Биофизические основы дыхания - Биофизика сложных систем. Биофизика дыхания

Биофизическое толкование процессов растворения газов в организме важно как при анализе жизнедеятельности в обычных условиях, так и при изучении воздействия на организм различных факторов окружающей среды.

На процесс газообмена не оказывают влияния электрический, осмотический и гидростатический градиенты.

Парциальное давление газа - это такое давление компонента газовой смеси, которое он оказывал бы на заключающую его оболочку, если бы один занимал весь объем, предоставленный этой смеси. Размерностью парциального давления, также как размерностью напряжения, служат единицы давления. Расчет парциальных давлений производят по формуле:

Ра=[(Ратм+РН2О)*Сг]/100% (1)

Под напряжением газа в жидкости понимают такое парциальное давление данного газа в газовой смеси над этой жидкостью, которое нужно создать для поддержания равновесия в его содержании между газовой смесью и жидкостью, то есть для прекращения всякого газообмена между ними. Напряжение газа в жидкости ограничено пределом, которым является его парциальное давление в газовой смеси над этой жидкостью. Такое предельное состояние называется насыщением газом жидкости. Концентрация газа определяется по формуле, что выражает закон Генри-Дальтона:

Сг= mг/Vж =Рг*бг (2)

Где бг - коэффициент растворимости данного газа.

Долгое время дебатировался вопрос о существовании активного транспорта кислорода в легких. Сейчас общепризнано, что в организме нет систем активного транспорта кислорода, углекислого газа и азота. Следовательно, газообмен в легких осуществляется под действием только одной силы - концентрационного градиента каждого из этих газов на АКМ. Поэтому массоперенос газов подчиняется уравнению Фика:

Dm/dt = - D*s*grad C (3)

Для количественной оценки градиентов на АКМ необходимо знать ее толщину. Наслоение суфрактанта на эпителиальную выстилку альвеолы создают дополнительную к АКМ диффузионную среду, которую газы преодолевают при их массопереносе. Следовательно, за счет суфрактанта диффузионный путь чуть-чуть удлиняется, что приводит к незначительному снижению концентрационного градиента АКМ. Диффузионный путь определяется плотностью капиллярной сети, которая зависит от потребности той или иной ткани в кислороде. Суфрактант снижает поверхностное натяжение альвеолярных стенок, причем коэффициент поверхностного натяжения (у) зависит от толщины пленки. Колебания диффузионного пути не нарушают газообмена. Взаимосвязь между поверхностным натяжением и давлением показано на рисунке 1 и определяется законом Лапласа.

(Рис. 1)

Согласно закону Лапласа, давление на стенках равно удвоенному поверхностному натяжению, деленному на радиус:

P = 2у/r (4)

Сила упругости в легких, которая заставляет их спадаться на выдохе, называется эластичной тягой легких (ЭТЛ). Одним из компонентов ЭТЛ является сила поверхностного натяжения. Если поверхностное натяжение на альвеолах с разным размером было бы одинаковое, тогда давление в меньшей альвеоле было бы больше, чем давление в альвеоле с большим радиусом. В таком случае, давление уравновесилось бы за счет друг друга.

Из сопоставлений парциальных давлений и напряжений каждого из газов следует, что кислород и углекислый газ преодолевают АКМ по концентрационному градиенту в противоположных направлениях. Концентрационные градиенты О 2 и СО 2 на АКМ резко подают при патологии. Это может быть при изменении газовой среды, в которой дышит организм, а также при патологии самой дыхательной системы.

Диффузионной способностью легких называют объем данного газа, переносимый через АКМ всей "дышащей" поверхности легких в течение 1 мин при разности парциальных давлений на мембране в 1 мм рт. ст. и нормальной ее толщине. Диффузия кислорода, углекислого газа и азота в тканях происходят под действием концентрационного градиента этих газов между кровью, текущей по капиллярам, и межклеточной жидкостью. Свободной диффузии свойственна довольно медленная кинетика.

Похожие статьи




Биофизические основы дыхания - Биофизика сложных систем. Биофизика дыхания

Предыдущая | Следующая