Газообмен в легких

Газообмен в легких происходит между воздухом, содержащимся в альвеолах, и кровыо, заполняющей альвеолярные капилляры (капилляры малого круга кровообращения). Движущей силой процесса является диффузия, направление которой зависит от разности концентраций газов (концентрационный градиент). Препятствием для диффузионного обмена являются стенка альвеолы, стенка капилляра и небольшое разделяющее их межклеточное пространство. В совокупности они образуют альвеолярно-капиллярный барьер. От его свойств зависит интенсивность газообмена. Толщина этого барьера очень мала и нс превышает 0,5 мкм, а площадь — огромна и составляет около 100 м². Таким образом, он прекрасно подходит для диффузии (см. рис. 3.6).

Скорость переноса газа через ткань (в том числе через альвеолярнокапиллярный барьер) пропорциональна коэффициенту диффузии, который рассчитывается как отношение растворимости газа к квадратному корню из его молекулярной массы. Растворимость С0₂ в воде значительно выше, чем у 0₂, а их молекулярные массы близки, поэтому углекислый газ диффундирует через барьер примерно в 20 раз быстрее, чем кислород.

Для сравнения содержания газов в крови и в альвеолярном воздухе используется такое понятие, как парциальное давление газов. Оно рассчитывается как часть общего давления, приходящаяся на каждый из газов, и измеряется в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.). В альвеолярном воздухе в норме парциальное давление кислорода составляет приблизительно 100 мм рт. ст., а парциальное давление углекислого газа — около 40 мм рт. ст. Остальная часть давления приходится на азот и водяные нары. В крови, поступающей в альвеолярные капилляры, парциальное давление кислорода (напряжение газа в растворе) составляет около 40 мм рт. сг., а углекислого газа — 46 мм рт. ст.

Таким образом, градиент давления между альвеолярным воздухом и кровыо по 0₂ составляет 60 мм рг. ст., а по С0₂ — 6 мм рт. ст. Такие значительные различия градиентов с избытком компенсируются более высокой проницаемостью альвеолярно-капиллярного барьера для С0₂.

Скорость движения крови в альвеолярных капиллярах такова, что один эритроцит проходит капилляр за 0,75 с. Уже в первой трети капилляра парциальное давление 0₂ в эритроците становится практически равным таковому в альвеолярном воздухе. Равновесие по С0₂ устанавливается еще быстрее. Это свидетельствует о существовании в легких большого резерва времени для диффузии 0₂ и С0₂. В результате, например, при физической нагрузке скорость прохождения эритроцитов через капилляр может увеличиться в три раза без уменьшения количества переносимого ими 0₂.

Важным условием полноценного газообмена является адекватное соотношение величин легочного кровотока и легочной вентиляции. В норме за минуту через легкие проходит 4—6 л воздуха и 5—6 л крови, т. е. соотношение близко к единице. Однако в разных частях легкого есть различия в величине этого показателя. У стоящего вертикально человека верхушки легких располагаются в среднем на 20 см выше уровня желудочков сердца, поэтому капилляры верхних долей легких снабжаются кровью в четыре раза хуже капилляров нижележащих отделов.

Подстройке объема легочной вентиляции к величине кровотока способствует особый механизм регуляции тонуса сосудов. При уменьшении содержания 0₂ в альвеолярном воздухе сосуды легких сужаются. Это отличает легочные сосуды от сосудов многих других органов, которые реагируют на недостаток 0₂ расширением. В результате такой регуляции в плохо вентилируемых участках легких кровоток ослабляется. Напротив, в зонах с большой вентиляцией сосуды легких, реагируя на избыток 0₂, расширяются, и кровоток увеличивается.

Газообмен является основной функцией легких в организме, но совсем не единственной.

Функции легких, не связанные с газообменом, могут быть сведены к экскреторной, фильтрационной и метаболической.

Экскреторная функция связана с выведением через легкие воды, метана, ацетона, этилового спирта — всего около 200 летучих веществ. Фильтрационная функция легких состоит в извлечении из крови мелких тромбов, которые в дальнейшем лизируются ферментами системы фибринолиза. Метаболическая функция легких включает способность синтезировать фосфолипиды сурфактанта, компоненты бронхиальной слизи, а также белки, формирующие эластические волокна стенок альвеол. Помимо этого, в сосудах легких активируется ангиотензин, инактивируются брадикинин и гистамин, образуются некоторые простагландины.