Газообмін між альвеолами і кров'ю

Легені оснащені подвійною мережею капілярів. Живлення власне тканини легенів відбувається за рахунок судин великого кола кровообігу. Ця частина складає незначний процент (1—2 %) усієї крові легень.

У судинах малого кола кровообігу міститься 10—12 % крові, що циркулює в організмі. Ці судини належать до системи з низь­ким AT (25—10 мм рт. ст., або 3,3—1,3 кПа). Капіляри малого кола кровообігу мають більшу площу у поперечному розрізі (при­близно на 80 %), ніж капіляри великого кола. Цих капілярів над­звичайно багато, але дещо менше, ніж капілярів великого кола (8—10 млрд відповідно). Через малий тиск крові спостерігається нерівномірність перфузії у різних відділах легень. У людини, що перебуває під дією сил гравітації, до верхніх відділів легень над­ходить менше крові [6].

Рис. 1.1 - Співвідношення кровотоку та вентиляції у легенях (за даними A. Despopoulos, St. Silbernagl, 1986):

1 — нормальна вентиляція та перфузія; 2 — зменшена перфузія; 3 — порушена дифу­зія газів; 4 — зменшена вентиляція

Для нормального газообміну повинно бути адекватне співвід­ношення вентиляції альвеол і кровообігу у капілярах, котрі обплі­тають альвеоли. Але ці умови не завжди виконуються. Окремі ділянки легень вентилюються і перфузуються не завжди однаково. Одні альвеоли погано або зовсім не вентилюються при збереженні кровообігу, інші ж, навпаки, добре вентилюються, але не перфузуються (рис. 1.1). За рахунок цього об'єм ділянок легенів, у яких не відбуваються газообмінні процеси, збільшується. Тому, крім анатомічного, вводиться термін «фізіологічний мертвий простір» (ФМП). Під ним розуміється сума анатомічного і аль­веолярного МП (об'єм альвеол, що не вентилюються). Якщо у нор­мі ФМП мало відрізняється від АМП, то при патології він значно впливає на газообмін [15].

Ще одна особливість мікроциркуляторного русла легень поля­гає у наявності артеріовенозних шунтів. Завдяки пря­мому сполученню артерій і вен частина венозної крові надходить із артерій у вени. Наявність артеріовенозних шунтів і нерівномірна вентиляція та перфузія призводять до того, що кров, яка відтікає від легень, несе трохи менше О₂, ніж при ідеальних умовах. Окрім того, до крові малого кола кровообігу домішується незначна кіль­кість крові великого кола, що відтікає від тканини легенів. Ця пор­ція крові також «розчиняє» артеріальну кров малого кола, що над­ходить по венах від легень до лівого передсердя.

Газообмін у легенях людини відбувається на площі 50—90 м². Товщина легеневої мембрани становить 0,4—1,5 мкм. Газообмін через цю мембрану залежить від:

1) поверхні, через яку відбу­вається дифузія (S);

2) товщини мембрани (L);

3) гра­дієнту тиску газів у альвеолах та крові (Ар);

4) коефі­цієнту дифузії (К);

5) стану мембрани.

Гази через мембрану проникають шляхом дифузії завдяки градієнтам парці­ального тиску. Вони проходять через 2 шари клітини (епітелій аль­веол і ендотелій капілярів), а також інтерстиціальний простір між ними. Найбільш «важкопрохідними» ділянками є мембрани клітин. На шляху кожного газу містяться 5 клітинних і основна мембрани, а також 5 водяних розчинів. У цей перелік входять також плазма крові та еритроцити. [13].

Рис. 1.2 - Обмін газів у легенях

Швидкість проходження через усі середови­ща кожного газу визначається, з одного боку, градієнтом парці­альних тисків, а з другого — розчинністю газів у ліпідах, які скла­дають основу мембран, і воді. Вуглекислий газ у 20 разів активні­ше розчиняється у ліпідах і воді, ніж кисень. Тому, незважаючи на менший градієнт тисків (для СО₂ — 6 мм рт. ст., а для О₂— 60 мм рт. ст.), СО₂ проходить через легеневу мембрану швидше, ніж О₂ (рис. 1.2). Коли кров проходить по капіляру, РА_О2 в аль­веолах і крові вирівнюється через 0,2—0,25 с, а вміст СО₂ — через 0,1 с (символом РА_О2 позначається парціальний тиск кисню у аль­веолах, Рао₂ — у артеріальній крові, Pv_О2 — у венозній крові) [14].

Сумарну швидкість проникання газу через легеневу мембрану ха­рактеризує показник, який називає­ться дифузійною здатністю легень (ДЛ). Цим терміном позначається кількість газу, яка проходить через легеневу мембрану за 1 хв при гра­дієнті тиску 1 мм рт. ст. Для кисню ДЛ складає 25—30 мл (хв - мм рт. ст.). З віком, як і при ряді патоло­гічних станів, цей показник знижує­ться. Це відбувається через змен­шення обмінної площі альвеол, збільшення відстані при дифузії у разі набряку чи склеротичних змін.

Ефективність газообміну у леге­нях залежить від швидкості крово­току. Еритроцит проходить по капі­ляру за 0,6—1 с. За цей час РА_О2 і Рао₂ встигають вирівнятися. Але при надмірному підвищенні швидкості кровотоку, наприклад при інтенсивному фізичному навантаженні, еритроцит через легеневий капіляр може «проскакувати» швидше, ніж за критичні 0,2— 0,25 с, і тоді насичення крові киснем знижується [4].