Концентрация и парциальное давление кислорода в альвеолах. Выдыхаемый воздух

Если человек после глубокого вдоха сделает полный выдох, из легких выйдет 3—4 литра воздуха (у женщин — 3 литра, у мужчин — 4 литра). Это количество называется жизненной емкостью легких. У спортсменов, особенно у пловцов, она гораздо выше — до 6—7 литров. Однако и после самого глубокого выдоха в легких сохраняется еще 1—1,5 литра так называемого остаточного воздуха. Даже у трупа этот воздух остается в легких, чем и обусловлен малый удельный вес этого органа. Поэтому и возникло название «легкие». Если человек сделал в жизни хоть один вдох, остаточный воздух занимает свое место, и кусочек легкого, брошенный в воду, всплывает. Это имеет значение в судебной медицине, ибо позволяет установить, родился ли ребенок мертвым или умер после рождения.

При обычном спокойном дыхании человек вдыхает по 500 мл воздуха. Однако до альвеол доходит лишь около 350 мл. Остальные 150 мл воздуха заполняют воздухоносные пути. Значит, к тем 3 литрам воздуха, которые содержатся в легких, обновление приходит лишь на 1/7. Иными словами, альвеолярный воздух лишь разводится свежим, а не обновляется полностью. Это имеет свой смысл: притекающая к альвеолам кровь все время соприкасается с воздухом примерно одинакового состава.

При 16 дыханиях в минуту человек совершает за сутки более 23 тысяч дыхательных движений, причем через легкие пройдет свыше 7 тысяч литров воздуха. Мышечная работа вызывает учащение и углубление дыхания. Если в покое легочная вентиляция за минуту составляет 5—6 литров, то у хорошо тренированных спортсменов она может при беге на средние дистанции достигать 140 литров, т. е. возрастает в 5 с лишним раз больше, чем минутный объем кровообращения.

Концентрация и парциальное давление кислорода в альвеолах. Выдыхаемый воздух

Кислород постоянно абсорбируется из альвеол в кровь легочных капилляров, и также постоянно поступают из атмосферы в альвеолы новые порции кислорода. Чем быстрее абсорбируется кислород, тем ниже становится его концентрация в альвеолах. И наоборот, чем быстрее вдыхается кислород из атмосферы, тем выше становится его концентрация в альвеолах.

Таким образом, концентрация кислорода в альвеолах, а также его парциальное давление контролируются: (1) скоростью абсорбции кислорода в кровь; (2) скоростью доставки новых порций кислорода в легкие путем вентиляции.

Влияние альвеолярной вентиляции на PO2 в альвеоле при разной величине скорости абсорбции кислорода из альвеол (250 мл/мин и 1000 мл/мин). Точка А — оптимальная точка

На рисунке выше показано влияние альвеолярной вентиляции и скорости абсорбции кислорода в кровь на альвеолярное парциальное давление кислорода (PO2). Одна кривая представляет абсорбцию кислорода со скоростью 250 мл/мин, другая — со скоростью 1000 мл/мин.

При нормальной величине вентиляции (4,2 л/мин) и потреблении кислорода 250 мл/мин рабочей точкой на рисунке выше является точка А. На рисунке выше также видно, что при абсорбции кислорода в кобольшое увеличение альвеолярной вентиляции не может поднять PO2 в альвеолах выше 149 мм рт. ст., если человек дышит нормальным атмосферным воздухом на уровне моря, т.к. для увлажненного воздуха при таком давлении это значение PO2 является пределом возможного.

На рисунке выше также показано, что даже очень большое увеличение альвеолярной вентиляции не может поднять PO2 в альвеолах выше 149 мм рт. ст., если человек дышит нормальным атмосферным воздухом на уровне моря, т.к. для увлажненного воздуха при таком давлении это значение PO2 является пределом возможного. Если человек дышит газовой смесью с парциальным давлением кислорода, превышающим 149 мм рт. ст., то при высокой скорости вентиляции PO2 в альвеолах может сравниться с PO2 вдыхаемой смеси.

б) Концентрация и парциальное давление двуокиси углерода в альвеолах. Двуокись углерода образуется в организме человека постоянно и переносится кровью в альвеолы; из альвеол она также постоянно удаляется путем вентиляции. На рисунке ниже показано влияние альвеолярной вентиляции и двух разных уровней выделения двуокиси углерода (200 и 800 мл/мин) на парциальное давление двуокиси углерода в альвеолах.

