Мы подробно рассмотрели как воздух попадает в легкие. Теперь посмотрим, что с ним происходит дальше.
Система кровообращения
Мы остановились на том, что кислород в составе атмосферного воздуха поступает в альвеолы, откуда через их тонкую стенку посредством диффузии переходит в капилляры, опутывающие альвеолы густой сетью. Капилляры соединяются в легочные вены, которые несут кровь, насыщенную кислородом, в сердце, а точнее в левое его предсердие. Сердце работает как насос, прокачивая кровь по всему организму. Из левого предсердия обогащенная кислородом кровь отправится в левый желудочек, а оттуда - в путешествие по большому кругу кровообращения, к органам и тканям. Обменявшись в капиллярах тела с тканями питательными веществами, отдав кислород и забрав углекислый газ, кровь собирается в вены и поступает в правое предсердие сердца, и большой круг кровообращения замыкается. Оттуда начинается малый круг.
Малый круг начинается в правом желудочке, откуда легочная артерия несет кровь на «зарядку» кислородом в легкие, разветвляясь и опутывая альвеолы капиллярной сетью. Отсюда снова - по легочным венам в левое предсердие и так до бесконечности. Чтобы представить себе эффективность этого процесса, вообразите себе, что время полного оборота крови составляет всего 20-23 секунды. За это время объем крови успевает полностью «обежать» и большой и малый круг кровообращения.
Чтобы насытить кислородом столь активно меняющуюся среду, как кровь, необходимо учитывать следующие факторы:
Количество кислорода и углекислого газа во вдыхаемом воздухе (состав воздуха)
Эффективность вентиляции альвеол (площадь соприкосновения, на которой происходит обмен газами между кровью и воздухом)
Эффективность альвеолярного газообмена (эффективность веществ и структур, обеспечивающих соприкосновение крови и газообмен)
Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха
В обычных условиях человек дышит атмосферным 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. Регуляторные механизмы поддерживают постоянство состава альвеолярного воздуха, который при спокойном дыхании мало зависит от фаз вдоха и выдоха. Например, содержание С0 2 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, независимо от фаз вдоха или при выдоха, что способствует выравниванию состава альвеолярного воздуха. При глубоком дыхании, из-за нарастания скорости вентиляции легких, зависимость состава альвеолярного воздуха от вдоха и выдоха увеличивается. При этом надо помнить, что концентрация газов «на оси» воздушного потока и на его «обочине» тоже будет различаться: движение воздуха «по оси» будет быстрее и состав будет больше приближаться к составу атмосферного воздуха. В области верхушек легких альвеолы вентилируются менее эффективно, чем в нижних отделах легких, прилежащих к диафрагме.
Вентиляция альвеол
Газообмен между воздухом и кровью осуществляется в альвеолах. Все остальные составные части легких служат только для доставки воздуха к этому месту. Поэтому важна не общая величина вентиляции легких, а величина вентиляции именно альвеол. Она меньше вентиляции легких на величину вентиляции мертвого пространства. Так, при минутном объеме дыхания, равном 8000 мл и частоте дыхания 16 в минуту вентиляция мертвого пространства составит 150 мл х 16 = 2400 мл. Вентиляция альвеол будет равна 8000 мл - 2400 мл = 5600 мл. При том же самом минутном объеме дыхания 8000 мл и частоте дыхания 32 в минуту вентиляция мертвого пространства составит 150 мл х 32 = 4800 мл, а вентиляция альвеол 8000 мл - 4800 мл = 3200 мл, т.е. будет вдвое меньшей, чем в первом случае. Отсюда следует первый практический вывод
, эффективность вентиляции альвеол зависит от глубины и частоты дыхания.
Величина вентиляции легких регулируется организмом таким образом, чтобы обеспечить постоянный газовый состав альвеолярного воздуха. Так, при повышении концентрации углекислого газа в альвеолярном воздухе минутный объем дыхания увеличивается, при снижении - уменьшается. Однако регуляторные механизмы этого процесса находятся не в альвеолах. Глубина и частота дыхания регулируются дыхательным центром на основании информации о количестве кислорода и углекислого газа в крови.
Обмен газов в альвеолах
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). Диффузия происходит вследствие разности давления этих газов в альвеолярном воздухе и в крови.
Диффузия - взаимное проникновение соприкасающихся веществ друг в друга вследствие теплового движения частиц вещества. Диффузия происходит в направлении снижения концентрации вещества и ведет к равномерному распределению вещества по всему занимаемому им объему. Так, пониженная концентрация кислорода в крови ведет к его проникновению через мембрану воздушно-кровяного (аэрогематичеекого) барьера, избыточная концентрация углекислого газа в крови ведет к его выделению в альвеолярный воздух. Анатомически воздушно-кровяной барьер представлен легочной мембраной, которая, в свою очередь, состоит из эндотелиальных клеток капилляров, двух основных мембран, плоского альвеолярного эпителия, слоя сурфактанта. Толщина легочной мембраны всего 0,4-1,5 мкм.
Сурфактант - поверхностно-активное вещество, которое облегчает диффузию газов. Нарушение синтеза сурфактанта клетками легочного эпителия делает процесс дыхания практически невозможным из-за резкого замедления уровня диффузии газов.
Поступивший в кровь кислород и принесенный кровью углекислый газ могут находиться как в растворенном виде, так и в химически связанном. В обычных условиях в свободном (растворенном) состоянии переносится настолько малое количество этих газов, что им смело можно пренебречь при оценке потребностей организма. Для простоты будем считать, что основное количество кислорода и углекислого газа транспортируется в связанном состоянии.
