10.4. Легенева вентиляція

Безперервна зміна повітря в легенях під час дихання називається легеневою вентиляцією, показником якої є хвилинний об’єм дихання (кількість повітря, що проходить через легені за 1 хв.)

У спокої людина може вдихнути і видихнути приблизно 500 мл по­вітря. Це називають дихальним об'ємом легень. Об'єм дихального повітря у дитини, коли їй 1 місяць, становить —30 мл, 1 рік — 70 мл, 6 років — 156 мл, 10 років — 230 мл, 14 років — 300 мл.

При посилено­му диханні людина може вдихнути ще приблизно 1500-3000 мл повітря — це додаткове, або резервне, повітря вди­ху. Після спокійного видиху людина може додатково видихнути ще 1300-1500 мл повітря —резервний об'єм ви­диху.

Найбільша кількість повітря, яку людина може видихнути після глибоко­го вдиху, називається життєвою єм­ністю легень (ЖЄЛ), яка змінюється з віком, залежно від статі, ступеня розвит­ку грудної клітки, дихальних м'язів (рис. 53). Сума об'ємів дихального — 500 мл, додаткового — 1500 мл і резер­вного — 1500 мл повітря становить жит­тєву ємність легень (3500 мл).

Життєва ємність легень у дітей повільно наростає до 7 років, поки відбувається диференціювання легень, і енергійно збільшується у 8-9 років, даючи максимальний приріст у період статевого дозрівання.

З 18 до 35 років життєва ємність легень є максимальною — 3000-6000 мл, а потім з віком зменшується. У жінок ЖЄЛ становить 3000-4500 мл, а в чоловіків — 4000—5500 мл. Здоровий спосіб життя, фізичні тренування значно підвищують життєву ємність легень.

Після максимального глибокого видиху в легенях залишається ще значний об'єм повітря, близько 1200 мл, який називається залишковим об'ємом. Це пов'язано з тим, що завдяки нижчому тиску в плевральній щілині, по відношенню до атмосферного, легені не спадаються і в них завжди міститься повітря. Частина залишкового повітря може вийти з легень лише тоді, коли в плевральну щілину зайде повітря і створиться там атмосферний тиск, що можливе при пошкодженні грудної клітки з обох боків.

Мал. 53. Ємність легень: 1 — повне спадання; 2 — глибо­кий видих; 3 — нормальний ви­дих; 4 — нормальний вдих; 5 — сильний вдих. Числа справа оз­начають об'єм повітря в см³.

Загальна ємність легенів дорівнює сумі значень ЖЄЛ і залишко­вого об'єму.

Крім того, при кожному вдиху приблизно 150 мл повітря залишається в дихальних шляхах — у порожнині носа, глотці, гортані, трахеї та брон­хах. Цей об'єм називають об'ємом повітроносних шляхів, або мер­твим простором, бо він не бере участі в газообміні, а виконує лише бар'єрну функцію. Тут повітря зволожується, зігрівається, звільняється від пилу та мікроорганізмів.

10.5. Газообмін у легенях і тканинах

Роблячи навперемінно вдих і видих, людина вентилює легені, підтри­муючи в альвеолах відносно сталий газовий склад.

Людина дихає атмосферним повітрям з вмістом кисню 21%, вуг­лекислого газу — 0,03%, а видихає — 16%, вуглекислого газу — 4%. В альвеолярному повітрі кисню — 14,2%, вуглекислого газу — 5,2%. Аль­веолярне повітря відрізняється від вдихуваного і видихуваного. Це по­яснюється тим, що при вдихові в альвеоли надходить повітря повітроносних шляхів, а при видиху — навпаки, до видихуваного повітря домі­шується атмосферне повітря, яке знаходиться в тих же повітроносних шляхах.

У легенях кисень із альвеолярного повітря переходить у кров, а вуглекислий газ із крові надходить у легені. Рух газів відбувається за законами дифузії, згідно з якими газ поширюється із середовища з ви­соким парціальним тиском у середовище з меншим тиском (див. схему).

Парціальним тиском називають частину загального тиску, яка при­падає на цей газ у газовій суміші.

Альвеоли легень обплетені густою сіткою капілярів (мал. 54). Стінки капілярів дуже тонкі, що сприяє проникненню газів із легень у кров і навпаки. Газообмін залежить від поверхні, через яку здійснюється ди­фузія газів і різниці парціального тиску дифундуючих газів. Встановле­но, що від різниці напруги кисню в 1 мм рт.ст. у дорослої людини, яка знаходиться в стані спокою, в кров надходить 25-69 см3 кисню за хви­лину. Різниця тисків кисню в 70 мм рт.ст. достатня для забезпечення організму киснем за різних умов його діяльності.

