Hiilidioksidin osapaine ilmassa. Ilman hapen osapaine eri korkeuksissa merenpinnasta. Kaasun osapaine: käsite ja kaava

Tärkeimmät ilman parametrit, jotka määrittävät henkilön fysiologisen tilan, ovat:

absoluuttinen paine;

happiprosentti;

lämpötila;

suhteellinen kosteus;

haitallisia epäpuhtauksia.

Kaikista luetelluista ilman parametreista absoluuttinen paine ja happiprosentti ovat ratkaisevia henkilölle. Absoluuttinen paine määrittää hapen osapaineen.

Minkä tahansa kaasun osapaine kaasuseoksessa on se osuus kaasuseoksen kokonaispaineesta, joka johtuu kyseisestä kaasusta suhteessa sen prosenttiosuuteen.

Siis hapen osapaineelle meillä on

missä
− hapen prosenttiosuus ilmassa
);

R H − ilmanpaine korkeudessa H;

− vesihöyryn osapaine keuhkoissa (hengityksen vastapaine
).

Hapen osapaine on erityisen tärkeä ihmisen fysiologisen tilan kannalta, koska se määrittää kaasunvaihtoprosessin kehossa.

Happi, kuten mikä tahansa kaasu, pyrkii siirtymään tilasta, jossa sen osapaine on suurempi, tilaan, jossa on pienempi paine. Näin ollen kehon kyllästäminen hapella tapahtuu vain silloin, kun hapen osapaine keuhkoissa (alveolaarisessa ilmassa) on suurempi kuin hapen osapaine keuhkorakkuloihin virtaavassa veressä, ja tämä jälkimmäinen on suurempi kuin hapen osapaine. hapen osapaine kehon kudoksissa.

Hiilidioksidin poistamiseksi kehosta on välttämätöntä, että sen osapaineiden suhde on päinvastainen kuin kuvattu, ts. hiilidioksidin osapaineen korkeimman arvon tulisi olla kudoksissa, sitä pienempi - laskimoveressä ja vielä vähemmän - alveolaarisessa ilmassa.

Merenpinnalla klo R H= 760 mmHg Taide. hapen osapaine on ≈150 mm Hg. Taide. Sellaisella
varmistetaan ihmisen veren normaali kyllästyminen hapella hengitysprosessissa. Lentokorkeuden kasvaessa
vähenee laskun vuoksi P H(Kuva 1).

Erityiset fysiologiset tutkimukset ovat osoittaneet, että hapen pienin osapaine hengitetyssä ilmassa
Tätä numeroa kutsutaan henkilön avohytissä oleskelun fysiologinen raja koon suhteen
.

Hapen osapaine on 98 mmHg. Taide. vastaa korkeutta H= 3 km. klo
< 98 mmHg Taide. näkövamma, kuulon heikkeneminen, hidas reaktio ja henkilön tajunnan menetys ovat mahdollisia.

Näiden ilmiöiden estämiseksi lentokoneessa käytetään hapensyöttöjärjestelmiä (OSS), jotka tarjoavat
> 98 mmHg Taide. sisäänhengitetyssä ilmassa kaikissa lentomuodoissa ja hätätilanteissa.

Käytännössä ilmailussa korkeus H = 4 km rajana lennoilla ilman happilaitteita, eli ilma-aluksilla, joiden käyttökatto on alle 4 km, ei saa olla SPC:tä.

1. Hapen ja hiilidioksidin osapaine ihmiskehossa maanpäällisissä olosuhteissa

Kun muutat taulukossa ilmoitettuja arvoja
ja
häiriintynyt normaali kaasunvaihto keuhkoissa ja koko ihmiskehossa.

Haluaisin tiivistää tiedot sukelluksen periaatteista hengityskaasujen suhteen pääpuheenvuorojen muodossa, ts. muutaman periaatteen ymmärtäminen poistaa tarpeen muistaa monia tosiasioita.

Joten veden alla hengittäminen vaatii kaasua. Yksinkertaisin vaihtoehto - ilmansyöttö, joka on seos happea (-21%), typpeä (-78%) ja muita kaasuja (-1%).

