Parcijalni pritisak ugljičnog dioksida u zraku. Parcijalni pritisak kiseonika u vazduhu na različitim visinama od nivoa mora. Parcijalni tlak plina: koncept i formula

Glavni parametri zraka koji određuju fiziološko stanje osobe su:

apsolutni pritisak;

procenat kiseonika;

temperatura;

relativna vlažnost;

štetne nečistoće.

Od svih navedenih parametara vazduha, apsolutni pritisak i procenat kiseonika su od presudnog značaja za čoveka. Apsolutni pritisak određuje parcijalni pritisak kiseonika.

Parcijalni pritisak bilo kog gasa u gasnoj mešavini je deo ukupnog pritiska mešavine gasa koji se može pripisati tom gasu, proporcionalno njegovom procentu.

Dakle, za parcijalni pritisak kiseonika imamo

gdje
− procenat kiseonika u vazduhu (
);

R H − vazdušni pritisak na visini H;

− parcijalni pritisak vodene pare u plućima (protivpritisak za disanje
).

Parcijalni pritisak kiseonika je od posebnog značaja za fiziološko stanje osobe, jer određuje proces razmene gasova u telu.

Kiseonik, kao i svaki gas, teži da se kreće iz prostora u kome je njegov parcijalni pritisak veći u prostor sa nižim pritiskom. Posljedično, proces zasićenja tijela kisikom nastaje samo kada je parcijalni tlak kisika u plućima (u alveolarnom zraku) veći od parcijalnog tlaka kisika u krvi koja teče u alveole, a ovaj će biti veći od parcijalni pritisak kiseonika u tkivima tela.

Za uklanjanje ugljičnog dioksida iz tijela potrebno je imati odnos njegovih parcijalnih pritisaka suprotan od opisanog, tj. najveća vrijednost parcijalnog tlaka ugljičnog dioksida treba biti u tkivima, manja - u venskoj krvi i još manje - u alveolarnom zraku.

Na nivou mora na R H= 760 mmHg Art. parcijalni pritisak kiseonika je ≈150 mm Hg. Art. Sa takvima
osigurava se normalno zasićenje ljudske krvi kisikom u procesu disanja. Sa povećanjem visine leta
smanjuje zbog smanjenja P H(Sl. 1).

Posebnim fiziološkim studijama utvrđeno je da je minimalni parcijalni pritisak kiseonika u udahnutom vazduhu
Ovaj broj se zove fiziološka granica boravka osobe u otvorenoj kabini u smislu veličine
.

Parcijalni pritisak kiseonika je 98 mm Hg. Art. odgovara visini H= 3 km. At
< 98 mmHg Art. moguća su oštećenja vida, sluha, usporene reakcije i gubitak svijesti od strane osobe.

Da bi se sprečile ove pojave na avionu, koriste se sistemi za snabdevanje kiseonikom (OSS), obezbeđujući
> 98 mmHg Art. u udahnutom vazduhu u svim režimima leta iu vanrednim situacijama.

Praktično u avijaciji, visina H = 4 km kao ograničenje za letove bez uređaja za kiseonik, tj. avioni sa plafonom letenja manjim od 4 km ne mogu imati SPC.

1. Parcijalni pritisak kiseonika i ugljičnog dioksida u ljudskom tijelu u kopnenim uvjetima

Prilikom promjene vrijednosti ​​navedenih u tabeli
i
poremećena normalna razmjena gasova u plućima i cijelom ljudskom tijelu.

Želio bih da sumiram informacije o principima ronjenja u smislu udisanja gasova u formatu uvodnih izlaganja, tj. kada razumijevanje nekoliko principa eliminira potrebu za pamćenjem mnogih činjenica.

Dakle, disanje pod vodom zahtijeva plin. Kao najjednostavnija opcija - dovod vazduha, koji je mešavina kiseonika (∼21%), azota (∼78%) i drugih gasova (∼1%).

Glavni faktor je pritisak okoline. Od svih mogućih jedinica za pritisak koristićemo "apsolutnu tehničku atmosferu" ili ATA. Pritisak na površini je ∼1 ATA, svakih 10 metara uranjanja u vodu dodajte joj ∼1 ATA.

