În plămâni există un schimb între organism și mediu. Datorită muncii muschilor respiratori, alveolele pulmonare schimbă aceste gaze cu atmosfera. Aceasta asigură o constanță relativă în amestecul de gaz alveolar. Schimbul de gaz între amestecul de gaz alveolar și sângele capilarelor pulmonare apare pe membrana alveolară-capilară (AKM). AKM este reprezentat schematic:
Schema membranei alveolare-capilare și difuzia gazelor în plămâni
1 - epiteliu alveolar, 2 - mediu intercelular, 3 - endoteliu capilar, 4 - plasmă sanguină, 5 - membrană eritrocitară
Schimbul de gaze în plămâni se efectuează sub acțiunea unei singure forțe - gradientul de concentrație al fiecăruia dintre gazele din AKM. Transferul masic de gaze respectă ecuația lui Fick:
Folosind ecuația lui Fick pentru estimarea cantitativă a transferului de gaz prin ACM, este de dorit înlocuirea gradientului de concentrație cu gradientul presiunilor parțiale și a solicitărilor de gaze.
Presiunea parțială a gazului este presiunea componentei amestecului de gaze pe care ar exercita-o asupra carcasei de închidere dacă este ocupat întregul volum furnizat acestui amestec.
-presiunea parțială a alveolelor.
-tensiune în capilare (în sânge).
Să luăm în considerare valorile presiunilor parțiale în alveole ale amestecului de gaze. Pe de o parte, și volumul din sânge al capilarelor pulmonare, pe de altă parte. Acest lucru este necesar pentru evaluarea forțelor sub influența cărora se face schimbul prin AKM. În amestecul de gaz al alveolelor pulmonare mm.rt.st. sau 13,7 kPa. mmHg sau 5,3 kPa. Calcularea presiunilor parțiale într-un amestec de gaze alveole este efectuată de obicei cu formula:
-presiunea parțială a gazului.
-presiunea gazului saturat de vapori de apă în alveole la t = 36,7. = 47 mm Hg sau 6,3 kPa.
-concentrația gazului în amestecul de gaz în%.
Presiunea parțială și în alveole ale amestecului de gaze este contracarată de ACM asupra tensiunii acestor gaze în sângele venos al capilarelor pulmonare ca mmHg. sau 4,9 kPa, mm Hg. sau 6,1 kPa. Rezultă din compararea fiecăruia dintre gaze că AKM este depășit și de gradienți de concentrație, dar în direcții opuse: de la amestecul de gaz alveolar la sânge și invers.
Se fac calcule nu pentru masa gazelor transportate prin AKM, ci pentru volumul său. Apoi, ecuația:
-lungime, grosime AKM.
Pentru a evalua gradul pe AKM, trebuie să cunoașteți grosimea. AKM constă din două straturi de celule:
endoteliu de capilare pulmonare,
și o membrană bazilară situată între ele. Grosimea totală a AKM este de aproximativ 0,2 μm, dar în regiunea celulară nucleară este de aproximativ 10 μm.
În plus față de aceste componente, acesta este un sistem multi-selectiv prin care difuzează gazul. Plămânii includ, de asemenea, un film subfact.
Baza subfactatului este un strat lipidic biomolecular, similar stratului fosfolipidic al membranei biologice.
Depunerea subiecților pe suprafața epitelială a alveolelor creează un mediu suplimentar de difuzie către AKM, care depășesc gazele în timpul transferului de masă. Datorită subfactului, traiectoria de difuzie se prelungește, ceea ce conduce, în schimb, la o anumită scădere a gradientelor de concentrație de pe AKM. Cu toate acestea, fără respirație subfaktata în general, nu ar fi posibil, deoarece pereții alveolelor ar matted sub tensiune de suprafață semnificativă, care este inerentă în epiteliul alveolar. Subfactatul reduce tensiunea superficială a pereților alveolari și împiedică aderența alveolelor.
Gradienții de concentrație și ACM scad drastic în patologie. Acestea pot scădea ca și în cazul modificării diferenței de concentrație în alveole sau în capilarele pulmonare sau ca rezultat al subțierei AKM. Primul motiv pentru schimbare este caracteristic mediului gazos în care organismul (în cazul în care o persoană care rămâne în atmosfera rarefiată) la aborda respirație pulmonară (în multe boli ale plămânilor, cu munca respiratorie musculare inadecvate). A doua patologie este edemul pulmonar. În acest caz, lichidul care iese din capilare se acumulează în mediul intercelular (membrana bazilară). Aceasta conduce la o subțiere a AKM și reduce brusc gradientul concentrației de gaze pe AKM, chiar și cu o diferență normală în concentrația lor.
În condiții normale, calea de difuzie este de aproximativ 5 μm. La această distanță, diferența de concentrație nu este aceeași. Acesta diferă cu mai mult de un ordin de mărime și se exprimă prin valorile presiunii parțiale, care sunt, respectiv, de aproximativ 70 mm. Hg. Art. sau 9,3 kPa, pentru aproximativ 6 mm. Hg. Art. sau 0,8 kPa. Dar, cu astfel de diferențe semnificative în presiunile parțiale și transferul de masă al acestor gaze este același.
Motivul este că au o permeabilitate diferită prin AKM. Puterea de penetrare a fiecăruia dintre ele este estimată prin coeficientul de difuzie. Este stabilit experimental ca în apă. În aer, 4-5 ordine de mărime mai mari (). Lipidul are câteva ordine de mărime mai mică decât apa. Puterea penetrantă prin AKM este caracterizată. Acest lucru ne-a permis să concluzionăm că trece prin AKM prin pori umpluți cu apă. De asemenea, trece prin AKM și. dar el o face 20-25 ori mai repede decât. deoarece se dizolvă mai bine în apă. Un grad ridicat de solubilitate în apă se datorează momentului mic al dipolului său (aproape de zero). Moleculele nu sunt polarizate datorită structurii lor simetrice. Molecula nu interacționează cu grupurile încărcate de componente ale membranei biologice și trece ușor prin ea. În acest sens, capacitatea cea mai mare de penetrare este asociată cu participarea sa la multe procese care asigură reglarea respirației, circulației, metabolismului și a altor funcții ale corpului.