Päätekijä on ympäristön paine. Kaikista mahdollisista paineyksiköistä käytämme "absoluuttista teknistä ilmakehää" tai ATA:ta. Pintaan kohdistuva paine on ~1 ATA, joka 10 metriä veteen upotettua lisää siihen ~1 ATA.

Lisäanalyysiä varten on tärkeää ymmärtää, mikä on osapaine, ts. kaasuseoksen yhden komponentin paine. Kaasuseoksen kokonaispaine on sen komponenttien osapaineiden summa. Osapainetta ja kaasujen liukenemista nesteisiin kuvaavat Daltonin lait ja ne liittyvät suorimmin sukeltamiseen, koska ihminen on enimmäkseen nestemäinen. Vaikka osapaine on verrannollinen seoksen kaasujen moolisuhteeseen, ilmalle osapaine voidaan lukea tilavuuden tai painopitoisuuden perusteella, virhe on alle 10 %.

Sukeltaessa paine vaikuttaa meihin kaiken kattavasti. Säädin ylläpitää hengitysjärjestelmän ilmanpainetta, joka on suunnilleen yhtä suuri kuin ympäristön paine, vähemmän täsmälleen niin paljon kuin on tarpeen "hengitykseen". Joten 10 metrin syvyydessä ilmapallosta sisäänhengitetyn ilman paine on noin 2 ATA. Samanlainen absoluuttinen paine havaitaan koko kehossamme. Siten hapen osapaine tällä syvyydellä on ~0,42 ATA, typen ∼ 1,56 ATA

Paineen vaikutus kehoon on seuraavat avaintekijät.

1. Mekaaninen vaikutus elimiin ja järjestelmiin

Emme käsittele sitä yksityiskohtaisesti, lyhyesti sanottuna - ihmiskehossa on useita ilmalla täytettyjä onteloita ja jyrkkä paineen muutos mihin tahansa suuntaan aiheuttaa kuormituksen kudoksiin, kalvoihin ja elimiin mekaanisiin vaurioihin asti - barotrauma.

2. Kudosten kyllästyminen kaasuilla

Sukeltaessa (paineen noustessa) kaasujen osapaine hengitysteissä on korkeampi kuin kudoksissa. Siten kaasut kyllästävät verta, ja verenkierron kautta kaikki kehon kudokset kyllästyvät. Kyllästysnopeus on erilainen eri kudoksilla ja sille on ominaista "puolikyllästysjakso", ts. aika, jonka aikana kaasun ja kudosten osapaineiden ero puolittuu vakiokaasun paineessa. Käänteistä prosessia kutsutaan "desaturaatioksi", se tapahtuu nousun aikana (paineen lasku). Tällöin kaasujen osapaine kudoksissa on korkeampi kuin keuhkojen kaasujen paine, tapahtuu käänteinen prosessi - keuhkoissa vapautuu kaasua verestä, veri, jolla on jo alhaisempi osapaine, kiertää keuhkojen läpi. kaasut kulkeutuvat kudoksista vereen ja jälleen ympyrässä. Kaasu siirtyy aina korkeammasta osapaineesta pienempään.

On erittäin tärkeää, että eri kaasuilla on erilainen kyllästymis-/desaturaationopeus niiden fysikaalisten ominaisuuksien vuoksi.

Kaasujen liukoisuus nesteisiin on sitä suurempi, mitä korkeampi on paine. Jos liuenneen kaasun määrä on suurempi kuin liukoisuusraja tietyssä paineessa, kaasua vapautuu, mukaan lukien pitoisuus kuplien muodossa. Näemme tämän joka kerta, kun avaamme pullon kivennäisvettä. Koska kaasun poistumisnopeutta (kudoksen desaturaatiota) rajoittavat fysikaaliset lait ja kaasunvaihto veren kautta, liian nopea paineen lasku (nopea nousu) voi johtaa kaasukuplien muodostumiseen suoraan kehon kudoksiin, verisuoniin ja onteloihin. , joka häiritsee sen työtä kuolemaan asti. Jos paine laskee hitaasti, keholla on aikaa poistaa "ylimääräinen" kaasu osapaineiden eron vuoksi.

