать давление водяного пара.

Для того чтобы пересчитать объем газа с одних условий на другие, следует использовать универсальное газовое уравнение

(21)

Таблица 21.2. Характеристики условий измерения газовых объемов
Условия	т, к	Р, мм рт.ст.
СТДС	273	760
тдон	310	Ратм 47
тдвн	Τ	Ратм ~ РΗ2Ο

Применяя это общее уравнение в конкретных случаях, можно использовать данные, приведенные в табл. 21.2. Так, для приведения объема газа, измеренного при условиях в организме (У_ТДОН), к стандартным условиям (V_CTДC) необходимо сделать следующую подстановку:

(22)

Искомая величина довольно существенно зависит от принятых условий. Так, если альвеолярная вентиляция в покое при условиях ТДОН составляет 5 л/мин, то в соответствии с уравнением (22) в условиях СТДС (при среднем атмосферном давлении на уровне моря = 760 мм рт. ст.) она уменьшается до 4,1 л/мин.

Содержание газов в альвеолярной смеси в условиях покоя. Для расчета содержания дыхательных газов в альвеолярной смеси подставим в уравнение (20) значения, соответствующие стандартным условиям. У взрослого поглощение кислорода в покое = 0,28 л/мин, а выделение СО₂ = 0,23 л/мин. Таким образом, отношение выделения СО₂ к поглощению О₂, называемое дыхательным коэффициентом, составляет 0.23/0,28 = 0,82 (см. с. 659). Альвеолярная вентиляция равна 4,1 л/мин (см. выше); содержание О₂ во вдыхаемом воздухе = 0,209

(20,9 об.%) (табл. 21.3). Соответственно содержание газов в альвеолярной смеси составляет:

= 0,14 (14 об.%), = 0,056 (5,6 об.%).

Оставшаяся часть альвеолярной газовой смеси приходится на азот и присутствующие в очень небольшом количестве благородные газы.

Анализ альвеолярной газовой смеси. Одна из первых трудностей, с которыми приходится сталкиваться при определении содержания газов в альвеолах, связана с получением проб альвеолярной газовой смеси. При выдохе из воздухоносных путей сначала удаляется воздух мертвого пространства и лишь после этого начинает выходить воздух из альвеол. Однако даже к концу выдоха состав выдыхаемой смеси постоянно претерпевает небольшие изменения, обусловленные тем, что в альвеолах продолжается газообмен. В связи с этим были разработаны