Транспорт кислорода
Кислород транспортируется в виде оксигемоглобина. Оксигемоглобин - это комплекс гемоглобина и молекулярного кислорода.
Гемоглобин содержится в красных кровяных тельцах - эритроцитах . Эритроциты под микроскопом похожи на слегка приплюснутый бублик. Такая необычная форма позволяет эритроцитам взаимодействовать с окружающей кровью большей площадью, чем шарообразным клеткам (из тел, имеющих равный объем, шар имеет минимальную площадь). А кроме того, эритроцит способен сворачиваться в трубочку, протискиваясь в узкий капилляр и добираясь в самые отдаленные уголки организма.
В 100 мл крови при температуре тела растворяется лишь 0,3 мл кислорода. Кислород, растворяющийся в плазме крови капилляров малого круга кровообращения, диффундирует в эритроциты, сразу же связывается гемоглобином, образуя оксигемоглобин, в котором кислорода 190 мл/л. Скорость связывания кислорода велика - время поглощения диффундировавшего кислорода измеряется тысячными долями секунды. В капиллярах альвеол с соответствующими вентиляцией и кровоснабжением практически весь гемоглобин притекающей крови превращается в оксигемоглобин. А вот сама скорость диффузии газов «туда и обратно» значительно медленнее скорости связывания газов.
Отсюда следует второй практический вывод : чтобы газообмен шел успешно, воздух должен «получать паузы», за время которых успевает выровняться концентрация газов в альвеолярном воздухе и притекающей крови, то есть обязательно должна присутствовать пауза между вдохом и выдохом.
Превращение восстановленного (бескислородного) гемоглобина (дезоксигемоглобина) в окисленный (содержащий кислород) гемоглобин (оксигемоглобин) зависит от содержания растворенного кислорода в жидкой части плазмы крови. Причем механизмы усвоения растворенного кислорода весьма эффективны.
Например, подъем на высоту 2 км над уровнем моря сопровождается снижением атмосферного давления с 760 до 600 мм рт. ст., парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе со 105 до 70 мм рт. ст., а содержание оксигемоглобина снижается лишь на 3%. И, несмотря на снижение атмосферного давления, ткани продолжают успешно снабжаться кислородом.
В тканях, требующих для нормальной жизнедеятельности много кислорода (работающие мышцы, печень, почки, железистые ткани), оксигемоглобин «отдает» кислород очень активно, иногда почти полностью. В тканях, в которых интенсивность окислительных процессов мала (например, в жировой ткани), большая часть оксигемоглобина не «отдает» молекулярный кислород - уровень
диссоциации оксигемоглобина низкий. Переход тканей из состояния покоя в деятельное состояние (сокращение мышц, секреция желез) автоматически создает условия для увеличения диссоциации оксигемоглобина и увеличения снабжения тканей кислородом.
Способность гемоглобина «удерживать» кислород (сродство гемоглобина к кислороду) снижается при увеличении концентрации углекислого газа (эффект Бора) и ионов водорода. Подобным же образом действует на диссоциацию оксигемоглобина повышение температуры.
Отсюда становится легко понятным, как взаимосвязаны и сбалансированы относительно друг друга природные процессы. Изменения способности оксигемоглобина удерживать кислород имеет громадное значение для обеспечения снабжения им тканей. В тканях, в которых процессы обмена веществ протекают интенсивно, концентрация углекислого газа и ионов водорода увеличивается, а температура повышается. Это ускоряет и облегчает «отдачу» гемоглобином кислорода и облегчает течение обменных процессов.
В волокнах скелетных мышц содержится близкий к гемоглобину миоглобин. Он обладает очень высоким сродством к кислороду. «Ухватившись» за молекулу кислорода, он уже не отдаст ее в кровь.
Количество кислорода в крови
Максимальное количество кислорода, которое может связать кровь при полном насыщении гемоглобина кислородом, называется кислородной емкостью крови. Кислородная емкость крови зависит от содержания в ней гемоглобина.
В артериальной крови содержание кислорода лишь немного (на 3-4%) ниже кислородной емкости крови. В обычных условиях в 1 л артериальной крови содержится 180-200 мл кислорода. Даже в тех случаях, когда в экспериментальных условиях человек дышит чистым кислородом, его количество в артериальной крови практически соответствует кислородной емкости. По сравнению с дыханием атмосферным воздухом количество переносимого кислорода увеличивается мало (на 3-4%).
Венозная кровь в состоянии покоя содержит около 120 мл/л кислорода. Таким образом, протекая по тканевым капиллярам, кровь отдает не весь кислород.
Часть кислорода, поглощаемая тканями из артериальной крови, называется коэффициентом утилизации кислорода. Для его вычисления делят разность содержания кислорода в артериальной и венозной крови на содержание кислорода в артериальной крови и умножают на 100.
Например:
(200-120): 200 х 100 = 40%.
В покое коэффициент утилизации кислорода организмом колеблется от 30 до 40%. При интенсивной мышечной работе он повышается до 50-60%.
Транспорт углекислого газа
Углекислый газ транспортируется кровью в трех формах. В венозной крови можно выявить около 58 об. % (580 мл/л) С02, причем из них лишь около 2,5 объемных % находятся в растворенном состоянии. Некоторая часть молекул С02 соединяется в эритроцитах с гемоглобином, образуя карбогемоглобин (приблизительно 4,5 об.%). Остальное количество С02 химически связано и содержится в виде солей угольной кислоты (приблизительно 51 об. %).
Углекислый газ является одним из самых частых продуктов химических реакций обмена веществ. Он непрерывно образуется в живых клетках и оттуда диффундирует в кровь тканевых капилляров. В эритроцитах он соединяется с водой и образует угольную кислоту (С02 + Н20 = Н2С03).
