Парциальное давление газа можно рассчитать, умножив его концентрацию в газовой смеси на общее давление этой смеси. Так, концентрация кислорода в сухом воздухе 20,93 %, и его парциальное давление (РO2) на уровне моря (атмосферное давление — 760 мм рт. ст., 1 мм рт. ст. = 133,322 Па) составляет 20,93/100X760= 159 мм рт. ст. При прохождении воздуха через верхние дыхательные пути он нагревается и увлажняется, и давление водяных паров в нем становится равным 47 мм рт. ст. Таким образом, общее давление «сухой» газовой смеси составляет лишь 760 — 47 55.713 мм рт. ст.
Следовательно, РO2 во вдыхаемом воздухе равно 20,93/100*713= 149 мм рт. ст. Если жидкость привести в соприкосновение с газовой смесью и выждать, пока между этими двумя средами установится равновесие, то парциальное давление газа в жидкости станет таким же, как и в газовой смеси, Более подробно газовые законы изложены в приложении.
Перенос кислорода и углекислого газа между воздухом и кровью происходит путем простой диффузии, т. е. от области с высоким парциальным давлением газа к области с низким парциальным давлением (подобно тому, как вода течет сверху вниз). Согласно закону диффузии Фика, количество газа, перемещающееся через слой ткани, прямо пропорционально площади этого слоя и обратно пропорционально его толщине. В легких барьер между кровью и воздухом (альвеолярно-капиллярный барьер) чрезвычайно тонок, а поверхность его составляет 50—100 м2. Значит, по своим характеристикам этот барьер вполне подходит для процессов газообмена.
Каким же образом в ограниченной грудной полости разместилась такая колоссальная диффузионная поверхность?
Оказывается, мельчайшие кровеносные сосуды (капилляры) оплетают громадное число маленьких воздушных мешочков — альвеол. В легких человека около 300 млн. альвеол, а диаметр каждой из них составляет около 1/3 мм. Если бы альвеолы имели строго сферическую форму, то общая площадь их поверхности составила бы 85 м2, а общий объем — лишь 4 л.
Для сравнения: внутренняя площадь одиночной сферической структуры такого объема составила бы лишь 0,01 м2. Таким образом, огромная диффузионная поверхность в легких обусловлена разделением этих органов на колоссальное число субъединиц.
Газы доставляются к альвеолярно-капиллярному барьеру по дыхательным путям, а кровь (с другой его стороны) — по кровеносным сосудам.
Альвеолы представляют собой не сферы, а многогранники. Кроме того, не вся их поверхность участвует в диффузии.
«Физиология дыхания», Дж. Уэст