Oglekļa dioksīda daļējais spiediens gaisā. Skābekļa daļējais spiediens gaisā dažādos augstumos no jūras līmeņa. Daļējs gāzes spiediens: koncepcija un formula

Galvenie gaisa parametri, kas nosaka cilvēka fizioloģisko stāvokli, ir:

absolūtais spiediens;

skābekļa procentuālais daudzums;

temperatūra;

relatīvais mitrums;

kaitīgiem piemaisījumiem.

No visiem uzskaitītajiem gaisa parametriem cilvēkam noteicošais ir absolūtais spiediens un skābekļa procentuālais daudzums. Absolūtais spiediens nosaka skābekļa daļējo spiedienu.

Jebkuras gāzes daļējais spiediens gāzu maisījumā ir gāzu maisījuma kopējā spiediena daļa, kas attiecināma uz šo gāzi proporcionāli tās procentuālajai daļai.

Tātad skābekļa daļējam spiedienam mums ir

kur
- skābekļa procentuālais daudzums gaisā (
);

R H − gaisa spiediens augstumā H;

- ūdens tvaiku daļējs spiediens plaušās (pretspiediens elpošanai
).

Skābekļa daļējais spiediens ir īpaši svarīgs cilvēka fizioloģiskajam stāvoklim, jo ​​tas nosaka gāzu apmaiņas procesu organismā.

Skābeklis, tāpat kā jebkura gāze, mēdz pārvietoties no telpas, kurā tā daļējais spiediens ir lielāks, uz telpu ar zemāku spiedienu. Līdz ar to ķermeņa piesātināšanas process ar skābekli notiek tikai tad, ja skābekļa daļējais spiediens plaušās (alveolārajā gaisā) ir lielāks par skābekļa parciālo spiedienu asinīs, kas plūst uz alveolām, un tas būs lielāks par skābekļa daļējais spiediens ķermeņa audos.

Lai izņemtu ogļskābo gāzi no organisma, ir nepieciešams, lai tā daļējo spiedienu attiecība būtu pretēja aprakstītajai, t.i. lielākajai oglekļa dioksīda daļēja spiediena vērtībai jābūt audos, jo mazākam - venozajās asinīs un vēl mazāk - alveolārajā gaisā.

Jūras līmenī plkst R H= 760 mmHg Art. skābekļa parciālais spiediens ir ≈150 mm Hg. Art. Ar tādu
tiek nodrošināta normāla cilvēka asiņu piesātināšana ar skābekli elpošanas procesā. Palielinoties lidojuma augstumam
samazinās samazinājuma dēļ P H(1. att.).

Īpašos fizioloģiskajos pētījumos konstatēts, ka minimālais skābekļa daļējais spiediens ieelpotajā gaisā
Šo numuru sauc cilvēka uzturēšanās atklātā kajītē izmēra ziņā fizioloģiskā robeža
.

Skābekļa daļējais spiediens ir 98 mm Hg. Art. atbilst augstumam H= 3 km. Plkst
< 98 mmHg Art. iespējami redzes traucējumi, dzirdes traucējumi, lēna reakcija un cilvēka samaņas zudums.

Lai novērstu šīs parādības lidmašīnā, tiek izmantotas skābekļa padeves sistēmas (OSS), nodrošinot
> 98 mmHg Art. ieelpotajā gaisā visos lidojuma režīmos un ārkārtas situācijās.

Praktiski aviācijā augstums H = 4 km kā ierobežojums lidojumiem bez skābekļa ierīcēm, t.i., gaisa kuģiem, kuru ekspluatācijas griesti ir mazāki par 4 km, nedrīkst būt SPC.

1. Skābekļa un oglekļa dioksīda daļējs spiediens cilvēka organismā sauszemes apstākļos

Mainot tabulā norādītās vērtības
un
traucēta normāla gāzu apmaiņa plaušās un visā cilvēka ķermenī.

Informāciju par niršanas principiem elpošanas gāzu izteiksmē vēlos apkopot pamatnostādņu formātā, t.i. izprotot dažus principus, nav jāatceras daudzi fakti.

