Закон Фика
S x DK x (P1 – P2)
Q газа = ------------------------------
Т
Q газа – объем газа, проходящего через ткань в единицу времени;
S – площадь ткани;
DK – диффузионный коэффициент газа;
(P1 – P2) – градиент парциального давления газа;
T – толщина барьера ткани
Для кислорода этот градиент равен 100 – 40 = 60 мм. рт. ст., для углекислого газа 40 – 46 = – 6 мм. рт. ст, а диффузный коэффициент углекислого газа в 25 раз больше, чем у кислорода. Следовательно, углекислый газ более активно уходит из капилляров в альвеолы, чем кислород (рис. 5.4.).
Рис. 5.4. Барьер между кровью и альвеолярным воздухом
В крови газы находятся в растворённом (свободном) и химически связанном состоянии. В диффузии участвуют только молекулы растворенного газа. Количество газа, растворяющегося в жидкости, зависит от:
состава жидкости;
объёма и давления газа в жидкости;
температуры жидкости;
природы исследуемого газа.
Чем выше давление данного газа и температура, тем больше газа растворяется в жидкости. При давлении 760 мм. рт. ст. и температуре 38ºС в 1 мл крови растворяется 2,2% кислорода и 5,1% углекислого газа.
Растворение газа в жидкости продолжается до наступления динамического равновесия между количеством растворяющихся и выходящих в газовую среду молекул газа. Сила, с которой молекулы растворённого газа стремятся выйти в газовую среду, называется напряжением газа в жидкости. Таким образом, в состоянии равновесия напряжение газа равно парциальному давлению газа в жидкости. Если парциальное давление газа выше его напряжения, то газ будет растворяться. Если парциальное давление газа ниже его напряжения, то газ будет из раствора выходить в газовую среду.
Парциальное давление и напряжение кислорода и углекислого газа в лёгких приведены в табл. 5.2.
Таблица 5.2.
Парциальное давление и напряжение кислорода и углекислого газа в лёгких (в мм. Рт. Ст.)
Название газа |
Венозная кровь |
Альвеолярный воздух |
Артериальная кровь |
Кислород |
40 |
102 |
96 |
Углекислый газ |
46 |
40 |
39 |
Диффузия кислорода обеспечивается разностью парциальных давлений, равной 62 мм. рт. ст., а углекислый газ – всего лишь около 6 мм. рт. ст. Время протекания крови через капилляры малого круга (в среднем 0,7 с) достаточно для практически полного выравнивания парциального давления и напряжения газов: кислород растворяется в крови, а углекислый газ переходит в альвеолярный воздух. Переход углекислого газа в альвеолярный воздух при относительно небольшой разнице давлений объясняется высокой диффузионной способностью лёгких для этого газа.
Транспорт газов кровью
Переносчиком кислорода от лёгких к тканям и углекислого газа от тканей к лёгким является кровь. В свободном (растворенном) состоянии переносится лишь небольшое количество этих газов. Основное количество кислорода и углекислого газа переносится в связанном состоянии.