Влияние альвеолярной вентиляции на PCO2 в альвеоле при разной величине скорости выведения двуокиси углерода из крови (800 мл/мин и 200 мл/мин). Точка А – оптимальная точка

Нормальная скорость выделения двуокиси углерода составляет 200 мл/мин, и на соответствующей кривой на рисунке при альвеолярной вентиляции в 4,2 л/мин альвеолярное PCO2 определяется точкой А, т.е. составляет 40 мм рт. ст.

На рисунке выше показаны еще два факта. Во-первых, альвеолярное PCO2 растет прямо пропорционально скорости выделения двуокиси углерода, т.к. при скорости выделения CO2, равной 800 мл/мин, кривая поднимается выше в 4 раза. Во-вторых, альвеолярное PCO2 снижается обратно пропорционально альвеолярной вентиляции, поэтому концентрация и парциальное давление личестве 1000 мл/мин, как это бывает при умеренной физической нагрузке, для поддержания нормального PO2 в альвеолах (104 мм рт. ст.) скорость альвеолярной вентиляции должна увеличиться в 4 раза.

Состав альвеолярного воздуха. Увлажнение воздуха в дыхательных путях

а) Состав альвеолярного воздуха при сравнении с атмосферным воздухом. Концентрация газов в альвеолярном воздухе отличается от концентрации газов в атмосферном воздухе по всем составляющим, что легко увидеть в таблице ниже при сравнении состава альвеолярного воздуха с составом атмосферного воздуха.

Для возникновения такой разницы имеется несколько причин. Во-первых, при каждом вдохе альвеолярный воздух заменяется атмосферным только частично. Во-вторых, в легких кислород непрерывно абсорбируется из альвеолярного воздуха в кровь.

В-третьих, двуокись углерода непрерывно диффундирует из крови в альвеолы. И в-четвертых, поступающий в дыхательные пути сухой атмосферный воздух насыщается влагой уже до момента достижения им альвеол.

б) Увлажнение воздуха в дыхательных путях. В таблице выше видно, что атмосферный воздух состоит почти полностью из азота и кислорода, в нормальных условиях он практически не содержит двуокиси углерода и в нем очень мало паров воды. Однако, как только атмосферный воздух входит в дыхательные пути, он вступает в контакт с жидкостями, покрывающими дыхательные поверхности. Еще до проникновения в альвеолы он полностью увлажняется.

Парциальное давление паров воды при нормальной температуре тела 37°С составляет 47 мм рт. ст., и эта величина также является парциальным давлением паров воды в альвеолярном воздухе. Общее давление газов в альвеолах не может подниматься выше атмосферного давления (760 мм рт. ст. на уровне моря), поэтому водяные пары просто увеличивают разведение других газов во вдыхаемом воздухе.

В таблице выше также видно, что увлажнение воздуха снижает парциальное давление кислорода в атмосферном воздухе на уровне моря со среднего значения 159 до 149 мм рт. ст. в увлажненном воздухе и парциальное давление азота — с 597 до 563 мм рт. ст., соответственно.

в) Скорость обновления альвеолярного воздуха атмосферным воздухом. Средняя функциональная остаточная емкость (объем воздуха, оставшегося в легких после нормального выдоха) у мужчин составляет около 2300 мл. Но с каждым новым спокойным вдохом в легкие приходит только 350 мл нового воздуха и выходит столько же использованного альвеолярного воздуха.

Выход газа из альвеол во время последовательных дыхательных циклов

Отсюда следует, что с каждым вдохом только 1/7 часть общего объема альвеолярного воздуха заменяется новой порцией атмосферного воздуха, поэтому для замены большей части альвеолярного воздуха потребуется много вдохов. Малая скорость обновления альвеолярного воздуха наглядно показана на рисунке выше, где в альвеолах присутствует избыток газа, который не был полностью удален из них и после 16 дыхательных циклов.

На рисунке ниже приведен график скорости удаления избытка газа из альвеол в нормальных условиях. Видно, что при спокойной альвеолярной вентиляции за 17 сек выводится около половины объема газа. Если объем альвеолярной вентиляции составлял только 1/2 нормы, то половина объема газа удалялась за 34 сек, а в случае, когда скорость вентиляции удваивалась, для удаления половины объема газа потребовалось около 8 сек.

