Диффузия и перфузия как факторы, ограничивающие перенос газов
Предположим, что в некой альвеоле содержится чужеродный газ, например окись углерода или закись азота, и в капилляры этой альвеолы поступают эритроциты.
Как быстро поднимется парциальное давление данного газа в крови?
Видно, что парциальные давления закиси азота в крови и в альвеолярном воздухе практически сравниваются уже в самом начале капилляра, таким образом, перенос этого газа в легких ограничен перфузией. И напротив, парциальное давление угарного газа в крови почти не меняется, значит, в данном случае перенос ограничен диффузией. Перенос О2 в зависимости от условий может быть ограничен либо перфузией, либо частично диффузией.
На рисунке приведены кривые, отражающие процессы переноса газов по мере прохождения эритроцита через капилляры легких (в среднем оно продолжается около 3/4 с). Рассмотрим сначала перенос окиси углерода (СО). Когда эритроцит попадает в капилляр, СО быстро пересекает чрезвычайно тонкий барьер, разделяющий альвеолярный воздух и кровь. В результате содержание СО в эритроците возрастает. Однако, поскольку СО очень прочно связывается с содержащимся в этой клетке гемоглобином, она может захватывать большое количество окиси углерода практически без повышения его парциального давления в крови.
Таким образом, по мере продвижения эритроцита через капилляр это давление возрастает мало, т. е. препятствий для дальнейшего перехода СО в кровь не возникает, и он продолжает с большой скоростью пересекать альвеолярную стенку. Значит, количество СО, поступающей в кровь, ограничено не тем, сколько крови проходит через кагалляр, а свойствами диффузионного барьера. Таким образом, перенос окиси углерода ограничен диффузией).
Совершенно по-иному осуществляется перенос закиси азота. Проходя через альвеолярную стенку в кровь, N2O не соединяется с гемоглобином. В связи с этим сродство крови к закиси азота ничтожно по сравнению со сродством к СО, и парциальное давление N2О в крови быстро возрастает.
Из рисунка видно, что парциальное давление N2О в крови становится почти таким же, как и в альвеолярном воздухе, когда эритроцит проходит лишь 1/10 общей длины капилляра. После этого перенос N2О практически прекращается.
Значит, количество газа, поступающего в кровь, в данном случае целиком зависит от ее объема, протекающего через капилляр, а не от свойств диффузионного барьера. Следовательно, перенос закиси азота ограничен перфузией.
Что касается О2, то кривая переноса этого газа на рисунке занимает промежуточное положение между кривыми СО и N2О. В отличие от N2О О2 соединяется с гемоглобином, однако значительно слабее, чем СО. В связи с этим, когда О2 поступает в эритроцит, парциальное давление этого газа в крови растет намного сильнее, чем при переходе в кровь такого же количества молекул СО. Из рисунка видно, что в начале капилляра РО2 в эритроците уже составляет примерно 4/10 парциального давления этого газа в альвеолярном воздухе. Это связано с наличием О2 в смешанной венозной крови.
В условиях покоя РО2 в капиллярной крови обычно становится практически таким же, как в альвеолярном воздухе, когда эритроцит проходит примерно треть капилляра. При этом перенос О2, как и у N2О, ограничен перфузией. В то же время при некоторых патологических состояниях, сопровождающихся нарушением диффузионных свойств легких (например, при утолщении альвеолярной стенки), РО2 в крови даже к концу капилляра не становится равным парциальному давлению кислорода в альвеолярном воздухе, и в этом случае перенос О2 ограничивается отчасти и диффузией.
«Физиология дыхания», Дж. Уэст
Интерпретация величины диффузионной способности легких для СО Теперь нам ясно, что измеряемая диффузионная способность легких для СО зависит не только от площади и толщины барьера между альвеолярным воздухом и кровью, но и от объема крови в легочных капиллярах. Кроме того, при заболеваниях легких на эту величину влияет неравномерность распределения диффузионных свойств, объема воздуха в альвеолах…
Нам следует изучить перенос газов через барьер между альвеолярным воздухом и кровью. Этот перенос происходит за счет диффузии. Всего лишь 40 лет назад некоторые физиологи считали, что в легких происходит секреция кислорода в капилляры, т. е. его перемещение против градиента парциального давления. Такой процесс, требующий затрат энергии, протекает в плавательном пузыре рыбы. Однако в дальнейшем…
Рассмотрим подробнее процесс перехода О2 в кровь, движущуюся по легочному капилляру. А—при нормальном РO2 в альвеолярном воздухе, 5 — при пониженном РO2 в альвеолярном воздухе (видно, что окспгенация при этом происходит медленнее). В обоих случаях при тяжелой физической нагрузке уменьшается время, в течение которого может происходить оксигенация. Из рисунка видно, что РО2 в эритроцитах, поступающих…
Мы убедились в том, что перенос кислорода в кровь легочных капилляров обычно ограничен скоростью легочного кровотока, хотя иногда в роли лимитирующего фактора может выступать и диффузия. И напротив, перенос окиси углерода ограничен исключительно диффузией, поэтому для измерения диффузионной способности легких лучше всего использовать именно этот газ. Когда-то с этой целью применяли О2 в условиях гипоксии,…
До сих пор мы рассматривали как препятствие для переноса О2 и СО в кровь только альвеолярно-капиллярный барьер. Первая из них отражает сам процесс диффузии, а вторая — время реакции O2 (или СО) с гемоглобином. Однако из рисунка видно, что расстояние между стенкой альвеолы и центром эритроцита больше толщины этой стенки, а значит, некоторое диффузионное сопротивление…