Tātad, elpojot zem ūdens, ir nepieciešama gāze. Kā vienkāršākais variants - gaisa padeve, kas ir skābekļa (∼21%), slāpekļa (∼78%) un citu gāzu (∼1%) maisījums.

Galvenais faktors ir vides spiediens. No visām iespējamām spiediena vienībām mēs izmantosim "absolūto tehnisko atmosfēru" jeb ATA. Spiediens uz virsmas ir ~1 ATA, katriem 10 metriem, iegremdējot ūdenī, pievieno ~ 1 ATA.

Lai veiktu turpmāku analīzi, ir svarīgi saprast, kas ir daļējais spiediens, t.i. gāzes maisījuma vienas sastāvdaļas spiediens. Gāzu maisījuma kopējais spiediens ir tā sastāvdaļu daļējo spiedienu summa. Parciālo spiedienu un gāzu šķīšanu šķidrumos apraksta Daltona likumi un tie vistiešāk ir saistīti ar niršanu, jo cilvēks pārsvarā ir šķidrs. Lai gan parciālais spiediens ir proporcionāls maisījumā esošo gāzu molārajai attiecībai, gaisam parciālo spiedienu var nolasīt pēc tilpuma vai svara koncentrācijas, kļūda būs mazāka par 10%.

Nirstot, spiediens mūs ietekmē visaptveroši. Regulators uztur gaisa spiedienu elpošanas sistēmā, kas ir aptuveni vienāds ar apkārtējās vides spiedienu, mazāk nekā tieši tik daudz, cik nepieciešams "ieelpošanai". Tātad 10 metru dziļumā no balona ieelpotā gaisa spiediens ir aptuveni 2 ATA. Līdzīgs absolūtais spiediens tiks novērots visā mūsu ķermenī. Tādējādi skābekļa daļējais spiediens šajā dziļumā būs ~0,42 ATA, slāpekļa - 1,56 ATA

Spiediena ietekme uz ķermeni ir šādi galvenie faktori.

1. Mehāniskā ietekme uz orgāniem un sistēmām

Sīkāk to neapskatīsim, īsumā - cilvēka organismā ir virkne ar gaisu pildītu dobumu un krasa spiediena maiņa jebkurā virzienā rada slodzi uz audiem, membrānām un orgāniem līdz pat mehāniskiem bojājumiem - barotrauma.

2. Audu piesātinājums ar gāzēm

Nirstot (palielinot spiedienu), gāzu daļējais spiediens elpošanas traktā ir lielāks nekā audos. Tādējādi gāzes piesātina asinis, un caur asinsriti tiek piesātināti visi ķermeņa audi. Piesātinājuma pakāpe dažādiem audiem ir atšķirīga, un to raksturo “puspiesātinājuma periods”, t.i. laiks, kurā pie nemainīga gāzes spiediena starpība starp gāzes un audu parciālo spiedienu samazinās uz pusi. Apgriezto procesu sauc par "piesātinājumu", tas notiek pacelšanās laikā (spiediena pazemināšanās). Šajā gadījumā gāzu parciālais spiediens audos ir lielāks par spiedienu gāzēs plaušās, notiek apgriezts process - plaušās no asinīm izdalās gāze, cauri cirkulē asinis ar jau zemāku parciālo spiedienu. ķermenis, gāzes no audiem nonāk asinīs un atkal pa apli. Gāze vienmēr pārvietojas no augstāka parciālā spiediena uz zemāku.

Ir būtiski svarīgi, lai dažādām gāzēm būtu atšķirīgs piesātinājuma/piesātinājuma ātrums to fizikālo īpašību dēļ.

Gāzu šķīdība šķidrumos ir lielāka, jo augstāks ir spiediens. Ja izšķīdušās gāzes daudzums ir lielāks par šķīdības robežu noteiktā spiedienā, gāze izdalās, ieskaitot koncentrāciju burbuļu veidā. Mēs to redzam katru reizi, kad atveram dzirkstošā ūdens pudeli. Tā kā gāzu izvadīšanas ātrumu (audu piesātinājumu) ierobežo fizikālie likumi un gāzu apmaiņa caur asinīm, pārāk strauja spiediena pazemināšanās (straujš pacelšanās) var izraisīt gāzes burbuļu veidošanos tieši ķermeņa audos, traukos un dobumos. , traucējot tās darbu līdz pat nāvei. Ja spiediens pazeminās lēni, tad ķermenim ir laiks izņemt "papildu" gāzi daļējo spiedienu starpības dēļ.

