Диффузия газов между альвеолярным воздухом и капиллярами легких

Обмен газов в легких определяется такими факторами как вентиляция легких, перфузия, т. е. интенсивность кровотока через легкие, и процесс диффузии.

Диффузия газов осуществляется через легочную мембрану — это многослойный «пирог» представленный пленкой сурфактанта, эпителием альвеолы, интерстицием (2 основные мемб-раны), эндотелием капилляра и слоем плазмы. Толщина этой мембраны около 1 мкм. При пато-логии, например, при отеке легких или при фиброзах легких, толщина мембраны может суще-ственно возрастать, что нарушает процесс диффузии газов. В целом, у человека площадь легочной мембраны, через которую осуществляется диффузия, в норме составляет 50—80 м². При резекции легких, при ателектазе, при пневмонии эта площадь значительно уменьшается, что снижает диффузионные процессы.

Процесс диффузии описывается первым законом диффузии Фика: диффузионный поток т. е. количество вещества, проходящего через площадь слоя А за единицу времени, прямо пропорционален градиенту давления (р1—Р2) и площади А и обратно пропорционален толщине слоя (1).

А

М = К----- (Р1 - Р2),

1

где К — коэффициент диффузии (коэффициент Крога), или диффузионная проводимость который зависит от природы газа. Для углекислого газа он в 20—25 раз выше, чем для кислорода. Закон Фика показывает факторы, от которых зависит скорость диффузии. В клинической практике широко используется понятие «диффузионная способность легких (ДСЛ): это отношение объема газа, продиффундировавшего через легочную мембрану за 1 минуту в расчете на 1 мм рт. ст. градиента давления. Для кислорода ДСЛ составляет около 25—30 мл кислорода на 1 мм рт. ст. в 1 мин, а для углекислого газа — около 600 мл на 1 мм рт. ст. в 1 минуту. Расчет ведется на основании замера объема поглощенного кислорода или выдохнутого углекислого газа (мл/мин) и градиента давления. Первый показатель можно получить, например, с помощью прибора «Спиролит» или «Метатест». Расчет градиента давления осуществляется с учетом градиента давления на протяжении всего легочного капилляра. Например, для кислорода в альвеолярном воздухе р0д 100 мм рт. ст. в капилляре на начальном его конце — 40 мм рт. ст., на дистальном — почти 100 мм рт. ст. средний градиент равен примерно 10 мм рт. ст. Следовательно, если за минуту испытуемый поглотил 300 мл кислорода, то ДСЛ = 300 : 10 = 30 мл кислорода на 1 мм рт. ст. в 1 минуту. Для углекислого газа средний градиент между альвеолярным воздухом и кровью равен 0,4—0,5 мм рт. ст. Если за 1 минуту выдыхается 250 мл СО2, то ДСЛ для СО2 составляет 250 : 0,4 = 620 мл/мм рт. ст. в минуту.

Контакт крови с альвеолярным воздухом происходит за 0,3—0,7 с. За этот период времени осуществляется полное выравнивание парциальных давлений (напряжений) газа. Учитывая, что процесс связывания кислорода гемоглобином протекает еще быстрее — за несколько милисекунд, — то процесс диффузии и насыщения крови кислородом и отдача углекислого газа происходит в полном объеме за 0,3—0,7 с.

О процессах перфузии легких уже говорилось в разделе «Малый круг кровообращения». Добавим лишь, что соотношение между объемом вентиляции и объемом перфузии является важным фактором газообмена. В легких, несмотря на существование альвеолярно-капиллярного рефлекса, регулирующего соотношение между вентилируемыми альвеолами и процессом их перфузии, возникает ситуация, при которой имеет место не только анатомическое мертвое пространство, но и альвеолярное мертвое пространство, т. е. имеются вентилируемые альвеолы, лишенные кровотока. Поэтому при расчете объема вентиляции легких учитывается объем физиологического мертвого пространства (суммы анатомического и альвеолярного мертвых пространств). В норме объем вентиляции легких (с вычетом

286

физиологического мертвого пространства) составляет примерно 0,8 от объема перфузии лег­ких (80%).

В положении «лежа» в силу гидростатического давления легкое равномерно снабжает­ся кровью: верхушки, средние области и основание получают примерно одно и то же коли­чество крови. В положении «сидя» верхушки легких снабжаются кровью хуже (примерно на 15% меньше, чем в положении «лежа»), а стоя — на 25% меньше. Таким образом, перфузия легких максимальна в положении «лежа». Поэтому при необходимости увеличить диффузию газов у человека его следует перевести в позу «лежа».

Отметим, что наиболее опасным состоянием для газообмена является отек легких: при этом газам приходится проходить через легочную мембрану, насыщенную водой. Извест­но, что СО2 в жидкости диффундирует примерно в 13000 раз, а кислород — в 300000 раз медленнее, чем в газовой среде.