Скорость удаления избытка газа из альвеол

г) Значение медленной замены альвеолярного воздуха. Медленная замена альвеолярного воздуха имеет большое значение для предотвращения внезапных изменений концентрации газов в крови. Это намного повышает стабильность механизмов, контролирующих процесс дыхания, и помогает предотвращать чрезмерные повышения и снижения оксигенации тканей, концентрации двуокиси углерода в тканях и рН тканей при временной остановке дыхания.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

– Также рекомендуем “Концентрация и парциальное давление кислорода в альвеолах. Выдыхаемый воздух”

Определение газового состава альвеолярного воздуха. Газоанализатор Холдейна

Классический метод определения газового состава альвеолярного воздуха по Холдейну заключается в следующем: исследуемый быстро и глубоко выдыхает воздух в трубку длиной около 1 м и диаметром 2,5—3 см, снабженную стеклянным мундштуком, который закрывается языком в конце выдоха. Последняя порция выдыхаемого воздуха собирается в газоприемник, присоединенный к трубке вблизи мундштука и заполненный ртутью. После открывания крана газоприемника вытекающая из него ртуть насасывает воздух из трубки.

Газоанализатор Холдейна устроен по принципу последовательного поглощения составных частей газовой смеси (углекислота поглощается щелочью, а кислород — пирогаллолом) и измерения оставшегося объема газа. Подробное описание пользования аппаратом Холдейна приводится в руководствах по газовому анализу (П. Е. Сыркина. Газовый анализ в медицинской практике, 1956, и др.).

Более удобно определение газового состава на современных газоанализаторах. Данные газового анализа альвеолярного воздуха выражаются в объемных процентах. В норме в альвеолярном воздухе содержится 14—16% кислорода и 4,5— 5,5% углекислоты.

В клинике общей хирургии 1 ММИ им. И. М. Сеченова В. С. Васильевым (1960) был усовершенствован прибор И. И. Хренова для взятия проб альвеолярного воздуха. Прибор В. С. Васильева состоит из четырехходового крана, резинового баллона емкостью 800—1000 мл, двух резиновых баллончиков емкостью 75—100 мл для забора альвеолярного воздуха и дыхательной трубки с мундштуком.

Исследование производится следующим образом: в исходном положении крана дыхательная трубка соединена с большим баллоном, малые баллончики перекрыты. После спокойного вдоха больной делает глубокий выдох в аппарат, причем по степени растяжения большого баллона ориентировочно определяется объем выдохнутого воздуха. После 2—3-минутной паузы при том же положении крана больной вновь делает глубокий выдох. В момент приближения степени растяжения большого баллона к достигнутой в предыдущей пробе кран переключают в положение, при котором заполняется первый баллончик, а затем и второй. Последним поворотом крана перекрываются все баллоны, и производится определение состава воздуха в маленьких баллончиках в газоанализаторе.

По данным В. С. Васильева (1958), при данной методике разница содержания углекислоты в малых баллонах колебалась от 0 до 0,3% (в среднем — 0,13%), а разница содержания кислорода— от 0,1 до 0,5% (в среднем — 0,31%) на 50 наблюдений, то есть полученные данные могут считаться достаточно точными, а разница — в пределах ошибки при работе на газоанализаторе Холдейна.

Применяя указанную методику для динамического исследования газового состава альвеолярного воздуха, В. С. Васильеву удалось установить функциональные потери при хронических нагноениях легких, а также проследить восстановление функции внешнего дыхания в послеоперационном периоде.

– Также рекомендуем “Раздельное исследование газового состава альвеолярного воздуха. Альвеолярный воздух при патологии”

1. Пробы с дозированными физическими нагрузкам. Спирография с физической нагрузкой2. Раздельная спирография. Бронхоспирометрия3. Недостатки бронхоспирометрии. Оценка ЖЕЛ каждого легкого4. Искажение данных бронхоспирометрии. Оценка функциональных возможностей легкого5. Проба с поочередным выключением легких из вентиляции. Однолегочная спирометрия6. Проба с дозированной физической нагрузкой. Нагрузка при спирометрии7. Проба с бронходилататорами. Общая и раздельная спирография во время операции на легких8. Определение газового состава альвеолярного воздуха. Газоанализатор Холдейна9. Раздельное исследование газового состава альвеолярного воздуха. Альвеолярный воздух при патологии10. Газы крови. Кислородная емкость крови и оксигемометрия

Привет моим тремста подписчикам. Вы, как оказалось, очень дотошные и общительные люди, о чем говорят несколько сотен комментариев к предыдущей статье. Моя же проблема в написании текстов – я кидаю слишком много информации в кучу. Поэтому в сложившейся ситуации придется брать себя в руки и подробно излагать отдельные моменты, вызывающие у вас наибольшее число вопросов.

Сегодня поговорим о том, о чем многие авторы приточек, даже с уважаемого Хабра и Форумхауза, не думали – о необходимых и требуемых объемах воздуха.

