ЗАНЯТИЕ 15
Газообмен в легких и тканях.
Транспорт газов кровью.
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 |
Газообмен в лёгких и тканях осуществляется путём диффузии газов и подчиняется закону Фика:
М - количество диффундирующего газа;
t - время диффузии;
M/t - скорость диффузии;
DР - начальный градиент парциального давления газа в альвеолярном воздухе и его напряжения в крови;
Х/Ska - сопротивление диффузии;
Х – расстояние диффузии газов;
S - суммарная площадь контакта между альвеолами и капиллярами лёгких - площадь диффузии;
k - коэффициент диффузии газа, измеряемый количеством газа, проходящего путь в 1 см через поверхность в 1 м2 при определённой температуре;
a - коэффициент растворимости газа, выражающийся объёмом газа, который может растворяться в 1 мл жидкости при температуре 0оС и давлении данного газа над жидкостью в 760 мм рт. ст.
Из формулы Фика следует, что скорость диффузии газа (в легких) прямо пропорциональна разности парциального давления газа в альвеолярном воздухе и его напряжения в крови альвеолярных капилляров.
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.
760 мм рт. ст. x 0,03
рСО2 = ------------------------------ = 0,23 мм рт. ст.
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.
(760 мм. рт. ст. - 47 мм. рт. ст.) x 5,5
рСО2 = --------------------------------------------- = 40 мм рт. ст.
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.
Аэрогематический барьер
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 рО2, 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).
Транспорт газов кровью
О2 и СО2 переносятся кровью в двух формах:
а) в свободной (растворенной) форме;
б) в связанной форме;
В виде простого физического растворения их содержится в сравнительно небольшом количестве (О2 - 0,3 %, СО2 - 3,0 %).
Азота в венозной и артериальной крови содержится 1,2 V %, что соответствует простому его физическому растворению. А фактически из крови их можно извлечь: О2 - в 60 раз, а СО2 - в 18 раз больше, т.е. это свидетельствует о том, что основная форма их переноса - связанная.
Однако состояние физического растворения О2 и СО2 имеет огромное значение. Для того, чтобы связаться с теми или иными веществами, газы сначала должны раствориться в плазме крови, т.е. каждая молекула О2 и СО2 определенное время пребывает в растворенном состоянии, прежде чем она достигнет эритроцитов.
Транспорт О2 . . Большая часть О2 переносится кровью в виде химического соединения с гемоглобином - оксигемоглобина.
1 г гемоглобина способен связать 1,34-1,36 мл О2. Большинство авторов в расчет принимают цифру 1,34.
Зная содержание гемоглобина в крови можно рассчитать ее кислородную емкость.
Кислородная ёмкость крови - максимальное количество О2, которое может связать кровь. Она составляет 17,4-24,1 об%, в среднем - 20,6 об% для здорового взрослого мужчины и несколько меньше для женщины, т.е. 100 мл крови может связать в среднем 20,6 мл О2. Реальное количество О2, обычно связываемое кровью, составляет 18-19 об %. Процентное отношение содержания О2 в крови к её кислородной ёмкости называется степенью насыщения крови кислородом. Она равняется 90-97%. Поскольку в организме человека содержится около 600 г гемоглобина, а 1 гр гемоглобина связывает 1,34 мл кислорода, кислородная ёмкость всей крови составляет сравнительно небольшую величину - 800-1200 мл О2 и может удовлетворить потребности организма в кислороде только в течение 3-4 мин.
1,34 мл О2 x 14,0 г % = 187.6 мл »19.0 V % (190 мл/литр).
Однако степень оксигенации Hb прежде всего зависит от парциального давления О2 в той среде, с которой контактирует кровь. Эта зависимость выражается так называемой кривой диссоциации оксигемоглобина.
Кривая диссоциации оксигемоглобина
