Ciśnienie cząstkowe dwutlenku węgla w powietrzu. Ciśnienie cząstkowe tlenu w powietrzu na różnych wysokościach od poziomu morza. Ciśnienie cząstkowe gazu: koncepcja i wzór

Główne parametry powietrza określające stan fizjologiczny człowieka to:

ciśnienie bezwzględne;

procent tlenu;

temperatura;

wilgotność względna;

szkodliwe zanieczyszczenia.

Ze wszystkich wymienionych parametrów powietrza decydujące znaczenie dla człowieka ma ciśnienie bezwzględne i zawartość procentowa tlenu. Ciśnienie bezwzględne określa ciśnienie cząstkowe tlenu.

Ciśnienie cząstkowe dowolnego gazu w mieszaninie gazów to ułamek całkowitego ciśnienia mieszaniny gazów, który można przypisać temu gazowi, proporcjonalnie do jego zawartości procentowej.

A więc dla ciśnienia parcjalnego tlenu mamy

gdzie
− procent tlenu w powietrzu (
);

R H − ciśnienie powietrza na wysokości H;

− ciśnienie parcjalne pary wodnej w płucach (przeciwciśnienie do oddychania)
).

Ciśnienie parcjalne tlenu ma szczególne znaczenie dla stanu fizjologicznego człowieka, ponieważ determinuje proces wymiany gazowej w organizmie.

Tlen, jak każdy gaz, ma tendencję do przemieszczania się z przestrzeni, w której jego ciśnienie cząstkowe jest większe, do przestrzeni o niższym ciśnieniu. W konsekwencji proces nasycania organizmu tlenem zachodzi tylko wtedy, gdy ciśnienie cząstkowe tlenu w płucach (w powietrzu pęcherzykowym) jest większe niż ciśnienie cząstkowe tlenu we krwi płynącej do pęcherzyków, a to drugie będzie większe niż ciśnienie parcjalne tlenu w tkankach ciała.

Aby usunąć dwutlenek węgla z organizmu, konieczne jest, aby stosunek jego ciśnień cząstkowych był przeciwny do opisanego, tj. najwyższa wartość ciśnienia parcjalnego dwutlenku węgla powinna występować w tkankach, mniejsza - we krwi żylnej, a jeszcze mniejsza - w powietrzu pęcherzykowym.

Na poziomie morza w R H= 760 mmHg Sztuka. ciśnienie parcjalne tlenu wynosi ≈150 mm Hg. Sztuka. Z takimi
zapewnione jest normalne nasycenie krwi ludzkiej tlenem w procesie oddychania. Wraz ze wzrostem wysokości lotu
zmniejsza się z powodu spadku P H(rys. 1).

Specjalne badania fizjologiczne wykazały, że minimalne ciśnienie parcjalne tlenu we wdychanym powietrzu
Ten numer nazywa się fizjologiczna granica pobytu człowieka w kabinie otwartej pod względem wielkości
.

Ciśnienie parcjalne tlenu wynosi 98 mm Hg. Sztuka. odpowiada wysokości H= 3 km. Na
< 98 mmHg Sztuka. możliwe są zaburzenia widzenia, upośledzenie słuchu, powolna reakcja i utrata przytomności przez osobę.

Aby zapobiec tym zjawiskom w samolocie, stosuje się systemy dostarczania tlenu (OSS), zapewniające:
> 98 mmHg Sztuka. we wdychanym powietrzu we wszystkich trybach lotu oraz w sytuacjach awaryjnych.

Praktycznie w lotnictwie wysokość H = 4 km jako limit dla lotów bez urządzeń tlenowych, tj. samoloty z pułapem obsługi poniżej 4 km mogą nie mieć SPC.

1. Ciśnienie cząstkowe tlenu i dwutlenku węgla w organizmie człowieka w warunkach lądowych

Przy zmianie wartości podanych w tabeli
oraz
zakłócona normalna wymiana gazowa w płucach i całym ludzkim ciele.

Chciałbym podsumować informacje o zasadach nurkowania w aspekcie oddychania gazami w formie przemówień, tj. kiedy zrozumienie kilku zasad eliminuje potrzebę zapamiętywania wielu faktów.

