10.4. Газообмен в легких

Газообмен в легких ведется между воздухом легочных альве­ол и кровью в капиллярах малого круга кровообращения. Для понимания механизмов газообмена необходимо знать газовый состав обменивающихся между собой сред и свойства альвеоло- капиллярной мембраны, через которую идет газообмен.

Состав альвеолярного и выдыхаемого воздуха.Состав ат­мосферного, альвеолярного (содержащегося в легочных аль­веолах) и выдыхаемого воздуха представлен в табл. 10.1.

Таблица! 0.1. Процентный состав воздуха

Состав воздуха	Кислород	Углекислый газ	Азот	Вода(пары)
Атмосферный	20,93	0,03	78,5	0,5
Альвеолярный	14-15	5-6	74,5	5,6
Выдыхаемый	16-17	4-5	74,7	5,5

На основе определения процентного содержания газов в альвеолярном воздухе рассчитывают их парциальное давление (р). При расчетах давление водяного пара в альвеолярном га*

_Зе принимают равным 47 мм рт.ст. Например, если содержа­ние кислорода в альвеолярном газе равно 14,4%, а атмосферное давление — 740 мм рт.ст., то парциальное давление кислорода (р0₂) составит: р0₂=[(740 - 47)/100 ] 14,4 = 99,8 мм рт.ст.g условиях покоя парциальное давление кислорода в альвео­лярномгазе колеблется около 100 мм рт.ст. а парциальное давление углекислого газа около 40 мм рт.ст.

Диффузия газов между альвеолами и кровью.В притека­ющей к легким плазме крови газы находятся в растворенном состоянии. В этом случае говорят о напряжении газов в крови, которое выражают в тех же единицах (мм рт.ст.), что и парци­альное давление. В крови, поступающей в капилляры малого круга, напряжение кислорода составляет 40 мм рт.ст., а на­пряжение углекислого газа — 46 мм рт.ст. (рис. 10.4). Таким образом, градиент давления между альвеолярным воздухом и кровью по кислороду составляет 60 мм рт.ст. (100 мм рт.ст. в альвеолярном газе, 40 мм рт.ст. — в крови). Градиент по угле­кислому газу составляет 6 мм рт.ст. В притекающей крови рС0₂— 46 мм рт.ст., в альвеолах — 40 мм рт.ст. Эти градиенты и являются движущей силой газообмена между альвеолярным воздухом и кровью. На скорость перехода газов между альвео­лярным воздухом и кровью влияют также свойства альвеоло- капиллярной мембраны, через которую идет диффузия газов: площадь диффузионной поверхности, средняя толщина мем­браны (около 2 мкм), коэффициент проницаемости этой мем­браны для газов. Коэффициент проницаемости через биологи­ческие мембраны для углекислого газа весьма высокий (в 25 раз выше, чем у кислорода). Поэтому диффузия углекис­лого газа в тканях организма и в легких идет быстро и углекис­лый газ, содержащийся в избытке в венозной крови, как пра­вило, успевает выходить в альвеолярный воздух даже при не­которой недостаточности кровотока или вентиляции, в то вре­мя как обмен кислорода нарушается.

Об уровне проницаемости альвеоло-капиллярного барьера Для кислорода судят по показателю, называемому диффузион­ной способностью легких по кислороду (ДЛо₂). В норме, когда взрослый человек находится в состоянии покоя, величина■jT С>2⁼20—25 мл кислорода мин/мм рт.ст. Показатель диф­фузионной способности легких по кислороду отражает объем

Города, переходящий из альвеолярного воздуха в кровь за

Атмосфера Выдыхаемый воздух

Объем 130-175 мл Поток -1 м/с

0₂ = 20,93% С0₂ = 0,03% 0₂=16,3% С0₂ = 4,0% N₂ = 79,04% v N₂ = 79,7%

Проводящая зона I генерации бронхов 0 -16 (14-16 — конечные бронхиолы)

Переходная 17-19 = промежуточная

Респираторная 20 - 22 альв.ходы ¹ 23 альв. мешочки

+ \ Объем 200 мл Конвекция + у ⁵ ^ \ Поток -1 см/с диффузия

Диффузия """"«ч Диффузия

Альвеолярный воздух

о₂С0₂N₂

. (Ратм' Рн₂0)+%0; 100

ро₂

14,2-14,6% 5,5-5,7% 80,5% р0₂=100мм 40 мм 574 мм

Альвеол о-капиллярная мембрана

С0₂

0,5 - 2,5 мкм

Венозная кровь ^^ 0,7 с

р0₂=40 мм; = 12-об% рС0₂=46 мм; = 57-об%

р0₂=95 мм; = 18-20-об% рС0₂=40 мм; = 52-об%

Рис. 10.4. Условия газообмена между альвеолярным воздухом и кровью

НСО,

— Артериальная кровь

одну минуту, приразности между парциальным давлением кислорода в альвеолярном воздухе и напряжением его в крови, равной 1 мм рт.ст. При физической нагрузке ДЛо₂может воз­расти до предела 70 мл кислорода мин/мм рт.ст.

Скорость движения крови в легочных капиллярах такая, что один эритроцит проходит через капилляр за 0,75 с. Этого времени вполне достаточно для практически полного уравновешивания парциального давления кислорода и углекислого газа в альвеолах

и напряжения их в крови легочных капилляров. У здорового чело­века в оттекающей от легких по легочным венам крови вобычныхусловияхнапряжение кислорода составляет 90—100мм рт.ст., напряжение углекислого газа — 40мм рт.ст.

Взаимосвязь вентиляции, кровотока и гравитации. Для нормального газообмена важным является адекватное со­отношение величин легочной вентиляции и легочного крово­тока. В норме соотношение объемов легочной вентиляции и легочного кровотока близко к 1 (МОД = 4—6 л и МОК = 5— 6 л). Однако в разных участках легких это соотношение не оди­наково (выделяют зоны Веста).

В связи с тем что давление в легочных артериях низкое (не превышает 30 мм рт.ст.), на легочный кровоток сильно влияет положение участка легкого относительно уровня сердца. Если человек находится в вертикальном положении, то верхушки легких располагаются на 15—25 см выше уровня желудочков и большая часть давления, создаваемого правым желудочком сердца, расходуется на подъем крови, поэтому в капиллярах верхушек легких отмечается пониженное давление и объем­ный кровоток. Следствие этого — вентиляция альвеол в верх­них участках легких превышает перфузию (объемный крово­ток) в 2—3 раза. В нижних долях легких наблюдается обратное соотношение. Сила тяжести способствует притоку крови к этим долям и кровоток в них в 2—3 раза превышает вентиля­цию. В среднем же по легким соотношение между вентиляцией и перфузией составляет 0,8— 1.

Учет влияния гравитации (силы тяжести) на кровоток име­ет значение во врачебной практике. В частности, у взрослых людей при одностороннем воспалении легкого оксигенация крови улучшается при таком положении больного, когда здо­ровое легкое находится ниже воспаленного.

Особенностью легочного кровотока является также то, что ^вотличие от всех других сосудов при снижении напряжения кислорода сосуды легких сужаются и кровоток в них уменьша­ется. Такая реакция сосудов способствует подстройке величи­ны легочного кровотока к величине вентиляции альвеол. В ре­зультате получается то, что в участках легких с большей вен­тиляцией (и большим парциальным давлением кислорода)^кР°воток усиливается, а в плохо вентилируемых — ослабляет-^Ся- Это обеспечивает условия для достаточного насыщения^кРови кислородом.

^12зак. 181 353