Дек 23

Альвеолокапиллярная мембрана и диффузия газов – 1

Газообмен в легких осуществляется путем пассивного перемещения газов через альвеолокапиллярную мембрану, которую можно рассматривать как сложное образование, являющееся барьером на пути газов. Изменения толщины мембраны, в частности при увеличении количества интерстициальной жидкости, существенно влияют на скорость проникновения газов через нее.

Как полагают большинство исследователей, перемещение газов через тканевые перегородки осуществляется путем диффузии. Согласно закону Фика, масса газа ΔМ, диффундирующая через площадь ΔS, перпендикулярную направлению, в котором убывает плотность диффундирующего газа, пропорциональная размеру площади, времени переноса газа (Δt) и градиенту плотности газа (Δp/Δx):

Где D – коэффициент диффузии [Грабовский Р. И., 1970].

В медико-биологической литературе не существует единой терминологии для аналитического выражения закона Фика. Можно встретить, например, и такое выражение [Шмелев В. И., 1976):

Где J – поток газа; D – коэффициент диффузии; S – площадь диффузии; Δp/Δt – градиент парциального давления газа.

Оба выражения, как и другие встречающиеся в литературе, по физическому смыслу идентичны. При любом терминологическом способе выражения закона Фика одним из основных параметров является коэффициент диффузии газа (D). Численно он может быть выражен массой газа, переносимой через площадь 1 м2 за 1 с при градиенте плотности 1 кг/м4. Возможно и другое определение: коэффициент диффузии – это количество газа в миллилитрах, которое путем диффузии может переместиться на 1 см через 1 см2 поверхности газообмена при разнице давлений 1 мм рт. ст. при определенной температуре.

В общем виде диффузия газов может быть выражена:

Где % – средняя длина пробега газа; v – средняя арифметическая скорость движения молекул газа. Из закона Максвелла, т. е. из максвелловской функции распределения числа молекул по скоростям

Где n – общее число молекул газа; μ – масса киломоля газа; R – универсальная газовая постоянная; l – основание натуральных логарифмов: V – скорость молекул газа], можно получить, выражение для V:

По смыслу определения:

Где z – среднее число столкновений, испытываемых молекулой газа за 1 с.

Если аппроксимировать молекулу газа шаром с радиусом r, то

Где n0 – число молекул в единице объема.

Тогда;

Для двух газов, например О2 и СО2 отношение значений их D равно:

Пронимая r(О2) = 1,49 А, μ(О2) = 32 и r(СO2) = 1,66 А, μ(СО2) = 44, легко рассчитать, что D(O2)/D(CO2) ~ 1,5. Это значение хорошо совпадает с экспериментально определенной величиной D(O2)/D(CO2) ~ 1,3. Таким образом, в условиях классической диффузии в газообразной среде диффузия кислорода была бы более интенсивной, чем диффузия углекислого газа.

Однако реальный газообмен происходит через легочную мембрану, которая представляет собой сложное многокомпонентное образование. Хотя толщина барьера воздух–кровь составляет всего 0,1–4 мкм (по данным разных авторов), на пути от альвеолы до цитоплазмы эритроцита кислород проходит через несколько различающихся по своей природе слоев [Канаев Н. Н., 1973; King Т., 1982]: молекулярный слой жидкости, сурфактант, слой клеток эпителия альвеол, межклеточную жидкость, слой клеток эндотелия капилляров, базальные мембраны, плазму крови и оболочку эритроцита (рис. 2). Таким образом, процесс диффузии газов между альвеолярным пространством и эритроцитом является диффузией между газообразной и жидкостной фазами. В связи с этим в уравнение диффузии необходимо ввести еще один параметр – коэффициент растворимости газа А, который отражает количество газа, растворенного в 1 мл жидкости при данной температуре и давлении 760 мм рт. ст.

2. Альвеолокапиллярная мембрана.

1 – межклеточные поры; 2– эндотелий; 3 – эпителий; 4 – базальные мембраны: 5 – интерстициальное пространство.

Согласно закону Генри, растворимость газа при постоянной температуре пропорциональна его давлению. Следовательно, количество растворенного в крови газа равно

Где Р – парциальное давление газа.

С учетом а:

Где М – количество газа; t – время; M/t – скорость диффузии; ΔР – разница парциальных давлений в двух точках (для легочного газообмена это разница между парциальным давлением газа в альвеолах и его напряжением в крове легочного капилляра); х – расстояние между этими точками (толщина барьера); D – коэффициент диффузии; а – коэффициент растворимости газа.

Таким образом, скорость диффузии пропорциональна ΔР – величине, обеспечивающей направленное движение молекул газа, и обратно пропорциональна x/(S∙D∙a) – величине сопротивления диффузии. Иногда используют не величину сопротивления диффузии, а обратную ей величину, которая характеризует проницаемость легочной мембраны. Следовательно, проницаемость альвеолокапиллярной мембраны прямо пропорциональна площади контакта между альвеолами и капиллярами (S), значениям D и А, и обратно пропорциональна расстоянию, которое должны пройти молекулы кислорода (или другого биологически активного газа) из альвеол до протоплазмы эритроцита.

Похожие статьи:

  1. Альвеолокапиллярная мембрана и диффузия газов – 2 Площадь, через которую осуществляется газообмен в легких (поверхность функционирующих альвеол),...
  2. Альвеолокапиллярная мембрана и диффузия газов – 3 При целом ряде заболеваний (саркоидоз, асбестоз, легочный фиброз, инфильтрирующая карцинома)...
  3. Удаление углекислого газа Организм человека функционирует как двигатель внутреннего сгорания, непрерывно поглощая кислород...

автор admin \\ теги: , ,



Написать ответ

Вы должны войти чтобы комментировать.