Šo procesu aprēķināšanai tiek izmantoti ķermeņa audu matemātiskie modeļi, populārākais ir Alberta Bīlmaņa modelis, kas ņem vērā 16 audu veidus (nodalījumus) ar puspiesātinājuma / puspiesātinājuma laiku no 4 līdz 635 minūtēm.

Vislielākās briesmas rada inertā gāze, kurai ir visaugstākais absolūtais spiediens, visbiežāk tas ir slāpeklis, kas veido gaisa pamatu un nepiedalās vielmaiņā. Šī iemesla dēļ galvenie aprēķini masveida niršanā tiek veikti ar slāpekli, kopš. skābekļa ietekme piesātinājuma ziņā ir par kārtām mazāka, savukārt tiek lietots jēdziens “slāpekļa slodze”, t.i. audos izšķīdinātā slāpekļa atlikuma daudzums.

Tādējādi audu piesātinājums ir atkarīgs no gāzu maisījuma sastāva, spiediena un tā iedarbības ilguma. Sākotnējiem niršanas līmeņiem ir ierobežojumi attiecībā uz dziļumu, niršanas ilgumu un minimālo laiku starp niršanu, kas acīmredzami neļauj nekādos apstākļos piesātināt audus līdz bīstamam līmenim, t.i. nav dekompresijas niršanas, un arī tad ir pieņemts veikt "drošības pieturas".

"Advanced" ūdenslīdēji izmanto niršanas datorus, kas dinamiski aprēķina piesātinājumu no modeļiem atkarībā no gāzes un spiediena, tostarp aprēķina "kompresijas griestus" - dziļumu, virs kura ir potenciāli bīstami pacelties, pamatojoties uz pašreizējo piesātinājumu. Sarežģītu niršanas laikā datori tiek dublēti, nemaz nerunājot par to, ka atsevišķi niršanas gadījumi parasti netiek praktizēti.

3. Gāzu bioķīmiskā iedarbība

Mūsu ķermenis ir maksimāli pielāgojies gaisam pie atmosfēras spiediena. Palielinoties spiedienam, gāzes, kas pat nav iesaistītas vielmaiņā, dažādos veidos ietekmē ķermeni, savukārt ietekme ir atkarīga no konkrētās gāzes daļējā spiediena. Katrai gāzei ir savi drošības ierobežojumi.

Skābeklis

Kā galvenais mūsu vielmaiņas dalībnieks skābeklis ir vienīgā gāze, kurai ir ne tikai augšējā, bet arī apakšējā drošības robeža.

Parastais skābekļa daļējais spiediens ir ~0,21 ATA. Skābekļa nepieciešamība stipri ir atkarīga no organisma stāvokļa un fiziskās aktivitātes, teorētiskais minimālais līmenis, kas nepieciešams veselīga organisma vitālās aktivitātes uzturēšanai pilnīgas atpūtas stāvoklī, tiek lēsts ~0,08 ATA, praktiskais ir ~0,14 ATA . Skābekļa līmeņa pazemināšanās no “nominālā” pirmām kārtām ietekmē spēju veikt fiziskās aktivitātes un var izraisīt hipoksiju jeb skābekļa badu.

Tajā pašā laikā augsts skābekļa parciālais spiediens izraisa plašu negatīvu seku spektru - saindēšanos ar skābekli vai hiperoksiju. Īpaši bīstami niršanas laikā ir tā konvulsīvā forma, kas izpaužas kā nervu sistēmas bojājumi, krampji, kas rada noslīkšanas risku.

Praktiskiem nolūkiem niršana tiek uzskatīta par drošības ierobežojumu ~1,4 ATA, mērena riska robeža ir ~1,6 ATA. Pie spiediena virs ~2,4 ATA ilgu laiku saindēšanās ar skābekli varbūtība tiecas uz vienotību.

