Газообмен в легких. Парциальное давление кислорода и углекислого газа в альвеолярном воздухе и напряжение газов в крови. Недыхательные функции легких

2.3 Закон парциальных давлений

На практике часто приходится встречаться со смесью различных газов (например, воздух), В этом случае необходимо применять вышерассмотренные газовые законы для каждого газа в отдельности и затем суммировать полученные величины. При этом пользуются также законом парциальных давлений: общее давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений отдельных газов, составляющих данную смесь, то есть

Робщ = Р1 + Р2 + .. + Рп

(1.5)

Из формулировки закона следует, что парциальное давление представляет собой частичное давление, создаваемое отдельным газом. И действительно, парциальное давление — это такое давление, которое бы создавал данный газ, если бы он один занимал весь объем.

Пример: определить давление газовой смеси, если в объеме 11,2 л при н.у. содержится 4 г Н₂, 14 г СО и 56 г N₂ .

Решение

Определим с помощью уравнения Менделеева-Клапейрона парциальные давления каждого из газов, составляющих данную газовую смесь:

Р(Н₂) = (m/M)RT/V = (4г/2г/моль)·8,31·273К/0,0112мз = 4·105 Па,

Р(СО) = (14г/28г/моль)·8,31·273К/0,0112мз = 105 Па,

Р(N₂) = (56г/28г/моль)·8,31·273К/0,0112мз = 4·105 Па.

Общее давление газовой смеси равно:

Р_общ = Р(Н₂) + Р(СО) + Р(N₂) = 9·105 Па

Величина парциального давления определяется несколькими способами, но наиболее часто встречающийся практически способ основан на использовании формулы

(1.6)

где А — содержание данного газа в газовой смеси в объемных %.

Пример: определить массу кислорода О₂, содержащегося в 1 мз воздуха при нормальных условиях, если процентное содержание кислорода в воздухе составляет 21об.%

Решение

Парциальное давление О₂ в воздухе определяем по формуле

Р(О₂) = 105Па·21%/100% = 0,21·105Па

Отсюда, согласно уравнения Менделеева-Клапейрона

m(O₂) = PVM/RT = (0,21·105Па·1мз·32г/моль)/8,31·273К = 297 г

Рассмотрим возможность учета изменения объема или давления при протекании химической реакции, в которой участвуют или образуются газообразные продукты. Для учета этого необходимо вспомнить, что коэффициенты в уравнении химической реакции прямо пропорциональны числу молей реагирующих и образующихся веществ. Применительно к газам необходимо учесть также, что:

1 моль любого газа при н.у. занимает объем, равный 22,4 л;

объем 1 моля любого газа значительно превышает объем 1 моля жидкого или твердого вещества (сравните: 1 моль жидкой воды — 18 смз(0,018 л), 1 моль водяного пара — 22,4 л) и в общем объеме системы объемом жидких и твердых веществ можно пренебречь.

Таким образом, сравнивая коэффициенты исходных веществ и продуктов реакции, можно сделать вывод об изменении объема (давления) в ходе химической реакции.

Например, в химической реакции

2СО + О₂ = 2СО₂

все вещества являются газами, Видно, что до реакции имелось 3 моля газа (2 моля СО и 1 моль О₂), а после реакции осталось 2 моля СО₂. Ясно, что объем 3 молей газа (22,4·3=67,2л) больше объема 2 молей (22,4·2=44,8л), то есть V_нач> V_кон. Значит, данная реакция протекает либо с уменьшением объема (изобарный процесс), либо с уменьшение давления (изохорный процесс).

В случае химической реакции

СО₂ + С = 2СО

имеем газообразные вещества СО₂ и СО и твердое вещество С. Сравниваем коэффициенты только для газообразных веществ и имеем для исходных веществ 1 и конечных веществ 2. Так как 1

Таким образом, используя понятие «моль вещества» в совокупности с другими определениями, для любого химического соединения (вещества) можно определить:

массу одного атома или молекулы конкретного химического вещества;

число атомов или молекул вещества в заданной его массе;

объем заданной массы газа при нормальных условиях;

массы реагирующих и образующихся веществ;

параметры газа и смеси газов.

