Глава 9 Особенности дыхания в необычной среде

Как происходит газообмен при низких и высоких давлениях, а также во внутриутробном периоде и при рождении

Легкие представляют собой важнейшую структуру, осу­ществляющую физиологическую связь организма с окружаю­щей средой: общая площадь их поверхности примерно в 30 раз больше, чем у кожи. Стремление человека покорять все новые высоты и проникать все глубже в океаны, вызы­вает сильный стресс дыхательной системы, впрочем не срав­нимый с трудностями, испытываемыми ей при рождении ре­бенка! Здесь мы рассмотрим некоторые особенности дыхания в необычной среде, что поможет лучше понять деятельность легких в нормальных условиях.

Высота

По мере удаления от земной поверхности барометриче­ское давление снижается приблизительно экспоненциально (рис. 9.1). На отметке 5500 м над уровнем моря оно вдвое меньше обычного атмосферного (760 мм рт. ст.), поэтому Рог в увлажненном вдыхаемом воздухе составляет (380—47) X X 0,2093 = 70 мм рт. ст. (выше уже говорилось, что парци­альное давление водяных паров при температуре тела равно 47 мм рт. ст.). На вершине Эвереста (8848 м над уровнем моря) Род во вдыхаемом воздухе составляет лишь 43 мм рт. ст., на высоте 19200 м над уровнем моря барометрическое

140

ГЛЛВЛ 9

ро ^г10 вдыхаемом воздухе, мм рт. ст.

10000

5000

50 100 150

200 400 600 760 Атмосферное давление

Рис. 9.1. Зависимость атмосферного давления от высоты. Видно, что па высоте 1520 м над уровнем моря (Денвер) pq в увлажненном вдыхае­мом воздухе составляет около 130 мм рт. ст., а на вершине Эвереста— лишь 43 мм рт. ст.

давление равно 47 мм рт. ст., т. е. Ро2 во вдыхаемом возду­хе падает до нуля.

Хотя на большой высоте наблюдается значительная ги­поксия, более 15 млн. человек живут на отметках выше 3050 м над уровнем моря, а в Андах постоянные поселения известны на высотах, более 4900 м над уровнем моря. При подъеме на такие высоты у человека происходит заметная акклиматиза­ция. Альпинисты, например, проводят по нескольку дней на высоте, где без акклиматизации через несколько секунд на­ступила бы потеря сознания.

Гипервентиляция

Важнейшей компенсаторной реакцией на большой высоте служит гипервентиляция. Для того чтобы понять ее значение, можно с помощью уравнения альвеолярного газа (см. с. 59) рассчитать Рог У альпиниста на вершине Эвереста. Если бы Рсог в его альвеолах составляло 40 мм рт. ст., а дыхательный коэффициент—1, то Роа в альвеолярном воздухе было бы равно 43—(40/1)= 3 мм рт. ст.'>! Однако если этот альпи-

" Если R == 1, то поправочный член, приведенный в уравнении на с. 59, взодить не нужно.

141

ОСОБЕННОСТИ ДЫХАНИЯ В НЕОБЫЧНОЙ СРЕДЕ

нист увеличит вентиляцию в четыре раза (при этом Pcoz в альвеолярном воздухе снизится до 10 мм рт. ст.; см. с. 57), то Рог в альвеолах возрастет до 43 — 10 == 33 мм рт. ст. Такое парциальное давление кислорода близко к Рсог в артериаль­ной крови у лиц, постоянно проживающих на высоте порядка 4600 м над уровнем моря.

Высотная гипервентиляция обусловлена возбуждением пе­риферических хеморецепторов в условиях гипоксии. При уси­лении вентиляции снижается Рсо2 в артериальной крови и возникает алкалоз. Оба этих фактора стремятся снизить уро­вень вентиляции. Однако примерно через сутки после пребы­вания на высоте рН спинномозговой жидкости (СМЖ) ча­стично возвращается к норме благодаря выходу из нее би­карбонатов, а спустя двое-трое суток рН артериальной крови также практически нормализуется за счет удаления бикарбо­натов почками. Таким образом, влияние этих факторов на вентиляцию уменьшается, и ничто больше не мешает ей воз­растать. Интересно, что у людей, родившихся на большой высоте, вентиляторная реакция на гипоксию ослаблена и лишь постепенно усиливается при пребывании на уровне моря. И напротив, у человека, родившегося на уровне моря, чувстви­тельность к гипоксии на большей высоте не меняется в тече­ние длительного времени. По-видимому, вентиляторная реак­ция на гипоксию закладывается на очень ранних стадиях развития.

Полицитемия

При высотной акклиматизации, вероятно, важен еще одиц механизм—повышение содержания эритроцитов в крови. При этом увеличивается и концентрация гемоглобина, а следова­тельно, и кислородная емкость крови. В этих условиях, не­смотря на снижение Рог артериальной крови и насыщения ее кислородом, содержание в ней Оа может быть нормальным или даже повышенным. Так, у жителей высокогорных селений перуанских Анд (4600 м над уровнем моря) Ро2 в артериаль­ной крови составляет лишь 45 мм рт. ст., т. е. она насыщена кислородом всего на 81 %. У обычных людей это привело бы к значительному снижению содержания в этой крови 02, одна­ко благодаря полицитемии концентрация гемоглобина возрас­тает от 15 до 19,8 г/100 мл и содержание Оа здесь достигает 22,4 об. %. Это больше, чем у нормального человека на уровне моря. Полицитемия способствует также поддержанию Рог в смешанной венозной крови. У андийских горцев этот пока­затель лишь на 7 мм рт. ст. ниже нормы (рис. 9.2). Главным стимулятором повышения выработки эритроцитов служит ги-поксемия, приводящая к выбросу из почек гемопоэтина — ве-