Этот процесс катализируется (ускоряется в двадцать тысяч раз) ферментом карбоангидразой. Карбоангидраза содержится в эритроцитах, в плазме крови ее нет. Т.о, процесс соединения углекислого газа с водой происходит практически только в эритроцитах. Но это процесс обратимый, который может изменять свое направление. В зависимости от концентрации углекислого газа карбоангидраза катализирует как образование угольной кислоты, так и расщепление ее на углекислый газ и воду (в капиллярах легких).
Благодаря указанным процессам связывания концентрация С02 в эритроцитах оказывается невысокой. Поэтому все новые количества С02 продолжают диффундировать внутрь эритроцитов. Накопление ионов внутри эритроцитов сопровождается повышением в них осмотического давления, в результате во внутренней среде эритроцитов увеличивается количество воды. Поэтому объем эритроцитов в капиллярах большого круга кровообращения несколько увеличивается.
Гемоглобин имеет большее сродство к кислороду, чем к углекислому газу, поэтому в условиях повышения парциального давления кислорода карбогемоглобин превращается сначала в дезоксигемоглобин, а затем в оксигемоглобин.
Кроме того, при превращении оксигемоглобина в гемоглобин происходит увеличением способности крови связывать двуокись углерода. Это явление носит название эффекта Холдейна. Гемоглобин служит источником катионов калия (К+), необходимых для связывания угольной кислоты в форме углекислых солей - бикарбонатов.
Итак, в эритроцитах тканевых капилляров образуется дополнительное количество бикарбоната калия, а также карбогемоглобин. В таком виде двуокись углерода переносится к легким.
В капиллярах малого круга кровообращения концентрация двуокиси углерода снижается. От карбогемоглобина отщепляется С02. Одновременно происходит образование оксигемоглобина, увеличивается его диссоциация. Оксигемоглобин вытесняет калий из бикарбонатов. Угольная кислота в эритроцитах (в присутствии карбоангидразы) быстро разлагается на Н20 и С02. Круг завершен.
Осталось сделать еще одно примечание. Угарный газ (СО) обладает большим сродством к гемоглобину, чем углекислый газ (С02) и чем кислород. Поэтому отравления угарным газом столь опасны: вступая с устойчивую связь с гемоглобином, угарный газ блокирует возможность нормального транспорта газов и фактически «душит» организм. Жители больших городов постоянно вдыхают повышенные концентрации угарного газа. Это приводит к тому, что даже достаточное количество полноценных эритроцитов в условиях нормального кровообращения оказывается неспособным выполнить транспортные функции. Отсюда обмороки и сердечные приступы относительно здоровых людей в условиях автомобильных пробок.
- ‹ Назад
Физиология дыхания.
Организм существует за счет энергии, которая поступает вместе с питательными веществами. В организме эти питательные вещества окисляются, и выделяется энергия, необходимая для жизнедеятельности. Кислород необходим для организма постоянно, и углекислый газ должен выделяться из организма тоже постоянно. Поэтому дыхание является жизненно необходимым процессом жизнедеятельности. Без пищи человек может прожить 60 дней, без воды 2-3 дня, а без воздуха 3 мин. Различают несколько этапов дыхания:
1. Транспорт воздуха из внешней среды в легкие, а из легких во внешнюю среду – называется вентиляция легких.
2. Обмен газов между альвеолами и кровью малого круга кровообращения.
3. Транспорт газов кровью
4. Обмен газов в тканях.
5. Клеточное или тканевое дыхание.
Система дыхания состоит из воздухоносных путей и легких.
1. К дыхательным или воздухоносным путям относится полость носа, носоглотка, гортань, трахея, брони.
3. Дыхательные мышцы
4. Дыхательные центры
5. Дыхательные нервы, которые выходят из дыхательных центров и иннервируют дыхательные мышцы.
Морфофункциональной единицей легких является Ацинус. Объем воздуха в легких 150 мл3. Этот воздух воздухоносных путей не участвует в газообмене и поэтому их называют мертвым пространством. Но здесь происходит:
1. Очищение воздуха, за счет ворсинок задерживаются частички пыли.
2. Согревание за счет густой сети капилляров
3. Увлажнение за счет слизи
4. Обезвреживание за счет лизоцима. Объем воздухоносных путей можно определить на трупе путем заливки воздухоносных путей гипсом, затем этот слепок погружают в воду, и по объему вытесненной воды определяют объем мёртвого пространства.
Внешнее дыхание. В среднем человек делает 16-20 дыхательных движений в мин., у новорожденных от30до70. Легкие покрыты пленкой, которая называется плеврой.
Давление в плевральной полости. В плевральной полости находится жидкость, которая по составу сходна с лимфой, но там отсутствуют белки, т.к. белки притягивают воду. И поэтому воды в плевральной полости очень мало. В плевральной щели давление всегда отрицательное, это отриц. давление обеспечено эластической тягой легких. При спокойном выдохе давление равно 3 мм рт.ст., при спокойном вдохе -6мм рт.ст.; при глубоком вдохе -20мм рт.ст. На легкие действует сила давления и эластическое сопротивление легких связано с поверхностно активным веществом Сурфанктантом. Он выстилает поверхность альвеол тонким слоем. Функция сурфанктанта препятствовать перерастяжению и спадению легких. Сила поверхностного натяжения обеспечивает эластическую тягу легких, она обусловлена 3-мя факторами:
1. Наличие эластических волокон
2. Тонус бронхиальных мышц
3. Наличие сурфа ктанта.