Когда концентрация углекислоты превышает 1000 ppm (0,1%), появляется дискомфорт, слабость, головная боль, проблемы с концентрацией внимания. Растет число ошибок в работе. Знакомые симптомы?

Перед тем, как улучшить климат в квартире, я, само собой, изучил множество решений, коммерческих и частных. Мне был нужен чистый, свежий и влажный воздух во всех комнатах, но среди просмотренных проектов не попалось ни одного, который был бы дешев, прост и решал все задачи.

Оказалось, все они содержат обогреватель входящего воздуха. Из-за требований пожарной безопасности это получался не просто кусок спирали, а целая большая коробка и еще куча прибамбасов вроде металлического канала на выходе, да асбестовых прокладок. Примерно такая.

Но стоп, сказал я, разве обычная вытяжная (пассивная) вентиляция требует электроподогрева? Нет, не требует – хватает обычных же радиаторов. С другой стороны, приточка нужна, чтобы было больше свежего воздуха, значит, воздушный поток должен возрастать и его надо дополнительно подогревать, чтобы в квартире не стало холодно.

Но сколько нужно этого воздуха? Человек пропускает через лёгкие 300-600 литров в час. А какие у нас нормы вентиляции? Пишут, 30-50 кубометров в час. ЧЕГО??? В одном кубометре 1000 литров. Получаем, что в типовую квартиру и так обычно подается в СТО, мать его, раз больше воздуха, чем нужно человеку. Почему тогда вообще стоит проблема избытка СО2 и недостаточной свежести в помещениях?

В самом деле, воздух в помещении распределяется неравномерно. Мы выдыхаем газы с температурой, на 10-5 градусов выше средней по комнате – значит они отправятся вверх, к потолку. Диффузии тут недостаточно: формула Эйнштейна — Смолуховского дает значения порядка миллиметров в секунду. Конвекция, как правило, очень слабая – чтобы равномерно перемешать воздух, нужен мощный вентилятор, а у кого он есть и кто его включает круглый год? Я таких не видел.

Размышляя, родил гипотезу: в квартире наибольшая концентрация СО2 соответствует месту частого пребывания людей (кухня, кровать), а самый чистый воздух находится на пути между входом и выходом. В квартире с пластиковыми окнами, которые не пропускают воздух, создается приток из двери подъезда, а сток идет через туалетную/кухонную вентиляцию. Примерно так:

Тут многие скажут: но мы же открываем окна для проветривания! Да, но на короткое время. Холодный свежий воздух опускается на пол, затем ползёт в сторону туалета. Вы же продолжаете надышивать углекислым газом маленький объем вокруг себя.

Я достал измеритель углекислоты и проверил свою гипотезу. Получилось таки да: больше всего СО2 – там, где человек пребывает большее время. Мама мия, это же очевидно.

Для справки: 350 ppm (0,035%) – на природе,

до 700 ppm – никто не чувствует дискомфорта,

при концентрации углекислоты 1000 ppm и более все испытывают дискомфорт и у большинства падает работоспособность.

Те, кто рассчитывал нормы вентиляции, видимо, тоже исходил из модели, при которой углекислота распределяется по помещению равномерно, как моча в бассейне. Если же применить мою модель, то получается, в типовой квартире при таких нормах нам будет душно, многие станут жаловаться.

Стоп, а если эти принципы повернуть себе на службу? Нет, не спать и работать в коридоре, как могли бы пошутить острословы, а доставлять воздух прямо к людям – туда, где углекислоты больше всего? Тогда можно было бы дышать очень свежим воздухом (с концентрацией СО2 как на улице), притом соблюдая типовые нормы расхода, а значит, без необходимости ставить подогреватель!

Так у меня и родилась идея климатической приточно-увлажнительной установки, не требующей калорифера или рекуператора, а значит, дешевой и легкой в реализации. В следующих статьях опубликую подробности и руководство по сборке и установке. Давайте проводить зиму с хорошим настроением:)

P.S. Конечно, о цифрах. Сначала я держал приток на рекомендуемом уровне 50 м3 на человека  в час, но потом снизил где-то до 20 и все равно было свежо, с чем соглашался прибор. Но пришлось вернуть 50, ибо без этого было очень жарко со стандартным отоплением:)

ЧЕЛОВЕК И ЕГО ЖИЛИЩЕ

Физические характеристики помещений. Потребность помещения в воздухе. Температура помещений. Влажность воздуха в помещении. Опасные концентрации основных видов производственных газов по Леману. Теплоотдача человека в ккал/час по Рубенеру. Максимальное содержание водяных паров в 1 м3 воздуха при температурах от — 25 до 50 °C.