2.2 Закон Дальтона

Если мы вернемся к уравнению химической реакции, рассматриваемой в разделе 1.1.1, то, с учетом молярных объемов газов, его можно представить в следующем виде

2Н2	+	О2	=	2Н2О(газ)
2 молекулы	1 молекулы	2 молекулы
200 молекул	100 молекул	200 молекул
2·6,02·1023 молекул	1·6,02·1023 молекул	2·6,02·1023 молекул
2 моль	+	1 моль	=	2 моль
2·2,24 л	1·2,24 л	2·2,24 л

Из приведенного примера видно, что массы газов заменены на мольные объемы. Отсюда следует формулировка закона Дальтона: объемы реагирующих газов и продуктов их реакций относятся друг к другу как небольшие целые числа (коэффициенты уравнения реакции).

Газообмен в легких. Парциальное давление газов О2, СО2 в альвеолярном воздухе и напряжение газов в крови

Газообмен и легких. Для нормального газообмена между альвеолярным воздухом и кровью необходимо, чтобы состав альвеолярного воздуха поддерживался на постоянном уровне. Это достигается ритмическими дыхательными движениями, обеспечивающими вентиляцию легких.

Значение парциального давления и напряжения газов.

Вдыхаемый воздух имеет наибольшее парциальное давление кислорода (159 мм рт.ст.) и наименьшее парциальное давление двуокиси углерода (0,23 мм рт.ст.)- Парциальное давление газов в различных альвеолах легких неодинаково. Различия обусловлены неравномерностью вентиляции разных долей легких и неодинаковым их кровоснабжением. В среднем парциальное давление кислорода при нормальных атмосферных условиях поддерживается в альвеолярном воздухе на уровне

102 мм рт.ст., а двуокиси углерода — на уровне около 40 мм рт.ст. В то же время парциальное давление двуокиси углерода в притекающей к альвеолам венозной крови составляет 48 мм рт.ст., а парциальное давление кислорода не превышает 40 мм рт.ст. Благодаря градиенту давлений происходит транспорт газов через стенку альвеол: двуокись углерода покидает венозную кровь и поступает в альвеолярный воздух, а кислород диффундирует в противоположном направлении — из альвеолярного воздуха в кровь. Оттекающая от альвеол легких артериальная кровь имеет парциальное давление кислорода 100 мм рт.ст., а двуокиси углерода — 40 мм рт.ст.

В покое поглощение организмом кислорода составляет в среднем 280 мл/мин; выделение двуокиси углерода при этих же условиях 230 мл/мин.

Факторы, определяющие газообмен. Насыщение крови кислородом и удаление из нее двуокиси углерода зависят от трех факторов: 1) альвеолярной вентиляции; 2) кровотока в легких; 3) диффузионной способности тканей легких. Эти факторы — вентиляция, перфузия и диффузия — вариабельны и неравномерно проявляют себя в различных отделах легочных долей у здоровых лиц. Кровь, оттекающая из хорошо вентилированного участка, газообмен в которой происходит более эффективно, постоянно перемешивается с кровью другого участка легкого, где газообмен может быть снижен. В результате неравномерность диффузионных процессов в легких является важным фактором эффективности газообмена.

Дополнительной внелегочной причиной, влияющей на содержание дыхательных газов в крови, является изменение кровотока через артериоловенулярные шунты, по которым венозная кровь, минуя легкие, поступает в артерии большого круга.

Дополнительно: Обмен газов между кровью организма и альвеолами осуществляется с помощью диффузии: СО2 выделяется из крови в альвеолы, О2 поступает из альвеол в венозную кровь, пришедшую в легочные капилляры из всех органов и тканей организма. При этом венозная кровь, богатая СО2 и бедная О2, превращается в артериальную, насыщенную О2 и обедненную СО2.

