Реферат: Газовый состав крови
Диффузия газов через респираторную мембрану
Респираторная единица состоит из респираторной бронхиолы, альвеолярных ходов, отверстия, открывающегося в альвеолу, и альвеолы.
В обоих легких имеется около 300 млн альвеол, диаметр каждой альвеолы в среднем составляет примерно 0,2 мм (200 мкм). Стенки альвеол чрезвычайно тонки и тесно соприкасаются с относительно плотной сетью сообщающихся между собой капилляров.
Ввиду большой распространенности капиллярного сплетения движение крови возле альвеол описывается как "сплошной лист" протекающей крови. Мембрана, через которую осуществляется газообмен между альвеолярным воздухом и кровью, известна как респираторная, или легочная, мембрана.
Для того чтобы кислород прошел из альвеол в легочное капиллярное русло, он должен проникнуть через четыре отдельных слоя, часто называемых в совокупности альвеолярно-капиллярной, или респираторной, мембраной. Эти четыре слоя включают следующее.
1.Слой жидкости, омывающей альвеолу. Она называется альвеолярной жидкостью и содержит в себе сурфактант, уменьшающий поверхностное натяжение.
2.Альвеолярный эпителий, состоящий из очень тонкого слоя эпителиальных клеток и базальной мембраны.
3.Очень ограниченное интерстициальное пространство между альвеолярным эпителием и капиллярной мембраной.
4.Капиллярная эндотелиальная мембрана и ее базальная мембрана, сливающаяся во многих местах с альвеолярной базальной мембраной.
Несмотря на такое количество слоев, общая толщина респираторной мембраны в некоторых местах составляет всего лишь 0,2 мкм, а в среднем — 0,63 мкм.
Как установлено при гистологических исследованиях, общая площадь поверхности респираторной мембраны у здорового взрослого составляет примерно 160 м2 (что приблизительно соответствует размерам теннисного корта). Хотя легкие могут содержать около 700 мл крови, ее общее количество в легочных капиллярах в тот или иной момент времени составляет лишь 60-140 мл.
Средний диаметр легочных капилляров составляет менее 8 мкм; это означает, что эритроциты должны действительно проникать через них. Следовательно, мембрана эритроцита обычно соприкасается с капиллярной стенкой, так что кислород и углекислый газ вовсе не обязательно должны пройти через значительное количество плазмы в процессе их диффундирования между альвеолой и эритроцитом. Это способствует увеличению скорости диффузии газов между альвеолой и эритроцитом.
Факторы, влияющие на диффузию газов через респираторную мембрану
Факторы, определяющие скорость прохождения газа через респираторную мембрану, таковы:
1) толщина мембраны;
2) площадь поверхности мембраны;
3) коэффициент диффузии газа в воде данной мембраны;
4) разница давления по обе стороны мембраны.
Толщина респираторной мембраны иногда увеличивается, обычно в результате накопления отечной жидкости в интерстициальном пространстве. Кроме того, некоторые легочные заболевания вызывают фиброз легких, при котором отдельные участки респираторной мембраны могут еще больше утолщаться. Поскольку скорость диффузии через мембрану обратно пропорциональна ее толщине, любой фактор, увеличивающий толщину мембраны более чем в 2 или 3 раза по сравнению с нормой, может существенно нарушить оксигенацию крови. Диффузия практически никогда не представляет проблемы для углекислого газа.
Площадь поверхности респираторной мембраны может значительно уменьшаться при многих различных состояниях, таких как ателектаз или резекция легочной ткани. При эмфиземе многие альвеолы сливаются друг с другом при исчезновении альвеолярных стенок. Вновь образовавшиеся альвеолярные полости значительно больше первоначальных, однако общая площадь поверхности респираторной мембраны значительно сокращается. Когда общая площадь поверхности легких уменьшается примерно на одну треть или одну четверть нормы, обмен газов через мембрану в значительной степени замедляется даже в условиях покоя. При спортивных соревнованиях и других физических нагрузках даже небольшое уменьшение дыхательной поверхности легких может стать серьезной помехой для адекватного газообмена. Разница в давлении по обе стороны респираторной мембраны является по сути дела разницей между парциальным давлением газа в альвеолярах и парциальным давлением этого газа в крови. При дыхании комнатным воздухом нормальная артериально-альвеолярная разница для кислорода составляет 2—10 мм рт.ст. Для углекислого газа нормальная разница равна нулю.
