Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха. Парциальное давление газов. Обмен кислорода и углекислого газа между альвеолярным воздухом и кровью.
Атмосферный воздух вдыхаемый содержит 20,94% О2, 0,3% СО2, 79% азот.
Выдыхаемый: 16,4 О2, 4% СО2, 79,6% азот.
Альвеолярный воздух: 14,5% О2, 5,5% СО2, 80% азот.
В альвеолярном воздухе меньше О2 и больше СО2, чем в выдыхаемом. Более высокий процент О2 и низкий СО2 в выдыхаемом воздухе, т.к. СО2 является смесью альвеолярного воздуха и воздуха мёртвого пространства, не участвующего в газообмене во время вдоха и выдоха.
Движущие силы диффузии газов — разность между парциальным давлением этих газов в альвеолярном воздухе и напряжением в крови.
Парциальное давление ПД газов в воздухе — часть давления, которая приходится на долю данного газа в смеси газов.
Так, в альвеолярном воздухе парциальное давление О2=110мм рт ст, а его напряжение в венозной крови — 40 мм рт ст.
Разница 70 мм рт ст способствует перемещению О2 их альвеолярного воздуха в кровь.
ПД СО2 в альвеолярном воздухе составляет 40 мм рт ст, а его напряжение в венозной крови — 47 мм рт ст.
Разница в 7 мм рт ст определяет перемещение СО2 из лёгочных капилляров в альвеолярный воздух.
Скорость диффузии газов зависит от площади альвеол. При увеличении глубины дыхания и соответственно повышенной растяжимости альвеол, увеличивается газообмен.
Скорость диффузии СО2 из альвеолярного воздуха в кровь в 20 раз выше скорости диффузии О2 , это связано с тем, что у СО2 примерно в 20 раз больше растворимость в крови.
Во время мышечной работы увеличивается использование О2 тканями, повышается образование СО2 в следствие чего в венозной крови уменьшается напряжение О2 до 20 мм рт ст, повышается напряжение СО2 до 60 мм рт ст.
Одновременно в альвеолярном воздухе повышается парциальное давление О2 до 130 мм рт ст за счёт гипервентиляции лёгких, после чего усиливается газообмен в лёгких.
Транспорт газов кровью. Обмен кислорода и углекислого газа между кровью и тканями.
В организме кислород и углекислый газ транспортируются кровью. Кислород, поступающий из альвеолярного воздуха в кровь, связывается с гемоглобином эритроцитов, образуя так называемый оксигемоглобин, и в таком виде доставляется к тканям. В тканевых капиллярах кислород отщепляется и переходит в ткани, где включается в окислительные процессы. Свободный гемоглобин связывает водород и превращается в так называемый восстановленный гемоглобин. Углекислый газ, образующийся в тканях, переходит в кровь и поступает в эритроциты. Затем часть углекислого газа соединяется с восстановленным гемоглобином, образуя так называемый карбгемоглобин, и в таком виде углекислый газ и доставляется к легким. Однако большая часть углекислого газа в эритроцитах при участии фермента карбоангидразы превращается в бикарбонаты, которые переходят в плазму и транспортируются к легким. В легочных капиллярах бикарбонаты при помощи специального фермента карбоангидразы распадаются и выделяется углекислый газ. Отщепляется углекислый газ и от гемоглобина. Углекислый газ переходит в альвеолярный воздух и с выдыхаемым воздухом удаляется во внешнюю среду.Следует знать, что более эффективно, чем углекислый газ с гемоглобином, связывается окись углерода известная как угарный газ. Образующийся в этом случае так называемый карбоксигемоглобин не способен связывать кислород.
Источник
Парциальное давление кислорода в атмосфере
15.2.1. Влияние условий полета на организм человека
   Организм человека функционирует нормально при определенных параметрах окружающей среды.
   В полете на экипаж и пассажиров, находящихся на борту ЛА, могут воздействовать неблагоприятные и физиологически опасные факторы . Эти факторы определяются, в основном, параметрами атмосферы в кабине (давление, температура, состав газовой смеси, которой дышит человек, влажность), уровнем шума и динамикой полета ЛА.
   С подъемом на высоту давление воздуха и его температура в атмосфере Земли снижаются. До высоты порядка 2400 м человек чувствует себя нормально, на больших высотах самочувствие человека ухудшается, проявляется целый ряд функциональных расстройств (объединенных общим названием — высотная болезнь ), что связано в первую очередь с уменьшением снабжения в процессе дыхания организма человека кислородом, хотя, как уже отмечалось (см. раздел 3.2), до высот порядка 70-90 км объемное содержание кислорода в атмосфере (
21%) практически не меняется.
