Газообмен в легких

Обмен газов происходит в альвеолах, где происходит диффузия О₂ из альвеолярного воздуха в кровь, а СО₂ из крови в альвеолярный воздух. В сутки в кровь из альвеолярного воздуха переходит примерно 500 л О₂, а в обратном направлении - 450 л СО₂.

1. Для газообмена в легких основное значение имеет парциальное давление газов.

Состав воздуха (в %)

Воздух	02	СО2	N2
Вдыхаемый	21,0	0,02-0,03	79,14
Выдыхаемый	16,0	4,5	79,5
Альвеолярный	14,0	5,5	80,7

Диффузия газов происходит вследствие разности парциального давления этих газов в альвеолярном воздухе и их напряжения в крови.

Парциальное давление газа в газовой смеси пропорционально % содержанию газа и общему давлению газа.

Расчет: рО₂ в атмосферном воздухе:

760 мм рт. ст. x 21,0

рО₂ = ------------------------------ = 159 мм рт. ст.

100

760 мм рт. ст. x 0,03

рСО₂ = ------------------------------ = 0,23 мм рт. ст.

100

В альвеолярном воздухе содержатся водяные пары, на долю которых приходится давлкение 47 мм рт. ст.. Следовательно, в альвеолярном воздухе:

(760 мм рт. ст. - 47 мм рт. ст.) x 14

рО₂ = ---------------------------------------------- = 100 мм рт. ст.

100

(760 мм. рт. ст. - 47 мм. рт. ст.) x 5,5

рСО₂ = --------------------------------------------- = 40 мм рт. ст.

100

В венозной крови напряжение О₂ равно 40 мм рт. ст., а СО₂ = 46 мм рт. ст., т. е. существует разность напряжения для О₂ равная 60 мм мм рт. ст., для СО₂ - 6 мм рт. ст.

В крови газы находятся в растворенном и химически связанном состояниях. Растворение газов происходит до наступления динамического равновесия между количеством растворяющихся и выходящих в газовую смесь молекул газа. Сила, с которой молекулы газа стремятся выйти в газовую среду называется напряжением газа в жидкости.

Количество растворяющегося газа в жидкости зависит от:

• состава жидкости;

• объема и давления газа над жидкостью;

• температуры жидкости;

• природы газа.

При атмосферном давлении 760 мм рт. ст. и температуре 38 ⁰С в крови растворяется О₂ - 0,3 % и СО₂ - 3,0 %.

Постоянство альвеолярного воздуха - это своеобразная внутренняя газовая среда организма. Постоянство газового состава альвеолярного воздуха является необходимым условием нормального протекания газообмена. Оно мало зависит от фаз вдоха и выдоха, так как при каждом вдохе обновляется только 1/7 часть альвеолярного воздуха. В поддержании данного постоянства существенную роль играет мертвое пространство, оно выполняет функцию буфера, сглаживающего колебания состава альвеолярного воздуха в ходе дыхательного цикла.

Газовый состав зависит от альвеолярной вентиляции:

• При гипервентиляции рО₂ повышается, рСО₂ понижается.

• При гиповентиляции рО₂ понижается, рСО₂ повышается.

От вентиляционно-перфузионного отношения, т.е. соответствия минутного объема дыхания минутному объему крови, протекающей по малому кругу кровообращения. В норме вентиляционно-перфузионный коэффициент равен:

МОД ( л/мин)

ВПК = ------------------------ = 0,8 - 0,9

МОК ( л/мин)

Соответствие кровотока объема вентиляции в различных участках легких достигается регуляторными механизмами, ограничивающими кровоток через недостаточно вентилируемые участки легких.

В сосудах большого круга кровообращения гладкая мускулатура большинства сосудов при недостатке О₂ расслабляется. В сосудах малого круга, наоборот, сокращается, что вызывает сужение сосудов в плохо вентилируемых участках легких и уменьшение в них кровотока (рефлекс Эйлера - Лильестранда.Понижение рО₂ в альвеолярном воздухе вызывает спазм легочных артериол.

Легочной кровоток в целом зависит от величины сердечного выброса. Это обеспечивается тесной взаимосвязью между механизмами регуляции дыхания и кровообращения.

Потребность человека в О₂ составляет 350 мл/мин (при физической работе до 5000 мл).

В легких условия таковы, что разность в парциальном давлении в 1 мм Hg уже достаточна, чтобы в кровь из альвеол перешло 25 мл О₂. А реально существует разность приблизительно 60 мм рт. ст. (надежность биологической системы). Благодаря такому большому градиенту рО₂ (приблизительно 60 мм Hg) обеспечивается почти уравновешивание напряжение О₂ в крови и рО₂ в альвеолярном воздухе за очень короткое время прохождения крови через капилляр (за время < 1 сек).

2. Сравнительно тонкий аэрогематический барьер (0,4 - 1,5 мкм ) между воздухносным и кровеносным руслами, включающий:

1. слой сурфактанта (при этом сурфактант является одним из факторов, способствующий диффузии О₂, так как последний лучше растворяется в фосфолипидах, входящих в сурфактант, чем в воде;

2. альвеолярный эпителий;

3. две базальные мембраны;

4. эндотелий капилляров.

В ходе диффузии О₂ кроме указанного барьера еще преодолевает:

1. слой плазмы крови;

2. мембрану эритроцитов.

3. Высокая диффузионная способность легких. Она определяется количеством газа, проникающего через легочную мембрану за одну минуту на 1 мм Hg градиента давления.

Для О₂ в норме она равна 25 мл/мин х мм мм рт. ст.

Для СО₂ диффузионная способность больше в 24 раза (т. к. СО₂ обладает повышенной растворимостью).

4. Большая общая поверхность альвеол (приблизительно 90 м²).

В области верхушек легких вентиляция альвеол менее эффективна, чем нижних долей. Но так как перфузия нижних долей более интенсивна, то рО₂ в артериальной крови, оттекающей от верхушек, выше, чем от нижних долей.

Небольшая разница между рО₂ и рСО₂ в альвеолах и рО_2, рСО₂ в артериальной крови объясняется наличием веноартериальных шунтов, снижением вентиляционно-перфузионного коэффициента в отдельных участках легкого, а также примешиванием к артериальной крови венозной из бронхиальных и коронарных сосудов (тебезиевы вены).