Näiden prosessien laskemiseen käytetään kehon kudosten matemaattisia malleja, suosituin on Albert Buhlmann -malli, joka ottaa huomioon 16 tyyppistä kudosta (osastoa), joiden puolikylläisyys / puolikylläisyysaika on 4 - 635 minuuttia.

Suurin vaara on inertti kaasu, jolla on korkein absoluuttinen paine, useimmiten se on typpi, joka muodostaa ilman perustan ja ei osallistu aineenvaihduntaan. Tästä syystä massasukelluksen päälaskelmat suoritetaan typellä, koska. hapen vaikutus kyllästymisen kannalta on suuruusluokkaa pienempi, kun taas käytetään käsitettä "typpikuorma", ts. kudoksiin liuenneen typen jäännösmäärä.

Siten kudoksen kyllästyminen riippuu kaasuseoksen koostumuksesta, paineesta ja sen altistuksen kestosta. Sukeltamisen alkutasoilla on rajoituksia sukelluksen syvyyteen, kestoon ja sukellusten väliseen vähimmäisaikaan, jotka eivät luonnollisestikaan salli missään olosuhteissa kudosten kyllästymistä vaarallisille tasoille, ts. ei dekompressiosukelluksia, ja silloinkin on tapana tehdä "turvapysähdyksiä".

"Kehittyneet" sukeltajat käyttävät sukellustietokoneita, jotka laskevat dynaamisesti kylläisyyden malleista riippuen kaasusta ja paineesta, mukaan lukien "puristuskaton" laskeminen - syvyys, jonka yläpuolelle on mahdollisesti vaarallista nousta nykyisen kylläisyyden perusteella. Vaikeissa sukelluksissa tietokoneet toistuvat, puhumattakaan siitä, että yksittäisiä sukelluksia ei yleensä harjoiteta.

3. Kaasujen biokemialliset vaikutukset

Kehomme on maksimaalisesti sopeutunut ilmaan ilmanpaineessa. Paineen kasvaessa kaasut, jotka eivät edes osallistu aineenvaihduntaan, vaikuttavat kehoon monin eri tavoin, kun taas vaikutus riippuu tietyn kaasun osapaineesta. Jokaisella kaasulla on omat turvallisuusrajansa.

Happi

Avainasemassa aineenvaihdunnassamme happi on ainoa kaasu, jolla ei ole vain ylä-, vaan myös alaturvaraja.

Hapen normaali osapaine on ~0,21 ATA. Hapentarve riippuu voimakkaasti kehon tilasta ja fyysisestä aktiivisuudesta, teoreettinen vähimmäistaso, joka vaaditaan terveen organismin elintärkeän toiminnan ylläpitämiseksi täydellisessä levossa, on arvioitu ~0,08 ATA:ksi, käytännön tasoksi -0,14 ATA . Happipitoisuuden lasku "nimellisestä" vaikuttaa ennen kaikkea fyysiseen aktiivisuuteen ja voi aiheuttaa hypoksiaa tai hapen nälänhätää.

Samaan aikaan korkea hapen osapaine aiheuttaa monenlaisia ​​negatiivisia seurauksia - happimyrkytyksen tai hyperoksia. Erityisen vaarallinen sukeltaessa on sen kouristeleva muoto, joka ilmenee hermoston vaurioina, kouristuksina, joihin liittyy hukkumisriski.

Käytännön syistä sukelluksen turvallisuusrajaksi katsotaan ~1,4 ATA, kohtalainen riskiraja on ~1,6 ATA. Pitkään yli ~2,4 ATA:n paineessa happimyrkytyksen todennäköisyydellä on taipumus yhtyä.

