Часть IV. Физиология систем внутренних органов

В обычных условиях человек дышит атмосферным воздухом, имеющим относительно постоянный состав (табл. 23.2). Меньше всего О2 и больше всего СO2 в альвеолярном воздухе. Выдыхаемый воздух представляет собой смесь альвеолярного газа и воздуха мертвого пространства, поэтому его состав занимает промежуточное положение между составом вдыхаемого (атмосферного) воздуха и альвеолярного газа. В «чистом» виде альвеолярный газ выводится лишь с последней порцией выдоха.

Альвеолярный воздух является внутренней газовой средой организма. От его состава зависит газовый состав артериальной крови. Регуляторные механизмы поддерживают постоянство состава альвеолярного воздуха. Состав альвеолярного воздуха при спокойном дыхании мало зависит от фаз вдоха и выдоха. Например, содержание диоксида углерода в конце вдоха всего на 0,2–0,3% меньше, чем в конце выдоха, так как при каждом вдохе обновляется лишь 1/7 часть альвеолярного воздуха. Кроме того, газообмен в легких протекает непрерывно,

Таблица 23.2. Состав сухого воздуха

Таблица 23.3. Напряжение газов

Примечание: рО2 — парциальное давление кислорода; рСО2 — парциальное давление углекислого газа.

при вдохе и при выдохе, что способствует выравниванию состава альвеолярного воздуха. При глубоком дыхании зависимость состава альвеолярного воздуха от вдоха и выдоха увеличивается.

Газы, входящие в состав атмосферного, альвеолярного и выдыхаемого воздуха, имеют определенное парциальное (partialis — частичный) давление, то есть давление, приходящееся на долю данного газа в смеси газов (табл. 23.3). Общее давление газа обусловлено кинетическим движением молекул, воздействующих на поверхность раздела сред и не зависит от природы газа. Согласно закону Дальтона парциальное давление газа в какой-либо смеси прямо пропорционально его объемному содержанию. Альвеолярный воздух представлен смесью в основном О2, СО2 и N2.

Так, при давлении сухого воздуха 760 мм рт.ст. парциальное давление кислорода (pO2) примерно 21% от 760 мм рт.ст., то есть 159 мм рт.ст. При расчете парциального давления в альвеолярном воздухе следует учитывать, что он насыщен водяными парами, парциальное давление которых при температуре тела равно 47 мм рт.ст. Именно поэтому на долю парциального давления газов приходится 760 – 47 = 713 мм рт.ст.

Необходимо учитывать, что приведенные в табл. 23.3 значения парциального давления газов соответствуют их давлению на уровне моря (р = 760 мм рт.ст.) и эти значения будут уменьшаться с подъемом на высоту.

Различное содержание О2 и СО2 в альвеолярном и выдыхаемом из легких воздухе свидетельствует о том, что в воздухоносных путях легких от трахеи до альвеол существуют многочисленные градиенты концентрации дыхательных газов, фронт которых может динамично смещаться в ту или иную сторону в зависимости от вентиляции легких.

В организме газообмен кислорода и углекислого газа через альвеолярнокапиллярную мембрану происходит с помощью диффузии. Диффузия О2 и СО2 через аэрогематический барьер зависит от следующих факторов: вентиляции дыхательных путей; смешивания и диффузии газов в альвеолярных протоках и альвеолах; смешивания и диффузии газов через аэрогематический барьер, мембрану эритроцитов и плазму альвеолярных капилляров; химической реакции газов с различными компонентами крови, и наконец от перфузии кровью легочных капилляров.

Для того чтобы такой газообмен был достаточно эффективным, необходима не только большая обменная поверхность, но и как можно меньшее диффузионное расстояние. Анатомо-физиологическая структура легких создает исключительно благоприятные условия для газообмена: дыхательная зона каждого легкого содержит около 300 млн альвеол и приблизительно аналогичное число капилляров, имеет площадь 40–140 м2 при толщине аэрогематического барьера всего 0,3–1,2 мкм.

Диффузия газов через альвеолярно-капиллярную мембрану легких осуществляется в два этапа. На первом этапе диффузионный перенос газов происходит по концентрационному градиенту через тонкий аэрогематический барьер, на втором — происходит связывание газов в крови легочных капилляров, объем которой составляет 80–150 мл, при толщине слоя крови в капиллярах всего 5–8 мкм и скорости кровотока около 0,1 мм/с. После преодоления аэрогематического барьера газы диффундируют через плазму крови в эритроциты.