Tak więc oddychanie pod wodą wymaga gazu. Jako najprostsza opcja - dopływ powietrza, który jest mieszaniną tlenu (∼21%), azotu (∼78%) i innych gazów (∼1%).

Głównym czynnikiem jest presja otoczenia. Ze wszystkich możliwych jednostek ciśnieniowych użyjemy „absolutnej atmosfery technicznej” lub ATA. Ciśnienie na powierzchni wynosi ∼1 ATA, co 10 metrów zanurzenia w wodzie dodaje ∼1 ATA.

Dla dalszej analizy ważne jest zrozumienie, czym jest ciśnienie cząstkowe, tj. ciśnienie pojedynczego składnika mieszaniny gazowej. Całkowite ciśnienie mieszaniny gazowej jest sumą ciśnień cząstkowych jej składników. Ciśnienie cząstkowe i rozpuszczanie gazów w cieczach są opisane prawami Daltona i są najbardziej bezpośrednio związane z nurkowaniem, ponieważ człowiek jest w większości płynem. Chociaż ciśnienie cząstkowe jest proporcjonalne do stosunku molowego gazów w mieszaninie, w przypadku powietrza ciśnienie cząstkowe można odczytać jako stężenie objętościowe lub wagowe, błąd będzie mniejszy niż 10%.

Podczas nurkowania ciśnienie wywiera na nas wszechogarniający wpływ. Reduktor utrzymuje ciśnienie powietrza w układzie oddechowym, w przybliżeniu równe ciśnieniu otoczenia, mniej dokładnie tak, jak jest to konieczne do „wdechu”. Tak więc na głębokości 10 metrów powietrze wdychane z balonu ma ciśnienie około 2 ATA. Podobne ciśnienie bezwzględne będzie obserwowane w całym naszym ciele. Zatem ciśnienie parcjalne tlenu na tej głębokości wyniesie ∼0,42 ATA, a azotu ∼1,56 ATA

Wpływ nacisku na organizm to następujące kluczowe czynniki.

1. Oddziaływanie mechaniczne na narządy i układy

Nie będziemy tego szczegółowo rozważać, krótko mówiąc - w ludzkim ciele znajduje się wiele pustych przestrzeni wypełnionych powietrzem, a gwałtowna zmiana ciśnienia w dowolnym kierunku powoduje obciążenie tkanek, błon i narządów aż do uszkodzeń mechanicznych - barotrauma.

2. Nasycenie tkanek gazami

Podczas nurkowania (wzrost ciśnienia) ciśnienie parcjalne gazów w drogach oddechowych jest wyższe niż w tkankach. W ten sposób gazy nasycają krew, a poprzez krwioobieg wszystkie tkanki ciała są nasycone. Stopień saturacji jest różny dla różnych tkanek i charakteryzuje się „okresem półsaturacji”, tj. czas, w którym przy stałym ciśnieniu gazu różnica między ciśnieniami cząstkowymi gazu i tkanek zmniejsza się o połowę. Proces odwrotny nazywany jest „desaturacją”, zachodzi podczas wynurzania (spadek ciśnienia). W tym przypadku ciśnienie parcjalne gazów w tkankach jest wyższe niż ciśnienie gazów w płucach, zachodzi proces odwrotny – z krwi w płucach uwalniany jest gaz, przez ciało, gazy przechodzą z tkanek do krwi i ponownie w kółko. Gaz zawsze przemieszcza się z wyższego ciśnienia parcjalnego do niższego.

Zasadnicze znaczenie ma to, aby różne gazy miały różne szybkości nasycenia/desaturacji ze względu na ich właściwości fizyczne.

