3.5. Обмен газов в легких и тканях

В легких происходит обмен газов между альвеолярным воздухом и кровью через стенки плоского эпителия альвеол и кровеносных сосудов. Этот процесс зависит от парциального давления газов в альвеолярном воздухе и их напряжения в крови (рис. 20).

Рис. 20. Схема газообмена в легких и тканях

Поскольку парциальное давление О₂ в альвеолярном воздухе велико, а в венозной крови его напряжение значительно меньше, то О₂ диффундирует из альвеолярного воздуха в кровь, а углекислый газ, вследствие его большего напряжения в венозной крови, переходит из нее в альвеолярный воздух. Диффузия газов осуществляется до наступления равенства парциальных давлений. При этом венозная кровь превращается в артериальную – она получает 7 объемных процентов кислорода и отдает 6 объемных процентов углекислого газа.

Каждый газ, прежде чем перейти в связанное состояние, находится в состоянии физического растворения. Кислород, пройдя эту фазу, поступает в эритроцит, где соединяется с гемоглобином и превращается в оксигемоглобин:

HHb + O₂ HHbO₂

Поскольку оксигемоглобин является более сильной кислотой, чем угольная, то он в эритроцитах реагирует с бикарбонатом калия, вследствие чего образуется калийная соль оксигемоглобина – (КНbО₂) и угольная кислота:

КНСО₃ + ННbО₂ КНbО₂ + Н₂СО₃

Образованная угольная кислота под влиянием карбоангидразы подвергается дегидратации: H₂CO₃ H₂O + CO₂ и образующийся углекислый газ выделяется в альвеолярный воздух.

По мере уменьшения углекислоты в эритроците на смену ей из плазмы крови поступают ионы HCO , образующиеся вследствие диссоциации бикарбоната натрия: NaНСО₃ Na⁺ + НСО . Взамен ионов НСО из эритроцитов в плазму поступают ионы С1^–.

Обмен газов в тканях. Артериальная кровь, приходящая к тканям, содержит 19 объемных процентов кислорода, парциальное напряжение которого равно 100 мм рт. ст., и 52 объемных процента СО₂ с напряжением 41 мм рт. ст.

Поскольку в тканях в процессе обмена веществ кислород непрерывно используется, то его напряжение в тканевой жидкости удерживается около нуля. Поэтому O₂ в силу разности напряжений диффундирует из артериальной крови в ткани.

В результате обменных процессов, происходящих в тканях, образуется СО₂ и его напряжение в тканевой жидкости равно 60 мм рт. ст., а в артериальной крови значительно меньше. Поэтому СО₂ диффундирует из тканей в кровь в сторону меньшего напряжения. Углекислый газ, поступая из тканевой жидкости в плазму крови, присоединяет воду и превращается в слабую, легко диссоциирующую угольную кислоту: Н₂О + СО₂ Н₂СО₃. Н₂СО₃ диссоциирует на ионы Н⁺ и НСО : H₂CO₃ H⁺ + HCO , и ее количество уменьшается, вследствие чего усиливается образование H₂CO₃ из СО₂ и H₂O, что улучшает связывание углекислого газа. В общей сложности при этом связывается небольшое количество СО₂, так как константа диссоциации Н₂СО₃ невелика. Связывание СО₂ главным образом обеспечивают белки плазмы крови.

Ведущую роль в переносе углекислого газа играет белок гемоглобин. Оболочка эритроцита проницаема для углекислого газа, который, попадая в эритроцит, под влиянием карбоангидразы подвергается гидратации и превращается в H₂CO₃. В капиллярах тканей калиевая соль оксигемоглобина (KHbO₂), взаимодействуя с угольной кислотой, образует бикарбонат калия (КНСО₃), восстановленный гемоглобин (ННb) и кислород, который отдается тканям. Одновременно угольная кислота диссоциирует: H₂CO₃ H⁺ + НСО . Концентрация ионов НСО в эритроцитах становится больше, чем в плазме, и они из эритроцита переходят в плазму. В плазме анион НСО связывается с катионом натрия Na⁺ и образуется бикарбонат натрия (NaНСОз). Из плазмы крови взамен анионов НСО в эритроциты переходят анионы С1^–. Так происходит связывание СО₂, поступающего в кровь из тканей и перенос его к легким. СО₂ переносится в основном в виде бикарбоната натрия в плазме и частично в виде бикарбоната калия в эритроцитах.