8.1. Механізм газообміну між повітрям та тканинами організму

Під час дихання майже 30% повітря, що вдихуєть-ся, знаходиться у дихальних шляхах, а 70% заповнює об'єм альвеол. Саме ця частина повітря забезпечує вен­тиляцію альвеол, його відношення до вдихуваного по­вітря називається коефіцієнтом легеневої вентиляції. Атмосферне повітря — це суміш азоту (до 78%), кисню (до 21%), вуглекислого газу (до 0,03%), водяного пару та незначної домішки інших газів.

Частина атмосферного тиску, яка залежить від кількості окремого газу, називається його парціальним тиском. Наприклад, атмосферний тиск становить 760 мм рт.ст., а доля кисню — 21% від повітря, тобто цей газ створює 21% загального атмосферного тиску, а саме: 160 мм рт.ст. Відповідно вуглекислий газ створює парціаль­ний тиск 0,23 мм рт.ст. Однак в альвеолах не відбуваєть­ся повної заміни повітря атмосферним, тому реальний рівень газів в альвеолярному повітрі характеризується такими значеннями — 102-104 мм рт.ст. для кисню та 40 мм рт.ст. для вуглекислого газу.

Концентрація газів у рідинах характеризується тер­міном напруження газів. Він означає, з якою силою роз­чинений газ намагається залишити рідину.

Газообмін кисню та вуглекислого газу між альвеоляр­ним повітрям та кров'ю легеневих капілярів забезпе­чується шляхом простої дифузії, зумовленої різними їхніми парціальними тисками (напруженням) по обид­ва боки стінок альвеол.

У звичайних умовах парціальний тиск кисню в аль­веолах завжди більший, ніж його напруження у венозній крові (40 мм рт.ст.), а парціальний тиск вуглекислого газу навпаки менший, ніж його напруження (46 мм рт.ст.).

Таким чином, різниця концентрації кисню по обид­ва боки альвеол перевищує 60 мм рт.ст., тому він пере­міщується у кров. Вуглекислий газ виходить назовні теж швидко, тому що незначна різниця його концентрації компенсується кращою розчинністю у воді. Крім того, на насиченості крові газами позначається те, що вони у ній переважно перебувають у хімічно зв'язаному стані, це сприяє постійній дифузії.

Кисень, що надійшов у плазму крові з альвеол, пере­міщується до еритроцитів, у яких з'єднується з гемог­лобіном у сполуку — оксигемоглобін (1г гемоглобіну приєднує 1,34 мл кисню). Киснева ємність крові — це максимальна кількість кисню, яка може бути зв'язана 100 мл крові за умови, що весь гемоглобін перетворився на оксигемоглобін. Фіксація кисню та розпад оксигемог­лобіну залежить не лише від напруження газу, але і від інших факторів, які позначаються на цій реакції, зок­рема температури, наявності кислих речовин та вугле­кислого газу.

Підвищення температури у працюючих органах та тканинах, збільшення концентрації вуглекислого газу та органічних кислот сприяють розпаду оксигемоглобі­ну, вивільненню кисню та переходу його до клітин. А протилежні умови навпаки забезпечують утворення ок­сигемоглобіну, наприклад, у легенях.

Переміщення вуглекислого газу переважно відбу­вається у вигляді гідрокарбонатів натрію та калію, знач­но меншою мірою у формі газу та сполуки з гемоглобі­ном — карбгемоглобіну. Утворення та розпад гідрокар­бонатів залежить від активності карбоангідрази (фермен­ту еритроцитів, який каталізує синтез та розпад вугіль­ної кислоти), а також концентрації вуглекислого газу та наявності кислот, сильніших за вугільну.

Кожна тканина у стані відносного спокою споживає різну кількість кисню. Наприклад, кожну хвилину 1 кг

печінки необхідно 27 мл кисню, підшлункової залози — 40 мл, селезінки — 50 мл, а якщо надходить менше цієї кількості, виникає стан гіпоксії (від hypo — знизу, oxygenium — кисень). У таких умовах клітини не одер­жують достатньо енергії для виконання своїх функцій, що проявляється порушенням стану всього організму. Найбільш виразні зміни спостерігаються при гіпоксії нервової системи, тому що виникає розлад нейрогумо­ральної регуляції роботи всіх систем. Перше, що вини­кає — це втрата свідомості через гальмування нервових процесів у корі великих півкуль, яка найбільш залежить від споживання кисню.

Максимальне споживання кисню (МСК) є показни­ком аеробної продуктивності роботи організму. Аеробна продуктивність — це здатність людини виконувати дуже важку роботу, забезпечуючи свої енергетичні витрати споживанням кисню безпосередньо під час навантажен­ня. Величина МСК залежить від функціональних мож­ливостей дихальної, серцево-судинної систем та крові. У спортсменів під час змагань МСК мусить забезпечува­тись на рівні 6-6,5 л/хв, що потребує легеневої вентиляції на рівні 150 л/хв, кисневої ємності — 22-25 мл кисню на 100 мл крові, хвилинного об'єму крові — 33-35 л.