Rozpuszczalność gazów w cieczach jest tym większa, im wyższe ciśnienie. Jeżeli ilość rozpuszczonego gazu jest większa niż granica rozpuszczalności przy danym ciśnieniu, gaz jest uwalniany, w tym stężenie w postaci pęcherzyków. Widzimy to za każdym razem, gdy otwieramy butelkę wody gazowanej. Ponieważ tempo usuwania gazu (desaturacji tkanek) jest ograniczone prawami fizycznymi i wymianą gazową przez krew, zbyt szybki spadek ciśnienia (szybkie wynurzanie) może prowadzić do tworzenia się pęcherzyków gazu bezpośrednio w tkankach, naczyniach i jamach ciała , przerywając jego pracę aż do śmierci. Jeśli ciśnienie powoli spada, organizm ma czas na usunięcie „dodatkowego” gazu z powodu różnicy ciśnień cząstkowych.

Do obliczania tych procesów wykorzystuje się matematyczne modele tkanek ciała, najpopularniejszym jest model Alberta Buhlmanna, który uwzględnia 16 rodzajów tkanek (przedziałów) o czasie półsycenia/połowicznego nasycenia od 4 do 635 minut.

Największym niebezpieczeństwem jest gaz obojętny, który ma najwyższe ciśnienie bezwzględne, najczęściej jest to azot, który stanowi podstawę powietrza i nie uczestniczy w metabolizmie. Z tego powodu główne obliczenia w nurkowaniu masowym są prowadzone na azocie, ponieważ. wpływ tlenu pod względem nasycenia jest o rzędy wielkości mniejszy, podczas gdy stosuje się pojęcie „ładowania azotem”, tj. resztkowa ilość azotu rozpuszczonego w tkankach.

Zatem nasycenie tkanek zależy od składu mieszaniny gazów, ciśnienia i czasu jej ekspozycji. Dla początkowych poziomów nurkowania obowiązują ograniczenia co do głębokości, czasu trwania nurkowania oraz minimalnego czasu pomiędzy nurkowaniami, co oczywiście w żadnych warunkach nie pozwala na nasycenie tkanek do niebezpiecznych poziomów tj. żadnych nurkowań dekompresyjnych, a nawet wtedy zwyczajowo wykonuje się „przystanki bezpieczeństwa”.

Nurkowie „zaawansowani” używają komputerów nurkowych, które dynamicznie obliczają saturację na podstawie modeli w zależności od gazu i ciśnienia, w tym obliczają „pułap kompresji” – głębokość, powyżej której wynurzenie jest potencjalnie niebezpieczne w oparciu o aktualną saturację. Podczas trudnych nurkowań komputery są duplikowane, nie wspominając o tym, że zwykle nie praktykuje się nurkowań pojedynczych.

3. Biochemiczne skutki gazów

Nasz organizm jest maksymalnie przystosowany do powietrza pod ciśnieniem atmosferycznym. Wraz ze wzrostem ciśnienia gazy, które nie biorą nawet udziału w metabolizmie, wpływają na organizm na różne sposoby, podczas gdy efekt zależy od ciśnienia parcjalnego danego gazu. Każdy gaz ma swoje własne granice bezpieczeństwa.

Tlen

Jako kluczowy gracz w naszym metabolizmie, tlen jest jedynym gazem, który ma nie tylko górną, ale i dolną granicę bezpieczeństwa.

Normalne ciśnienie parcjalne tlenu wynosi ∼ 0,21 ATA. Zapotrzebowanie na tlen silnie zależy od stanu organizmu i aktywności fizycznej, teoretyczny minimalny poziom wymagany do utrzymania aktywności życiowej zdrowego organizmu w stanie całkowitego spoczynku szacuje się na ~0,08 ATA, praktyczny na ~0,14 ATA . Spadek poziomu tlenu od „nominalnego” wpływa przede wszystkim na zdolność do aktywności fizycznej i może powodować niedotlenienie, czyli głód tlenowy.

Jednocześnie wysokie ciśnienie parcjalne tlenu powoduje szereg negatywnych konsekwencji - zatrucie tlenem czy hiperoksję. Szczególnym niebezpieczeństwem podczas nurkowania jest jego konwulsyjna postać, która wyraża się uszkodzeniem układu nerwowego, drgawkami, co niesie za sobą ryzyko utonięcia.

Ze względów praktycznych nurkowanie uważane jest za granicę bezpieczeństwa 1,4 ATA, umiarkowany limit ryzyka to 1,6 ATA. Przy ciśnieniu powyżej ~2,4 ATA przez długi czas prawdopodobieństwo zatrucia tlenem ma tendencję do jedności.