Siten yksinkertaisesti jakamalla rajahappitaso 1,4 ATA seoksen hapen osapaineella voidaan määrittää ympäristön suurin turvallinen paine ja varmistaa, että on täysin turvallista hengittää puhdasta happea (100%, 1 ATA). 4 metrin syvyydessä (!! !), paineilmassa (21%, 0,21 ATA) - 57 metriin asti, standardi "Nitrox-32" happipitoisuudella 32% (0,32 ATA) - jopa ∼ 34 metriä. Vastaavasti voit laskea rajat kohtalaiselle riskille.

He sanovat, että tämä ilmiö johtuu nimestään "nitrox", koska alun perin tämä sana merkitsi hengityskaasuja laskettu alas happipitoisuus suurissa syvyyksissä työskentelyssä, "typpirikastettu", ja vasta sitten se alettiin tulkita "typpi-happiksi" ja nimetä seoksia kohonnut happipitoisuus.

On otettava huomioon, että kohonnut hapen osapaine vaikuttaa joka tapauksessa hermostoon ja keuhkoihin, ja nämä ovat erilaisia ​​vaikutuksia. Lisäksi vaikutuksella on taipumus kerääntyä useiden sukellusten aikana. Keskushermostoon kohdistuvien vaikutusten huomioon ottamiseksi laskentayksikkönä käytetään käsitettä "happiraja", jonka avulla määritetään kerta- ja päivittäisen altistuksen turvalliset rajat. Tarkemmat taulukot ja laskelmat löytyvät.

Lisäksi kohonnut hapenpaine vaikuttaa negatiivisesti keuhkoihin, tämän ilmiön huomioon ottamiseksi käytetään "hapenkestävyysyksiköitä", jotka lasketaan erityisten taulukoiden mukaan, jotka korreloivat hapen osapainetta ja "yksikköjen minuutissa" määrää. Esimerkiksi 1.2 ATA antaa meille 1.32 OTU minuutissa. Tunnustettu turvaraja on 1425 yksikköä päivässä.

Etenkin edellisen perusteella pitäisi olla selvää, että turvallinen oleskelu suurissa syvyyksissä vaatii seosta, jossa on alennettu happipitoisuus, joka on hengimätön pienemmällä paineella. Esimerkiksi 100 metrin syvyydessä (11 ATA) seoksen happipitoisuus ei saa ylittää 12%, ja käytännössä se on vielä pienempi. Tällaista seosta on mahdotonta hengittää pinnalle.

Typpi

Typpi ei metaboloidu elimistössä, eikä sillä ole alarajaa. Lisääntyneen paineen myötä typellä on myrkyllinen vaikutus hermostoon, joka on samanlainen kuin huume- tai alkoholimyrkytys, joka tunnetaan nimellä "typpinarkoosi".

Vaikutusmekanismeja ei ole tarkasti selvitetty, vaikutuksen rajat ovat puhtaasti yksilöllisiä ja riippuvat sekä organismin ominaisuuksista että sen tilasta. Joten tiedetään, että se lisää väsymyksen, krapulan, kaikenlaisten kehon masentuneiden tilojen, kuten vilustumisen jne., vaikutusta.

Pienet ilmenemismuodot lievään myrkytykseen verrattavan tilan muodossa ovat mahdollisia missä tahansa syvyydessä, pätee empiirinen "martinin sääntö", jonka mukaan typpialtistus on verrattavissa lasilliseen kuivaa martinia tyhjään vatsaan jokaista 10 metrin syvyyteen kohden. mikä ei ole vaarallista ja lisää hyvää mieltä. Säännöllisen sukelluksen aikana kertynyt typpi vaikuttaa myös mietojen huumeiden ja alkoholin kaltaiseen psyykeen, jonka todistaja ja osanottaja itse on. Se ilmenee eloisissa ja "huumeissa" unissa, erityisesti se vaikuttaa muutaman tunnin sisällä. Ja kyllä, sukeltajat ovat vähän huumeriippuvaisia. Typpi.

