4.2. Газообмен в легких и тканях

В легких происходит обмен газов между воздухом, находящимся в альвеолах, и притекающей к легким по сосудам малого круга венозной кровью. При спокойном дыхании объем альвеолярного воздух соответствует ФОЕ.

Если в среднем остаточный объем легких равен 1200 мл, а резервный объем выдох выдоха – 1300 мл, то в легких при спокойном вдохе и выдохе содержится 1200 + 1300 = 2500 мл воздуха. Этот воздух заполняет альвеолы и нижние дыхательные пути и составляет газовую среду организма. Каждый раз при спокойном вдохе в легкие поступает 500 мл воздуха. Из них часть заполняет анатомическое мертвое пространство (около 175 мл). Оно называется так потому, что воздух, находящийся в нем, заполняет носоглотку, трахею и бронхи; он не доходит до альвеол и не обменивается с кровью. Следовательно, до альвеол доходит около 325 мл воздуха, и всякий раз ФОЕ обновляется примерно на 1/7 часть. Этот показатель называется коэффициентом легочной вентиляции (КЛВ).

Воздух по дыхательным путям поступает в альвеолы – воздушные ячейки, густо оплетенные сетью кровеносных капилляров, несущих венозную кровь; она содержит мало кислорода и относительно много углекислого газа. Газообмен в легких представляет собой процесс перехода кислорода из легочных альвеол в венозную кровь, а углекислого газа – из крови в альвеолы. В результате венозная кровь, поступившая к легким по легочной артерии, превращается в артериальную и по легочным венам направляется к сердцу.

Газообмен происходит путем физической диффузии газов. Движущей силой диффузии является разность концентраций. В данном случае это будет разность парциальных давлений кислорода и углекислого газа по обе стороны аэрогематического барьера: по градиенту парциальных давлений кислород из альвеолярного воздуха переходит в венозную кровь, а углекислый газ диффундирует из крови в альвеолы.

Таблица 4.1

Газовый состав атмосферного, альвеолярного и выдыхаемого воздуха

Газовый состав	Атмосферный	Альвеолярный	Выдыхаемый
О2	20,9 (159)	14,2 (104)	15,5 (120)
СО2	0,03 (0,2)	5,5 (40)	3,7 (27)
N2	78,6 (596)	74,9 (569)	74,6 (566)
Н2О	0,5 (3,8)	6,3 (47)	6,2 (47)
Общий	100 (760)	100 (760)	100 (760)

Примечание. Содержание дано в процентах, парциальное давление (в скобках) – в мм рт. ст.

Парциальное давление – это давление газа, находящегося в смеси с другими газами, пропорциональное его процентному содержанию. Градиент парциального давления кислорода и углекислого газа – это сила, с которой молекулы этих газов стремятся проникнуть через альвеолярно-капиллярную мембрану в кровь. Давление газа, растворенного в жидкости, обозначают как напряжение.

Рис. 4.5. Газообмен между альвеолами и легочными капиллярами

Парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе (при его процентном содержании 14,2 %) равно примерно 100 мм рт. ст., а углекислого газа (при его процентном содержании 5,5 %) – 40 мм рт. ст. Напряжение кислорода в венозной крови составляет 40 мм рт. ст., а углекислого газа – 46 мм рт. ст. Кислород по градиенту парциального давления следует из области более высокого давления (из альвеол) в область низкого и попадает венозную кровь, а углекислый газ переходит из венозной крови в альвеолы. В результате от легких оттекает артериальная кровь, насыщенная кислородом и лишенная углекислого газа (рис. 4.5).

Вентиляция легких все время обновляет состав альвеолярного воздуха примерно на 1/7. Благодаря вентиляции процентное содержание кислорода и углекислого газа и, стало быть, парциальное давление этих газов, поддерживается на постоянном уровне, что, в свою очередь, обеспечивает постоянство газового состава крови, а непрерывный кровоток и диффузия газов через альвеолярно-капиллярную мембрану позволяют постоянно превращать венозную кровь в артериальную (табл. 4.1).