Диффузия и газообмен в легких

Условия эффективного газообмена

Для того чтобы газообмен между альвеолами и кровью проходил полноценно, необходимы три ключевых условия:

• Непрерывная вентиляция альвеол. Это нужно, чтобы состав газа внутри альвеолы оставался постоянным.
• Диффузия газов. Переход молекул через альвеолярно-капиллярную мембрану. Движущей силой здесь выступает разница (градиент) парциального давления газов.
• Адекватная перфузия. Кровоснабжение легочных капилляров должно строго соответствовать уровню их вентиляции. Это называется вентиляционно-перфузионным соотношением.

Механизмы диффузии газов

Диффузия кислорода и углекислого газа всегда идет по градиенту парциального давления (напряжения) — из области с высоким давлением в область с низким.

В легких

Здесь газообмен идет между альвеолярным воздухом и венозной кровью, притекающей к капиллярам:

• Кислород (O2): в альвеолах его давление составляет 102 мм рт. ст., а в венозной крови — 40 мм рт. ст. Благодаря этому градиенту ($102 \rightarrow 40$) кислород переходит в кровь.
• Углекислый газ (CO2): в крови его напряжение равно 48 мм рт. ст., а в альвеолах — 40 мм рт. ст. Углекислый газ диффундирует в альвеолу ($48 \rightarrow 40$).

В тканях

Газообмен происходит между артериальной кровью и клетками:

• Кислород: в капиллярах тканей давление O2 около 90 мм рт. ст., а в клетках, которые активно его потребляют, падает до 0–20 мм рт. ст. Кислород стремится из крови в клетки.
• Углекислый газ: клетки активно вырабатывают CO2, его давление там достигает 60 мм рт. ст. В притекающей артериальной крови оно около 46 мм рт. ст. Углекислый газ переходит в кровь.

Взаимосвязь вентиляции и перфузии

Легкие обладают механизмами местной саморегуляции, чтобы газообмен был максимально эффективным. Организм перераспределяет ресурсы так, чтобы не тратить впустую кровоток на невентилируемые участки, и наоборот.

1. Если падает кровоток (гипоперфузия). В этом участке рефлекторно уменьшается просвет бронхиол. Вентиляция снижается, и воздух направляется в те зоны легких, которые кровоснабжаются лучше.
2. Если падает вентиляция (гиповентиляция). Развивается нехватка кислорода (гипоксия) и избыток углекислого газа (гиперкапния). Это вызывает местное сужение сосудов (вазоконстрикцию). Кровоток падает, и кровь перенаправляется к хорошо вентилируемым альвеолам.

Также в легких существует вертикальный градиент. Сверху вниз меняются и вентиляция, и перфузия, но градиент кровотока выражен сильнее. Это формирует разные показатели вентиляционно-перфузионного отношения ($V/Q$) в разных отделах легких.

Характеристики барьера и кровотока

Аэрогематический барьер, через который диффундируют газы, имеет суммарную площадь 70–80 м² и очень малую толщину — от 0,3 до 2,0 мкм.

Важную роль в диффузии играют сурфактанты. Они не только регулируют испарение воды с поверхности альвеол, но и контролируют скорость абсорбции кислорода на границе сред «газ — жидкость».

Скорость диффузии кислорода в кровь сильно зависит от разности давлений. Если градиент составляет всего 1 мм рт. ст., переходит 25–60 мл/мин O2. При градиенте в 60 мм рт. ст. скорость достигает 3600 мл/мин (при этом средняя потребность организма в покое — около 300 мл/мин). Углекислый газ обладает гораздо большей проникающей способностью и диффундирует в 25 раз быстрее кислорода.

Вопросы с занятий и экзамена

Что ещё разобрать по теме

• Строение и компоненты аэрогематического барьера
• Физико-химические свойства сурфактанта
• Формула расчета вентиляционно-перфузионного отношения (V/Q)
• Влияние гравитации на региональное распределение кровотока в легких
• Кривая диссоциации оксигемоглобина

Другие темы раздела «Дыхание»

Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.