Движущей силой, обеспечивающей газообмен в альвеолах, является градиент парциального давления газов — разность парциальных давлений Ро2 и Рсо2 в альвеолярной смеси газов и напряжений этих газов в крови. Согласно закону Фика, скорость диффузии газа прямо пропорциональна площади барьера и градиенту парциального давления газа и обратно пропорциональна толщине барьера. Парциальное давление газа (раrtialis — частичный) — это часть общего давления газовой смеси, приходящаяся на долю данного газа. Напряжение газа в жидкости зависит только от парциального давления газа над жидкостью, и они равны между собой. Парциальное давление газа в смеси, согласно закону Дальтона, прямо пропорционально его объемному содержанию. Для его расчета необходимо от показателя общего давления газовой смеси вычислить процент, равный содержанию этого газа в смеси. При этом следует учесть парциальное давление водяных паров. Так, например, парциальное давление водяных паров в газовой смеси в альвеолах при температуре тела 37 °С составляет 47 мм рт. ст., на долю давления газовой смеси приходится 760 — 47 = 713 мм рт. ст. Используя процентное содержание кислорода в альвеолярной смеси газов (14 %), рассчитываем Ро2: Ро2 = (713 х 14)/100 = 99,82 мм рт. ст. = 100 мм рт. ст.

По материалам ifreestore.net

Как насытить кровь кислородом

При насыщении кислородом крови улучшается работа всех систем и органов, ускоряются процессы метаболизма и обмена в клетках и тканях, улучшается и самочувствие человека

Важно, чтобы было достаточное содержание кислорода, так как его дефицит негативно влияет на работу центральной нервной системы, мозга и других систем. Причем значение имеет не содержание кислорода во вдыхаемом воздухе, а парциальное давление кислорода

Переход кислорода из легких в кровь, а из нее в тканевую жидкость происходит под влиянием этого давления. Парциальное давление уменьшается при увеличении высоты местности по отношению к уровню моря. То есть в высокогорных районах парциальное давление существенно снижается, и возникает недостаток кислорода.

Среди методов насыщения крови кислородом существуют как простые и вполне доступные каждому, так и медицинские методы.

1. Физические упражнения. При их выполнении кровь активно насыщается кислородом. Особенно хорошо подходит бег трусцой. Он заставляет легкие работать и ускоряет обмен кислорода и помогает повысить его уровень. К тому же такие нагрузки повышают жизненную емкость легких, от которой зависит насыщение крови.
2. Кислородные коктейли. Эта процедура стала весьма популярной и доступна каждому. Но прием кислородных коктейлей — всего лишь приятная процедура, и насытить кровь кислородом она не поможет. Через желудочно-кишечный тракт кислород не может всасываться в кровь.
3. Дыхательная гимнастика. Это один из главных методов, позволяющих увеличить насыщенность крови. Самое популярное упражнение из этого комплекса — короткий вдох через нос и длинный выдох через рот. В результате кровь насыщается кислородом, а концентрация углекислого газа снижается. Дыхательная гимнастика показана и при заболеваниях, связанных с дыхательной системой, когда физические упражнения могут быть запрещены или существенно ограничены.
4. Прогулки на свежем воздухе помогут повысить уровень кислорода. Нужно гулять хотя бы два часа в день, во время прогулок нужно постараться находиться подальше от проезжей части. Прогулки лучше осуществлять в парках, где много деревьев и нет машин. В сочетании можно делать дыхательную гимнастику.
5. Оксигенация. Этот метод применяют для лечения острой дыхательной недостаточности. Оксигенацией называют инвазивный экстракорпоральный метод насыщения крови. Его применяют в медицине. Используется в неонатологии, в кардиологии для того, чтобы поддерживать жизнь организма при операциях. Но при лечении оксигенацией есть противопоказания — это эпилепсия, гипертония и клаустрофобия.

Причем во время физической активности насыщаться будет и головной мозг, а это способствует улучшению памяти, работоспособности и сообразительности. При таком режиме жизни не только организм будет насыщаться кислородом, но и улучшится настроение и общее самочувствие человека.

https://youtube.com/watch?v=J1gjrGcZ-1Y

Как проверить насколько насыщенная у человека кровь кислородом. Есть один простой метод. Для этого нужно задержать дыхание и отсчитать, сколько времени человек может не дышать. Если время задержки дыхания приближается к одной минуте, то это норма.

Причины снижения индекса сатурации

Недостаточное насыщение крови кислородом может возникать по разным причинам. Наиболее распространенные из них:

• недостаточное количество гемоглобина в крови либо понижение его чувствительности к кислороду;
• нарушение вентиляционной способности легких, например отеки;
• нарушена механика дыхания: апноэ или диспноэ;
• недостаток поступающей в малый круг кровообращения крови;
• пороки сердца;
• пребывание в высокогорной местности;
• нарушение циркуляции в большом круге.