Zatem dzieląc limitujący poziom tlenu 1,4 ATA przez ciśnienie cząstkowe tlenu w mieszaninie, można określić maksymalne bezpieczne ciśnienie otoczenia i ustalić, że oddychanie czystym tlenem (100%, 1 ATA) jest całkowicie bezpieczne. na głębokościach do ∼4 metrów (!! !), sprężone powietrze (21%, 0,21 ATA) - do ∼57 metrów, standardowy "Nitroks-32" z zawartością tlenu 32% (0,32 ATA) - do ∼ 34 metry. Podobnie możesz obliczyć limity umiarkowanego ryzyka.

Mówią, że to właśnie to zjawisko zawdzięcza swoją nazwę „nitroksowi”, ponieważ początkowo słowo to oznaczało gazy oddechowe o obniżony zawartość tlenu do pracy na dużych głębokościach „wzbogacona azotem” i dopiero wtedy zaczęła być rozszyfrowywana jako „azot-tlen” i oznaczać mieszaniny z podniesiony Zawartość tlenu.

Należy wziąć pod uwagę, że podwyższone ciśnienie parcjalne tlenu w każdym przypadku wpływa na układ nerwowy i płuca, a są to różnego rodzaju efekty. Ponadto efekt ma tendencję do kumulowania się podczas serii nurkowań. Aby uwzględnić wpływ na ośrodkowy układ nerwowy, jako jednostkę rozliczeniową stosuje się pojęcie „limitu tlenu”, za pomocą którego określa się bezpieczne limity narażenia jednorazowego i dziennego. Szczegółowe tabele i obliczenia można znaleźć.

Ponadto zwiększone ciśnienie tlenu wpływa negatywnie na płuca, aby uwzględnić to zjawisko stosuje się „jednostki wytrzymałości tlenowej”, które są obliczane według specjalnych tabel korelujących ciśnienie cząstkowe tlenu i liczbę „jednostek na minutę”. Na przykład 1,2 ATA daje nam 1,32 OTU na minutę. Uznany limit bezpieczeństwa to 1425 jednostek dziennie.

Z powyższego w szczególności powinno być jasne, że bezpieczny pobyt na dużych głębokościach wymaga mieszanki o obniżonej zawartości tlenu, która nie oddycha przy niższym ciśnieniu. Na przykład na głębokości 100 metrów (11 ATA) stężenie tlenu w mieszaninie nie powinno przekraczać 12%, a w praktyce będzie jeszcze niższe. Taką mieszanką nie można oddychać na powierzchni.

Azot

Azot nie jest metabolizowany przez organizm i nie ma dolnej granicy. Przy zwiększonym ciśnieniu azot działa toksycznie na układ nerwowy, podobnie jak zatrucie lekami lub alkoholem, znane jako „narkoza azotowa”.

Mechanizmy działania nie są dokładnie wyjaśnione, granice działania są czysto indywidualne i zależą zarówno od cech organizmu, jak i od jego stanu. Wiadomo więc, że wzmacnia efekt zmęczenia, kaca, wszelkiego rodzaju depresji organizmu, takich jak przeziębienia itp.

Drobne objawy w postaci stanu porównywalnego do lekkiego upojenia są możliwe na dowolnej głębokości, obowiązuje empiryczna „reguła martini”, zgodnie z którą ekspozycja na azot jest porównywalna do szklanki suchego martini na pusty żołądek na każde 10 metrów głębokości, co nie jest niebezpieczne i dodaje dobrego nastroju. Azot nagromadzony podczas regularnego nurkowania oddziałuje również na psychikę podobnie jak miękkie narkotyki i alkohol, czego sam autor jest świadkiem i uczestnikiem. Przejawia się w żywych i „narkotycznych” snach, w szczególności działa w ciągu kilku godzin. I tak, nurkowie są trochę uzależnieni od narkotyków. Azot.