Tādējādi, vienkārši sadalot ierobežojošo skābekļa līmeni 1,4 ATA ar skābekļa parciālo spiedienu maisījumā, var noteikt maksimālo drošo vides spiedienu un noteikt, ka ir absolūti droši elpot tīru skābekli (100%, 1 ATA) dziļumā līdz ~4 metriem (!! !), saspiestam gaisam (21%, 0,21 ATA) - līdz ~57 metriem, standarta "Nitrox-32" ar skābekļa saturu 32% (0,32 ATA) - līdz ~ 34 metri. Līdzīgi varat aprēķināt limitus vidējam riskam.

Viņi saka, ka šī parādība ir parādā savu nosaukumu "nitrox", jo sākotnēji šis vārds apzīmēja elpceļu gāzes ar pazemināts skābekļa saturs darbam lielā dziļumā, "bagātināts ar slāpekli", un tikai tad to sāka atšifrēt kā "slāpeklis-skābekli" un apzīmēt maisījumus ar paaugstināts skābekļa saturs.

Jāņem vērā, ka paaugstināts skābekļa parciālais spiediens jebkurā gadījumā ietekmē nervu sistēmu un plaušas, un tie ir dažāda veida efekti. Turklāt efektam ir tendence uzkrāties vairāku niršanas laikā. Lai ņemtu vērā ietekmi uz centrālo nervu sistēmu, kā uzskaites vienība tiek lietots jēdziens "skābekļa limits", ar kura palīdzību tiek noteiktas drošas robežas vienreizējai un ikdienas iedarbībai. Detalizētas tabulas un aprēķinus var atrast.

Turklāt paaugstināts skābekļa spiediens negatīvi ietekmē plaušas, lai ņemtu vērā šo parādību, tiek izmantotas "skābekļa izturības vienības", kuras aprēķina pēc īpašām tabulām, kas korelē ar skābekļa parciālo spiedienu un "vienību minūtē" skaitu. Piemēram, 1,2 ATA dod mums 1,32 OTU minūtē. Atzītais drošības ierobežojums ir 1425 vienības dienā.

Jo īpaši no iepriekš minētā ir skaidrs, ka drošai uzturēšanās nodrošināšanai lielā dziļumā ir nepieciešams maisījums ar samazinātu skābekļa saturu, kas ir neelpojošs pie zemāka spiediena. Piemēram, 100 metru dziļumā (11 ATA) skābekļa koncentrācija maisījumā nedrīkst pārsniegt 12%, un praksē tā būs vēl zemāka. Šādu maisījumu uz virsmas nav iespējams elpot.

Slāpeklis

Slāpeklis organismā netiek metabolizēts, un tam nav zemākas robežas. Pie paaugstināta spiediena slāpeklim ir toksiska ietekme uz nervu sistēmu, līdzīgi kā narkotiku vai alkohola intoksikācija, ko sauc par "slāpekļa narkozi".

Darbības mehānismi nav precīzi noskaidroti, iedarbības robežas ir tīri individuālas, un atkarīgas gan no organisma īpašībām, gan no tā stāvokļa. Tātad, ir zināms, ka tas pastiprina noguruma, paģiru, visa veida ķermeņa nomākta stāvokļa, piemēram, saaukstēšanās u.c., ietekmi.

Nelielas izpausmes stāvokļa veidā, kas pielīdzināms vieglai intoksikācijai, ir iespējamas jebkurā dziļumā, tiek piemērots empīriskais "martini likums", saskaņā ar kuru slāpekļa iedarbība ir salīdzināma ar glāzi sausa martini tukšā dūšā uz katriem 10 metriem dziļumā, kas nav bīstams un pievieno labu garastāvokli. Regulāras niršanas laikā uzkrātais slāpeklis ietekmē arī vieglajām narkotikām un alkoholam līdzvērtīgu psihi, kuras liecinieks un dalībnieks ir pats autors. Tas izpaužas spilgtos un "narkotiskos" sapņos, jo īpaši tas iedarbojas dažu stundu laikā. Un jā, ūdenslīdēji ir mazliet narkomāni. Slāpeklis.