Жилище должно защищать человека от непогоды и создавать среду, способствующую сохранению его здоровья и работоспособности. Для этого требуется, чтобы в жилых помещениях всегда был чистый, богатый кислородом воздух необходимой влажности, чтобы комнаты легко и без сквозняков проветривались, были достаточно теплыми и хорошо освещенными.

Решающее значение имеет в этом смысле размещение жилищ в здоровой местности, взаиморасположение и планировка помещений, а также качество постройки.

Первоочередными требованиями к жилищу для сохранения здоровья и обеспечения хорошего самочувствия живущих являются: надежные теплозащитные качества ограждающих конструкций, окна достаточно больших размеров, расположенные с учетом расстановки мебели и оборудования, хорошее отопление и соответствующая вентиляция без сквозняков.

Потребность в воздухе. Человек вдыхает с воздухом кислород и выдыхает углекислый газ и водяные пары. Количество их меняется в зависимости от массы питания, деятельности человека и от окружающей среды. В среднем человек выдыхает 0,02 м3 углекислого газа и 40 г водяных паров в 1 час.

Температура помещений. Наиболее благоприятна для человека, находящегося в состоянии покоя, температура 18 — 20°С, для занятого физическим трудом — 15 — 18° С (в зависимости от тяжести работы). Человеческий организм можно сравнить с печью, которая сжигая топливо пищу, выделяет за 1 час около 1,5 ккал на каждый килограмм собственной массы. Взрослый человек массой 70 кг выделяет в 1 ч 105 ккал, за сутки — 2520 ккал; такого количества хватило бы на то, чтобы вскипятить 25 л воды. Выделение человеком тепла меняется в зависимости от его деятельности; оно повышается при понижении температуры окружающего воздуха и при физическом труде.

Подогрев воздуха необходимо осуществлять не слишком горячими приборами отопления, расположенными у самых холодных ограждений помещения. При температуре приборов свыше 70 —80°С наблюдается явление перегонки пылевых частиц, продукты которой действуют раздражающе на слизистые оболочки носоглотки и вызывают ощущение сухости. Поэтому паровое отопление и железные печи из-за высокой температуры их поверхностей не подходят для жилья.

Влажность воздуха в помещении. Наиболее благоприятна относительная влажность воздуха в помещении 50 — 60%; она может колебаться в пределах 40 — 70%. Более высокая влажность способствует развитию болезнетворных бактерий, плесени, повышает теплопередачу и образование конденсата.

Интенсивность выделения человеком водяных паров меняется в зависимости от его деятельности и является важнейшим фактором защиты человеческого тела от перегрева. Интенсивность испарения увеличивается с повышением температуры воздуха в помещении, особенно если она превышает 37° С.

Опасные концентрации основных видов производственных газов по Леману:

* В мг/литр, остальные – в см3/литр.

Теплоотдача человека в ккал/час по Рубенеру:

Таким образом, около 75,8% тепла идёт на нагрев воздуха в помещении.

Максимальное содержание водяных паров в 1 м3 воздуха при температурах от — 25 до 50 °C:

Эрнст Нойферт. «Строительное проектирование» / Ernst Neufert “BAUENTWURFSLEHRE”

Выдыхаемый воздух является смесью воздуха мертвого пространства и альвеолярного воздуха, поэтому его состав определяется:

(1) количеством воздуха мертвого пространства;

(2) количеством альвеолярного воздуха в этой смеси.

Парциальные давления кислорода и двуокиси углерода в разных порциях спокойного выдоха

На рисунке выше показаны прогрессирующие изменения парциального давления кислорода и двуокиси углерода в выдыхаемом воздухе в течение одного выдоха. Первая порция этого воздуха (воздух мертвого пространства дыхательных путей) является типичным увлажненным воздухом .

В последующих порциях к воздуху мертвого пространства примешивается все большее количество альвеолярного воздуха, пока из мертвого пространства не вымывается весь воздух, содержавшийся там до начала выдоха. В конце выдоха выходит только альвеолярный воздух, поэтому для сбора альвеолярного воздуха можно просто собрать последнюю порцию выдыхаемого воздуха после форсированного выдоха, вытолкнувшего из мертвого пространства весь воздух, содержащийся там до начала выдоха.

При нормальном выдохе выдыхаемый воздух содержит воздух как из мертвого пространства, так и из альвеол, т.е. они находятся в диапазоне между данными состава альвеолярного воздуха и увлажненного атмосферного воздуха.

