Газовый состав вдыхаемого, альвеолярного и выдыхаемого воздуха

Дыхательные газы	Вдыхаемый воздух	Альвеолярный воздух	Выдыхаемый воздух
О2 % мм.рт.ст.	20,9% 160 мм.рт.ст.	13,5% 104 мм.рт.ст.	15,5% 120 мм.рт.ст.
СО2 % мм.рт.ст.	0,03% 0,2 мм.рт.ст.	5,3% 40 мм.рт.ст.	3,7% 27 мм.рт.ст.

Внешнее дыхание необходимо для обновления альвеолярного воздуха, так как в процессе жизнедеятельности идет постоянный процесс потребления О₂ и выделения СО₂. Внешнее дыхание поддерживает концентрацию дыхательных газов в альвеолярном воздухе на постоянном уровне.

Интенсивность внешнего дыхания подчинена задачам обеспечения оптимальных условий для газообмена в организме.

Оптимальные условия для газообмена в организме сохраняются в организме определенное время (3-4 секунды).

Этим и определяется частота дыхания (14-18 в минуту). Таким образом, аппарат дыхания обладает резервами, которые позволяют обменивать воздух с определенной периодичностью.

В основе обмена газов между альвеолярным воздухом и кровью, между кровью и тканями лежит одно физическое явление - процесс диффузии.

Если газ находится над жидкостью, он также легко в неё переходит, растворяясь в ней. Интенсивность перехода газа в жидкость зависит от парциального давления этого газа над жидкостью.

Давление газа в смеси с другими газами, выраженное в мм рт. ст., принято обозначать термином «парциальное давление газа».

Давление газа, растворенного в жидкости, обозначают как «напряжение газа».

Содержание дыхательных газов в альвеолярном воздухе, крови и тканях

	Венозная кровь	Альвеолярный воздух	Артериальная кровь	Ткани
СО2 (мм рт. ст.)	46	38	40	50-60
О2 (мм рт. ст.)	40	100	100	20-40

Следует иметь в виду, что аэрогематический барьер легких обладает определенной проницаемостью, которая характеризуется диффузионной способностью легких.

Часть 2. Транспорт газов кровью.

Механизмы связывания газов кровью:

1. Физическое растворение;

2. Химическое связывание.

1. Физическое растворение.

В жидкой части крови растворены газы воздуха: кислород, углекислый газ, азот. Растворенные в эндогенной воде О₂ и СО₂ не играют какой-либо значимой физиологической роли.

2. Химическое связывание кислорода кровью.

Насыщение кровью кислородом.

Насыщение кровью кислородом зависит от:

1. Альвеолярной вентиляции (pO₂ в альвеолах);

2. Кровотока в легких;

3. Диффузионной способности легких;

4. Содержания гемоглобина (HHb) в эритроцитах.

1. Насыщение крови кислородом зависит от рО₂ в альвеолах. Величина рО₂ в альвеолах определяется прежде всего интенсивностью вентиляции легких (альвеолярной вентиляцией).

2. Важную роль в насыщении крови кислородом играет кровоток в легких (перфузия легких кровью).

Характеристика перфузии легких кровью.

Объем легочной перфузии – около 500 мл крови.

МОК для малого круга кровообращения равен (соответствует) таковому для большого круга кровообращения.

Давление в легочных артериях составляет 15-25 мм.рт.ст.,. В легочной артерии низкое пульсовое давление 5-6 мм.рт.ст.

В малом круге кровообращения невелика разница между давлением в артериях и венах (10 мм.рт.ст.).

В связи с низким кровяным давлением легочной кровоток имеет фазный характер, т.е. зависит от вдоха и выдоха.

Существенное влияние на легочную перфузию кровью оказывает гравитационное и альвеолярное давление. В связи с этим перфузия кровью различных частей легкого не одинакова.

Выделяют 3 зоны легких с разной перфузией кровью:

Зона 1. Верхушка легкого. Минимальная перфузия.

Зона 2. Верхняя треть легкого. Умеренная перфузия. Часть капилляров может находиться в спавшемся состоянии.

Зона 3. Нижние две трети легкого. Наибольщая перфузия.

3. Диффузионная способность легких это количество мл газа, которое проходит за 1 минуту через легочную мембрану при разнице парциальных давлений по обе стороны мембраны 1 мм.рт.ст.

4. Содержание гемоглобина (HHb) в эритроцитах. 1 г HHb способен связать 1,35 мл О₂. При содержании гемоглобина 150 г/л (норма) каждые 100 мл крови переносят 20,8 мл О₂. Это кислородная емкость крови.

Другой показатель, отражающий связывание кислорода кровью – содержание кислорода в крови, взятой в различных участках сосудистого русла: в артериальной крови в норме 20 мл О₂/100 мл крови и в венозной крови -14 млО₂/100 мл крови.

Следующий показатель – артерио-венозная разница (норма 5-6 мл О₂/100 мл крови).