Za dalju analizu važno je razumjeti šta je parcijalni pritisak, tj. pritisak jedne komponente gasne mešavine. Ukupni pritisak gasne mešavine je zbir parcijalnih pritisaka njenih komponenti. Parcijalni tlak i otapanje plinova u tekućinama opisani su Daltonovim zakonima i najdirektnije su vezani za ronjenje, jer je čovjek uglavnom tečan. Iako je parcijalni pritisak proporcionalan molarnom odnosu gasova u smeši, za vazduh se parcijalni pritisak može očitati po zapreminskoj ili težinskoj koncentraciji, greška će biti manja od 10%.

Prilikom ronjenja pritisak utiče na nas sveobuhvatno. Regulator održava pritisak vazduha u sistemu za disanje, približno jednak pritisku okoline, manjim od tačno onoliko koliko je potrebno za „udisanje“. Dakle, na dubini od 10 metara, vazduh udahnut iz balona ima pritisak od oko 2 ATA. Sličan apsolutni pritisak će se primijetiti u cijelom našem tijelu. Tako će parcijalni pritisak kiseonika na ovoj dubini biti ∼0,42 ATA, azota ∼1,56 ATA

Utjecaj pritiska na tijelo su sljedeći ključni faktori.

1. Mehanički uticaj na organe i sisteme

Nećemo to detaljno razmatrati, ukratko - ljudsko tijelo ima brojne šupljine ispunjene zrakom i oštra promjena pritiska u bilo kojem smjeru uzrokuje opterećenje tkiva, membrana i organa do mehaničkih oštećenja - barotraume.

2. Zasićenje tkiva gasovima

Prilikom ronjenja (povećanje pritiska) parcijalni pritisak gasova u respiratornom traktu je veći nego u tkivima. Dakle, plinovi zasićuju krv, a kroz krvotok, sva tkiva tijela su zasićena. Stopa zasićenja je različita za različita tkiva i karakteriše je „period poluzasićenja“, tj. vreme tokom kojeg se, pri konstantnom pritisku gasa, razlika između parcijalnih pritisaka gasa i tkiva prepolovi. Obrnuti proces se naziva "desaturacija", dešava se tokom uspona (smanjenje pritiska). U ovom slučaju, parcijalni pritisak gasova u tkivima je veći od pritiska u gasovima u plućima, odvija se obrnuti proces – gas se oslobađa iz krvi u plućima, krv sa već nižim parcijalnim pritiskom cirkuliše kroz tijela, plinovi prelaze iz tkiva u krv i opet u krug. Gas se uvijek kreće s višeg parcijalnog tlaka na niži.

Fundamentalno je važno da različiti plinovi imaju različite stope zasićenja/desaturacije zbog svojih fizičkih svojstava.

Rastvorljivost gasova u tečnostima je veća što je pritisak veći. Ako je količina otopljenog gasa veća od granice rastvorljivosti pri datom pritisku, gas se oslobađa, uključujući koncentraciju u obliku mjehurića. To vidimo svaki put kada otvorimo flašu gazirane vode. Budući da je brzina uklanjanja plina (desaturacija tkiva) ograničena fizičkim zakonima i razmjenom plinova kroz krv, prebrz pad tlaka (brzi uspon) može dovesti do stvaranja mjehurića plina direktno u tkivima, sudovima i šupljinama tijela. , ometajući njegov rad do smrti. Ako tlak polako pada, tada tijelo ima vremena da ukloni "višak" plina zbog razlike u parcijalnim pritiscima.

Za izračunavanje ovih procesa koriste se matematički modeli tjelesnih tkiva, a najpopularniji je model Alberta Buhlmanna, koji uzima u obzir 16 vrsta tkiva (kompartmenta) s vremenom poluzasićenja/poluzasićenja od 4 do 635 minuta.

Najveću opasnost predstavlja inertni gas, koji ima najveći apsolutni pritisak, najčešće je to azot, koji čini osnovu vazduha i ne učestvuje u metabolizmu. Iz tog razloga, glavni proračuni u masovnom ronjenju provode se na dušiku, jer. efekat kiseonika u smislu zasićenja je za redove veličine manji, dok se koristi koncept „opterećenja azotom“, tj. zaostalu količinu azota rastvorenog u tkivima.