Сурфактант образован пневмоцитами второго типа и синтез контролируется блуждающим нервом. Перерезка вагуса угнетает продукцию сурфакнтанта. Это может быть причиной слипания легких и может повлечь за собой летальный исход. Если нарушить целостность плевральной полости, то в плевральную полость может попасть воздух – это называется пневмоторакс. Он бывает односторонний или двухсторонний. Двухсторонний пневмоторакс не совместим с жизнью, а если туда попадет кровь – это называется гемоторакс.
Механизм вдоха и выдоха. Вдох и выдох – это дыхательный цикл. Вдох – это инспирация, выдох – экспирация. Во время дыхательного цикла происходит передвижение воздуха, что сопровождается попеременным увеличением и уменьшением объема грудной клетки. В акте дыхания легкие принимают пассивную роль, активными являются дыхательные мышцы. Пассивную роль легких доказал ученый Дондерс.
Механизм вдоха. Он бывает спокойный и глубокий. Спокойный вдох – в нем принимает участие основные дыхательные мышцы:
1. Диафрагма . Во время спокойного вдоха диафрагма уплощается, т.е. становится плоской
2. Межреберные мышцы. Они приподнимают ребра.
3. Наружные межхрящевые мышцы. Они тоже участвуют в приподнимании ребер. Давление в плевральной полости становится -6мм рт.ст. Кол-во воздуха, которое попадает в легкие в среднем 500мл.
Спокойный выдох – основные дыхательные мышцы: диафрагма, наружные межреберные и наружные межхрящевые мышцы – расслабляются. Происходит спокойный выдох, давление в плевральной щели становится -3мм рт.ст.
Глубокий вдох. В механизме глубокого вдоха принимает участие:
1. Основные мышцы: диафрагма. Во время глубокого вдоха диафрагма опускается вниз на 1-1,5 см. наружные межреберные и межхрящевые мышцы сокращаясь, придают ребрам горизонтальное положение.
2. Дополнительные мышцы: мышцы груди и спины: большая и малая грудная оттягивают грудину вперед, а мышцы спины, такие как лестничная, ромбовидная, трапециевидная, поднимающая лопатку оттягивают ребра назад. Объем грудной полости увеличивается в передне-заднем и боковых направлениях. При этом в легкие может попасть до 4-5 литров воздуха. А в плевральной щели давление становится более отрицательным до -20 мм рт.ст.
3. Глубокий выдох . В нем принимает участие основные мышцы: диафрагма. Во время глубокого выдоха диафрагма прогибается во внутрь на 1-1,5 см т.к. мышцы брюшной стенки сокращаясь давят на внутренние органы, а они давят на диафрагму, поэтому диафрагма прогибается во внутрь. Наружные межреберные и межхрящевые мышцы сокращаясь опускают ребра и придают им более вертикальное положение. Дополнительные мышцы: большая и малая мышцы сокращаясь втягивают грудину вовнутрь. Мышцы спины сокращаясь также учувствуют в уменьшении объема грудной полости и происходит глубокий выдох. Дыхания обеспечивается за счет работы мышц. Различают брюшной тип дыхания – он в основном у мужчин, за счет изменения диафрагмы, и грудной тип дыхания, он в основном у женщин за счет сокращения дыхательных мышц. Нормальное дыхания называется эйпноэ, учащение дыхания – тахипноэ, урежение – брадипноэ, отдышка – диспноэ. Частота дыхания за 1 мин – 16 дыхательных движений. Важным показателем является объем легочной вентиляции.
Дыхательные объемы:
1. ЖЕЛ (жизненная емкость легких) – то кол-во воздуха, которое можно максимально выдохнуть после самого глубокого вдоха. У мужчин 4-5л, у женщин 3-4л. ЖЕЛ зависит от пола, возраста, и роста, тогда это будет называться должное ЖЕЛ. ЖЕЛ состоит из 3-х объемов:
1) дыхательный объем(ДО) – то кол-во воздуха, которое можно спокойно выдохнуть, после спокойного вдоха. Он равен 300-800мл(в среднем 500).
2) резервный объем вдоха – это то кол-во воздуха, которое можно дополнительно вдохнуть после спокойного вдоха. Он равен 2-2500 мл.
3) резервный объем выдоха – это то кол-во воздуха, которое можно дополнительно выдохнуть после спокойного выдоха, он равен 1500мл.
ЖЕЛ=ДО + резервный объем вдоха + резервный объем выдоха
4) остаточный объем – это то кол-во воздуха, которое остается в легких после глубокого выдоха, он равен 1000-1200мл.
5) общая емкость легких. Определяется по формуле ЖЕЛ+ остаточный объем.
6) минутный объем дыхания(МОД). Определяется по формуле:
Частота дыханий(16) *ДО(600)=9600. МОД увеличивается при физической нагрузке за счет глубины и частоты дыхания. У детей за счет частоты. МОД отражает легочную вентиляцию, но существует и альвеолярная вентиляция. Это альвеолярная вентиляция есть разность между легочной вентиляцией и вентиляцией мертвого пространства. Чтобы обмен газов в альвеолах был достаточным для организма, необходимо чтобы альвеолярная вентиляция соответствовала кровотоку в малом кругу кровообращения. Тогда обмен газов будет нормальным и коэффициент называется вентиляционный перфузионный коэффициент, он равен 0,8. Существует альвеолы с недостаточным кровообращением, тогда газообмен будет нарушен.
Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха.