Vaaraa edustavat voimakkaat ilmenemismuodot, joille on ominaista nopea lisääntyminen aina riittävyyden täydelliseen menettämiseen, orientaatio tilassa ja ajassa, hallusinaatiot, jotka voivat johtaa kuolemaan. Ihminen voi helposti ryntää syvyyksiin, koska siellä on viileää tai hän oletettavasti näki siellä jotain, unohtaa olevansa veden alla ja "hengittää syvään", sylkeä suukappaleen ulos jne. Altistuminen typelle ei sinänsä ole tappavaa tai edes haitallista, mutta seuraukset sukellusolosuhteissa voivat olla traagisia. On ominaista, että paineen alenemisen myötä nämä ilmenemismuodot ohittavat yhtä nopeasti, joskus riittää vain 2...3 metrin nousu "raitistumaan jyrkästi".

Voimakkaan ilmenemisen todennäköisyys aloitustason virkistyssukellukseen hyväksytyissä syvyyksissä (jopa 18 m, ~2,2 ATA) on arvioitu erittäin alhaiseksi. Saatavilla olevien tilastojen mukaan vakavat myrkytykset tulevat varsin todennäköisiksi 30 metrin syvyydestä (n. 3,2 ATA), ja sitten todennäköisyys kasvaa paineen noustessa. Samaan aikaan ihmiset, joilla on yksilöllinen vakaus, eivät välttämättä koe ongelmia paljon suuremmissa syvyyksissä.

Ainoa tapa torjua on jatkuva itsevalvonta ja kumppanin hallinta välittömästi syvyyden pienentämisellä, jos epäillään typpimyrkytystä. "Nitroksin" käyttö vähentää typpimyrkytyksen todennäköisyyttä tietysti hapen aiheuttaman syvyyden rajoissa.

Helium ja muut kaasut

Teknisessä ja ammattisukelluksessa käytetään myös muita kaasuja, erityisesti heliumia. Esimerkkejä vedyn ja jopa neonin käytöstä syvissä seoksissa tunnetaan. Näille kaasuille on ominaista korkea kyllästymis-/desaturaationopeus, heliumin myrkytysvaikutuksia havaitaan yli 12 ATA:n paineissa ja ne voidaan paradoksaalisesti kompensoida typellä. Niitä ei kuitenkaan käytetä laajalti korkeiden kustannustensa vuoksi, joten keskiverto sukeltajalle on käytännössä mahdotonta kohdata niitä, ja jos lukija on todella kiinnostunut sellaisista kysymyksistä, hänen on jo käytettävä ammattikirjallisuutta, ei tätä vaatimatonta. arvostelu.

Mitä tahansa seoksia käytettäessä laskentalogiikka pysyy samana kuin yllä on kuvattu, käytetään vain kaasukohtaisia ​​rajoja ja parametreja, ja syviin teknisiin sukelluksiin käytetään yleensä useita erilaisia ​​koostumuksia: hengittämiseen matkalla alas, työskennellä pohjassa ja vaiheittain ylöspäin dekompressiolla näiden kaasujen koostumukset optimoidaan perustuen niiden edellä kuvattuun liikelogiikkaan kehossa.

Käytännön johtopäätös

Näiden opinnäytetöiden ymmärtäminen mahdollistaa monien kursseilla annettujen rajoitusten ja sääntöjen merkityksen, mikä on ehdottoman välttämätöntä sekä jatkokehityksen että niiden oikean rikkomisen kannalta.

Nitroxia suositellaan käytettäväksi normaalissa sukelluksessa, koska se vähentää kehon typpikuormitusta, vaikka pysyisit täysin virkistyssukelluksen rajoissa, tämä on parempi tunne, hauskempaa, vähemmän seurauksia. Jos kuitenkin aiot sukeltaa syvälle ja usein, sinun on muistettava paitsi sen edut myös mahdollinen happimyrkytys. Tarkista aina henkilökohtaisesti happitasot ja määritä rajasi.

Typpimyrkytys on todennäköisin ongelma, jonka voit kohdata. Ole aina huomaavainen itseäsi ja kumppaniasi kohtaan.

Haluan erikseen kiinnittää huomion siihen, että tämän tekstin lukeminen ei tarkoita, että lukija on hallinnut kaiken tiedon ymmärtääkseen kaasujen kanssa tehtävää työtä vaikeiden sukellusten aikana. Käytännön sovelluksessa tämä on täysin riittämätön. Tämä on vain lähtökohta ja perusymmärrys, ei sen enempää.