Niebezpieczeństwo jest reprezentowane przez silne objawy, które charakteryzują się szybkim wzrostem aż do całkowitej utraty adekwatności, orientacji w przestrzeni i czasie, halucynacji, które mogą prowadzić do śmierci. Człowiek może łatwo rzucić się w głąb, bo tam jest chłodno lub coś tam podobno zobaczył, zapomnij, że jest pod wodą i „oddychaj głęboko”, wypluwając ustnik itp. Samo narażenie na azot nie jest śmiertelne ani nawet szkodliwe, ale konsekwencje w warunkach nurkowania mogą być tragiczne. Charakterystyczne jest, że wraz ze spadkiem ciśnienia objawy te mijają równie szybko, czasami wystarczy wznieść się tylko 2,3 metra, aby „ostro wytrzeźwieć”.

Prawdopodobieństwo silnej manifestacji na głębokościach akceptowanych dla podstawowych nurkowań rekreacyjnych (do 18 m, ∼2,2 ATA) ocenia się jako bardzo niskie. Według dostępnych statystyk przypadki poważnego zatrucia stają się całkiem prawdopodobne z głębokości 30 metrów (∼3,2 ATA), a następnie prawdopodobieństwo wzrasta wraz ze wzrostem ciśnienia. Jednocześnie osoby o indywidualnej stabilności mogą nie doświadczać problemów na znacznie większej głębokości.

Jedynym sposobem przeciwdziałania jest stała samokontrola i kontrola partnera z natychmiastowym zmniejszeniem głębokości w przypadku podejrzenia zatrucia azotem. Stosowanie „nitroksu” zmniejsza prawdopodobieństwo zatrucia azotem, oczywiście w granicach głębokości z powodu tlenu.

Hel i inne gazy

W nurkowaniu technicznym i zawodowym wykorzystuje się również inne gazy, w szczególności hel. Znane są przykłady zastosowania wodoru, a nawet neonu w głębokich mieszankach. Gazy te charakteryzują się wysokim stopniem nasycenia/desaturacji, zatrucia helem obserwuje się przy ciśnieniu powyżej 12 ATA i paradoksalnie może być kompensowane przez azot. Nie są one jednak powszechnie stosowane ze względu na ich wysoki koszt, więc spotkanie z nimi przeciętnego nurka jest praktycznie niemożliwe, a jeśli czytelnika naprawdę interesują takie pytania, to już musi skorzystać z literatury fachowej, a nie tak skromnej recenzja.

Przy stosowaniu dowolnych mieszanek logika obliczeniowa pozostaje taka sama, jak opisano powyżej, stosuje się tylko limity i parametry specyficzne dla danego gazu, a do głębokich nurkowań technicznych stosuje się zwykle kilka różnych kompozycji: do oddychania w drodze w dół, praca na dnie i stopniowo w górę z dekompresją, składy tych gazów są optymalizowane w oparciu o logikę ich ruchu w ciele opisaną powyżej.

Praktyczny wniosek

Zrozumienie tych tez pozwala na nadanie sensu wielu ograniczeniom i regułom podanym w kursach, co jest absolutnie niezbędne zarówno do dalszego rozwoju, jak i prawidłowego ich naruszenia.

Nitrox jest zalecany do stosowania w normalnym nurkowaniu, ponieważ zmniejsza obciążenie organizmu azotem, nawet jeśli całkowicie mieścisz się w granicach nurkowania rekreacyjnego, to lepsze samopoczucie, więcej zabawy, mniej konsekwencji. Jeśli jednak zamierzasz nurkować głęboko i często, musisz pamiętać nie tylko o jego zaletach, ale także o możliwym zatruciu tlenowym. Zawsze osobiście sprawdzaj poziom tlenu i ustalaj swoje limity.

Zatrucie azotem jest najbardziej prawdopodobnym problemem, z jakim możesz się spotkać, zawsze uważaj na siebie i swojego partnera.

Osobno chciałbym zwrócić uwagę na fakt, że lektura tego tekstu nie oznacza, że ​​czytelnik opanował pełen zestaw informacji pozwalających zrozumieć pracę z gazami podczas trudnych nurkowań. Do praktycznego zastosowania jest to całkowicie niewystarczające. To tylko punkt wyjścia i podstawowe zrozumienie, nic więcej.

