Диффузия газов в легких

В обычных условиях человек дышит обычным воздухом, имеющим относительно постоянный состав. В выдыхаемом воздухе всегда меньше кислорода и больше углекислого газа. Меньше всего кислорода и больше всего углекислого газа в альвеолярном воздухе. Различие в составе альвеолярного и выдыхаемого воздуха объясняется тем, что последний является смесью воздуха мертвого пространства и альвеолярного воздуха.

Альвеолярный воздух является внутренней газовой средой организма. От его состава зависит газовый состав артериальной крови. Состав альвеолярного воздуха при спокойном дыхании мало зависит от фаз вдоха и выдоха.

Таблица 4.

Состав воздуха (в %)

Название газа	Воздух
	вдыхаемый	выдыхаемый	альвеолярный
Углекислый газ	0,03	4,1	5,5-5,7
Кислород	20,95	16,4	14,2-14,6
Азот	79,02	79,5	80

Газообмен в легких осуществляется в результате диффузии кислорода из альвеолярного воздуха в кровь (около 500 л в сутки) и углекислого газа из крови в альвеолярный воздух (около 430 л в сутки). Какие силы в легких заставляют кислород устремляться в кровь, а углекислый газ – покидать ее?

Любой газ в составе смеси (в данном случае такой смесью будет вдыхаемый нами воздух) обладает собственной силой, называемой парциальным давлением (Р). Такой же силой обладают и газы, растворенные в жидкой среде (кровь), только здесь эта сила называется напряжением. Обе силы измеряются в мм рт.ст. Вся «сцена» обмена разыгрывается в легочных пузырях.

Если парциальное давление газа в газовой смеси больше, чем напряжение этого же газа в жидкости, газ стремиться проникнуть в жидкость и раствориться в ней, и наоборот, если напряжение газа в жидкости больше его парциального давления в газовой смеси, газ покидает жидкость.

На уровне моря во вдыхаемом нами воздухе РО₂ составляет около 100 мм рт.ст., а его напряжение в венозной крови – 40 мм рт.ст. Естественно, кислород «давит» в газе сильнее, чем «напрягает» в жидкости, и эта сила заставляет его поступать в кровь, пока давление и напряжение кислорода не уравновесятся. Кровь протекает через капилляры легких за 0,5 с, а чтобы кровь из венозной превратилась в артериальную, достаточно половины этого времени. При здоровом состоянии организма артериальная кровь насыщается кислородом на 95-97%.

Для углекислого газа картина обратная. Его парциальное давление в альвеолах – 40 мм рт.ст., а напряжение в крови – 46 мм рт.ст., поэтому СО₂ выталкивается из крови пока не наступит равновесие. Несколько странным может показаться тот факт, что, несмотря на меньшую разницу между напряжением и давлением, СО₂ покидает кровь в 20 раз быстрее, чем О₂ проникает в нее. Это происходит потому что растворимость СО₂ в 25 раз больше, чем О₂. Тем не менее артериальная кровь наряду с О₂ всегда содержит небольшое количество СО₂.

Всю газовую смесь атмосферного воздуха принимают за 100%, она обладает давлением 760 мм рт. ст., а часть газа (кислорода – 20,95%) принимают за х. Отсюда парциальное давление кислорода в смеси воздуха равно 159 мм рт. ст. При расчете парциального давления газов в альвеолярном воздухе необходимо учитывать, что он насыщен водяными парами, давление которых составляет 47 мм рт. ст. Следовательно, на долю газовой смеси, входящей в состав альвеолярного воздуха, приходится давление не 760 мм рт. ст., а 760 - 47 = 713 мм рт. ст. Это давление принимается за 100%. Отсюда легко вычислить, что парциальное давление кислорода, который содержится в альвеолярном воздухе в количестве 14,3%, будет равно 102 мм рт. ст.; соответственно, расчет парциального давления углекислого газа показывает, что оно равно 40 мм рт. ст.

Парциальное давление кислорода и углекислого газа в альвеолярном воздухе является той силой, с которой молекулы этих газов стремятся проникнуть через альвеолярную мембрану в кровь.

Если учесть, что в альвеолярной крови, притекающей к легким, парциальное напряжение кислорода составляет 40 мм рт. ст., а углекислого газа – 46-48 мм рт. ст., то градиент давления, определяющий диффузию газов в легких, будет составлять: для кислорода 102 - 40 = 62 мм рт. ст.; для углекислого газа 40 - 46(48) = минус 6 - минус 8 мм рт. ст.

Времени протекания крови через капилляры малого круга (в среднем 0,7 с) достаточно для практически полного выравнивания парциального давления и напряжения газов: кислород растворяется в крови, а углекислый газ переходит в альвеолярный воздух. Переход углекислого газа в альвеолярный воздух при относительно небольшой разнице давлений объясняется высокой диффузионной способностью легких для этого газа.

Таблица 5.

Парциальное давление и напряжение О₂ и СО₂ в

легких (мм рт.ст.)

Название газа	Венозная кровь	Альвеолярный воздух	Артериальная кровь
Кислород	40	102	96
Углекислый газ	46	40	39