Dakle, zasićenost tkiva zavisi od sastava gasne mešavine, pritiska i trajanja njenog izlaganja. Za početne nivoe ronjenja postoje ograničenja u dubini, trajanju zarona i minimalnom vremenu između zarona, koji očigledno ne dozvoljavaju ni pod kojim uslovima zasićenje tkiva do opasnih nivoa, tj. nema dekompresijskih ronjenja, a i tada je uobičajeno da se izvode "sigurnosna zaustavljanja".

"Napredni" ronioci koriste ronilačke kompjutere koji dinamički izračunavaju zasićenje iz modela ovisno o plinu i tlaku, uključujući izračunavanje "plafona kompresije" - dubine iznad koje je potencijalno opasno izroniti na osnovu trenutnog zasićenja. Prilikom teških ronjenja, kompjuteri se dupliraju, a da ne spominjemo činjenicu da se pojedinačni roni obično ne praktikuju.

3. Biohemijski efekti gasova

Naše tijelo je maksimalno prilagođeno zraku pri atmosferskom pritisku. Sa povećanjem pritiska, gasovi koji nisu ni uključeni u metabolizam utiču na organizam na različite načine, dok efekat zavisi od parcijalnog pritiska određenog gasa. Svaki plin ima svoje sigurnosne granice.

Kiseonik

Kao ključni igrač u našem metabolizmu, kisik je jedini plin koji ima ne samo gornju već i donju sigurnosnu granicu.

Normalni parcijalni pritisak kiseonika je ∼0,21 ATA. Potreba za kiseonikom u velikoj meri zavisi od stanja organizma i fizičke aktivnosti, teoretski minimum potreban za održavanje vitalne aktivnosti zdravog organizma u stanju potpunog mirovanja procenjuje se na ∼0,08 ATA, praktični na ∼0,14 ATA . Smanjenje nivoa kiseonika sa "nominalnog" pre svega utiče na sposobnost fizičke aktivnosti i može izazvati hipoksiju, odnosno gladovanje kiseonikom.

Istovremeno, visok parcijalni pritisak kiseonika izaziva širok spektar negativnih posledica - trovanje kiseonikom ili hiperoksiju. Posebnu opasnost pri ronjenju predstavlja njegov konvulzivni oblik, koji se izražava oštećenjem nervnog sistema, konvulzijama, što povlači opasnost od utapanja.

U praktične svrhe, ronjenje se smatra sigurnosnom granicom od ∼1,4 ATA, a umjerena granica rizika je ∼1,6 ATA. Pri pritisku iznad ∼2,4 ATA tokom dužeg vremena, vjerovatnoća trovanja kiseonikom teži ka jedinici.

Dakle, jednostavnim dijeljenjem graničnog nivoa kisika od 1,4 ATA sa parcijalnim tlakom kisika u smjesi, može se odrediti maksimalni siguran tlak okoline i utvrditi da je apsolutno sigurno udisati čisti kisik (100%, 1 ATA) na dubinama do ∼4 metra (!!! !), komprimovani vazduh (21%, 0,21 ATA) - do ∼57 metara, standardni "Nitrox-32" sa sadržajem kiseonika od 32% (0,32 ATA) - do ∼ 34 metara. Slično, možete izračunati limite za umjereni rizik.

Kažu da upravo ovaj fenomen duguje ime "nitroxu", budući da je u početku ova riječ označavala respiratorne plinove sa spušteno sadržaj kiseonika za rad na velikim dubinama, „obogaćen azotom“, pa se tek tada počeo dešifrovati kao „azot-kiseonik“ i označavati smeše sa povišen sadržaj kiseonika.

Mora se uzeti u obzir da povećan parcijalni pritisak kiseonika u svakom slučaju utiče na nervni sistem i pluća, a radi se o različitim vrstama efekata. Osim toga, efekat ima tendenciju da se akumulira tokom serije ronjenja. Da bi se uzeo u obzir uticaj na centralni nervni sistem, kao obračunska jedinica koristi se koncept "ograničenja kiseonika", uz pomoć koje se određuju sigurne granice za jednokratnu i dnevnu izloženost. Detaljne tabele i proračune možete pronaći.