В связи с причинами снижения насыщенности крови появляются симптомы этого состояния:

• головокружение;
• слабость, вялость;
• одышка;
• снижение АД.

Наличие таких признаков может свидетельствовать о существенном недостатке кислорода в крови и о возможных патологических процессах, начинающихся в организме. При запущенных формах сатурации может наступить геморрагический шок. Последствия такого состояния могут быть весьма серьезными для организма.

Чем отличаются артериальная и венозная кровь

Кровь в медицине принято делить на артериальную и венозную. Было бы логично думать, что первая течет в артериях, а вторая – в венах, но это не совсем верно. Дело в том, что в большом круге кровообращения по артериям, действительно, протекает артериальная кровь (а. к.), а по венам – венозная (в. к.), но в малом круге происходит все наоборот: в. к. поступает из сердца в легкие по легочным артериям, отдает углекислый газ наружу, обогащается кислородом, становится артериальной и из легких возвращается по легочным венам.

Чем отличается венозная кровь от артериальной? А. к. насыщена O2 и питательными веществами, она от сердца поступает к органам и тканям. В. к. – «отработанная», она отдает клеткам O2 и питание, забирает из них CO2 и продукты метаболизма и возвращается от периферии назад к сердцу.

Венозная кровь человека отличается от артериальной по цвету, составу и выполняемым функциям.

По цвету

А. к. имеет ярко-красный или алый оттенок. Такой цвет ей придает гемоглобин, присоединивший O2 и ставший оксигемоглобином. В. к. содержит CO2, поэтому цвет ее темно-красный, с синеватым оттенком.

По составу

Кроме газов, кислорода и углекислого газа, в крови содержатся и другие элементы. В а. к. множество питательных веществ, а в в. к. – в основном продукты метаболизма, которые затем перерабатываются печенью и почками и выводятся из организма. Отличается и уровень pH: у а. к. он выше (7,4), чем у в. к. (7,35).

По движению

Циркуляция крови в артериальной и венозной системах существенно отличается. А. к. двигается от сердца к периферии, а в. к. – в обратном направлении. При сокращении сердца кровь выбрасывается из него под давлением, равным примерно 120 мм рт. столба. Когда она проходит через систему капилляров, ее давление значительно снижается и составляет приблизительно 10 мм рт. столба. Таким образом, а. к. движется под давлением с большой скоростью, а в. к. течет медленно под низким давлением, преодолевая силу тяжести, а ее обратному току препятствуют клапаны.

Как происходит превращение венозной крови в артериальную и наоборот, можно понять, если рассмотреть движение в малом и большом круге кровообращения.

Насыщенная CO2 кровь через легочную артерию попадает в легкие, откуда CO2 выводится наружу. Затем происходит насыщение O2, и уже обогащенная им кровь по легочным венам поступает в сердце. Так происходит движение в малом круге кровообращения. После этого кровь делает большой круг: а. к. по артериям разносит кислород и питание в клетки организма. Отдавая O2 и питательные вещества, она насыщается двуокисью углерода и продуктами обмена, становится венозной и по венам возвращается к сердцу. Так завершается большой круг кровообращения.

По выполняемым функциям

По венам осуществляется отток крови, которая забрала продукты жизнедеятельности клеток и CO2. Кроме того, в ней находятся питательные вещества, которые всасываются пищеварительными органами, и продуцируемые железами внутренней секреции гормоны.

По кровотечениям

В связи с особенностями движения будут отличаться и кровотечения. При артериальном кровь бьет ключом, такое кровотечение опасно и требует быстрого оказания первой помощи и обращения к медикам. При венозном она спокойно вытекает струей и может остановиться сама.

Другие различия

• А. к. находится в левой части сердца, в. к. – в правой, смешивания крови не происходит.
• Венозная кровь в отличие от артериальной теплее.
• В. к. течет ближе к поверхности кожи.
• А. к. в некоторых местах подходит близко к поверхности и здесь можно измерить пульс.
• Вен, по которым течет в. к., намного больше, чем артерий, и их стенки более тонкие.
• Движение а.к. обеспечивается резким выбросом при сокращении сердца, оттоку в. к. помогает клапанная система.
• Отличается и использование в медицине вен и артерий – в вену вводят лекарственные препараты, именно из нее берут биологическую жидкость на анализ.