У крові кисень сполучається з гемоглобіном, утворюючи оксиге­моглобін. 1 г гемоглобіну зв'язує 1,34 см³ кисню. В альвеолярному повітрі парціальний тиск кисню 100-110 мм рт.ст. За цих умов 97% гемоглобіну крові з'єднуєть­ся з киснем.

Що ж до вуглекислого газу, то вміст, а отже і парці­альний тиск його в альвеоляр­ному повітрі менший, ніж у венозній крові, яка рухається по капілярах легень. У ве­нозній крові, яка надходить до легень, парціальний тиск вуг­лекислого газу дорівнює 47 мм рт.ст., а в альвеолярному повітрі — 40 мм. Цієї різниці цілком досить для забезпечення дифузії вуглекислого газу з крові в альвеоляр­не повітря.

Рис. 54. Схема газообміну:

І — стінка альвеоли: 2 — стінка капіляра. Чорні стрілки означають напрям руху кисню, білі — вуглекислого газу.

Вуглекислий газ у крові сполучається, головним чином, з лугами, утворюючи з ними двовуглекислі солі або бікарбонати. Крім цих солей, у перенесенні вуглекислого газу бере участь і гемоглобін. Це вперше встановив наприкінці XIX ст. І.М. Сєченов.

У тканинах безперервно відбуваються окислювальні процеси, в яких сполучається кисень. Перехід кисню з крові в тканини зумовлюється різницею парціальних тисків його в крові і тканинах. В артеріальній крові парціальний тиск кисню 96 мм рт.ст., в тканинній рідині — 206 мм рт.ст. Різниця тиску кисню забезпечує енергійний перехід кисню з плаз­ми крові через стінку капіляра в тканинну рідину.

Газообмін між тканинною рідиною і клітинами відбувається зав­дяки різниці напруження кисню: в тканинній рідині — 20—46 мм рт.ст., а в клітинах — близько до нуля. Напруження вуглекислого газу стано­вить 60 мм рт.ст. внаслідок утворення його в мітохондріях. Таким чи­ном, вуглекислий газ переходить у тканинну рідину і кров, а кисень — в клітини. Збідніла на кисень кров поступає в легені, де цикл обміну газів повторюється. У клітинах різниця напруження газів підтримується без­перервним процесом біологічного окислення.

Крім різниці парціального тиску, на ступінь віддачі кисню оксиге моглобіном впливає величина тиску вуглекислого газу. Чим більше його в крові, тим слабший зв'язок гемоглобіну з киснем. Крім концентрації вуглекислого газу, на міцність зв'язку гемоглобіну з киснем впливає також реакція крові. Навіть незначне порушення реакції у бік кислої спри­чиняє посилення віддачі кисню. Міцність зв'язку гемоглобіну з киснем залежить також і від температури: при підвищенні температури зв'язок слабший, при зниженні — сильніший.

Зв'язування вуглекислого газу і віддача його кров'ю залежить від його напруження в тканинах і крові. Важлива роль при цьому належить ферменту карбоангідразі, який міститься в еритроцитах. Цей фермент, залежно від вмісту вуглекислого газу, прискорює в багато разів реак­цію: С0₂+Н₂0=Н2СОз. В капілярах тканини, де напруження вуглекис­лого газу високе, відбувається утворення вугільної кислоти. У легенях карбоангідраза сприяє дегідратації, що приводить до витіснення вугле­кислого газу із крові.

Газообмін у легенях дітей тісно пов'язаний з особливостями регу­ляції у них кислотно-лужної рівноваги. Навіть при незначному зрушенні рівноваги у бік підкислення у дітей виникає задишка.

Багато речовин, зокрема наркотики (ефір, хлороформ, спирти), галь­мують процеси дихання. Небезпечною отрутою є чадний газ, який ут­ворюється в результаті неповного згорання дров, вугілля тощо. При вди­ханні чадного газу в легені він дифундує в кров і утворює стійку хімічну сполуку з гемоглобіном, внаслідок чого гемоглобін втрачає здатність приєднувати кисень і його надходження до тканин утруднюється. До­сить людині вдихнути 1 л чадного газу, як настає смерть від припинення тканинного дихання.