Osim toga, povećani pritisak kisika negativno utječe na pluća, pa se za objašnjenje ovog fenomena koriste „jedinice kisikove izdržljivosti“, koje se izračunavaju prema posebnim tabelama koje koreliraju parcijalni tlak kisika i broj „jedinica u minuti“. Na primjer, 1,2 ATA nam daje 1,32 OTU po minuti. Prepoznata sigurnosna granica je 1425 jedinica dnevno.

Iz navedenog, posebno, treba biti jasno da je za siguran boravak na velikim dubinama potrebna mješavina sa smanjenim sadržajem kisika, koja se ne može disati pri nižem pritisku. Na primjer, na dubini od 100 metara (11 ATA), koncentracija kisika u smjesi ne bi trebala prelaziti 12%, au praksi će biti još niža. Nemoguće je udisati takvu mješavinu na površini.

Nitrogen

Azot se ne metabolizira u tijelu i nema donju granicu. Sa povećanim pritiskom, azot ima toksično dejstvo na nervni sistem, slično kao kod intoksikacije drogom ili alkoholom, poznatog kao "azotna narkoza".

Mehanizmi djelovanja nisu točno razjašnjeni, granice djelovanja su isključivo individualne i zavise kako od karakteristika organizma tako i od njegovog stanja. Dakle, poznato je da pojačava dejstvo umora, mamurluka, svih vrsta depresivnih stanja organizma kao što su prehlade itd.

Manje manifestacije u obliku stanja koje se može usporediti s blagom intoksikacijom moguće su na bilo kojoj dubini, primjenjuje se empirijsko “martinijevo pravilo” prema kojem je izloženost dušiku usporediva s čašom suhog martinija na prazan želudac na svakih 10 metara dubine, što nije opasno i daje dobro raspoloženje. Azot koji se nakuplja tokom redovnog ronjenja utiče i na psihu nalik lakim drogama i alkoholu, čemu je i sam autor svjedok i učesnik. Manifestira se u živopisnim i "narkotičnim" snovima, posebno djeluje u roku od nekoliko sati. I da, ronioci su pomalo narkomani. Nitrogen.

Opasnost predstavljaju snažne manifestacije, koje karakterizira brzi porast do potpunog gubitka adekvatnosti, orijentacije u prostoru i vremenu, halucinacije koje mogu dovesti do smrti. Čovjek može lako pojuriti u dubinu, jer je tamo hladno ili je navodno tamo nešto vidio, zaboraviti da je pod vodom i "disati duboko", ispljunuti usnik itd. Samo po sebi, izlaganje dušiku nije smrtonosno ili čak štetno, ali posljedice u uslovima ronjenja mogu biti tragične. Karakteristično je da sa smanjenjem pritiska ove manifestacije prolaze jednako brzo, ponekad je dovoljno da se podignete samo 2..3 metra da biste se naglo "otrijeznili".

Vjerovatnoća snažne manifestacije na dubinama prihvaćenim za početni nivo rekreativnog ronjenja (do 18 m, ∼2,2 ATA) procjenjuje se kao vrlo niska. Prema dostupnim statistikama, slučajevi teškog trovanja postaju prilično vjerovatni sa 30 metara dubine (∼3,2 ATA), a onda se vjerovatnoća povećava kako pritisak raste. Istovremeno, ljudi sa individualnom stabilnošću možda neće imati problema na mnogo većim dubinama.

Jedini način suprotstavljanja je stalno samonadzor i kontrola partnera uz momentalno smanjenje dubine u slučaju sumnje na trovanje dušikom. Upotreba "nitroxa" smanjuje vjerovatnoću trovanja dušikom, naravno, u granicama dubine zbog kisika.

Helijum i drugi gasovi

U tehničkom i profesionalnom ronjenju koriste se i drugi plinovi, posebno helijum. Poznati su primjeri korištenja vodonika, pa čak i neona u dubokim smjesama. Ove gasove karakteriše visoka stopa zasićenja/desaturacije, efekti trovanja helijuma se primećuju pri pritiscima iznad 12 ATA i mogu se, paradoksalno, kompenzovati azotom. Međutim, zbog visoke cijene nisu u širokoj upotrebi, tako da je prosječnom roniocu praktički nemoguće susresti se s njima, a ako čitatelja zaista zanimaju takva pitanja, onda već treba koristiti stručnu literaturu, a ne ovako skromnu. recenzija.