Briesmas raksturo spēcīgas izpausmes, kurām raksturīgs straujš pieaugums līdz pilnīgam adekvātuma, orientācijas telpā un laikā zudumam, halucinācijām, kas var izraisīt nāvi. Cilvēks var viegli mesties dziļumā, jo tur ir forši vai viņš tur kaut ko it kā redzējis, aizmirst, ka atrodas zem ūdens un “dziļi elpot”, izspļaut iemuti utt. Pati par sevi slāpekļa iedarbība nav letāla vai pat kaitīga, taču sekas niršanas apstākļos var būt traģiskas. Raksturīgi, ka līdz ar spiediena samazināšanos šīs izpausmes pāriet tikpat ātri, reizēm pietiek pacelties tikai 2..3 metrus, lai “asi atjēgtos”.

Spēcīgas izpausmes iespējamība dziļumā, kas pieņemts sākuma līmeņa atpūtas niršanai (līdz 18 m, ~2,2 ATA), tiek novērtēta kā ļoti zema. Saskaņā ar pieejamo statistiku smagas saindēšanās gadījumi kļūst diezgan iespējami no 30 metru dziļuma (∼ 3,2 ATA), un tad iespējamība palielinās, palielinoties spiedienam. Tajā pašā laikā cilvēki ar individuālu stabilitāti var nepiedzīvot problēmas daudz lielākā dziļumā.

Vienīgais veids, kā pretoties, ir pastāvīga partnera paškontrole un kontrole ar tūlītēju dziļuma samazināšanos, ja ir aizdomas par saindēšanos ar slāpekli. "Slāpekļa" lietošana samazina slāpekļa saindēšanās iespējamību, protams, dziļuma robežās skābekļa dēļ.

Hēlijs un citas gāzes

Tehniskajā un profesionālajā niršanā tiek izmantotas arī citas gāzes, jo īpaši hēlijs. Ir zināmi piemēri ūdeņraža un pat neona izmantošanai dziļajos maisījumos. Šīm gāzēm ir raksturīgs augsts piesātinājuma/piesātinājuma ātrums, hēlija saindēšanās sekas tiek novērotas spiedienā virs 12 ATA, un paradoksālā kārtā to var kompensēt ar slāpekli. Taču tās netiek plaši izmantotas to augstās cenas dēļ, tāpēc vidusmēra nirējam ar tiem praktiski nav iespējams saskarties, un, ja lasītāju patiešām interesē šādi jautājumi, tad viņam jau ir jāizmanto profesionālā literatūra, nevis šī pieticīgā. pārskats.

Lietojot jebkādus maisījumus, aprēķinu loģika paliek tāda pati kā aprakstīts iepriekš, tiek izmantoti tikai gāzei specifiski ierobežojumi un parametri, un dziļiem tehniskajiem niršanas gadījumiem parasti tiek izmantoti vairāki dažādi sastāvi: elpošanai lejā, darbam apakšā un pakāpeniski ar dekompresiju, šo gāzu sastāvs tiek optimizēts, pamatojoties uz iepriekš aprakstīto to kustības loģiku ķermenī.

Praktisks secinājums

Šo tēžu izpratne ļauj piešķirt jēgu daudziem kursos dotajiem ierobežojumiem un noteikumiem, kas ir absolūti nepieciešami gan tālākai attīstībai, gan to pareizai pārkāpšanai.

Nitrox ieteicams lietot parastajā niršanā, jo tas samazina slāpekļa slodzi uz ķermeni pat tad, ja pilnībā paliekat atpūtas niršanas robežās, tā ir labāka sajūta, jautrāk, mazāk seku. Taču, ja grasāties nirt dziļi un bieži, jāatceras ne tikai par tā priekšrocībām, bet arī par iespējamo skābekļa intoksikāciju. Vienmēr personīgi pārbaudiet skābekļa līmeni un nosakiet savus ierobežojumus.

Saindēšanās ar slāpekli ir visticamākā problēma, ar kuru jūs varat saskarties, vienmēr esiet uzmanīgs pret sevi un savu partneri.

