Диффузионные и перфузионные ограничения

До сих пор диффузия рассматривалась как мгновенный процесс взаимодей­ствия альвеолярного газа и крови в легочных капиллярах на поверхности раздела двух сред. Однако, кровь течет по капиллярам, что создает специфичные условия для диффузии. В частности, существует конечное время газопереноса. Будет ли это время достаточным для полного уравновешивания парциальных давлений по обе стороны альвеолярно-капиллярной мембраны, зависит от нескольких физиологи­ческих переменных.

В нормальных условиях покоя время транзита эритроцита через легочный ка­пилляр составляет около 0.75 с. Будет ли это время достаточным для полного пере­носа газа от альвеол к эритроциту, определяют все факторы, входящие в уравнение [9-5]. Для диффузии любого газа через поверхность легких постоянной площади и при фиксированной длине диффузионного пути главным фактором, определяю­щим скорость диффузии, является трансмембранный градиент парциального давле­ния газа (Pi - P₂). Кроме того, при постоянном (или близком к постоянному) парци­альном давлении в альвеолах градиент зависит от парциального давления газа в ка­пиллярной крови, которое, в свою очередь, определяется динамическим взаимо­действием между газом, растворенным в плазме, и газом в эритроците, связанным с гемоглобином. Исследования с вдыханием двух газов, окиси углерода (СО) и окиси азота (N₂O), служат хорошими моделями для анализа диффузии (рис. 9-3).

По мере того как вдыхаемый СО диффундирует через альвеолярно-капилляр­ную мембрану, он быстро проникает в эритроцит и прочно, но обратимо, соединяет-

иг увеличивается. Следовательно, (pi • Р₂) остается максимальным и не возникает "обратное давление". В этих условиях количество СО, поступившего в малый круг кровообращения, зависит от диффузионных характеристик альвеолярно-капилляр­ной мембраны, а не от количества капиллярной крови. Поэтому поглощение СО охранычивается диффузией ( рис. 9-3А).

В отличие от СО, вдыхаемый N_;X) не соединяется с гемоглобином. Наоборот, по мере движения N₂O из альвеол в кровь его количество, растворенное в плазме, рас­тет и повышается парциальное давление газа. Из-за возникновения "обратного дав­ления" дальнейшее поглощение N₂O ограничивается. Фактически, парциальные дав­ления N₂O в альвеолах и крови уравновешиваются за время прохождения эритро­цитом первой четверти ал ьвеолярного капилляра. С этого момента поглощение N₂O прекращается, поскольку (Р, - Р₂) стала равной нулю. Количество поглощенного N₂O полностью зависит от скорости легочного кровотока и не зависит от диффузи­онных характеристик альвеолярно-капиллярной мембраны. Перенос N₂O ограничи­вается перфузией (рис. 9-3Б).

Рис. 9-3. Перенос газа из альвеол г; кровь, ограниченный диффузией и перфузией. (А) СО-перенос, ог| аниченный диффузией. Поскольку СО быстро и прочно соединяется с гемоглобином, равнове-(И не наступает, и градиент давления для СО остается максимальным. Скорость переноса газа за! мент от градиента давлений, характеристик мембраны и физических свойств газа. (Б) N₂O-пс| енос, ограниченный перфузией. По мере того как N₂O проникает в плазму (N₂O не соединяется:• I 'моглобином), кровь насыщается;)тим газом, ограничивая его дальнейший перенос. Дополни­те. 1,кый перепое газа зависит от непрерывного кровотока, уносящего насыщенную газом плазму. < В) Оч-псренос занимает промежуточное положение между ограниченным диффузией и ограничен­ным перфузией переносом газом. (Г) Максимальное содержание N₂O в крови достигается быстро, максимальное содержание Oj медленнее. Содержание СО остается предельным даже, к моменту • коичапня прохождения единицы кропи по неги длине капилляра (По: Forster R. F. I I., Diibois А В., l^;4voe W. Л. Fishrr Л. В. Меам'п-тгм!.of 'pulmonai v diffusing cap,icil\. In: The Linn*, Physiologic Basis

Процесс движения О₂ через альвеолярно-капиллярную мембрану занимает как бы промежуточное положение между переносом СО и N₂O. Гемоглобин присоеди­няет СО значительно быстрее, чем О₂. Парциальное давление О₂ в крови, протекаю­щей через легочные капилляры, выравнивается с альвеолярным парциальным давле­нием О₂ за время прохождения эритроцитом примерно одной трети длины капилля­ра. Следовательно, так же как и для N₂O, диффузия О₂ в норме ограничивается перфузией. Однако при различных патологических состояниях уравновешивание альвеолярного и капиллярного парциальных давлений О₂ может происходить с за­держкой (относительно времени транскапиллярного перемещения эритроцита), что приводит к ограничению диффузии (рис. 9-ЗВ).