1. Обмен газов между альвеолярным воздухом и кровью.

Воздухом в физическом смысле этого термина обозначается природная газовая смесь определенного состава. Уже в дыхательных путях во время вдоха соотношение газов в воздухе меняется, еще в большей степени изменения затрагивают газовую смесь в альвеолах. Поэтому термины “альвеолярный” и “выдыхаемый воздух” в физическом смысле не совсем правомочны, однако в физиологической литературе применяются. Из альвеолярного воздуха в кровь диффундирует кислород, а из крови – углекислый газ. Обогащенная кислородом кровь поступает к тканям, где парциальное давление кислорода ниже, а углекислого газа выше, в результате кислород диффундирует в тканевую жидкость, а углекислый газ – в кровь.

 

Состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха.

Воздух	О2	СО2	N2
Вдыхаемый (атмосферный) Выдыхаемый Альвеолярный	20,94% 16,3% 14,4%	0,03% 4,0% 5,6%	79,03% 79,7% 80,0%

Газообмен в лёгких и тканях осуществляется путём диффузии газов и подчиняется закону Фика:

 

 

М – количество диффундирующего газа;

t – время диффузии;

M/t – скорость диффузии;

DР – начальный градиент парциального давления газа в альвеолярном воздухе и его напряжения в крови;

Х/Ska – сопротивление диффузии;

Х – расстояние диффузии газов;

S – суммарная площадь контакта между альвеолами и капиллярами лёгких – площадь диффузии;

k – коэффициент диффузии газа, измеряемый количеством газа, проходящего путь в 1 см через поверхность в 1 м² при определённой температуре;

a – коэффициент растворимости газа, выражающийся бъёмом газа, который может растворяться в 1 мл жидкости при температуре 0^оС и давлении данного газа над жидкостью в 760 мм рт. ст.

Из формулы Фика следует, что скорость диффузии газа (в легких) прямо пропорциональна разности парциального давления газа в альвеолярном воздухе и его напряжения в крови альвеолярных капилляров. Парциальное давление газа – это давление, приходящееся на долю данного газа в смеси газов и пропорциональное его процентному содержанию в газовой смеси.

Если на границе между соприкасающимися газом и жидкостью создаётся градиент давления газа, то часть газа переходит в область более низкого парциального давления или напряжения до уравновешивания давлений.

Так как _РО₂ венозной крови (40 мм рт.ст.) ниже _РО₂ альвеолярного воздуха (102 мм рт.ст.) на 62 мм рт.ст, то этот градиент обеспечивает диффузию кислорода из альвеолярного воздуха в капилляры.

_РСО₂ венозной крови (46 мм рт.ст.) выше _РСО₂ альвеолярного воздуха на 6 мм рт.ст., что обеспечивает диффузию СО₂ из венозной крови в альвеолы.

В каждой альвеоле градиент парциального давления характеризуется своим вентиляционно-перфузионным отношением (ВПО). Нормальное соотношение между альвеолярной вентиляцией и лёгочным кровотоком составляет 4/5 = 0,8, т.е. в минуту в альвеолы поступает 4 л воздуха и через сосудистое русло легких протекает за это время 5 л крови (на верхушке легкого соотношение в целом больше, чем на основании легких). Такое соотношение вентиляции и перфузии обеспечивает потребление кислорода достаточное для метаболизма за время нахождения крови в капиллярах легкого. Величина легочного кровотока в покое составляет 5-6 л/мин, движущей силой является разница давления около 8 мм рт.ст. между легочной артерией и левым предсердием. При физической работе легочной кровоток увеличивается в 4 раза, а давление в легочной артерии в 2 раза. Это уменьшение сосудистого сопротивления происходит пассивно в результате расширения легочных сосудов и раскрытия резервных капилляров. В покое кровь протекает примерно только через 50% всех легочных капилляров. По мере возрастания нагрузки доля перфузируемых капилляров возрастает, параллельно увеличивается и площадь газообменной поверхности. Легочный кровоток отличается региональной неравномерностью, которая зависит, в основном, от положения тела. При вертикальном положении тела лучше снабжаются кровью основания легких. Основными факторами, от которых зависит насыщение крови в легких кислородом и удаление из нее углекислого газа, являются альвеолярная вентиляция, перфузия легких и диффузионная способность легких.