Газообмен

Содержание газов в альвеолах

Вычисление содержания газов в альвеолах. Газовую смесь в альвеолах, участвующих в газообмене, прежде называли альвеолярным воздухом. Однако теперь достигнуто общее согласие в том, чтобы «воздухом» называть только смесь газов, по составу аналогичную атмосферному воздуху (F_О2 = = 0,209, F_CО2 ≈ 0, F_N2 = 0,791). Поскольку в альвеолах содержание газов иное (в них меньше О₂ и больше СО₂), следует употреблять термин «альвеолярная газовая смесь».

Для того чтобы рассчитать содержание О₂ и СО₂ в альвеолярной газовой смеси, будем исходить из баланса их поступления и выделения. Поглощение О₂ кровью () равно разнице между количеством О₂, поступающим в альвеолы при входе (F_нО2 · ), и количеством О₂, выходящего из них при выдохе (F_аО2. ). Выделение же СО₂ из крови соответствует количеству этого газа, выходящему из альвеол при выдохе (F_аСО2 · ), так как со вдыхаемым воздухом СО₂ практически не поступает в альвеолы. Эти соотношения можно описать следующими уравнениями:

(19)

586 ЧАСТЬ VI. ДЫХАНИЕ

или (после преобразования)

(20)

Отсюда ясно, что содержание газов в альвеолярной газовой смеси зависит как от потребления О₂ и выделения СО₂ в процессе метаболизма, так и от объема альвеолярной вентиляции (). Важно отметить, что уравнение (20) справедливо лишь в том случае, если объемы, стоящие в числителе и знаменателе, измерены в одинаковых условиях. Однако, когда говорят о поглощении О₂ и выделении СО₂, обычно имеют в виду стандартные физические условия, тогда как дыхательные объемы и другие показатели вентиляции легких определяют при условиях, имеющих место в организме. В связи с этим необходимо производить соответствующие пересчеты.

Пересчет значений объемов, измеренных при разных условиях. Объем газа зависит от атмосферного давления , температуры Τ и давления водяного пара . В связи с этим всегда необходимо

указывать условия, при которых измерен тот или иной объем. В физиологии дыхания выделяют следующие типы условий.

1. Условия СТДС (от слов стандартная температура и давление; сухой воздух). Это стандартные физические условия; объемы газов измеряются при Τ = 273 К, Р_атм = 760 мм рт. ст., = 0 мм рт. ст. (сухой воздух).

2. Условия ТДОН (температура и давление в организме; насыщенный водяным паром воздух). Это условия, имеющие место в легких (Т = 273 К + + 37 К = 310 К; соответствует атмосферному давлению окружающей среды и поэтому может быть различным; равно давлению насыщенного водяного пара при 37^oС, т.е. 47 мм рт. ст.).

3. Условия ТДВН (температура и давление во внешней среде; насыщенный водяным паром воздух). Это условия, которые реально имеют место в окружающей среде во время измерения («условия в спирометре»), - комнатная температура Т, атмосферное давление в момент исследования , давление водяного пара в окружающей среде.

Сводка всех этих условий приведена в табл. 21.2. Видно, что для получения давления «сухой» газовой смеси, от которого зависит объем газа, из общего давления всегда следует вычитать давление водяного пара.

Для того чтобы пересчитать объем газа с одних условий на другие, следует использовать универсальное газовое уравнение

(21)

 

Таблица 21.2.Характеристики условий измерения газовых объемов
Условия	т, к	Р, мм рт.ст.
СТДС
тдон		Ратм 47
тдвн	Τ	Ратм ~ РΗ2Ο

Применяя это общее уравнение в конкретных случаях, можно использовать данные, приведенные в табл. 21.2. Так, для приведения объема газа, измеренного при условиях в организме (У_ТДОН), к стандартным условиям (V_CTДC) необходимо сделать следующую подстановку:

(22)

Искомая величина довольно существенно зависит от принятых условий. Так, если альвеолярная вентиляция в покое при условиях ТДОН составляет 5 л/мин, то в соответствии с уравнением (22) в условиях СТДС (при среднем атмосферном давлении на уровне моря = 760 мм рт. ст.) она уменьшается до 4,1 л/мин.