Видео физиология газообмена в легких и транспорта газов кровью – профессор, д. Умрюхин

– Также рекомендуем “Диффузия газов через дыхательную мембрану. Дыхательная мембрана легких”

1. Зоны кровотока в легких. Разновидности легочного кровотока2. Кровоток в легких при физической нагрузке. Легочный кровоток при сердечной недостаточности3. Обмен жидкости в капиллярах легких. Обмен интерстициальной жидкости в легких4. Отек легких. Механизмы отека легких5. Жидкость в плевральной полости. Плевральная жидкость и плевральный выпот6. Газообмен в легких. Диффузия газов и газообмен7. Парциальное давление газов. Давление паров воды8. Диффузия газов через жидкости. Механизмы диффузии газов через жидкости9. Состав альвеолярного воздуха. Увлажнение воздуха в дыхательных путях10. Концентрация и парциальное давление кислорода в альвеолах. Выдыхаемый воздух

Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха

Альвеолярный
и выдыхаемый воздух по своему составу
значительно отличаются друг от дру­га.
Отличие их состава связано с тем, что
при выдохе к альвеолярному воздуху
примешивается воздух,
который находится в воздухоносных
путях, в так называемом вредном
пространстве. Сле­довательно,
выдыхаемый воздух представляет собой
смесь альвеолярного воздуха и воздуха
вред­ного
пространства. Если считать, что человек
в среднем выдыхает (при одном выдохе)
500 мл, то этот
воздух будет состоять из 360 мл альвеолярного
воздуха и 140 мл воздуха, находившегося
во вредном
пространстве.

Переход газов в
легких из воздуха в кровь и, наоборот,
поступление газов из крови в воздух
“одчиняется определенным физическим
законам, связанным с парциальным
давлением и коэф­фициентами растворимости
газов в жидкостях.

Каждый
газ растворяется в жидкости в зависимости
от своего парциального давления. Что
же называется парциальным давлением
газа? Если имеется смесь газов, то
парциальное давле­ние
каждого газа определяется процентным
содержанием данного газа в смеси газов.
Таким обра­зом,

парциальным
давлением называется та часть общего
давления, которая приходится на долю
каждого
газа в газовой смеси. Поясним это
примером. В состав атмосферного воздуха
входят кислород,
углекислый газ и азот, причем, как нам
известно, кислорода содержится 20,94%,
угле­кислого
газа 0,03% и азота 79,03%. Каково же будет
парциальное давление каждого из этих
газов? Атмосферное
давление равно 760 мм рт. ст. Следовательно,
если воздух оказывает давление, рав­ное
760 мм, то парциальное давление кислорода
будет равняться 20,94% от общего давления,
т. е. от
760 мм, и будет равно 159 мм рт. ст; парциальное
давление азота составит 79,03% атмосферного
давления
и будет равно 600,8 мм рт. ст. Углекислого
газа содержится очень мало — всего
0,03%. Поэтому
и парциальное давление углекислого
газа будет составлять приблизительно
0,2 мм рт. ст. Если
парциальное давление газа в окружающей
среде выше, чем давление (напряжение)
этого же газа
в жидкости, то газ растворяется в
жидкости, и между жидкостью и окружающим
ее газом устанавливается
определенное равновесие. Напряжение
газа измеряют парциальным давлением
газа над жидкостью, с которой он находится
в равновесии. Если, например, парциальное
давле­ние
кислорода в альвеолярном воздухе будет
выше, чем в притекающей венозной крови,
то кисло­род
из альвеолярного воздуха будет переходить
в кровь. Но в силу той же разницы газ из
жидко­сти
будет выходить в окружающий воздух,
когда напряжение газа в жидкости выше,
чем его пар­циальное
давление в окружающей среде. Если
напряжение углекислого газа в венозной
крови будет
выше, чем его парциальное давление в
альвеолярном воздухе, то этот газ будет
выходить из венозной
крови в альвеолярный воздух. Переход
газа из жидкости в окружающую смесь
газов будет
продолжаться до тех пор, пока не
установится равновесие. Таким образом,
газ растворяется

в
жидкости или выходит из жидкости в
окружающую среду в зависимости от
величины парциаль­ного
давления этого же газа в воздухе и его
напряжения в жидкости, причем газ
переходит из среды,
где имеется высокое давление, в среду
с меньшим давлением. Этот переход
продолжается до
тех пор, пока не установится равновесие.

