Газообмен

совокупность процессов обмена газов между организмом и окружающей средой, состоящая в потреблении кислорода и выделении углекислого газа с незначительными количествами газообразных продуктов и паров воды. Газообмен обеспечивается легочным дыханием (диффузия газов через альвеолокапиллярные мембраны), дыхательной функцией крови (способность плазмы растворять, а гемоглобина – обратимо связывать кислород и углекислый газ); транспортной функцией сердечно-сосудистой системы (перенос газов крови от легких к тканям и обратно), функции ферментных систем (тканевое дыхание). Диффузия газов из альвеол в кровь, из крови – в клетки тканей и обратно осуществляется через мембрану клеток по концентрационному градиенту – из мест с более высокой концентрацией в области более низкой концентрации. За счет этого процесса в альвеолах легких в конце вдоха происходит выравнивание парциальных давлений газов в альвеолярном воздухе и крови. Вентиляция альвеол вновь приводит к различиям концентрации газов в альвеолярном воздухе и в крови, в связи с чем происходит диффузия кислорода в кровь, а углекислого газа – из крови. Диффузия газов через альвеолокапиллярную мембрану начинается с диффузии через тонкий слой жидкости на поверхности альвеолярного эпителия, в котором скорость диффузии ниже, чем в воздухе, так как коэффициент диффузии обратно пропорционален вязкости среды и зависит от растворимости (абсорбции) газов в данной жидкости. При одинаковом сопротивлении диффузии скорость диффузии прямо пропорциональна разнице парциального давления газа по обе стороны мембраны. Для характеристики сопротивления диффузии газов в легких принято использовать обратную ему величину – коэффициент проницаемости, обозначаемый как диффузионная способность легких. Эта величина равна количеству газа, проходящего через легочную мембрану в 1 мин при разнице парциального давления по обе стороны мембраныв1ммрт.ст.Диффузионная способность легких для кислорода в норме составляет около 30 мл/мин × мм рт. ст.
Дыхательная функция крови определяется количеством связанных с гемоглобином и растворенных в плазме кислородом и углекислым газом, а также условиями, обеспечивающими диссоциацию молекул HbO2 и HbCO2, необходимую для газообмена между тканями и легкими. Содержание газа в жидкости в физически растворенном виде зависит от его напряжения и от коэффициента растворимости (закон Генри – Дальтона), соответствующего объему газа (мл), физически растворяющегося в 1 мл жидкости при напряжении газа, равном 1 атм, или 760 мм рт. ст. Для цельной крови при температуре 37 °С коэффициент растворимости кислорода равен 0,024, углекислоты – 0,49, азота – 0,012. Чем выше напряжение газа, тем больше при прочих равных условиях его объем, растворяемый в жидкости, в том числе в крови. При парциальном давлении кислорода в альвеолярном воздухе, равном 95 мм рт. ст., в 100 мл артериальной крови растворено около 0,30 мл О2; в смешанной венозной крови при снижении напряжения кислорода до 40 мм рт. ст. в 100 мл крови на долю физически растворенного кислорода приходится около 0,11 мл. Количество растворенного СО2 в 100 мл артериальной и венозной крови соответственно составляет 2,6 и 2,9 мл. Большая часть кислорода и углекислого газа переносится в форме связи их с гемоглобином в виде молекул HbO2 и HbCO2. Максимальное количество кислорода, связываемое кровью при полном насыщении гемоглобина кислородом, называется кислородной емкостью крови. В норме ее величина зависит от содержания в крови гемоглобина, 1 г которого может связать 1,39 мл кислорода (константа Хюфнера). В клинике определяют степень насыщения артериальной крови кислородом, представляющую собой выраженное в процентах отношение содержания кислорода в крови к ее кислородной емкости. Связывание кислорода гемоглобином является обратимым процессом, зависимым от напряжения кислорода в крови (при понижении напряжения кислорода оксигемоглобин отдает кислород, что отражается кривой диссоциации гемоглобина), а также от других факторов, в частности от рН крови. Образующийся в тканях СО2 переходит в кровь кровеносных капилляров, затем диффундирует внутрь эритроцита, где под влиянием карбоангидразы превращается в угольную кислоту, которая тут же диссоциирует на ионы Н+, HCO3−. Последние частично диффундируют в плазму крови, образуя бикарбонат натрия, который при поступлении крови в легкие, как и ионы HCO3−, содержащиеся в эритроцитах, диссоциирует с образованием СО2, подвергающегося диффузии в альвеолы. Около 80 % всего количества СО2 переносится от тканей к легким в виде бикарбонатов, 10 % – ввиде свободно растворенной углекислоты и 10 % – ввиде карбоксигемоглобина. Карбоксигемоглобин диссоциирует в легочных капиллярах на гемоглобин и свободный СО2, который удаляется с выдыхаемым воздухом. Освобождению СО2 из связи с гемоглобином способствует превращение последнего в оксигемоглобин, который, обладая выраженными кислотными свойствами, способен переводить бикарбонаты в угольную кислоту, диссоциирующую с образованием молекул воды и СО2.