Atsevišķi vēlos vērst uzmanību uz to, ka šī teksta lasīšana nenozīmē, ka lasītājs ir apguvis pilnu informācijas kopumu, lai izprastu darbu ar gāzēm sarežģītu niršanas laikā. Praktiskai lietošanai ar to pilnīgi nepietiek. Tas ir tikai sākumpunkts un pamata izpratne, nekas vairāk.

(Pēdējā ailē parādīts O 2 saturs, no kura var reproducēt atbilstošo parciālo spiedienu jūras līmenī (100 mm Hg = 13,3 kPa)

Rīsi. 4. Skābekļa deficīta ietekmes zonas, kāpjot augstumā

3. Nepilnīgas kompensācijas zona (bīstamības zona). To īsteno augstumā no 4000 m līdz 7000 m Nepielāgotiem cilvēkiem attīstās dažādi traucējumi. Pārsniedzot drošības robežu (traucējuma slieksni), strauji pazeminās fiziskā veiktspēja, pavājinās spēja pieņemt lēmumus, pazeminās asinsspiediens, pamazām vājinās apziņa; iespējamas muskuļu raustīšanās. Šīs izmaiņas ir atgriezeniskas.

4. Kritiskā zona. Sākas no 7000 m un augstāk. P A O 2 kļūst zemāks kritiskais slieksnis - tie. tā zemākā vērtība, pie kuras joprojām var veikt audu elpošanu. Pēc dažādu autoru domām, šī indikatora vērtība svārstās no 27 līdz 33 mm Hg. Art. (V.B. Malkins, 1979). Potenciāli letāli centrālās nervu sistēmas traucējumi rodas elpošanas un vazomotoro centru nomākšanas, bezsamaņas stāvokļa un krampju attīstības veidā. Kritiskajā zonā skābekļa deficīta ilgumam ir izšķiroša nozīme dzīvības saglabāšanā. Straujš RO 2 pieaugums ieelpotajā gaisā var novērst nāvi.

Tādējādi samazināta skābekļa parciālā spiediena ietekme uz organismu ieelpotā gaisā barometriskā spiediena krituma apstākļos netiek realizēta uzreiz, bet gan sasniedzot noteiktu reakcijas slieksni, kas atbilst aptuveni 2000 m augstumam (att.). 5).

5. att. Oksihemoglobīna (Hb) un oksimioglobīna (Mb) disociācijas līknes

S-veidašīs līknes konfigurācija, jo viena hemoglobīna molekula saista četras skābekļa molekulas spēlē svarīgu lomu skābekļa transportēšanā asinīs. Skābekļa absorbcijas procesā ar asinīm PaO 2 tuvojas 90-95 mm Hg, pie kura hemoglobīna piesātinājums ar skābekli ir aptuveni 97%. Tajā pašā laikā, tā kā oksihemoglobīna disociācijas līkne labajā pusē ir gandrīz horizontāla, ar PaO 2 kritumu diapazonā no 90 līdz 60 mm Hg. Art. hemoglobīna piesātinājums ar skābekli daudz nesamazinās: no 97 līdz 90%. Tādējādi šīs īpašības dēļ PaO 2 pazemināšanās norādītajā diapazonā (90-60 mm Hg) tikai nedaudz ietekmēs asins piesātinājumu ar skābekli, t.i. par hipoksēmijas attīstību. Pēdējais palielināsies pēc PaO 2 apakšējās robežas pārvarēšanas - 60 mm Hg. Art., kad oksihemoglobīna disociācijas līkne mainās no horizontāla stāvokļa uz vertikālu. 2000 m augstumā PaO 2 ir 76 mm Hg. Art. (10,1 kPa).

Turklāt PaO 2 samazināšanos un hemoglobīna piesātinājuma ar skābekli pārkāpumu daļēji kompensēs pastiprināta ventilācija, asins plūsmas ātruma palielināšanās, nogulsnēto asiņu mobilizācija un asins skābekļa rezerves izmantošana.