Вместо заключения

Главные отличия а. к. и в. к. заключаются в том, что первая ярко-красная, вторая – бордовая, первая насыщена кислородом, вторая – углекислым газом, первая движется от сердца к органам, вторая – от органов к сердцу.

Увеличение — парциальное давление

Увеличение парциального давления СО2 с повышением температуры вызвано понижением рН раствора. Ниже приведены значения рН для 28 % — ной аммиачной воды.
 

Увеличение парциального давления D или Е — одного из продуктов реакции — вызывает протекание реакции в противоположном направлении, что приводит к понижению парциального давления этого продукта реакции, которое стремится достигнуть своего первоначального значения.
 

Увеличение парциального давления оксида углерода оказывает благоприятное влияние на выход линейных продуктов. Парциальное давление водорода незначительно влияет на выход линейного продукта.
 

Вследствие увеличения парциального давления аммиака возрастает его выделение в газовую фазу в процессе выпаривания растворов, содержащих диаммонийфосфат.
 

С увеличением парциального давления СО2 скорость коррозии увеличивается. С ростом температуры среды интенсивность коррозии также существенно увеличивается.
 

Равновесие серного ангидрида с кислородом и сернистым газом в зависимости от температуры и содержания кислорода в газах и при различных давлениях.| Зависимость давления диссоциации сульфатов от температуры PPSO.

С увеличением парциального давления SO3 в газах сульфаты образуются, а с уменьшением — разлагаются.
 

Зависимость скорости аб.

С увеличением парциального давления N0, начиная с некоторой его величины, относительное возрастание скорости абсорбции замедляется.
 

С увеличением парциального давления СО2 скорость коррозии увеличивается. С увеличением температуры скорость коррозии также существенно увеличивается. В процессе разработки парциальное давление СО2 снижается, а объем водного конденсата увеличивается и поэтому интенсивность коррозии снижается.
 

С увеличением парциального давления СО2 скорость коррозии увеличивается. С ростом температуры среды интенсивность коррозии также существенно увеличивается.
 

С увеличением парциального давления пропилена и кислорода выход АХ возрастал, а с увеличением парциального давления HCI до определенных значений наблюдалось явление насыщения, что говорит об относительно прочной связи между катализатором и хлором.
 

Как влияет увеличение парциального давления иодоводорода на скорость некаталитической и каталитической реакции.
 

Очистка газа от H2S и СО2 раствором МЭА.

Поэтому при увеличении парциального давления удаляемых кислых газов выше 0 2 кгс / см2 требуется соответствующее увеличение количества циркулирующего раствора. Растворы МЭА склонны к вспениванию, которое интенсифицируется конденсацией углеводородов в абсорбционной колонне. Тщательное удаление капельных углеводородов перед очисткой газа и подача регенерированного раствора с температурой на 5 — 15 С выше температуры поступающего газа позволяют значительно уменьшить опасность вспенивания и потери МЭА.
 

Газообмен в тканях. Напряжение кислорода и углекислого газа в артериальной, венозной крови и тканевой жидкости.

В тканях происходит непрерывное потребление кислорода и образование углекислого газа. Напряжение углекислого газа в тканях достигает 60–70 мм рт. ст., в венозной крови — только 46 мм рт. ст., поэтому углекислый газ из тканей поступает в тканевую жидкость и далее в кровь, делая ее венозной.

Кровь, поступающая в капилляры большого круга кровообращения, содержит большое количество кислорода. Его напряжение составляет 100 мм рт. ст., в тканевой жидкости напряжение кислорода — 20–37 мм рт. ст. Происходит газообмен между кровью и тканевой жидкостью, т.е. кислород из крови переходит в тканевую жидкость. Ткани потребляют около 40 % всего кислорода, содержащегося в крови. При усилении обмена веществ потребление кислорода тканями увеличивается. Количество кислорода, которое поглощается тканями, выраженное в процентах, называют коэффициентом утилизации кислорода, т.е. это разница между содержанием кислорода в артериальной и венозной крови.

