Законы диффузии

По закону Фика скорость диффузии газа через слой ткани прямо пропорциональна площади этого слоя и градиенту концентраций газов по обе стороны слоя и обратно пропорциональна толщине слоя. Кроме того, скорость диффузии определяется константой диффузии (диффузионной способностью), зависящей от свойств слоя ткани и диффундирующего газа. Применительно к ФВД в качестве слоя ткани выступает альвеолокапиллярная мембрана. Ее общая площадь, как уже упоминалось, по разным данным составляет от 80 до 150 м², а толщина — менее 0,5 мкм. Диффундирующие газы, которые нас интересуют, — O₂ и CO₂. Диффузионная способность прямо пропорциональна растворимости газа в тканях мембраны и обратно пропорциональна квадратному корню из молекулярной массы газа. Поскольку молекулярные массы O₂ и CO₂ различаются незначительно, а растворимость CO₂ значительно выше, чем растворимость O₂, диффузионная способность у CO₂» в 20 раз выше, чем у O₂. Из этого следует, что нарушения диффузии прежде всего отражаются на уровне pO₂.

Кроме собственно процесса диффузии на скорость диффузии O₂ влияет и скорость перфузии, которая влияет на градиент концентрации O₂ за счет pO₂. Это можно понять, представив следующую теоретическую ситуацию. Представим себе, что к альвеоле подошла кровь, полностью лишенная кислорода, и остановилась. Тогда в первое время скорость диффузии кислорода будет максимальной и постоянной, так как в начале кислород будет связываться с гемоглобином и в растворенном состоянии кислорода практически не будет. По мере насыщения гемоглобина кислородом последнего в крови будет становиться все больше в растворенном состоянии, то есть будет расти p_aO₂, следовательно градиент концентраций будет снижаться и скорость диффузии начнет уменьшаться. (Например, закись азота N₂O с гемоглобином не связывается, следовательно скорость ее диффузии будет все время снижаться, а угарный газ CO, наоборот, связывается с гемоглобином сильнее, чем кислород, и скорость его диффузии будет максимальной длительное время). Поскольку на самом деле кровь все время находится в движении, то чем быстрее она движется, тем меньше гемоглобина успеет связаться с кислородом и тем больше его будет в физически растворенном состоянии, и тем меньше будет скорость диффузии. В норме в состоянии покоя p_aO₂ в альвеолах и крови выравнивается, когда эритроцит успевает пройти только ¹/₃ пути по капилляру, то есть по процессу диффузии у кислорода еще имеется запас.

2.2.2. Изменения pO₂ по пути из атмосферы в капиллярную кровь

На уровне моря атмосферное давление составляет 760 мм рт. ст. Это давление обеспечивают все газы атмосферы. В сухом воздухе концентрация кислорода составляет 20,93 об%, следовательно он обеспечивает парциальное (то есть частичное) давление (pO₂) Проходя через дыхательные пути, воздух нагревается и увлажняется, в результате чего парциальное давление паров воды повышается до 47 мм рт. ст., и на сухой воздух остается , а на кислород Поскольку альвеола никогда пустой не бывает и ввести в нее полностью атмосферный воздух нельзя, да к тому же кислород из альвеолы все время уходит в капилляр, после эквилибрации в ней газовой смеси (произошедшей еще при первых вдохах новорожденного) pO₂ становится равным 106 мм рт. ст. (таблица №1). pO₂ венозной крови (p_vO₂) составляет около 40 мм рт. ст., но уже на первой трети пути по легочному капилляру благодаря интенсивной диффузии (градиент давлений ) pO₂ в крови достигает 80-100 мм рт. ст. (причина этого разброса станет ясной при рассмотрении вентиляционно-перфузионных соотношений).

Таблица №1

Изменения pO₂ по пути из атмосферы в капиллярную кровь

В качестве интегрального показателя диффузии в определенной степени можно рассматривать p_aO₂, так как p_aCO₂ слабо меняется по причине диффузионных нарушений (благодаря высокой диффузионной способности CO₂), однако надо помнить, что p_aO₂ испытывает влияние многих факторов (в том числе перфузии и вентиляционно-перфузионных соотношений).