Зміна внутрішньогрудного і внутрішньолегеневого тиску
Внутрішньогрудинний простір, у якому знаходяться легені, герметично закритий і не має сполучення з зовнішнім середовищем. При вдиху, коли грудна клітка розширюється, внутрішньогрудний тиск стає меншим, ніж тиск атмосферного повітря. Тому легені і альвеоли розширюються, внутрішньолегеневий тиск зменшується, а повітря за градієнтом тиску має можливість рухатися з атмосфери у альвеоли. При видиху легені спадаються і внутрішньолегеневий тиск підвищується, стає більшим атмосферного, що зумовлює вихід повітря назовні.
Даний механізм можна спостерігати в експерименті Дондерса, який автор запровадив ще у 1888 році.
Легені оточені двома листками плеври: зовнішній тісно спаяний з грудною по-рожниною та діафрагмою, а внутрішній – з легенями. Між листками плеври є неве-лика кількість серозної рідини, що виконує роль змазки, яка зменшує тертя при русі плеври у процесі дихання. Так як внутрішньоплевральний тиск в нормі, порівняно
з атмосферним у відкритих дихальних шляхах є негативним, то цей механізм допомагає розправлятися легені.
Якщо внутрішньоплевральний тиск стає позитивним, це утруднює розправлення легень і може призвести до легеневої недостатності. Таке явище може виникнути при попаданні у плевральну порожнину повітря (пневмоторакс), крові (гемоторакс), гною (піоторакс), транссудату (гідроторакс) або ексудату (запальної рідини) при плевриті.
Важливим фактором, що перешкоджає спадінню альвеол при спадінні легень, а також виходу плазми з легеневих капілярів на поверхню альвеол є сурфактант. При його пошкодженні внаслідок набряку, запалення, куріння, дії фармакологічних чи інших токсичних речовин, він втрачає свої властивості, що може завершитися ателектазом (спадінням) легені.
3.Дифузія газів у легенях і їх транспорт кров’ю
Газообмін О2 і СО2 через альвеоло-капілярну мембрану відбувається за допомогою дифузії, яка здійснюється у 2 етапи. На першому етапі дифузійне перенесення газів відбувається через аерогематичний бар’єр, на другому – відбувається зв’язування газів у крові легеневих капілярів.
Рух газів через аерогематичний бар’єр здійснюється внаслідок різниці парціальних тисків газів. Парціальний тиск – це та частина тиску, яку створює даний газ у суміші газів. Кисень рухається з альвеолярного повітря у кров, а потім тканини, так як у крові та тканинах його концентрація, що створює тиск, є меншою, ніж у альвеолах. Для вуглекислого газу градієнт тиску направлений у протилежний бік, тому СО2 рухається назовні, у довкілля. Парціальний тиск газів, розчинених у рідинах, називається напругою.
Отже, вивчення фізіології дихання практично зводиться до визначення парціальних тисків газів у різних середовищах, що забезпечує можливість переміщення цих газів. Парціальний тиск кисню (рО2), якого у атмосферному повітрі 21%, становить 159 мм рт.ст. У альвеолярному повітрі завдяки наявності водяної пари його концентрація та парціальний тиск зменшуються (14% і 102 мм рт.ст. відповідно).
До альвеол легень притікає венозна кров, напруга кисню в якій становить 40 мм рт.ст., а відтікає артеріальна кров, напруга кисню якої зростає до 96 мм рт.ст. Напруга кисню у тканинній рідині та клітинах тканин становить 10-15 мм рт.ст.
Зміна парціального тиску СО2 має зворотну тенденцію. Його напруга у тканинах становить 60 мм рт.ст., у венозній крові 46 мм рт.ст., в артеріальній крові – 40 мм рт.ст. Парціальний тиск вуглекислого газу в альвеолярному повітрі становить також 40 мм рт.ст.
Гази у крові знаходяться у двох станах: фізично розчиненому і хімічно зв’язаному. Розчинення відбувається за законом Генрі: кількість газу, що розчиняється у рідині, прямо пропорційна його парціальному тиску. Крім того, кожний газ має свій коефіцієнт розчинності: при температурі тіла розчинність СО2 у 25 разів більша, ніж О2. Тому СО2 переноситься у 20 р. швидше, ніж О2.
Газообмін кисню між альвеолярним повітрям і кров’ю капілярів відбувається завдяки концентраційному градієнту між цими середовищами.
Дихальним середовищем для людини є атмосферне повітря, склад якого більш-менш постійний: 78% азоту, 21% кисню, 0,03% вуглекислого газу, решта – інертні гази (аргон, неон, криптон, гелій тощо).