ПЕРЕНОС УГЛЕКИСЛОТЫ КРОВЬЮ Перенос углекислоты представляет для организма особую проблему, так как при растворении углекислота быстро превращается в угольную кислоту. В покое клетки выделяют около 200 мл углекислоты в 1 мин. Если бы она была просто растворена в плазме (которая может переносить в растворенном состоянии только 4,3 мл углекислоты на 1 л), то кровь должна была бы циркулировать со скоростью 47 л/мин вместо 4-5 л/мин. Кроме того, при таком количестве углекислоты кровь имела бы рН 4,5, клетки же способны выживать лишь в узких пределах рН в области слабо щелочной реакции, близкой к нейтральной (при рН примерно от 7,2 до 7,6). Гемоглобин благодаря своим уникальным свойствам позволяет каждому литру крови переносить из тканей к альвеолам около 50 мл углекислоты, причем кислотность артериальной и венозной крови различается лишь на несколько сотых долей единицы рН. Часть углекислоты находится в непрочном химическом соединении с гемоглобином, небольшое количество присутствует в виде угольной кислоты, большая же часть угольной кислоты образует бикарбонаты в результате нейтрализации ионами натрия и калия, освобождающимися при превращении оксигемоглобина в гемоглобин. Химические детали этого процесса сложны и не могут быть рассмотрены в этой книге. Интересно отметить, что в ходе эволюции возникло химическое соединение (гемоглобин), обладающее всеми свойствами, необходимыми для обслуживания процесса дыхания: способностью переносить кислород и углекислоту и поддерживать рН крови на постоянном уровне в течение всех фаз этого переноса газов. Углекислота переходит из тканей в кровь и из крови в альвеолы, диффундируя из области с более высоким парциальным давлением в область с более низким давлением. Давление углекислоты в тканях составляет около 60, в венозной крови — около 47, а в альвеолах — около 35 мм рт. ст. Парциальное давление углекислоты в артериальной крови равно около 41 мм рт. ст., так что кровь содержит много углекислоты и после того, как она прошла через легкие. Превращение углекислоты в угольную кислоту в капиллярах тканей и обратное превращение угольной кислоты в углекислоту ускоряется примерно в 1500 раз особым ферментом, называемым угольной ангидразой. Когда процесс нормального удаления углекислоты легкими нарушается, например при воспалении легких, ее концентрация (фактически концентрация бикарбонатов и угольной кислоты) в крови возрастает, и такое состояние крови называется ацидозом. Это не означает, что кровь действительно становится кислой (ее реакция все еще остается несколько щелочной); просто происходит уменьшение щелочного резерва крови (главным образом натрия). Когда щелочной резорв крови оказывается исчерпанным, кровь ужз не может сохранять щелочную реакцию, ее рН изменяется и клетки тканей погибают от воздействия кислой крови. Ацидоз наблюдается также при диабете. Здесь, однако, это связано не с недостаточным удалением углекислоты легкими, а с избыточным образованием кислот тканями вследствие нарушенного обмена углеводов.

По материалам studfiles.net

Газовый состав крови

Основной поток воздуха при вдыхании содержит примерно 21% кислорода, 0,04% углекислого газа и 78% азота. При передвижении по респираторным путям воздух становится согретым и увлажненным. Бронхи человека понижают давление поступившего воздуха.

Организм человека устраняет двуокись углерода — газ и бикарбонат. Малая часть газа в растворенном виде переносится плазмой в органы дыхания. Значительная часть газа вместе с водой вырабатывает угольную кислоту. В кровяных тельцах содержится фермент под названием угольная ангидраза. За счет нее ускоряется формирование угольной кислоты. Некоторая часть двуокиси углерода взаимодействует с гемоглобином.

В организме человека двуокись углерода имеется в свободном состоянии, химическом соединении с водой, а также гемоглобином и белками плазмы. Норма давления равна 40 мм ртутного столба в и 46 мм ртутного столба — в венозной. Уровень содержания углекислого газа в крови равняется 50 мл/дл. Повышение концентрации газа возникает при передвижении крови сквозь ткани. Ее падение наблюдается при передвижении крови через органы дыхания.

Соединившись с белком, кислород вытесняет углекислый газ из крови. Данное явление носит название эффект Холдлейна.