(Viimeisessä sarakkeessa näkyy O 2 -pitoisuus, josta voidaan toistaa vastaava osapaine merenpinnalla (100 mm Hg = 13,3 kPa)

Riisi. 4. Hapenpuutteen vaikutusalueet korkealle kiipeämisen aikana

3. Epätäydellisen kompensoinnin vyöhyke (vaaravyöhyke). Se toteutetaan korkeuksissa 4000 m - 7000 m. Sopeutumattomille ihmisille kehittyy erilaisia ​​häiriöitä. Kun turvallisuusraja (häiriökynnys) ylittyy, fyysinen suorituskyky laskee jyrkästi, kyky tehdä päätöksiä heikkenee, verenpaine laskee, tajunta heikkenee vähitellen; mahdolliset lihasnykitykset. Nämä muutokset ovat palautuvia.

4. Kriittinen vyöhyke. Alkaa 7000 metristä ja yli. P A O 2 laskee kriittinen kynnys - nuo. sen alin arvo, jolla kudoshengitystä voidaan vielä suorittaa. Eri kirjoittajien mukaan tämän indikaattorin arvo vaihtelee välillä 27-33 mm Hg. Taide. (V.B. Malkin, 1979). Mahdollisesti tappavia keskushermoston häiriöitä esiintyy hengitys- ja vasomotoristen keskusten estymisen, tajuttoman tilan ja kouristusten muodossa. Kriittisellä alueella hapenpuutteen kesto on ratkaiseva elämän säilymisen kannalta. Nopea RO 2:n lisääntyminen sisäänhengitetyssä ilmassa voi estää kuoleman.

Siten sisäänhengitetyn ilman hapen alentuneen osapaineen vaikutus kehoon ilmanpaineen laskun olosuhteissa ei toteudu välittömästi, vaan saavutettaessa tietty reaktiokynnys, joka vastaa noin 2000 m:n korkeutta. 5).

Kuva 5. Oksihemoglobiinin (Hb) ja oksimyoglobiinin (Mb) dissosiaatiokäyrät

S-muotoinen tämän käyrän konfiguraatiosta johtuen yksi hemoglobiinimolekyyli sitoo neljä happimolekyyliä sillä on tärkeä rooli hapen kuljettamisessa veressä. Veren hapen absorptioprosessissa PaO 2 lähestyy arvoa 90-95 mm Hg, jolloin hemoglobiinin kyllästyminen hapella on noin 97%. Samaan aikaan, koska oksihemoglobiinin dissosiaatiokäyrä sen oikealla puolella on melkein vaakasuora, ja PaO 2:n lasku on alueella 90-60 mm Hg. Taide. hemoglobiinin kyllästyminen hapella ei vähene paljon: 97: stä 90 prosenttiin. Tästä syystä PaO 2:n pudotus ilmoitetulla alueella (90–60 mm Hg) vaikuttaa vain vähän veren happisaturaatioon, ts. hypoksemian kehittymisestä. Jälkimmäinen kasvaa ylitettyään PaO 2:n alarajan - 60 mm Hg. Art., kun oksihemoglobiinin dissosiaatiokäyrä muuttuu vaaka-asennosta pystysuoraan. 2000 metrin korkeudessa PaO 2 on 76 mm Hg. Taide. (10,1 kPa).

Lisäksi PaO 2:n lasku ja hemoglobiinin happisaturaatiohäiriö kompensoidaan osittain lisääntyneellä tuuletuksella, lisääntyneellä veren virtausnopeudella, kerääntyneen veren mobilisoinnilla ja veren happivarantojen käytöllä.