Как видно из таблицы, разница идет у выдыхаемого воздуха и альвеолярного по СО2. Альвеолярный воздух – это и есть внутренняя газовая среда организма и от состава альвеолярного воздуха зависит состав артериальной крови и состояние целого организма. Газообмен в легких осуществляется в результате разницы парциального давления в газах и в крови. Парциальное давление – это сила, с которой газ стремиться пройти через полупроницаемую мембрану из области высокого показателя в область низкого показателя. Газ находится в газовой смеси. Газовая смесь – это О2, СО2, Азот и др. газы. Сила движения газа зависит от его напряжения, т.е. кол-ва газов в газовой смеси. Если напряжение газа пропорционально давлению, это говорит о том что растворенный в жидкости газ находится в равновесии с газом над жидкостью. А если напряжение газа в газовой смеси выше, то этот газ по показателю парциального давления будет стремиться из газовой смеси в жидкость, т.е. в кровь, и газ будет растворяться в крови. Известно, что газы в крови находятся в 2-х состояниях, в химически связанном и в свободном. В диффузии участвуют газы, находящиеся в состоянии простого физического растворения. Основная сила перехода О2 и СО2 – это разность парциального давления в альвеолах воздуха и в крови. Причины диффузии:
1. Проницаемость тканей
2. Скорость кровотока. Если напряжение увеличивается, то происходит движение, т.е. диффузия.
Парциальное давление
Атмосферный воздух , который вдыхает человек, находясь вне помещения (или в хорошо вентилируемых помещениях), содержит 20,94% кислорода, 0,03% углекислого газа, 79,03% азота. В закрытых помещениях, заполненных людьми, процентное содержание углекислого газа в воздухе может быть несколько выше.
Выдыхаемый воздух содержит в среднем 16,3% кислорода, 4% углекислого газа, 79,7% азота (эти цифры приведены в перерасчете на сухой воздух, т. е. за вычетом паров воды, которыми всегда насыщен выдыхаемый воздух).
Состав выдыхаемого воздуха весьма непостоянен; он зависит от интенсивности обмена веществ организма и от объема легочной вентиляции. Стоит сделать несколько глубоких дыхательных движений или, напротив, задержать дыхание, чтобы состав выдыхаемого воздуха изменился.
Азот в газообмене не участвует, однако процентное содержание азота в видимом воздухе на несколько десятых долей процента выше, чем во вдыхаемом. Дело в том, что объем выдыхаемого воздуха несколько меньше, чем объем вдыхаемого, а потому то же самое количество азота, распределяясь в меньшем объеме, дает больший процент. Меньший объем выдыхаемого воздуха по сравнению с объемом вдыхаемого объясняется тем, что углекислого газа выделяется несколько меньше, чем поглощается кислорода (часть поглощаемого кислорода используется в организме на обращение соединений, которые выделяются из организма с мочой и потом).
Альвеолярный воздух отличается от выдыхаемого большим процентом некислоты и меньшим процентом кислорода. В среднем состав альвеолярного воздуха таков: кислорода 14,2-14,0%, углекислого газа 5,5- 5,7%, азота около 80%.
Определение состава альвеолярного воздуха важно для понимания механизма газообмена в легких. Холден предложил простой метод для определения состава альвеолярного воздуха. После нормального вдоха исследуемый делает возможно более глубокий выдох через трубку длиной 1-1,2 м и диаметром 25 мм. Первые порции выдыхаемого воздуха,уходящие через трубку, содержат воздух вредного пространства; последние же порции, остающиеся в трубке, содержат альвеолярный воздух. Для анализа в газоприемник берут воздуха из той части трубки, которая находится ближе всего ко рту.
Состав альвеолярного воздуха несколько различается в зависимости от того, произведён ли забор пробы воздуха для анализа на высоте вдоха или выдоха. Если сделать быстрый, короткий и неполный выдох в конце нормального вдоха, то проба воздуха отразит состав альвеолярного воздуха после наполнения легких дыхательным воздухом, т. е. во время вдоха. Если же сделать глубокий выдох после нормального выдоха, то проба отразит состав альвеолярного воздуха во время выдоха. Понятно, что в первом случае процент углекислого газа будет несколько меньше, а процент кислорода несколько больше, чем во втором. Это видно из результатов опытов Холдена, который установил, что процент углекислого газа в альвеолярном воздухе в конце вдоха составляет в среднем 5,54, а в конце выдоха - 5,72.
Таким оораэом, имеется сравнительно небольшое различие в содержании углекислого газа в альвеолярном воздухе на вдохе и на выдохе: всего на 0,2-0,3%. Это в большой степени объясняется тем, что при нормальном дыхании, как сказано выше, ется всего, обновляется всего 1/7 объема воздуха в легочных альвеолах. Относительное постоянство состава альвеолярного воздуха имеет большое физиологическое значение, что выяснено ниже.
Альвеолярный воздух является внутренней газовой средой организма. От его состава зависит газовый состав артериальной крови. Регуляторные механизма поддерживают постоянство состава альвеолярного воздуха. Состав альвеолярного воздуха при спокойном дыхании мало зависит от фаз вдоха и выдоха.
Альвеолярный воздух (всегда находится в состоянии насыщения водяными парами) при температуре тела 40 в своем объеме содержит 7 25 % водяных паров.
Объем легких после вдоха, при глубине дыхания 500 мл (состояние покоя. В газообмене между альвеолярным воздухом легких и тканями организма передаточной средой является кровь.
Спирограмма, записанная с целью определения объемов воздуха в легких. ФОБ близка к объему альвеолярного воздуха перед началом вдоха.
В обычных условиях в альвеолярном воздухе содержится кислород, азот, углекислота и водяные пары. Последние находятся в нем в состоянии полного насыщения. Давление их зависит от температуры тела (37 - 40) и колеблется от 47 до 55 мм ртутного столба.