(Ostatnia kolumna pokazuje zawartość O 2 , z której można odtworzyć odpowiednie ciśnienie cząstkowe na poziomie morza (100 mm Hg = 13,3 kPa)

Ryż. 4. Strefy wpływu niedoboru tlenu podczas wspinaczki na wysokość

3. Strefa niepełnej kompensacji (strefa zagrożenia). Realizowany jest na wysokościach od 4000 m do 7000 m. U osób nieprzystosowanych rozwijają się różne schorzenia. Po przekroczeniu granicy bezpieczeństwa (próg zakłóceń) sprawność fizyczna gwałtownie spada, zdolność do podejmowania decyzji słabnie, ciśnienie krwi spada, świadomość stopniowo słabnie; możliwe drgania mięśni. Te zmiany są odwracalne.

4. Strefa krytyczna. Zaczyna się od 7000 m i wyżej. P A O 2 maleje próg krytyczny - tych. jego najniższa wartość, przy której można jeszcze przeprowadzić oddychanie tkanek. Według różnych autorów wartość tego wskaźnika waha się między 27 a 33 mm Hg. Sztuka. (V.B. Malkin, 1979). Potencjalnie śmiertelne zaburzenia ośrodkowego układu nerwowego występują pod postacią zahamowania ośrodka oddechowego i naczynioruchowego, rozwoju stanu nieprzytomności i drgawek. W strefie krytycznej czas trwania niedoboru tlenu ma decydujące znaczenie dla zachowania życia. Szybki wzrost RO 2 we wdychanym powietrzu może zapobiec śmierci.

Zatem wpływ na organizm obniżonego ciśnienia parcjalnego tlenu we wdychanym powietrzu w warunkach spadku ciśnienia barometrycznego nie następuje natychmiast, ale po osiągnięciu pewnego progu reakcji odpowiadającego wysokości około 2000 m. (rys. 5).

Rys.5. Krzywe dysocjacji oksyhemoglobiny (Hb) i oksymioglobiny (Mb)

W kształcie litery S konfiguracja tej krzywej, ze względu na jedna cząsteczka hemoglobiny wiąże cztery cząsteczki tlenu odgrywa ważną rolę w transporcie tlenu we krwi. W procesie wchłaniania tlenu przez krew PaO 2 zbliża się do 90-95 mm Hg, przy czym wysycenie hemoglobiny tlenem wynosi około 97%. Jednocześnie, ponieważ krzywa dysocjacji oksyhemoglobiny w jej prawej części jest prawie pozioma, ze spadkiem PaO 2 w zakresie od 90 do 60 mm Hg. Sztuka. nasycenie hemoglobiny tlenem niewiele się zmniejsza: z 97 do 90%. Zatem dzięki tej właściwości spadek PaO 2 we wskazanym zakresie (90-60 mm Hg) tylko nieznacznie wpłynie na wysycenie krwi tlenem, tj. na rozwój hipoksemii. Ten ostatni wzrośnie po przekroczeniu dolnej granicy PaO 2 - 60 mm Hg. Art., gdy krzywa dysocjacji oksyhemoglobiny zmienia się z pozycji poziomej na pionową. Na wysokości 2000 m PaO 2 wynosi 76 mm Hg. Sztuka. (10,1 kPa).

Ponadto spadek PaO 2 i naruszenie wysycenia hemoglobiny tlenem będzie częściowo skompensowane przez zwiększoną wentylację, zwiększenie prędkości przepływu krwi, mobilizację zdeponowanej krwi i wykorzystanie rezerwy tlenowej krwi.