Prilikom upotrebe bilo koje mješavine, logika proračuna ostaje ista kao što je gore opisano, koriste se samo ograničenja i parametri specifični za plin, a za duboka tehnička ronjenja obično se koristi nekoliko različitih sastava: za disanje pri spuštanju, rad na dnu i postepeno uz dekompresiju, sastavi ovih gasova su optimizovani na osnovu logike njihovog kretanja u telu opisanom gore.

Praktični zaključak

Razumijevanje ovih teza omogućava da se mnoga ograničenja i pravila koja se daju na kursevima osmisle, što je apsolutno neophodno kako za dalji razvoj tako i za njihovo pravilno kršenje.

Nitrox se preporučuje za korištenje u normalnom ronjenju jer smanjuje opterećenje dušikom na tijelu čak i ako ostanete u potpunosti u granicama rekreativnog ronjenja, to je bolji osjećaj, zabavniji, manje posljedica. Međutim, ako ćete roniti duboko i često, morate se sjetiti ne samo njegovih prednosti, već i moguće intoksikacije kisikom. Uvijek lično provjerite nivoe kiseonika i odredite svoje granice.

Trovanje dušikom je najvjerovatniji problem s kojim se možete susresti, uvijek budite pažljivi prema sebi i svom partneru.

Posebno bih skrenuo pažnju na činjenicu da čitanje ovog teksta ne znači da je čitalac savladao kompletan set informacija za razumijevanje rada s plinovima tokom teških ronjenja. Za praktičnu primjenu to je potpuno nedovoljno. Ovo je samo početna tačka i osnovno razumevanje, ništa više.

(Posljednji stupac prikazuje sadržaj O 2 iz kojeg se može reproducirati odgovarajući parcijalni tlak na nivou mora (100 mm Hg = 13,3 kPa)

Rice. četiri. Zone uticaja nedostatka kiseonika pri penjanju na visinu

3. Zona nepotpune kompenzacije (zona opasnosti). Provodi se na visinama od 4000 m do 7000 m. Kod neprilagođenih osoba razvijaju se različiti poremećaji. Kada se prekorači sigurnosna granica (prag poremećaja), fizički učinak naglo opada, sposobnost donošenja odluka slabi, krvni tlak se smanjuje, svijest postepeno slabi; mogući trzaji mišića. Ove promjene su reverzibilne.

4. Kritična zona. Počinje od 7000 m i više. P A O 2 se smanjuje kritični prag - one. njegova najniža vrijednost, pri kojoj se tkivno disanje još uvijek može izvoditi. Prema različitim autorima, vrijednost ovog pokazatelja kreće se između 27 i 33 mm Hg. Art. (V.B. Malkin, 1979). Potencijalno smrtonosni poremećaji centralnog nervnog sistema javljaju se u obliku inhibicije respiratornog i vazomotornog centra, razvoja nesvjesnog stanja i konvulzija. U kritičnoj zoni, trajanje nedostatka kiseonika je od presudnog značaja za očuvanje života. Brzo povećanje RO 2 u udahnutom vazduhu može sprečiti smrt.

Dakle, dejstvo na organizam sniženog parcijalnog pritiska kiseonika u udahnutom vazduhu u uslovima pada barometarskog pritiska ne ostvaruje se odmah, već po dostizanju određenog reakcionog praga koji odgovara visini od oko 2000 m (Sl. 5).

Sl.5. Krivulje disocijacije oksihemoglobina (Hb) i oksimioglobina (Mb)

S-oblika konfiguraciju ove krive, zbog jedan molekul hemoglobina vezuje četiri molekula kiseonika igra važnu ulogu u transportu kiseonika u krvi. U procesu apsorpcije kiseonika u krvi, PaO 2 se približava 90-95 mm Hg, pri čemu je zasićenost hemoglobina kiseonikom oko 97%. Istovremeno, budući da je kriva disocijacije oksihemoglobina u svom desnom dijelu gotovo horizontalna, sa padom PaO 2 u rasponu od 90 do 60 mm Hg. Art. zasićenost hemoglobina kiseonikom se ne smanjuje mnogo: sa 97 na 90%. Dakle, zbog ove osobine, pad PaO 2 u naznačenom opsegu (90–60 mm Hg) će samo neznatno uticati na zasićenje krvi kiseonikom, tj. na razvoj hipoksemije. Potonji će se povećati nakon prevazilaženja donje granice PaO 2 - 60 mm Hg. čl., kada se kriva disocijacije oksihemoglobina mijenja iz horizontalnog u vertikalni položaj. Na visini od 2000 m, PaO 2 iznosi 76 mm Hg. Art. (10,1 kPa).