Диффузионная способность респираторной (альвеолярно-капиллярной) мембраны.
Способность респираторной мембраны к газообмену между альвеолярами и кровью в легких может быть выражена количественно при использовании диффузионной способности, которая определяется как объем газа, диффундирующего через мембрану в течение 1 мин при разнице давления в 1 мм рт.ст. У среднего молодого взрослого диффузионная способность для кислорода в покое составляет в среднем 21 мл/мин на 1 мм рт.ст. Средняя разница давления кислорода по обе стороны респираторной мембраны при нормальном, спокойном дыхании составляет примерно 12 мм рт.ст. Умножение этого параметра на диффузионную способность (21 * 12) дает общее количество (около 250 мл) кислорода, диффундирующего через респираторную мембрану каждую минуту, что приблизительно равно скорости, с которой средний взрослый поглощает кислород в условиях покоя.
При большой физической нагрузке или при других состояниях, существенно увеличивающих легочный кровоток и альвеолярную вентиляцию, диффузионная способность кислорода у молодых мужчин возрастает до максимума — примерно до 65 мл/мин на 1 мм рт.ст., что втрое превосходит диффузионную способность в состоянии покоя. Подобное повышение обусловлено рядом различных факторов, включающих: 1) раскрытие прежде "спавших" легочных капилляров, что увеличивает поверхность крови, в которую кислород может диффундировать; 2) расширение легочных капилляров, которые уже были открыты, что еще больше увеличивает площадь поверхности.
Диффузионная способность двуокиси углерода не определена, так как этот газ настолько быстро диффундирует через респираторную мембрану, что средняя разница между РС о, в крови легочных капилляров и в альвеолах составляет менее 1 мм рт.ст. Поскольку диффузионный коэффициент углекислого газа в 20 раз выше, чем у кислорода, можно ожидать, что диффузионная способность углекислого газа в покое составит примерно 400—450 мл/мин на 1 мм рт.ст., а при физической нагрузке — около 1200—1300 мл/мин на 1 мм рт.ст.
Способность кислорода к диффузии может быть рассчитана по следующим параметрам: 1) альвеолярное POl ; 2) POl в крови легочных капилляров; 3) скорость поглощения кислорода кровью. Ввиду трудностей, возникающих при определении диффузионной способности кислорода, физиологи предпочитают определять данный параметр для окиси углерода и лишь затем, используя полученное значение, рассчитывать диффузионную способность кислорода. При таком методе в альвеолы вдыхается небольшое количество окиси углерода, а затем его парциальное давление измеряется в образцах альвеолярного воздуха. Измерив, объем окиси углерода, абсорбированного в течение определенного времени, и разделив полученное значение на парциальное давление окиси углерода в воздухе в конце дыхательного цикла, определяют диффузионную способность окиси углерода.
Диффузионный коэффициент кислорода составляет 1,23 такового окиси углерода. Следовательно, если средняя диффузионная способность окиси углерода у молодого мужчины составляет 17 мл/мин на 1 мм рт.ст., то диффузионная способность кислорода будет равна 1,23 этой величины, или 21 мл/мин на 1 мм рт.ст.
5. Альвеолярные газы
Вдыхаемые газы
Воздух на уровне моря при среднем барометрическом давлении в 760 мм рт.ст. содержит приблизительно 20,93 % кислорода и 0,04 углекислого газа; остальное приходится в основном на азот. Следовательно, парциальное давление кислорода и углекислого газа в воздухе на уровне моря составляет соответственно 159 и 0,3 мм рт.ст.