У здорового человека в легких альвеолярный воздух занимает наибольший объем в состоянии полного покоя. По мере углубления дыхания дыхательным воздухом все больше затрагивается объем резервного воздуха, пределом чего является глубокий выдох.
Состав сухого воздуха (в процентах. При глубоком дыхании зависимость состава альвеолярного воздуха от вдоха и выдоха увеличивается.
Чем выше концентрация яда в альвеолярном воздухе и больше растворимость его в воде, тем быстрее поступает он в кровь и тем выше его концентрация в ней.
Содержание кислорода во вдыхаемом воздухе (в объемных процентах, необходимое для поддержания нормального парциального давления в альвеолярном воздухе, на различных высотах. Альвеолярному барьеру отвечает определенное постоянство состава альвеолярного воздуха, поддерживаемого организмом человека.
В норме парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе равно 100 мм. На высоте 2400 - 3000 м оно падает до 70 мм, что человеком мало ощутимо. Это объясняется тем, что происходит приспособление организма к наступающей гипоксе-мии за счет усиления дыхания и кровообращения. Начиная с 4000 м насыщение крови кислородом резко падает.
Парциальное давление кислорода и двуокиси углерода в альвеолярном воздухе является той силой, с которой молекулы этих газов стремятся проникнуть через альвеолярную мембрану в кровь.
Аппарат для определения напряжения углекислого газа в альвеолярном воздухе применяется для диагностики заболеваний дыхательной и сердечно-сосудистой систем у человека.
Метод определения в воздухе модифицирован для крови и альвеолярного воздуха Гадаскиной.
В процессе декомпрессии вследствие падения парциального давления в альвеолярном воздухе происходит десатурация азота из тканей. Выделение азота осуществляется через кровь и затем легкие. Если декомпрессия производится форсированно, в крови и других жидких средах образуются пузырьки азота, которые вызывают газовую эмболию и как ее проявление - декомпрессионную болезнь.
В процессе декомпрессии вследствие падения парциального давления в альвеолярном воздухе происходит десатурация азота из тканей. Выделение азота осуществляется через кровь и затем легкие. Если декомпрессия производится форсированно, в крови и других жидких средах образуются пузырьки азота, которые вызывают газовую эмболию и как ее проявление - декомпрессионную болезнь. Тяжесть декомпрессионной болезни определяется массовостью закупорки сосудов и их локализацией. Развитию декомпрессионной болезни способствует переохлаждение и перегревание организма. Понижение температуры приводит к сужению сосудов, замедлению кровотока, что замедляет удаление азота из тканей и процесс десатурации. При высокой температуре наблюдается сгущение крови и замедление ее движения.
В обмене газов между альвеолами легких и кровью участвует только альвеолярный воздух, заполняющий альвеолы. Воздух, поступивший при вдохе в дыхательные пути - полости носа и рта, гортань, трахею и бронхи - увлажняется испаряющейся с внутренних поверхностей их стенок водой и согревается, но не участвует в газообмене. Поэтому условно эти участки называют мертвым пространством. При каждом выдохе воздух из этого пространства выдыхается в атмосферу и только затем выдыхается также воздух из альвеол.
При длительном дыхании чистым кислородом после вымывания из организма азота альвеолярный воздух будет состоять по объему примерно из тех же 5 5 % углекислоты, 6 % водяных паров и 88 5 % кислорода.
Избыточное давление воздуха приводит к повышению парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе, к уменьшению объема легких и увеличению силы дыхательной мускулатуры, необходимой для производства вдоха-выдоха. В связи с этим работа на глубине требует поддержания повышенного давления с помощью специального снаряжения или оборудования, в частности кессонов или водолазного снаряжения.
Важным показателем воздействия окружающей среды является концентрация химических веществ в альвеолярном воздухе.
Состав сухого воздуха (в процентах. Величина вентиляции легких регулируется так, чтобы обеспечить постоянный газовый состав альвеолярного воздуха. Так, при повышении концентрация двуокиси углерода в альвеолярном воздухе МОД увеличивается, при снижении - уменьшается.
Как уже отмечалось, обмен кислорода и углекислого газа; между альвеолярным воздухом и кровью капилляров, покрывающих стенку альвеол, основан на законах диффузии молекул газа из области более высокого парциального давления в область более низкого давления. Па (7 мм рт. ст.), в результате чего молекулы ССЬ переходят из крови в альвеолы. Следует отметить, что при спокойном дыхании процесс диффузии в легких здорового человека происходит весьма быстро, в результате-парциальные давления кислорода и углекислого газа в капиллярах легких и в альвеолярном воздухе практически одинаковы.
Какие физиологические возможности с поднятием на высоту имеются для поддержания в альвеолярном воздухе нормального парциального давления кислорода, равного в среднем НО мм ртутного столба.
ПСОУ (проникающая способность окиси углерода) - способность легких проводить окись углерода из альвеолярного воздуха в кровь легочных капилляров.
Аппарат состоит из отборника для взятия альвеолярного воздуха у пациента и анализатора для анализа альвеолярного воздуха.
В табл. 1.6 приведен состав вдыхаемого и выдыхаемого человеком сухого воздуха, а также состав альвеолярного воздуха.
В случае же падения, вследствие тех или иных причин, парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе ниже 50 - 60 мм рт. ст. степень насыщения гемоглобина кислородом оказывается уже недостаточной, и кровь не может обеспечить нормальное снабжение тканей кислородом. Организм тогда находится в состоянии гипоксемии.