Отношение кислорода, связанного с гемоглобином, к кислородной емкости крови (все выраженное на 100 мл крови) называется насыщение гемоглобина кислородом. В артериальной крови оно составляет в норме 96%.

Гемоглобин присоединяет кислород с помощью непрочной водородной связи, с образованием оксигемоглобина. Эта реакция обратима:

Нв+О₂=НвО₂

Направленность реакции зависит от содержания кислорода: если количество кислорода в крови увеличивается, то реакция идет в сторону образования оксигемоглобина, если уменьшается - то в противоположную сторону.

Динамика взаимодействия Нв и О₂ отражается кривой диссоциации оксигемоглобина. Эта кривая количественно определяет приведенную выше реакцию связывания гемоглобином кислорода.

Кривая отражает общую закономерность: увеличение количества кислорода сопровождается усиленным образованием оксигемоглобина. Кривая диссоциации оксигемоглобина имеет S-образный вид.

Это связано с тем, что до 10 мм рт. ст. кислород связывается гемоглобином медленно, затем до 60-50 мм рт. ст. скорость реакции резко увеличивается, кривая круто поднимается вверх, при давлении 90 мм рт. ст., когда более 98% гемоглобина связано с кислородом, кривая вновь идет почти горизонтально.

Избыток СО₂ и ацидоз сдвигают кривую диссоциации вправо, а недостаток СО₂ и алкалоз – влево (эффект Бора).

В кровеносной системе легких реакция взаимодействия гемоглобина с кислородом идет в сторону образования оксигемоглобина, так как венозная кровь имеет напряжение кислорода 40 мм рт. ст., а в альвеолярном воздухе парциальное давление кислорода составляет 100 мм рт. ст.

В тканях напряжение О₂ равно 20-40 мм рт. ст., а в артериальной крови – 100 мм рт. ст., в связи с этим реакция идет в сторону распада оксигемоглобина. Кровь отдает в ткани часть О₂.

Этот процесс оценивается коэффициентом утилизации кислорода (КУК).

КУК это отношение потребленного кислорода к кислородной емкости крови. В норме в покое 30-40%, при физ. нагрузках существенно возрастает.

Для оценки эффективности газообмена вычисляют коэффициент использования кислорода (КИК).

КИК показывает количество кислорода в мл, которое потребляется из 1 литра воздуха. В норме он составляет 40 мл.

Химическое присоединение СО₂.

Напряжение СО₂ в тканях составляет 60 мм.рт.ст., а в притекающей крови – 50-60 мм.рт.ст. Благодаря этому СО₂ переходит из ткани в кровь (напряжение в оттекающей крови - 46 мм.рт.ст.).

Основная форма связывания СО₂ кровью – это образование бикарбонатов натрия и калия.

СО₂ + Н₂О = Н₂СО₃

Эта реакция обратима, ее направление зависит от количества СО₂. Его увеличение сдвигает реакцию вправо, уменьшение - влево. Образующаяся угольная кислота диссоциирует:

Н₂ СО₃ ---- Н⁺ + НСО₃^-

Следовательно, в эритроците образуются катионы Н⁺ и анионы НСО₃^-. Катионы водорода вступают в реакцию восстановления гемоглобина: Н⁺ + Нв = ННв.

Анионы НСО₃^– – частично выходят из эритроцитов в плазму из-за разности концентраций.

Таким образом, в плазме и в эритроцитах появляется значительное количество анионов НСО₃^-, которые в плазме взаимодействуют с катионами натрия (55% связывания углекислого газа), а в эритроцитах – взаимодействуют с катионами калия (35% связывания углекислого газа), образуя соответственно гидрокарбонаты Na и К.

Ключом всех этих реакций служит фермент карбоангидраза, который содержится в мембранах эритроцитов и катализирует обратимую реакцию соединения углекислого газа с водой.

Кроме того, небольшое количество углекислого газа (10%) транспортируется в виде карбогемоглобина – соединения СО₂ с гемоглобином.

Клинико-физиологическая оценка газообмена.

В клинической практике 2 и 4 этапы дыхания оцениваются не раздельно, а в целом.

1. Определение состава альвеолярного, вдыхаемого и выдыхаемого воздуха, при их сопоставлении можно получить сведения о газообмене. Анализ состава альвеолярного, вдыхаемого и выдыхаемого воздуха проводят на газоанализаторах.

2. Количество потребленного кислорода - оно характеризует интенсивность деятельности дыхательной системы. Определение количества потребленного кислорода можно произвести путем сопоставления состава вдыхаемого и выдыхаемого воздуха газоанализаторами, либо с помощью оксиспирографа.

Третий этап дыхания оценивается путем определения концентрации дыхательных газов в артериальной и венозной крови.

Для этого проводят вытеснение дыхательных газов из крови физическим методом (изменение давления над кровью, И.М. Сеченов), химическим методом (вытеснение дыхательных газов из крови химическими реагентами, Баркрофт) или физико-химическим методом (Ван Слайк).

Собирают вытесненные газы в сосуд и определяют их содержание с помощью газоанализатора.