Osim toga, pad PaO 2 i poremećaj zasićenja hemoglobina kisikom djelomično će se nadoknaditi pojačanom ventilacijom, povećanjem brzine protoka krvi, mobilizacijom deponirane krvi i korištenjem rezerve kisika krvi.

Karakteristika hipobarične hipoksične hipoksije, koja se razvija prilikom penjanja po planinama, nije samo hipoksemija, ali takođe hipokapnija (posledica kompenzatorne hiperventilacije alveola). Ovo posljednje određuje formaciju gasna alkaloza sa odgovarajućim pomak krivulje disocijacije oksihemoglobina ulijevo . One. dolazi do povećanja afiniteta hemoglobina za kisik, što smanjuje protok potonjeg u tkiva. Osim toga, respiratorna alkaloza dovodi do ishemijske hipoksije mozga (grč cerebralnih žila), kao i do povećanja intravaskularnog kapaciteta (dilatacija somatskih arteriola). Rezultat takve dilatacije je patološko taloženje krvi na periferiji, praćeno kršenjem sistemskog (pad BCC i minutnog volumena) i organskog (poremećena mikrocirkulacija) krvotoka. Na ovaj način, egzogeni mehanizam hipobarične hipoksične hipoksije, zbog smanjenja parcijalnog pritiska kiseonika u udahnutom vazduhu, biće dopunjen endogeni (hemični i cirkulatorni) mehanizmi hipoksije, što će odrediti kasniji razvoj metaboličke acidoze(Sl. 6).

U normalnim uslovima, osoba udiše običan vazduh, koji ima relativno konstantan sastav (tabela 1). Izdahnuti zrak uvijek sadrži manje kisika i više ugljičnog dioksida. Najmanje kisika i najviše ugljičnog dioksida u alveolarnom zraku. Razlika u sastavu alveolarnog i izdahnutog zraka objašnjava se činjenicom da je potonji mješavina zraka iz mrtvog prostora i alveolarnog zraka.

Alveolarni vazduh je unutrašnje gasno okruženje tela. Gasni sastav arterijske krvi zavisi od njenog sastava. Regulatorni mehanizmi održavaju konstantnost sastava alveolarnog zraka. Sastav alveolarnog zraka pri tihom disanju malo ovisi o fazama udisaja i izdisaja. Na primjer, sadržaj ugljičnog dioksida na kraju udisaja je samo 0,2-0,3% manji nego na kraju izdisaja, jer se samo 1/7 alveolarnog zraka obnavlja svakim udisajem. Osim toga, teče kontinuirano, tokom udisaja i izdisaja, što pomaže u izjednačavanju sastava alveolarnog zraka. S dubokim disanjem povećava se ovisnost sastava alveolarnog zraka o udisanju i izdisaju.

Tabela 1. Sastav zraka (u %)

Izmjena plinova u plućima odvija se kao rezultat difuzije kisika iz alveolarnog zraka u krv (oko 500 litara dnevno) i ugljičnog dioksida iz krvi u alveolarni zrak (oko 430 litara dnevno). Difuzija nastaje zbog razlike parcijalnog tlaka ovih plinova u alveolarnom zraku i njihove napetosti u krvi.

Parcijalni tlak plina: koncept i formula

Parcijalni pritisak gasa u gasnoj mešavini proporcionalno procentu gasa i ukupnom pritisku smeše:

Za vazduh: P atmosferski = 760 mm Hg. Art.; Sa kiseonikom = 20,95%.