Схема кислородно-карбогенного аппарата индивидуального пользования типа АЯРС-5. Физиологическое действие вдыхания карбогена, например при отравлении окисью углерода, выражается в резком изменении состава альвеолярного воздуха в сторону увеличения в нем кислорода. При ингаляции карбогена парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе может возрасти примерно в 5 раз. Следовательно, в плазме крови содержание кислорода может возрасти до 0 38x51 9 мл на каждые 100 мл крови. Таким образом, ингаляция карбогена при отравлениях окисью углерода увеличивает физическую растворимость кислорода в крови.
То есть импеданс грудной стенки определяется в основном ее эластичностью, которая по величине близка эластичности альвеолярного воздуха, и следовательно, в 50 - 70 раз меньше эластичности грудной клетки, наблюдающейся в процессе дыхания.
По мере поднятия на высоту барометрическое давление падает, а, следовательно, водяные пары и углекислота альвеолярного воздуха оказываются более разреженными и поэтому занимают больший объем. Кроме того, с высотой возрастает количество добавляемого к вдыхаемому воздуху кислорода, пределом чего является вдыхание чистого кислорода. В этом случае из состава альвеолярного воздуха может быть исключен азот, который при дыхании в значительной мере выводится из организма.
В процессе ингаляции физиологическое действие повышенных концентраций кислорода во вдыхаемом воздухе на организм сводится к изменению состава альвеолярного воздуха в сторону повышения в нем парциального давления кислорода.
Прибор может применяться в научно-исследовательских институтах и клиниках при изучении газообмена, для определения концентрации двуокиси углерода в альвеолярном воздухе, а также в замкнутых системах в условиях искусственного дыхания.
Из табл. 12 видно, что начиная с 3 % содержания углекислого газа во вдыхаемом воздухе содержание углекислого газа в альвеолярном воздухе начинает возрастать, а это в свою очередь ухудшает условия для освобождения от углекислоты венозной крови и ведет к накапливанию ее в тканях организма.
В медицинской практике дыхание чистым кислородом или кислородом при повышенных его концентрациях в воздухе преследует цель увеличения парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе. Искусственное увеличение парциального давления кислорода в легких облегчает и ускоряет диффузию его в кровь и показано при заболеваниях, связанных с теми или иными формами кислородного голодания организма. Дыхание кислородом в большинстве случаев проводится тогда, когда больной находится в состоянии покоя и оно носит эпизодический характер.
Насыщение артериальной крови при вдыхании высоких концентраций вначале происходит очень быстро, а через несколько минут вплоть до наступления динамического равновесия с альвеолярным воздухом - более медленно. Содержание в головном мозгу нарастает с такой же скоростью, как и в артериальной крови.
При подъемах даже на большие высоты (до 4000 м над уровнем моря), где воздух сильно разрежен и напряжение кислорода в альвеолярном воздухе падает до 60 мм рт. ст., кровь человека все еще на 85 % насыщена кислородом. Это свойство гемоглобина крови обеспечивает возможность жизни человека и животных в высокогорных условиях.
Нереагирующие газы и пары поступают в кровь через легкие на основе закона диффузии, т.е. вследствие разницы парциального давления газов или паров в альвеолярном воздухе и крови.
Увеличение вентиляции легких на высоте может оказывать и отрицательное действие на дыхание, так как оно ведет к снижению парциального давления двуокиси углерода в альвеолярном воздухе и удалении ее из крови. В результате при пониженном атмосферном давлении гипоксия сочетается с гипокапнией. При гипокапнии ослабевает стимуляция хеморецепторов, особенно центральных, что ограничивает увеличение вентиляции легких.
Го порядка и более мелких дыхательных путях, частота дыхания 5 вдохов в 1 мин, скорость движения воздуха 300 см3 / сек, объем альвеолярного воздуха 1350 см3 ; 6 - отложение ъ дыхательных бронхиолах и более мелких дыхательных путях (остальные данные о режиме дыхания те же.
На основании этого приводится табл. 8, из которой можно видеть, в какой степени должно возрастать содержание кислорода во вдыхаемом воздухе для искусственного изменения парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе в сторону его увеличения.
Делительную воронку Б отделяют от банки А и медленно вращают в руках в течение 3 - 4 минут, распределяя плазму тонким слоем по внутренней поверхности воронки для полного насыщения углекислотой альвеолярного воздуха.
Отлогая часть кривой, соответствующая высоким (более 60 мм рт. ст.) напряжениям кислорода, свидетельствует о том, что в этих условиях содержание оксигемоглобина лишь с бо зависит от напряжения кислорода и его парциального давления во вдыхаемом и альвеолярном воздухе.
Ингаляция высоких концентраций кислорода имеет прямой смысл также в тех крайних случаях, когда приходится рассчитывать и на физическую растворимость кислорода в плазме крови как на дополнительную возможность транспорта кислорода к тканям в условиях поддержания наибольшего парциального давления его в альвеолярном воздухе.
Модель взаимоотношений вентиляции альвеол и кровотока по капиллярам. Диффузия кислорода обеспечивается разностью парциальных давлений, равной около 60 мм рт. ст., а двуокиси углерода - всего лишь около 6 мм рт. ст. Время 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 двуокись углерода переходит в альвеолярный воздух. Переход двуокиси углерода в альвеолярный воздух при относительно небольшой разнице давлений объясняется высокой диффузионной способностью легких для этого газа.
Вдыхаемый нами воздух является смесью газов; состав выдыхаемого воздуха отражает происходящий в легких процесс газового обмена. Альвеолярный воздух при температуре тела насыщен водяными парами; парциальное давление водяного пара составляет приблизительно 48 мм. Если общее давление альвеолярного воздуха равно 760 мм, то давление, обусловленное смесью газов Оо СО2 N2, будет равно 760 - 48712 мм. При известном процентном составе газовой смеси можно рассчитать парциальное давление каждого из газов, что и иллюстрирует приводимый ниже пример.
