Особенности легочного кровообращения

Поскольку обмен газами происходит между воздухом легких и кровыо, то созданию оптимальных условий для этого обмена подчинено не только строение легких, но и легочное кровообращение. Оно имеет ряд существенных особенностей по сравнению с кровообращением в других органах. Как всякий орган, легкие снабжаются кровью по системе большого круга кровообращения. Кровь, богатая кислородом и питательными веществами, поступает из левого желудочка сердца в аорту и разносится по системе артерий к каждому органу, в том числе и к легким. Давление крови в аорте и крупных артериях у здорового взрослого человека составляет в среднем 120 мм ртутного столба (рт. ст.) в систолу, т. е. в период сокращения левого желудочка сердца и 80 мм рт. ст. в конце диастолы, т. е. в период расслабления левого желудочка перед началом следующей систолы. Достигая капилляров большого круга кровообращения, артериальное давление падает до величины 30−35 мм рт. ст., именно до той величины, которая позволяет эффективно осуществлять поступление жидкости с растворенными в ней веществами из крови капилляров в ткани. В конечной части капилляров давление уменьшается примерно до 15 мм рт. ст., что позволяет воде возвращаться назад уже с уменьшенным количеством питательных веществ, но зато она уносит из тканей конечные продукты обмена клеток. Однако, кроме этой системы кровообращения, общей для всех органов, через легкие осуществляется и другой, совершенно особый вариант кровообращения, так называемый, малый, или легочный круг кровообращения. Он берет начало в правом желудочке сердца в виде легочной артерии. Перед малым кругом кровообращения стоит совершенно другая задача, чем перед большим. Через малый круг, т. е. только через легкие, должен проходить такой же объем крови, который проходит за то же время через большой круг, т. е. через все органы, включая и легкие. При этом вся проходящая через легкие по малому кругу кровь должна полностью, т. е. максимально насытиться кислородом и успеть отдать весь образующийся в организме в процессе обмена веществ углекислый газ. Эта задача должна быть выполнена не только в условиях физического покоя, когда за 1 минуту через каждый круг кровообращения протекает 4−5 л крови, но и при физической нагрузке, когда эта цифра увеличивается в 5−6 раз. Фактически, через легкие по малому кругу кровообращения при физической нагрузке проходит в 1 минуту 3 ведра крови, и за это время кровь полностью «загружается» кислородом и освобождается от углекислого газа. Для реализации этой задачи в строении и функционировании сосудов малого круга кровообращения имеется ряд особенностей. Общая площадь легочных капилляров достигает 140 м² при том, что площадь дыхательной поверхности альвеол колеблется от 35 м² при выдохе до 100 м при глубоком вдохе. Капиллярная сеть в стенках альвеол настолько плотная, что ее многие рассматривают как сплошной слой движущейся крови. В отличие от капилляров большого круга кровообращения в легочных дыхательных капиллярах отсутствует процесс, обеспечивающий обмен жидкостью с растворенными в ней веществами между кровью капилляров и тканями легких. Устранение этого процесса достигается благодаря тому, что сопротивление сосудов малого круга в 10 раз меньше, чем большого. В результате давление крови в легочной артерии около 20 мм рт. ст., а в дыхательных капиллярах не превышает 5 мм рт. ст, что исключает процесс фильтрации жидкости из крови внутрь альвеол. Благодаря этому, между воздухом альвеол и легочными капиллярами не создается водной прослойки, которая должна была бы существенно нарушить процесс диффузии кислорода, поскольку кислород плохо растворяется в воде. Но он хорошо растворяется в покрывающих альвеолы изнутри сурфактантах. Высокая скорость растворения кислорода в структурах, образующих перегородку между воздухом альвеол и кровью окружающих их капилляров, имеет принципиальное значение, так как переносящие кислород эритроциты проходят легочные капилляры, в которых происходит газообмен, за 0,7 секунды. За это время кислород должен преодолеть барьер из сурфактантов, альвеолоцитов, эндотелия капилляров, плазмы крови, войти в эритроцит, соединиться со всеми находящимися в нем молекулами гемоглобина, т. е. насытить гемоглобин каждого эритроцита полностью, превратив, практически, весь гемоглобин в оксигемоглобин. В каждом 1 мл крови содержится 4−5 миллионов эритроцитов. В покое за 1 сек. их проходит через капилляры легких около 300 млн., а при физической нагрузке в 5−6 раз больше. При этом все эритроциты полностью насыщаются кислородом.

При увеличении давления крови в сосудах малого круга кровообращения, т. е. при гипертензии малого круга, давление в его капиллярах может увеличиться до величины 25 мм рт. ст и выше. При таком давлении крови начинается процесс фильтрации, т. е. процесс поступления воды из крови капилляров в легкие, возникает отек легкого и, как результат, нарушение диффузии газов, т. е. нарушение обмена газов между альвеолярным воздухом и кровью. Этот процесс, в первую очередь, касается кислорода, который гораздо хуже растворим в воде, чем углекислый газ, и может, в конечном счете, привести к смерти из-за недостатка кислорода. Поэтому в малом круге кровообращения существуют различные специальные механизмы, препятствующие повышению в нем давления крови. В их число входят различные рефлексы, направленные на «переброску» части крови из малого круга в большой, на уменьшение объема циркулирующей крови, например, увеличением диуреза, на спазм легочных артерий, вызывающий уменьшение притока крови в легкие.

В малом круге кровообращения существует и особый, играющий весьма важную роль местный механизм. В большинстве органов уменьшение поступления к ним кислорода, т. е. дефицит кислорода, вызывает увеличение просвета артерий, питающих орган, открытие закрытых капилляров и увеличение кровотока через орган. В результате обеспечивается поступление в орган дополнительного количества артериальной крови, содержащей кислород, и дефицит кислорода в органе устраняется. В легких, наоборот, если в альвеоле много кислорода, то оплетающие ее капилляры раскрыты и через них течет «много» крови. Если альвеолы вентилируются плохо или не вентилируются совсем, т. е. в них кислорода мало, то кровоток через капилляры ослаблен или отсутствует. В результате, кровь в малом круге кровообращения направляется преимущественно к тем альвеолам, которые хорошо вентилируются (принцип экономизации). Эту взаимосвязь объясняют прямым влиянием кислорода на состояние кольцевых гладких мышц, образующих прекапиллярные сфинктеры, или жомы. Сфинктер открыт, и кровь поступает в капилляры альвеолы лишь при достаточном количестве кислорода в альвеолярном воздухе именно данной альвеолы. В результате, при любом уровне вентиляции легких, т. е. при любой интенсивности дыхания, если это дыхание естественное, автоматическое, кровь, оттекающая от легких, всегда максимально (на 94−96%) насыщена кислородом вне зависимости от того, какой тип дыхания, — диафрагмальный или грудной, — имеет место. Поэтому все утверждения некоторых авторов популярной литературы по дыханию, что только при глубоком диафрагмальном дыхании кровь, протекающая через малый круг кровообращения, насыщается кислородом в количестве, нужном организму, а при грудном дыхании в нее поступает мало кислорода, противоречат данным науки. Альвеолы, вентилируемые и перфузируемые кровью, образуют, так называемое, эффективное альвеолярное пространство. Кроме таких альвеол, в легких имеются альвеолы вентилируемые, но не перфузируемые кровью (альвеолярное мертвое пространство); невентилируемые, но перфузируемые кровью альвеолы (альвеолярный веноартериальный шунт). Последние два вида альвеол в здоровых легких молодого человека имеются лишь в незначительном количестве.