Vuoristossa kiipeämisen aikana kehittyvän hypobarisen hypoksian ominaisuus ei ole vain hypoksemia, mutta myös hypokapnia (seuraus alveolien kompensoivasta hyperventilaatiosta). Jälkimmäinen määrittää muodostumisen kaasualkaloosi vastaavan kanssa oksihemoglobiinin dissosiaatiokäyrän siirtyminen vasemmalle . Nuo. hemoglobiinin affiniteetti happea kohtaan lisääntyy, mikä vähentää jälkimmäisen virtausta kudoksiin. Lisäksi hengitysteiden alkaloosi johtaa aivojen iskeemiseen hypoksiaan (aivosuonien kouristukseen) sekä suonensisäisen kapasiteetin lisääntymiseen (somaattisten arteriolien laajentuminen). Tällaisen laajentumisen seurauksena on patologinen veren kertyminen periferiaan, johon liittyy systeemisen (BCC:n lasku ja sydämen minuuttitilavuuden lasku) ja elimen (heikentynyt mikroverenkierto) verenkiertoa. Täten, hypobarisen hypoksisen hypoksian eksogeeninen mekanismi hengitetyn ilman hapen osapaineen laskun vuoksi, täydennetään hypoksian endogeeniset (hemic ja verenkierto) mekanismit, joka määrää metabolisen asidoosin myöhemmän kehittymisen(Kuva 6).

Normaalioloissa ihminen hengittää tavallista ilmaa, jonka koostumus on suhteellisen vakio (taulukko 1). Uloshengitysilma sisältää aina vähemmän happea ja enemmän hiilidioksidia. Vähiten happea ja eniten hiilidioksidia alveolaarisessa ilmassa. Alveolaarisen ja uloshengitetyn ilman koostumuksen ero selittyy sillä, että jälkimmäinen on sekoitus kuolleen tilan ilmaa ja alveolaarista ilmaa.

Alveolaarinen ilma on kehon sisäinen kaasuympäristö. Valtimoveren kaasukoostumus riippuu sen koostumuksesta. Säätelymekanismit ylläpitävät keuhkorakkuloiden ilman koostumuksen pysyvyyttä. Alveolaarisen ilman koostumus hiljaisen hengityksen aikana riippuu vähän sisään- ja uloshengityksen vaiheista. Esimerkiksi hiilidioksidipitoisuus sisäänhengityksen lopussa on vain 0,2-0,3 % pienempi kuin uloshengityksen lopussa, koska vain 1/7 alveolaarisesta ilmasta uusiutuu jokaisella hengityksellä. Lisäksi se virtaa jatkuvasti sisään- ja uloshengityksen aikana, mikä auttaa tasoittamaan alveolaarisen ilman koostumusta. Syvällä hengityksellä alveolaarisen ilman koostumuksen riippuvuus sisään- ja uloshengityksestä kasvaa.

Taulukko 1. Ilman koostumus (%)

Kaasunvaihto keuhkoissa tapahtuu hapen diffuusion seurauksena keuhkorakkuloiden ilmasta vereen (noin 500 litraa päivässä) ja hiilidioksidista verestä keuhkorakkuloiden ilmaan (noin 430 litraa päivässä). Diffuusio johtuu näiden kaasujen osapaineen erosta alveolaarisessa ilmassa ja niiden jännityksestä veressä.

Kaasun osapaine: käsite ja kaava

Osapainekaasu kaasuseoksessa suhteessa kaasun prosenttiosuuteen ja seoksen kokonaispaineeseen:

Ilmalle: P ilmakehän = 760 mm Hg. Taide.; Hapen kanssa = 20,95 %.

Se riippuu kaasun laadusta. Koko ilmakehän ilman kaasuseos otetaan 100 %:ksi, sen paine on 760 mm Hg. Art., ja osa kaasusta (happi - 20,95 %) otetaan muodossa X. Tästä syystä hapen osapaine ilmaseoksessa on 159 mm Hg. Taide. Laskettaessa kaasujen osapainetta alveolaarisessa ilmassa on otettava huomioon, että se on kyllästetty vesihöyryllä, jonka paine on 47 mm Hg. Taide. Näin ollen alveolaariseen ilmaan kuuluvan kaasuseoksen paine ei ole 760 mmHg. Art., ja 760 - 47 \u003d 713 mm Hg. Taide. Tämä paine on otettu 100 %:ksi. Tästä on helppo laskea, että alveolaarisessa ilmassa olevan 14,3 %:n hapen osapaine on 102 mm Hg. Taide.; vastaavasti hiilidioksidin osapaineen laskeminen osoittaa, että se on yhtä suuri kuin 40 mm Hg. Taide.