Пробы выдыхаемого воздуха собирают в прорезиненный мешок, из которого предварительной продувкой газом-носителем удален воздух. Альвеолярный воздух получают, заставляя испытуемого как можно резче выдыхать воздух из легких и собирая этот воздух в цилиндр высотой 150 см и диаметром 2 5 см. Цилиндр продувается воздухом в результате глубоких выдохов. Часть трубки у рта содержит альвеолярный воздух. Трубку быстро зажимают языком, и методами, описанными выше, отбирают воздух из верхней части цилиндра.
Диффузия кислорода обеспечивается разностью парциальных давлений, равной около 60 мм рт. ст., а двуокиси углерода - всего лишь около 6 мм рт. ст. Время 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 двуокись углерода переходит в альвеолярный воздух. Переход двуокиси углерода в альвеолярный воздух при относительно небольшой разнице давлений объясняется высокой диффузионной способностью легких для этого газа.
После отбора проб пациента отключают, а отборник подсоединяют к анализатору. Набрав в газометрическую бюретку альвеолярный воздух, ее соединяют с поглотительным сосудом, наполненным-едким калием, и 10 - 15 минут прокачивают альвеолярный воздух через едкий калий. По разнице уровня воздуха в газометрической бюретке до и после прокачивания определяют объем СО в альвеолярном воздухе.
При повторных воздействиях поглощение усиливается. Для изучения содержания в альвеолярном воздухе испытуемые (6 человек) вдыхали 0 02 - 0 40 ммоль / м3 в течение 1 - б мин.
Альвеолярный воздух
смесь газов (главным образом кислорода, углекислого газа, азота и паров воды), содержащаяся в лёгочных Альвеола х. Объём А. в. (у человека 2,5-3 л) и его состав колеблются в зависимости от фаз дыхательного цикла, неодинаково изменяясь в разных участках лёгких. Поступление кислорода в кровь, протекающую по лёгочным капиллярам, и удаление из неё углекислого газа (см. Газообмен), а
также регуляция дыхания зависят от состава А. в., поддерживаемого у здоровых животных и человека в определённых узких границах благодаря вентиляции лёгких (у человека в норме А. в. содержит 14-15% кислорода и 5-5,5% углекислого газа). При недостатке кислорода во вдыхаемом воздухе и некоторых болезненных состояниях возникают изменения состава А. в., что может привести к гипоксии (См. Гипоксия). См. Дыхание . Л. Л. Шик.
Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .
Смотреть что такое "Альвеолярный воздух" в других словарях:
АЛЬВЕОЛЯРНЫЙ ВОЗДУХ - АЛЬВЕОЛЯРНЫЙ ВОЗДУХ, воздух, остающийся в легочных альвеолах после нормального спокойного выдыхания и служащий непосредственно для газообмена с кровью, проникающей по капиллярам легочной артерии. Объем А. в., слагаясь из резервного воздуха и… …
Альвеолярный воздух - – воздух, находящийся в альвеолах, сос тавляет альвеолярный (остаточный) объём легких, непосредственно участвует в газообмене с кровью …
Воздух, заполняющий альвеолы легких и непосредственно участвующий в газообмене с кровью … Большой медицинский словарь
Воздух альвеолярный - (aer alveolaris) – оставшаяся в легких часть воздуха после спокойного выдоха, включает резервный выдоха и остаточный объемы … Словарь терминов по физиологии сельскохозяйственных животных
ЗАПАСНЫЙ ВОЗДУХ - ЗАПАСНЫЙ ВОЗДУХ, объем воздуха,который можно выдохнуть после обычного выдоха. Он равен в среднем 1.600 см3. 3. в. называется такя се резервным воздухом. Вместе с остаточным водухом образует альвеолярный воздух (см.) … Большая медицинская энциклопедия
ДЫХАНИЕ - ДЫХАНИЕ. Содержание: Сравнительная физиология Д.......... 534 Дыхательный аппарат............. 535 Механизм вентиляции легких......... 537 Регистрация дыхательных движении..... 5 S8 Частота Д., сила дыхат. мышц и глубина Д. 539 Классификация и… … Большая медицинская энциклопедия
Их; мн. (ед. лёгкое, ого; ср.). Орган дыхания (у человека и позвоночных животных), расположенный в грудной полости. Обследовать л. Рентген лёгких. Объём лёгких. Дышать лёгкими. ◁ Лёгочный, ая, ое. Л ая ткань. Л ая артерия. Л ые болезни. * * *… … Энциклопедический словарь
ГАЗООБМЕН - ГАЗООБМЕН, т. е. обмен газов между организмом человека или животных и внешней средой, являясь одним из основных жизненных процессов, состоит в поглощении извне кислорода и в отдаче во внешнюю среду угольной кислоты и паров воды (а также газов,… … Большая медицинская энциклопедия
Совокупность процессов, которые обеспечивают поступление в организм кислорода и выделение из него углекислого газа (внешнее Д.) и использование кислорода клетками и тканями для окисления органических веществ с освобождением содержащейся в … Большая советская энциклопедия
АВ - автовокзал автобусный вокзал автомобильный вокзал авто, транспорт автовокзал Словарь: Новый словарь сокращений русского языка, М.: ЭТС, 1995. АВ АВТВ автв автомобильный взвод авто, воен. АВ … Словарь сокращений и аббревиатур
Loading...