Содержание газов в альвеолярной смеси в условиях покоя. Для расчета содержания дыхательных газов в альвеолярной смеси подставим в уравнение (20) значения, соответствующие стандартным условиям. У взрослого поглощение кислорода в покое = 0,28 л/мин, а выделение СО₂ = 0,23 л/мин. Таким образом, отношение выделения СО₂ к поглощению О₂, называемое дыхательным коэффициентом, составляет 0.23/0,28 = 0,82 (см. с. 659). Альвеолярная вентиляция равна 4,1 л/мин (см. выше); содержание О₂ во вдыхаемом воздухе = 0,209

(20,9 об.%) (табл. 21.3). Соответственно содержание газов в альвеолярной смеси составляет:

= 0,14 (14 об.%), = 0,056 (5,6 об.%).

Оставшаяся часть альвеолярной газовой смеси приходится на азот и присутствующие в очень небольшом количестве благородные газы.

Анализ альвеолярной газовой смеси. Одна из первых трудностей, с которыми приходится сталкиваться при определении содержания газов в альвеолах, связана с получением проб альвеолярной газовой смеси. При выдохе из воздухоносных путей сначала удаляется воздух мертвого пространства и лишь после этого начинает выходить воздух из альвеол. Однако даже к концу выдоха состав выдыхаемой смеси постоянно претерпевает небольшие изменения, обусловленные тем, что в альвеолах продолжается газообмен. В связи с этим были разработаны

ГЛАВА 21. ЛЕГОЧНОЕ ДЫХАНИЕ 587

 

Таблица 21.3.Содержание (F) и парциальное давление (Р) дыхательных газов во вдыхаемом воздухе и альвеолярной и выдыхаемой газовых смесях при спокойном дыхании (на высоте уровня моря)
F		Ρ
О2	СО2	О2	СО2
Вдыхаемый воздух 0,209	0,0003	150 мм рт. ст. (20 кПа)	0,2 мм рт. ст. (0,03 кПа)
Альвеолярная смесь 0.14	0.056	100 мм рт. ст. (13,3 кПа)	40 мм рт. ст. (5,3 кПа)
Выдыхаемая смесь 0.16	0,04	114 мм рт. ст. (15,2 кПа)	29 мм рт. ст. (3,9 кПа)

специальные устройства, позволяющие при помощи механических или электронных приспособлений производить забор последней порции выдыхаемого воздуха при каждом дыхательном цикле [3].

После получения пробы альвеолярной газовой смеси можно с помощью специальной аппаратуры определить содержание в ней различных газов. При использовании метода Шоландера химически абсорбируют последовательно О₂ и СО₂. После каждой операции измеряют, на сколько уменьшился объем газовой смеси. Разница в объемах равна объему абсорбированного газа [43].

Существуют газоанализаторы, позволяющие непрерывно регистрировать содержание газов в выдыхаемой смеси. Принцип подобных приборов, измеряющих концентрацию СО₂, основан на поглощении этим газом инфракрасных лучей; измерение концентрации О₂ основано на парамагнитных свойствах кислорода. Для определения содержания обоих газов используют также массспектрометры. Преимущество этих методов заключается в том, что благодаря непрерывной записи содержание газов в любой момент времени можно определить непосредственно по кривой, так что не требуется производить отбор серийных проб из альвеол. На рис. 21.20 в качестве примера приведена кривая концентрации СО₂ в выдыхаемом воздухе в ходе двух дыхательных циклов, полученная

 

t, с Рис. 21.20.Запись концентрации СО2 в воздухе около рта исследуемого при вдохе и выдохе, произведенная методом регистрации поглощения инфракрасных лучей. «Альвеолярное плато»-часть кривой, соответствующая прохождению через датчик альвеолярной порции выдыхаемого объема

путем регистрации поглощения инфракрасных лучей. Часть кривой, обозначенная как «альвеолярное плато», соответствует альвеолярной порции экспираторного объема.