Hipobariskās hipoksiskās hipoksijas iezīme, kas attīstās, kāpjot kalnos, ir ne tikai hipoksēmija, bet arī hipokapnija (alveolu kompensējošās hiperventilācijas sekas). Pēdējais nosaka veidošanos gāzes alkaloze ar atbilstošo oksihemoglobīna disociācijas līknes nobīde pa kreisi . Tie. palielinās hemoglobīna afinitāte pret skābekli, kas samazina pēdējā ieplūšanu audos. Turklāt elpceļu alkaloze izraisa išēmisku smadzeņu hipoksiju (smadzeņu asinsvadu spazmu), kā arī intravaskulārās kapacitātes palielināšanos (somatisko arteriolu paplašināšanos). Šādas dilatācijas rezultāts ir patoloģiska asiņu nogulsnēšanās perifērijā, ko papildina sistēmiskās (BCC un sirds izsviedes samazināšanās) un orgānu (traucēta mikrocirkulācijas) asins plūsma. Tādējādi Hipobāriskās hipoksiskās hipoksijas eksogēnais mehānisms, sakarā ar skābekļa parciālā spiediena samazināšanos ieelpotajā gaisā, tiks papildināts endogēnie (hemiskā un asinsrites) hipoksijas mehānismi, kas noteiks turpmāko metaboliskās acidozes attīstību(6. att.).

Normālos apstākļos cilvēks elpo parasto gaisu, kura sastāvs ir samērā nemainīgs (1. tabula). Izelpotais gaiss vienmēr satur mazāk skābekļa un vairāk oglekļa dioksīda. Vismazāk skābekļa un visvairāk oglekļa dioksīda alveolārajā gaisā. Atšķirība alveolārā un izelpotā gaisa sastāvā ir izskaidrojama ar to, ka pēdējais ir mirušās telpas gaisa un alveolārā gaisa maisījums.

Alveolārais gaiss ir ķermeņa iekšējā gāzes vide. Arteriālo asiņu gāzes sastāvs ir atkarīgs no tā sastāva. Regulējošie mehānismi uztur alveolārā gaisa sastāva noturību. Alveolārā gaisa sastāvs klusas elpošanas laikā maz ir atkarīgs no ieelpas un izelpas fāzēm. Piemēram, oglekļa dioksīda saturs ieelpas beigās ir tikai par 0,2–0,3% mazāks nekā izelpas beigās, jo ar katru elpu tiek atjaunota tikai 1/7 no alveolārā gaisa. Turklāt tas plūst nepārtraukti, ieelpošanas un izelpas laikā, kas palīdz izlīdzināt alveolārā gaisa sastāvu. Ar dziļu elpošanu palielinās alveolārā gaisa sastāva atkarība no ieelpošanas un izelpas.

1. tabula. Gaisa sastāvs (%)

Gāzu apmaiņa plaušās notiek skābekļa difūzijas rezultātā no alveolārā gaisa asinīs (apmēram 500 litri dienā) un oglekļa dioksīdam no asinīm alveolārajā gaisā (apmēram 430 litri dienā). Difūzija rodas šo gāzu daļējā spiediena atšķirības alveolārajā gaisā un to spriedzes dēļ asinīs.

Daļējs gāzes spiediens: koncepcija un formula

Daļēja spiediena gāze gāzu maisījumā proporcionāli gāzes procentuālajam daudzumam un maisījuma kopējam spiedienam:

Gaisam: P atmosfēras = 760 mm Hg. Art.; Ar skābekli = 20,95%.

Tas ir atkarīgs no gāzes veida. Viss atmosfēras gaisa gāzes maisījums tiek uzskatīts par 100%, tā spiediens ir 760 mm Hg. Art., un daļa no gāzes (skābeklis - 20,95%) tiek ņemta kā X. Tādējādi skābekļa daļējais spiediens gaisa maisījumā ir 159 mm Hg. Art. Aprēķinot gāzu parciālo spiedienu alveolārajā gaisā, jāņem vērā, ka tas ir piesātināts ar ūdens tvaikiem, kuru spiediens ir 47 mm Hg. Art. Līdz ar to gāzu maisījuma daļai, kas ir daļa no alveolārā gaisa, spiediens nav 760 mm Hg. Art., un 760 - 47 \u003d 713 mm Hg. Art. Šis spiediens tiek uzskatīts par 100%. No šejienes ir viegli aprēķināt, ka skābekļa parciālais spiediens, kas atrodas alveolārajā gaisā 14,3% apmērā, būs vienāds ar 102 mm Hg. Art.; attiecīgi oglekļa dioksīda daļējā spiediena aprēķins parāda, ka tas ir vienāds ar 40 mm Hg. Art.