Cechą hipobarycznej hipoksji hipoksji, która rozwija się podczas wspinaczki w górach, jest nie tylko hipoksemia, ale również hipokapnia (konsekwencja kompensacyjnej hiperwentylacji pęcherzyków płucnych). Ten ostatni determinuje formację zasadowica gazowa z odpowiednim przesunięcie krzywej dysocjacji oksyhemoglobiny w lewo . Tych. następuje wzrost powinowactwa hemoglobiny do tlenu, co zmniejsza przepływ tego ostatniego do tkanek. Ponadto zasadowica oddechowa prowadzi do niedokrwienia mózgu (skurcz naczyń mózgowych), a także do wzrostu pojemności wewnątrznaczyniowej (poszerzenie tętniczek somatycznych). Wynikiem takiego poszerzenia jest patologiczne odkładanie się krwi na obwodzie, któremu towarzyszy naruszenie przepływu krwi ogólnoustrojowego (spadek BCC i pojemności minutowej serca) i narządu (zaburzenie mikrokrążenia). Zatem, egzogenny mechanizm hipobarycznej hipoksji hipoksji, ze względu na spadek ciśnienia parcjalnego tlenu we wdychanym powietrzu, zostanie uzupełniony endogenne (hemiczne i krążeniowe) mechanizmy hipoksji co determinuje dalszy rozwój kwasicy metabolicznej(rys. 6).

W normalnych warunkach osoba oddycha zwykłym powietrzem, które ma stosunkowo stały skład (tabela 1). Wydychane powietrze zawsze zawiera mniej tlenu i więcej dwutlenku węgla. Najmniej tlenu i najwięcej dwutlenku węgla w powietrzu pęcherzykowym. Różnicę w składzie powietrza pęcherzykowego i wydychanego tłumaczy się tym, że to ostatnie jest mieszaniną powietrza przestrzeni martwej i powietrza pęcherzykowego.

Powietrze pęcherzykowe to wewnętrzne środowisko gazowe organizmu. Skład gazu krwi tętniczej zależy od jej składu. Mechanizmy regulacyjne utrzymują stałość składu powietrza pęcherzykowego. Skład powietrza pęcherzykowego podczas spokojnego oddychania w niewielkim stopniu zależy od fazy wdechu i wydechu. Na przykład zawartość dwutlenku węgla pod koniec wdechu jest tylko o 0,2-0,3% mniejsza niż pod koniec wydechu, ponieważ z każdym oddechem odnawia się tylko 1/7 powietrza pęcherzykowego. Ponadto przepływa w sposób ciągły, podczas wdechu i wydechu, co pomaga wyrównać skład powietrza pęcherzykowego. Przy głębokim oddychaniu wzrasta zależność składu powietrza pęcherzykowego od wdechu i wydechu.

Tabela 1. Skład powietrza (w %)

Wymiana gazowa w płucach odbywa się w wyniku dyfuzji tlenu z powietrza pęcherzykowego do krwi (ok. 500 litrów na dobę) oraz dwutlenku węgla z krwi do powietrza pęcherzykowego (ok. 430 litrów na dobę). Dyfuzja następuje z powodu różnicy ciśnienia parcjalnego tych gazów w powietrzu pęcherzykowym i ich napięcia we krwi.

Ciśnienie cząstkowe gazu: koncepcja i wzór

Gaz pod ciśnieniem parcjalnym w mieszaninie gazowej proporcjonalnie do udziału procentowego gazu i całkowitego ciśnienia mieszaniny:

Dla powietrza: P atmosferyczne = 760 mm Hg. Sztuka.; Z tlenem = 20,95%.

To zależy od rodzaju gazu. Całą mieszankę gazową powietrza atmosferycznego przyjmuje się jako 100%, ma ciśnienie 760 mm Hg. art., a część gazu (tlen - 20,95%) przyjmuje się jako X. Stąd ciśnienie cząstkowe tlenu w mieszaninie powietrza wynosi 159 mm Hg. Sztuka. Przy obliczaniu ciśnienia cząstkowego gazów w powietrzu pęcherzykowym należy wziąć pod uwagę, że jest ono nasycone parą wodną, ​​której ciśnienie wynosi 47 mm Hg. Sztuka. W konsekwencji udział mieszaniny gazów w powietrzu pęcherzykowym ma ciśnienie nie 760 mm Hg. Art. i 760 - 47 \u003d 713 mm Hg. Sztuka. To ciśnienie przyjmuje się jako 100%. Stąd łatwo obliczyć, że ciśnienie cząstkowe tlenu, który zawarty jest w powietrzu pęcherzykowym w ilości 14,3%, wyniesie 102 mm Hg. Sztuka.; odpowiednio z obliczeń ciśnienia cząstkowego dwutlenku węgla wynika, że ​​jest ono równe 40 mm Hg. Sztuka.