Alveolaarisen ilman hapen ja hiilidioksidin osapaine on voima, jolla näiden kaasujen molekyylit pyrkivät tunkeutumaan keuhkorakkuloiden kalvon läpi vereen.

Kaasujen diffuusio esteen läpi noudattaa Fickin lakia; koska kalvon paksuus ja diffuusioalue ovat samat, diffuusio riippuu diffuusiokertoimesta ja painegradientista:

Q kaasu- kudoksen läpi kulkevan kaasun tilavuus aikayksikköä kohti; S - kudosalue; DK-kaasun diffuusiokerroin; (P 1, - P 2) - kaasun osapainegradientti; T on kudosesteen paksuus.

Jos otamme huomioon, että keuhkoihin virtaavassa alveolaarisessa veressä osittainen happijännitys on 40 mm Hg. Art. ja hiilidioksidi - 46-48 mm Hg. Art., niin painegradientti, joka määrittää kaasujen diffuusion keuhkoissa, on: hapelle 102 - 40 = 62 mm Hg. Taide.; hiilidioksidille 40 - 46 (48) \u003d miinus 6 - miinus 8 mm Hg. Taide. Koska hiilidioksidin diffuusikerroin on 25 kertaa suurempi kuin hapen, hiilidioksidi poistuu kapillaareista aktiivisemmin alveoleihin kuin happi vastakkaiseen suuntaan.

Veressä kaasut ovat liuenneessa (vapaassa) ja kemiallisesti sitoutuneessa tilassa. Diffuusio sisältää vain liuenneita kaasumolekyylejä. Nesteeseen liukenevan kaasun määrä riippuu:

• nesteen koostumuksesta;
• kaasun tilavuus ja paine nesteessä;
• nesteen lämpötila;
• tutkittavan kaasun luonne.

Mitä korkeampi tietyn kaasun paine ja lämpötila on, sitä enemmän kaasu liukenee nesteeseen. 760 mm Hg:n paineessa. Taide. ja lämpötila 38 °C, 2,2 % happea ja 5,1 % hiilidioksidia liukenee 1 ml:aan verta.

Kaasun liukeneminen nesteeseen jatkuu, kunnes saavutetaan dynaaminen tasapaino kaasumaiseen väliaineeseen liukenevien ja sieltä poistuvien kaasumolekyylien lukumäärän välillä. Voimaa, jolla liuenneen kaasun molekyylit pyrkivät karkaamaan kaasumaiseen väliaineeseen, kutsutaan kaasun paine nesteessä. Siten tasapainotilassa kaasun paine on yhtä suuri kuin nesteessä olevan kaasun osapaine.

Jos kaasun osapaine on korkeampi kuin sen jännite, kaasu liukenee. Jos kaasun osapaine on sen jännitteen alapuolella, kaasu poistuu liuoksesta kaasumaiseen väliaineeseen.

Hapen ja hiilidioksidin osapaine ja jännitys keuhkoissa on esitetty taulukossa. 2.

Taulukko 2. Hapen ja hiilidioksidin osapaine ja jännitys keuhkoissa (mmHg)

Hapen diffuusio saadaan aikaan osittaispaineen erolla keuhkorakkuloissa ja veressä, joka on 62 mm Hg. Art., ja hiilidioksidille - se on vain noin 6 mm Hg. Taide. Veren virtausaika pienen ympyrän kapillaarien läpi (keskimäärin 0,7 s) riittää lähes täydelliseen osapaineen ja kaasujännityksen tasaamiseen: happi liukenee vereen ja hiilidioksidi siirtyy alveolaariseen ilmaan. Hiilidioksidin siirtyminen alveolaariseen ilmaan suhteellisen pienellä paine-erolla selittyy tämän kaasun keuhkojen suurella diffuusiokapasiteetilla.