Skābekļa un oglekļa dioksīda daļējais spiediens alveolārajā gaisā ir spēks, ar kuru šo gāzu molekulām ir tendence caur alveolāro membrānu iekļūt asinīs.

Gāzu difūzija caur barjeru atbilst Fika likumam; tā kā membrānas biezums un difūzijas laukums ir vienādi, difūzija ir atkarīga no difūzijas koeficienta un spiediena gradienta:

Q gāze- gāzes tilpums, kas iet caur audiem laika vienībā; S - audu zona; DK-gāzes difūzijas koeficients; (P 1, - P 2) - gāzes daļējā spiediena gradients; T ir audu barjeras biezums.

Ja ņemam vērā, ka alveolārajās asinīs, kas plūst uz plaušām, daļējais skābekļa spriegums ir 40 mm Hg. Art., Un oglekļa dioksīds - 46-48 mm Hg. Art., tad spiediena gradients, kas nosaka gāzu difūziju plaušās, būs: skābeklim 102 - 40 = 62 mm Hg. Art.; oglekļa dioksīdam 40 - 46 (48) \u003d mīnus 6 - mīnus 8 mm Hg. Art. Tā kā oglekļa dioksīda difūzais koeficients ir 25 reizes lielāks nekā skābekļa, oglekļa dioksīds aktīvāk atstāj kapilārus alveolos nekā skābeklis pretējā virzienā.

Asinīs gāzes atrodas izšķīdinātā (brīvā) un ķīmiski saistītā stāvoklī. Difūzija ietver tikai izšķīdušās gāzes molekulas. Gāzes daudzums, kas izšķīst šķidrumā, ir atkarīgs no:

• par šķidruma sastāvu;
• gāzes tilpums un spiediens šķidrumā;
• šķidruma temperatūra;
• pētāmās gāzes raksturs.

Jo augstāks ir dotās gāzes spiediens un temperatūra, jo vairāk gāze izšķīst šķidrumā. Pie spiediena 760 mm Hg. Art. un temperatūra 38 ° C, 2,2% skābekļa un 5,1% oglekļa dioksīda izšķīst 1 ml asiņu.

Gāzes šķīdināšana šķidrumā turpinās, līdz tiek sasniegts dinamisks līdzsvars starp gāzu molekulu skaitu, kas izšķīst un izplūst gāzveida vidē. Tiek saukts spēks, ar kādu izšķīdušās gāzes molekulas mēdz izkļūt gāzveida vidē gāzes spiediens šķidrumā. Tādējādi līdzsvara stāvoklī gāzes spiediens ir vienāds ar gāzes parciālo spiedienu šķidrumā.

Ja gāzes daļējais spiediens ir lielāks par tās spriegumu, gāze izšķīst. Ja gāzes daļējais spiediens ir zem sprieguma, gāze no šķīduma nonāk gāzveida vidē.

Skābekļa un oglekļa dioksīda parciālais spiediens un spriegums plaušās ir norādīts tabulā. 2.

2. tabula. Skābekļa un oglekļa dioksīda parciālais spiediens un spriegums plaušās (mmHg)

Skābekļa difūziju nodrošina daļējā spiediena atšķirība alveolās un asinīs, kas ir vienāda ar 62 mm Hg. Art., Un oglekļa dioksīdam - tas ir tikai aptuveni 6 mm Hg. Art. Asins plūsmas laiks caur mazā apļa kapilāriem (vidēji 0,7 s) ir pietiekams, lai gandrīz pilnībā izlīdzinātu parciālo spiedienu un gāzes spriedzi: skābeklis izšķīst asinīs, un oglekļa dioksīds nonāk alveolārajā gaisā. Oglekļa dioksīda pāreja alveolārajā gaisā pie salīdzinoši nelielas spiediena starpības ir izskaidrojama ar šīs gāzes lielo plaušu difūzijas spēju.