Кроме
парциального давления, при растворении
газов в жидкостях большое значение
имеют температура
жидкости и коэффициент растворимости
газа в жидкости. Между температурой
жидкости
и количеством растворенного в ней газа
существует определенная зависимость:
чем выше
температура жидкости, тем меньше газа
в ней растворяется. Общеизвестно, что
при кипяче­нии
воды из нее выделяются пузырьки
растворенного в ней воздуха. Коэффициентом
раствори­мости называется то количество
газа, которое может быть растворено в
1 мл воды при давлении 760 мм рт. ст. при
данной температуре. Коэффициент
растворимости меняется в зависимости
от температуры
раствора. Разные газы имеют разный
коэффициент растворимости, так же как
и в разных растворителях может раствориться
разное количество одного и того же газа.

Переход
газов в легких из воздуха в кровь и,
наоборот, поступление газов из крови в
воздух подчиняются
рассмотренным выше физическим законам.
Однако в легких имеется ряд особенно­стей.
Воздух, находящийся в альвеолах, и кровь,
протекающая по капиллярам, отделены
друг от друга
всего лишь двумя слоями клеток: стенкой
альвеолы и стенкой капилляра. Незначительная
толщина
перепонки, отделяющей газ от крови, не
мешает свободному переходу газа. Полный
газообмен
между альвеолярным воздухом и кровью
возможен в короткий срок протекания
крови по
легочным капиллярам в том случае, если
имеются условия для лучшего и быстрого
перехода газов.
Одним из таких условий является большая
площадь легких. Действительно, если
растя­нуть
легкие, то их поверхность равняется в
среднем 90 м2.
Вся огромная площадь легкого густо
покрыта
капиллярами, по которым кровь растекается
очень небольшим слоем. Огромная пло­щадь
соприкосновения крови и воздуха при
незначительной толщине слоя протекающей
в капил­лярах
крови способствует быстрому насыщению
крови кислородом и отдаче углекислоты.
Газо­обмен
совершается в легких между альвеолярным
воздухом и кровью. Обмен газов в легких
может протекать
совершенно нормально, так как имеется
вполне достаточная разность в напряжении
газов
в крови и их парциальном давлении в
воздухе. Эта разность видна из табл.
5.2.

Парциальное
давление кислорода, углекислого газа
и азота во вдыхаемом и
альвеолярном воздухе, а также их
напряжение в крови

Кислород
из альвеолярного воздуха в кровь, а
углекислый газ из крови в альвеолярный
воз­дух
переходят путем диффузии. Диффузия
возможна потому, что парциальное давление
кислоро­да
в альвеолярном воздухе составляет 110
мм рт. ст., а в венозной крови — 40 мм рт.
ст. Таким образом, создается
разность давления в 70 мм рт. ст., чего
вполне достаточно, чтобы обеспечить
переход кислорода. Потребность человека
в кислороде равна 350 мл в минуту; при
работе потребность в кислороде
возрастает и доходит до 5000 мл в минуту.
Разности в парциальном давлении в 1 мм
рт. ст.
достаточно, чтобы за минуту перешло в
кровь 250 мл кислорода, а между парциальным
давле­нием
крови в альвеолярном воздухе и его
напряжением в крови имеется разность
в 70
мм рт. ст. — разность, вполне достаточная
для обеспечения максимальных потребностей
орга­низма.
Что же касается углекислого газа, то и
здесь имеется достаточная разность
между напря­жением СО2
в крови и его парциальным давлением в
альвеолярном воздухе. Эта разность
равна 6—7
мм рт. ст., что обеспечивает переход
углекислого газа из крови в альвеолярный
воздух.

Связывание,
перенос и отдача кислорода, а также
связывание и перенос углекислоты в
орга­низме
человека осуществляются кровью. Кислород
и углекислый газ находятся в крови в
физи­чески
растворенном состоянии (растворение
газов в жидкости называется абсорбцией)
и в хими­чески
связанном виде. Из 100 мл крови можно
выделить только 20 мл кислорода; между
тем в физически
растворенном состоянии в 100 мл крови
может находиться только 0,3 мл кислорода.
Так как количество кислорода, содержащегося
в 100 мл крови, во много раз больше, чем
может находиться
в растворенном состоянии, то ясно, что
кислород в основном находится в химически
связанном
виде. Веществом, вступающим в химическую
связь с кислородом, является гемоглобин,
содержащийся
в эритроцитах (см. главу 6). Кислород из
воздуха диффундирует в плазму крови, а
из
плазмы поступает в эритроциты и вступает
в химическую связь с гемоглобином.
Гемоглобин при
этом превращается в оксигемоглобин; 1
г гемоглобина может связать 1,34 мл
кислорода. Пре­вращение
гемоглобина в оксигемоглобин, т. е
степень насыщения гемоглобина кислородом,
связа­но
с величиной парциального давления
кислорода, но зависимость эта не прямо
пропорциональ­ная.
Гемоглобин обладает особым свойством,
имеющим очень важное биологическое
значение: он может
энергично вступать в соединение с
кислородом даже при его незначительном
парциальном давлении.