Ciśnienie cząstkowe tlenu i dwutlenku węgla w powietrzu pęcherzykowym to siła, z jaką cząsteczki tych gazów mają tendencję do przenikania przez błonę pęcherzykową do krwi.

Dyfuzja gazów przez barierę jest zgodna z prawem Ficka; ponieważ grubość membrany i powierzchnia dyfuzji są takie same, dyfuzja zależy od współczynnika dyfuzji i gradientu ciśnienia:

gaz Q- objętość gazu przechodzącego przez tkankę w jednostce czasu; S - obszar tkanek; Współczynnik dyfuzji DK gazu; (P 1, - P 2) - gradient ciśnienia parcjalnego gazu; T to grubość bariery tkankowej.

Jeśli weźmiemy pod uwagę, że we krwi pęcherzykowej napływającej do płuc ciśnienie parcjalne tlenu wynosi 40 mm Hg. Art., a dwutlenek węgla - 46-48 mm Hg. Art., wówczas gradient ciśnienia, który determinuje dyfuzję gazów w płucach, będzie wynosił: dla tlenu 102 - 40 = 62 mm Hg. Sztuka.; dla dwutlenku węgla 40-46 (48) \u003d minus 6 - minus 8 mm Hg. Sztuka. Ponieważ współczynnik dyfuzji dwutlenku węgla jest 25 razy większy niż tlenu, dwutlenek węgla aktywniej opuszcza naczynia włosowate do pęcherzyków niż tlen w przeciwnym kierunku.

We krwi gazy są w stanie rozpuszczonym (wolnym) i związanym chemicznie. Dyfuzja obejmuje tylko rozpuszczone cząsteczki gazu. Ilość gazu rozpuszczającego się w cieczy zależy od:

• na skład cieczy;
• objętość i ciśnienie gazu w cieczy;
• temperatura cieczy;
• rodzaj badanego gazu.

Im wyższe ciśnienie danego gazu i temperatura, tym bardziej gaz rozpuszcza się w cieczy. Pod ciśnieniem 760 mm Hg. Sztuka. i temperatura 38 ° C, 2,2% tlenu i 5,1% dwutlenku węgla rozpuszczają się w 1 ml krwi.

Rozpuszczanie gazu w cieczy trwa aż do osiągnięcia dynamicznej równowagi między liczbą cząsteczek gazu rozpuszczających się i uciekających do ośrodka gazowego. Siła, z jaką cząsteczki rozpuszczonego gazu mają tendencję do ucieczki do ośrodka gazowego, nazywa się ciśnienie gazu w cieczy. Zatem w stanie równowagi ciśnienie gazu jest równe ciśnieniu cząstkowemu gazu w cieczy.

Jeśli ciśnienie parcjalne gazu jest wyższe niż jego napięcie, gaz ulegnie rozpuszczeniu. Jeżeli ciśnienie parcjalne gazu spadnie poniżej jego napięcia, gaz wyjdzie z roztworu do ośrodka gazowego.

Ciśnienie cząstkowe i napięcie tlenu i dwutlenku węgla w płucach podano w tabeli. 2.

Tabela 2. Ciśnienie parcjalne i napięcie tlenu i dwutlenku węgla w płucach (w mmHg)

Dyfuzję tlenu zapewnia różnica ciśnień parcjalnych w pęcherzykach i krwi, która wynosi 62 mm Hg. Art., a dla dwutlenku węgla - to tylko około 6 mm Hg. Sztuka. Czas przepływu krwi przez naczynia włosowate małego okręgu (średnio 0,7 s) wystarcza do prawie całkowitego wyrównania ciśnienia parcjalnego i ciśnienia gazu: tlen rozpuszcza się we krwi, a dwutlenek węgla przechodzi do pęcherzyków powietrza. Przejście dwutlenku węgla do powietrza pęcherzykowego przy stosunkowo niewielkiej różnicy ciśnień tłumaczy się wysoką zdolnością dyfuzyjną płuc dla tego gazu.