Zavisi od prirode gasa. Celokupna gasna mešavina atmosferskog vazduha uzeta je kao 100%, ona ima pritisak od 760 mm Hg. čl., a dio gasa (kiseonik - 20,95%) se uzima kao X. Dakle, parcijalni pritisak kiseonika u mešavini vazduha iznosi 159 mm Hg. Art. Prilikom izračunavanja parcijalnog pritiska gasova u alveolarnom vazduhu, mora se uzeti u obzir da je on zasićen vodenom parom, čiji je pritisak 47 mm Hg. Art. Shodno tome, udio mješavine plinova koji je dio alveolarnog zraka ima pritisak koji nije 760 mm Hg. Art., i 760 - 47 = 713 mm Hg. Art. Ovaj pritisak se uzima kao 100%. Odavde je lako izračunati da će parcijalni pritisak kiseonika, koji se nalazi u alveolarnom vazduhu u količini od 14,3%, biti jednak 102 mm Hg. Art.; shodno tome, proračun parcijalnog pritiska ugljičnog dioksida pokazuje da je jednak 40 mm Hg. Art.

Parcijalni tlak kisika i ugljičnog dioksida u alveolarnom zraku je sila kojom molekule ovih plinova teže da prodru kroz alveolarnu membranu u krv.

Difuzija gasova kroz barijeru je u skladu sa Fickovim zakonom; budući da su debljina membrane i površina difuzije iste, difuzija ovisi o koeficijentu difuzije i gradijentu tlaka:

Q gas- zapremina gasa koji prolazi kroz tkivo u jedinici vremena; S - područje tkiva; DK-koeficijent difuzije gasa; (P 1, - P 2) - gradijent parcijalnog pritiska gasa; T je debljina barijere tkiva.

Ako se uzme u obzir da u alveolarnoj krvi koja teče u pluća, parcijalni napon kiseonika iznosi 40 mm Hg. čl. i ugljični dioksid - 46-48 mm Hg. čl., tada će gradijent pritiska koji određuje difuziju gasova u plućima biti: za kiseonik 102 - 40 = 62 mm Hg. Art.; za ugljični dioksid 40 - 46 (48) \u003d minus 6 - minus 8 mm Hg. Art. Budući da je koeficijent difuzije ugljičnog dioksida 25 puta veći od kisika, ugljični dioksid aktivnije napušta kapilare u alveole nego kisik u suprotnom smjeru.

U krvi su plinovi u otopljenom (slobodnom) i kemijski vezanom stanju. Difuzija uključuje samo otopljene molekule plina. Količina gasa koja se rastvara u tečnosti zavisi od:

• o sastavu tečnosti;
• zapremina i pritisak gasa u tečnosti;
• temperatura tečnosti;
• priroda gasa koji se proučava.

Što je veći pritisak datog gasa i temperatura, to se gas više otapa u tečnosti. Pri pritisku od 760 mm Hg. Art. i temperature od 38°C, 2,2% kisika i 5,1% ugljičnog dioksida otapa se u 1 ml krvi.

Otapanje plina u tekućini nastavlja se sve dok se ne postigne dinamička ravnoteža između broja molekula plina koji se otapaju i izlaze u plinoviti medij. Sila kojom molekuli rastvorenog gasa teže da pobegnu u gasovitu sredinu naziva se pritisak gasa u tečnosti. Dakle, u ravnoteži, pritisak gasa je jednak parcijalnom pritisku gasa u tečnosti.

Ako je parcijalni pritisak gasa veći od njegovog napona, tada će se gas rastvoriti. Ako je parcijalni pritisak gasa ispod njegovog napona, tada će gas izaći iz rastvora u gasni medij.

Parcijalni tlak i napetost kisika i ugljičnog dioksida u plućima dati su u tabeli. 2.

Tabela 2. Parcijalni tlak i napetost kisika i ugljičnog dioksida u plućima (u mmHg)

Difuziju kiseonika obezbeđuje razlika parcijalnih pritisaka u alveolama i krvi, koja je jednaka 62 mm Hg. čl., a za ugljični dioksid - to je samo oko 6 mm Hg. Art. Vrijeme protoka krvi kroz kapilare malog kruga (u prosjeku 0,7 s) dovoljno je za gotovo potpuno izjednačavanje parcijalnog tlaka i napetosti plina: kisik se otapa u krvi, a ugljični dioksid prelazi u alveolarni zrak. Prelazak ugljen-dioksida u alveolarni vazduh pri relativno maloj razlici pritiska objašnjava se visokim difuzionim kapacitetom pluća za ovaj gas.