   Основным фактором, определяющим насыщение гемоглобина крови кислородом и удаление в выдыхаемый воздух углекислого газа, является соотношение парциального давления кислорода и углекислого газа в легочных альвеолах (от лат. alveolus — ячейка, углубление, пузырек) — пузырьковидных образованиях в легких человека, густо оплетенных капиллярами (от лат. capillaris — волосной) — мельчайшими кровеносными сосудами, через очень тонкие стенки которых, как через полупроницаемые мембраны (от лат. membrana — кожица, перепонка), происходит насыщение крови и тканей организма кислородом и удаление из них в выдыхаемый воздух углекислого газа.
    Парциальное давление (позднелат. partialis — частичный) — это давление газа, входящего частью в состав газовой смеси, которое он имел бы, занимая один весь объем газовой смеси, при температуре смеси.
    Воздух является смесью газов, и его полное давление является суммой парциальных давлений его компонентов. На основании физиологических исследований установлена взаимосвязь между парциальным давлением кислорода в альвеолах легких и давлением воздуха, содержанием в нем кислорода, углекислого газа и водяных паров. С увеличением высоты пропорционально уменьшению общего атмосферного давления уменьшается парциальное давление кислорода pO2 в атмосферном воздухе (рис. 15.7) и вместе с ним парциальное давление кислорода в альвеолах.
 |
   На высоте порядка 3000 м оно достигает среднего физиологически допустимого уровня, насыщение крови кислородом становится недостаточным, начинается гипоксия (от греч. hypo — под, внизу и лат. oxigenium — кислород) — кислородное голодание , особенно опасное тем, что субъективно человек не осознает своего состояния и, несмотря на кажущееся хорошее самочувствие, может внезапно потерять сознание. При дальнейшем увеличении высоты явления кислородного голодания интенсивно развиваются вплоть до полной потери работоспособности и потери сознания у подавляющего большинства людей на высоте 6000-7000 м. На высоте около 8000 м возникают смертельно опасные явления. Следует отметить, что интенсивность кислородного голодания возрастает при выполнении человеком какой-либо работы.
   Воздействие пониженного давления на организм человека не ограничивается только явлениями кислородного голодания.
   При подъеме на высоту расширяются газы в пищеварительном тракте — высотный метеоризм (от греч. meteorismos — поднятие вверх), что приводит к вздутию живота, сопровождающемуся схваткообразными болями, подъему диафрагмы, уменьшению емкости легких и другим расстройствам.
   На высотах 8000-13 000 м при пониженном давлении азот, растворенный при нормальном давлении в крови и тканях человека, выделяется в виде пузырьков свободного газа, которые, оказывая механическое давление на нервные окончания, вызывают боли в мышцах и суставах. Это явление называется аэроэмболией (от греч. aer — воздух и embole — вбрасывание) или декомпрессионной болезнью .
   На высоте более 19 000 м возникает высотная эмфизема (греч. emphysema — наполнение воздухом, вздутие). На этой высоте вода, составляющая около 70% массы тела человека, закипает при температуре человеческого тела, что может привести к смертельному исходу.
   Для обеспечения максимальной дальности и экономичности магистральные пассажирские самолеты летают на высотах, близких к практическому потолку (для дозвуковых самолетов 9000-11 000 м, а для сверхзвуковых 18 000-20 000 м).
   Температура воздуха на высотах более 11 000 м снижается почти до -60°С. Если не принимать специальных мер, то при длительном полете кабина постепенно охлаждается до температур, близких к температуре наружного воздуха. С другой стороны, при полете сверхзвуковых самолетов температура их конструкции повышается в зависимости от скорости полета до -130°С — +250°С вследствие кинетического нагрева и, в результате, повышается температура в кабине. Самочувствие человека, его работоспособность существенным образом зависят от температуры окружающего воздуха, его влажности, от масс и скорости движения воздушных потоков внутри помещения. Так, при повышенной физической и эмоциональной нагрузке для обеспечения комфортных условий желательна пониженная температура. При отклонении температуры от комфортных значений человек испытывает неприятные ощущения.
    Таким образом, в полете на экипаж и пассажиров, находящихся на борту ЛА, действует комплекс неблагоприятных и физиологически опасных факторов, определяющим из которых является уменьшение с подъемом на высоту общего атмосферного давления, уменьшение парциального давления кислорода в атмосферном воздухе и, как следствие, парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе.
   Нормальная жизнедеятельность человека может быть обеспечена поддержанием парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе на определенном уровне.
 |