Дифузія газів через дихальну мембрану. Дихальна мембрана

На малюнку показана дихальна одиниця (Звана також дихальної часточкою), що складається з дихальної бронхіоли, альвеолярних ходів, преддверий і альвеол. У двох легких містяться близько 300 млн альвеол, кожна з них має діаметр в середньому близько 0,2 мм. Стінки альвеоли дуже тонкі, і між альвеолами розташована майже безперервна мережу з з`єднуються між собою капілярів. Через велику простору переплетених капілярів про кровотоці в стінках альвеол іноді говорять, як про «шарі» поточної крові. Очевидно, що альвеолярні гази знаходяться на дуже близькій відстані від крові в легеневих капілярах.

обмін газів між альвеолярним повітрям і кров`ю відбувається не тільки в самих альвеолах, але і у всіх термінальних частинах легких. Всі беруть участь в цьому мембрани разом називають дихальної мембраною, або легеневої мембраною.

дихальна мембрана. На малюнку зліва показана ультраструктура розрізу респіраторної мембрани, а праворуч - еритроцит. Показана дифузія кисню з альвеоли в еритроцит і дифузія двоокису вуглецю в протилежну сторону. Зверніть увагу на шари, що складають дихальну мембрану.

Відео: Дихаємо правильно 2

1. Шар рідини, що вистилає альвеоли і містить сурфактант, що знижує поверхневий натяг альвеолярної рідини.
2. Складений з тонких епітеліальних клітин альвеолярний епітелій.
3. Епітеліальна базальнамембрана.
4. Тонке інтерстиціальний простір між альвеолярним епітелієм і мембраною капіляра.
5. Базальна мембрана капіляра, яка в багатьох місцях зливається з базальноїмембраною альвеолярного епітелію.
6. Ендотелій капіляра.

незважаючи на велику кількість шарів, загальна товщина дихальної мембрани в деяких місцях не перевищує 0,2 мкм, а в середньому становить близько 0,6 мкм, крім місць, де розташовані клітинні ядра. В гістологічних дослідженнях було встановлено, що загальна площа поверхні дихальної мембрани у здорового дорослого чоловіка становить близько 70 м. Загальна кількість крові в капілярах легких коливається від 60 до 140 мл. Представивши це мала кількість крові розподіленим на всю площу підлоги в приміщенні розміром в 70 м, легко зрозуміти, чому дихальний обмін кисню і двоокису вуглецю відбувається з такою швидкістю.

Середній діаметр легеневих капілярів становить близько 5 мкм, і це означає, що еритроцити повинні продавлюватися через них. Зазвичай мембрана еритроцита стикається зі стінкою капіляра, тому кисень і двоокис вуглецю при дифузії з альвеоли в еритроцит не повинні проходити через значну кількість плазми, що також збільшує швидкість дифузії.

Повертаючись до наведених раніше роз`ясненнями механізмів дифузії газів у воді, можна сказати, що ті ж принципи і математичні формули можна використовувати при поясненні дифузії газів через дихальну мембрану. Факторами, що визначають швидкість проходження газу через мембрану, є:

(1) товщина мембрани;
(2) площа поверхні мембрани;
(3) коефіцієнт дифузії газу в мембрані,
(4) градієнт парціального тиску газу між двома сторонами мембрани.

Товщина дихальної мембрани може іноді ставати більше, наприклад в результаті появи в інтерстиціальному просторі мембрани і в альвеолах набряклої рідини, тому дихальні гази повинні дифундувати не тільки через мембрану, а й через цю рідину. Крім того, при деяких хворобах легенів виникає фіброз легенів, що може збільшувати товщину деяких ділянок дихальної мембрани. Швидкість дифузії через мембрану обернено пропорційна товщині мембрани, тому будь-який чинник, здатний збільшити нормальну товщину мембрани більш ніж в 2-3 рази, може істотно змінити процес обміну газів.

Відео: Дихаємо правильно 1

Площа поверхні дихальної мембрани може значно зменшуватися при впливі багатьох чинників. Наприклад, видалення однієї легені зменшує загальну площу дихальної мембрани в 2 рази. При емфіземі багато альвеоли з`єднуються, і альвеолярні стінки руйнуються. Утворюються нові альвеолярні камери, які набагато більше звичайних, але загальна площа поверхні дихальної мембрани часто знижується приблизно в 5 разів через руйнування альвеолярних стінок. Коли загальна площа поверхні знижується до 1 / 3-1 / 4 частки нормальної поверхні, обмін газів через мембрану навіть в умовах спокою сильно сповільнюється, а під час спортивних змагань та інших великих фізичних навантажень навіть найменше зменшення площі поверхні легенів може викликати серйозні порушення дихального газообміну .

Величина коефіцієнта дифузії при переході кожного газу через дихальну мембрану знаходиться в прямій залежності від розчинності газу в мембрані і в зворотній залежності від квадратного кореня молекулярної маси цього газу. Швидкість дифузії газу в дихальній мембрані з причин, поясненим раніше, майже дорівнює такої в воді, тому при даному градієнті тиску двоокис вуглецю дифундує приблизно в 20 разів швидше, ніж кисень, а кисень - в 2 рази швидше азоту. Градієнт тиску між сторонами дихальної мембрани являє собою різницю між парціальним тиском газу в альвеолах і капілярної крові легень.

Відео: Як почистити витяжку | Antonova Nastya

парціальний тиск є мірою загальної кількості молекул даного газу, які вдаряються об одиницю площі альвеолярної поверхні мембрани в одиницю часу. Напруга газу в крові - це кількість молекул, що прагнуть до виходу з крові в зворотному напрямку, тому різниця між цими тисками є мірою сумарної тенденції руху молекул газу через мембрану. Якщо парціальний тиск газу в альвеолах більше, ніж його напруження в крові, як це буває з киснем, дифузія відбувається в напрямку з альвеол в кров- якщо напруга газу в крові більше його парціального тиску в альвеолах, що справедливо для двоокису вуглецю, то відбувається дифузія газу з крові в альвеоли.