Механизм газообмена между воздухом и тканями организма

Во время дыхания почти 30% воздуха, вдыхаемого, находится в дыхательных путях, а 70% заполняет объем альвеол. Именно эта часть воздуха обеспечивает вентиляцию альвеол, его отношение к вдыхаемого воздуха называется коэффициентом легочной вентиляции. Атмосферный воздух - это смесь азота (до 78%), кислорода (до 21%), углекислого газа (до 0,03%), водяного пара и незначительной примеси других газов.

Часть атмосферного давления, которая зависит от количества отдельного газа, называется его парциальным давлением. Например, атмосферное давление составляет 760 мм рт.ст., а судьба кислорода - 21% от воздуха, то есть этот газ создает 21% общего атмосферного давления, а именно: 160 мм рт.ст. Согласно углекислый газ создает парциальное давление 0,23 мм рт.ст. Однако в альвеолах не происходит полной замены воздуха атмосферным, поэтому реальный уровень газов в альвеолярном воздухе характеризуется следующими значениями - 102-104 мм рт.ст. для кислорода и 40 мм рт.ст. для углекислого газа.

Концентрация газов в жидкостях характеризуется термином напряжение газов. Он означает, с какой силой растворенный газ пытается оставить жидкость.

Газообмен кислорода и углекислого газа между альвеолярным воздухом и кровью легочных капилляров обеспечивается путем простой диффузии, обусловленной различными их парциальными давлениями (напряжением) с обеих сторон стенок альвеол.

В обычных условиях парциальное давление кислорода в альвеолах всегда больше, чем его напряжение в венозной крови (40 мм рт.ст.), а парциальное давление углекислого газа наоборот меньше, чем его напряжение (46 мм рт.ст.).

Таким образом, разница концентрации кислорода с обеих сторон альвеол превышает 60 мм рт.ст., поэтому он перемещается в кровь. Углекислый газ выходит наружу тоже быстро, потому что незначительная разница его концентрации компенсируется лучшей растворимости в воде. Кроме того, на насыщенности крови газами сказывается то, что они в ней в основном находятся в химически связанном состоянии, это способствует постоянной диффузии.

Кислород, поступивший в плазму крови из альвеол, перемещается к эритроцитам, в которых соединяется с гемоглобином в соединение - оксигемоглобин (1 г гемоглобина присоединяет 1,34 мл кислорода). Кислородная емкость крови - это максимальное количество кислорода, которое может быть связана 100 мл крови при условии, что весь гемоглобин превратился в оксигемоглобин. Фиксация кислорода и распад оксигемоглобина зависит не только от напряжения газа, но и от других факторов, которые сказываются на этой реакции, в частности температуры, наличия кислых веществ и углекислого газа.

Повышение температуры в работающих органах и тканях, увеличение концентрации углекислого газа и органических кислот способствуют распаду оксигемоглобина, высвобождению кислорода и перехода его в клетки. А противоположные условия наоборот обеспечивают образование оксигемоглобина, например, в легких.

Перемещение углекислого газа преимущественно происходит в виде гидрокарбонатов натрия и калия, в значительно меньшей степени в форме газа и соединения с гемоглобином - карбгемоглобин. Образование и распад гидрокарбонатов зависит от активности карбоангидразы (фермента эритроцитов, который катализирует синтез и распад угольной кислоты), а также концентрации углекислого газа и наличия кислот, сильных за угольную.

Каждая ткань в состоянии относительного покоя потребляет разное количество кислорода. Например, каждую минуту 1 кг печени необходимо 27 мл кислорода, поджелудочной железы - 40 мл, селезенки - 50 мл, а если поступает меньше этого количества, возникает состояние гипоксии (от hypo - снизу, oxygenium - кислород). В таких условиях клетки не получают достаточно энергии для выполнения своих функций, проявляется нарушением состояния всего организма. Наиболее отчетливые изменения наблюдаются при гипоксии нервной системы, так как возникает расстройство нейрогуморальной регуляции работы всех систем. Первое, что возникает - это потеря сознания из-за торможения нервных процессов в коре больших полушарий, которая наиболее зависит от потребления кислорода.

Максимальное потребление кислорода (МПК) является показателем аэробной производительности работы организма. Аэробная производительность - это способность человека выполнять очень тяжелую работу, обеспечивая свои энергетические расходы потреблением кислорода непосредственно во время нагрузки. Размер МСК зависит от функциональных возможностей дыхательной, сердечно-сосудистой систем и крови. У спортсменов во время соревнований МСК должен обеспечиваться на уровне 6-6,5 л / мин, что требует легочной вентиляции на уровне 150 л / мин, кислородной емкости - 22-25 мл кислорода на 100 мл крови, минутного объема крови - 33 -35 л.