Артериальная
кровь, насыщенная в легких кислородом,
идет в капиллярную сеть большого круга
кровообращения, где оксигемоглобин
отдает тканям кислород. Оксигемоглобин,
отдавший кислород,
называется восстановленным гемоглобином
(дезоксигемоглобином). В артериальной
крови
почти весь гемоглобин превращен в
оксигемоглобин, а в венозной крови,
оттекающей от капилляров
большого круга кровообращения (см. главу
6), преобладает дезоксигемоглобин. В
переходе кислорода из крови к тканям
решающее значение имеет разность
напряжений кисло­рода
в артериальной крови и в тканях. Кислород
из крови поступает в тканевую жидкость
и из нее в клетки, где принимает участие
в окислительных процессах. Это возможно
потому, что напряже­ние кислорода,
растворенного в артериальной крови,
протекающей через капилляры, равно 100—
НО
мм рт. ст., в тканевой жидкости — 20—40 мм
рт. ст., а в клетках свободного кислорода
нет. Разность
напряжения растворенного кислорода,
равная 70—80 мм рт. ст., обеспечивает
энергич­ный
переход кислорода из плазмы крови в
тканевую жидкость. Оксигемоглобин,
который являет­ся нестойким соединением,
отдает кислород в плазму; в силу разности
напряжения растворенный кислород
переходит в тканевую жидкость и оттуда
в клетку, где вступает в окислительные
про­цессы.
Помимо разности в напряжении растворенного
кислорода, на степень отдачи кислорода
оксигемоглобином
сильно влияет величина напряжения
углекислого газа, растворенного в
кро­ви.
Специальными исследованиями доказано,
что чем выше напряжение углекислого
газа, ра­створенного в крови, тем
слабее становится связь гемоглобина с
кислородом, т. е. тем больше кислорода
освобождается. В капиллярах большого
круга кровообращения наряду с переходом

кислорода
из крови в тканевую жидкость происходит
и переход углекислого газа из тканевой
жидкости
в кровь. Количество углекислого газа
растет и его напряжение в крови возрастает,
а это обстоятельство
вызывает ослабление связи гемоглобина
с кислородом и способствует большему
освобождению
кислорода. В легких же происходит отдача
углекислого газа; его напряжение в крови
падает и благодаря этому сродство
гемоглобина с кислородом повышается,
т. е. гемоглобин начинает
более энергично соединяться с кислородом
и превращаться в оксигемоглобин. На
проч­ность
связи гемоглобина с кислородом влияет
также температура. При повышенной
температуре связь ослабевает, при
пониженной — увеличивается.

Связывание
и перенос углекислоты также осуществляет
кровь. Углекислота находится в кро­ви
преимущественно в виде бикарбонатов
натрия и калия. Кроме этих солей, в
переносе углекис­лого
газа участвует и гемоглобин. Для
поступления углекислого газа в кровь
и перехода из крови в альвеолярный
воздух требуется наличие разности его
давления. В тканевой жидкости напряже­ние
углекислого газа составляет около 60 мм
рт. ст., а в артериальной крови 40 мм рт.
ст. Следова­тельно,
имеется достаточная разность, и углекислый
газ диффундирует в кровь. В венозной
крови его
напряжение составляет 47 мм рт. ст., а его
парциальное давление в альвеолярном
воздухе — 40
мм рт. ст. Такая разность давлений вполне
достаточна для перехода углекислого
газа в альве­олярный воздух, а оттуда
— в атмосферный воздух.

Итак,
мы кратко рассмотрели основы
функционирования дыхательной системы
человека, одной
из физиологических систем, изменения
динамики которых в ходе полиграфной
проверки регистрирует
и анализирует специалист-полиграфолог.

Мы
констатировали, что в регуляции
респираторной активности организма
человека при­нимают
участие нервная и сердечно-сосудистая
системы. Поэтому в следующей главе мы
изло­жим основы анатомии и физиологии
сердечно-сосудистой системы, еще одной
системы, актив­ность
которой регистрирует и анализирует
полиграфолог в ходе инструментальной
«детекции лжи».