а) Давления газов, растворенных в воде и тканях. Растворенные в воде или тканях тела газы также оказывают давление, потому что молекулы растворенного газа находятся в случайном движении и обладают кинетической энергией. Если растворенный в жидкости газ ударяется о поверхность, например клеточной мембраны, он оказывает парциальное давление так же, как и газ в газовой смеси. Парциальные давления газов, растворенных в воде, обозначают так же, как обозначают их парциальные давления в газовой смеси, т.е. PCO2, PO2, PN2, PH2O, PHe и т.д.
Диффузия кислорода из одной зоны (А) в другую (Б). Разница в длине стрелок представляет величину конечной диффузии
1. Факторы, определяющие величину парциального давления растворенного в жидкости газа. Парциальное давление газа в растворе определяется не только концентрацией, но и коэффициентом его растворимости, т.е. некоторые типы молекул, например двуокись углерода, физическим или химическим способом прикрепляются к молекулам воды, а другие — отталкиваются. При прикреплении молекул даже их большое количество в растворе не влияет на парциальное давление. И наоборот, в случае отталкиваемых молекул наблюдается большее парциальное давление при меньшем количестве растворенных молекул. Эти отношения называют законом Генри и выражают следующей формулой:
Парциальное давление = Концентрация растворенного газа / Коэффициент растворимости.
Если парциальное давление выразить в атмосферах (1 атмосфера = 760 мм рт. ст.), а концентрацию — объемом газа, растворенного в каждом объеме воды, то при температуре тела важные для процесса дыхания газы имеют следующие коэффициенты растворимости:
Кислород 0,024
Двуокись углерода 0,57
Моноксид углерода 0,018
Азот 0,012
Гелий 0,008
Видно, что растворимость двуокиси углерода более чем в 20 раз выше, чем растворимость кислорода, поэтому парциальное давление двуокиси углерода (для данной концентрации) составляет менее 1/20 парциального давления кислорода.
2. Диффузия газов между газовой фазой в альвеолах и растворенной фазой в крови легочных капилляров. Парциальное давление каждого газа в смеси газов (альвеолярном воздухе) заставляет молекулы этого газа переходить в альвеолярные капилляры и там растворяться в крови. В то же время уже растворенные в крови молекулы этого газа свободно перемещаются в жидкой части крови, а некоторые попадают обратно в альвеолы. Их количество прямо пропорционально парциальному давлению этого газа в крови.
Какое же направление диффузии будет для этого газа преобладающим? Преобладающее направление диффузии определяется разницей между двумя парциальными давлениями. Если парциальное давление газа больше в газовой фазе (в альвеолярном воздухе), как это обычно бывает для кислорода, то большее количество молекул будет переходить в кровь. Если парциальное давление газа больше в растворенной фазе в крови, что обычно верно для двуокиси углерода, то преобладающим направлением диффузии будет выход газа в альвеолы.
Давление паров воды
При вдыхании неувлажненного воздуха с поверхностей дыхательных путей вода немедленно испаряется и увлажняет воздух. Это происходит потому, что молекулы воды так же, как растворенные молекулы разных газов постоянно выходят с поверхностного слоя воды в газовую фазу над ним. Парциальное давление, под воздействием которого молекулы воды выходят с поверхности, называют давлением паров воды.
При нормальной температуре тела (37°С) давление паров воды составляет 47 мм рт. ст., поэтому при полном увлажнении газовой смеси, т.е. когда наступает равновесие воды в обеих фазах, парциальное давление паров воды в смеси газов составляет 47 мм рт. ст. Подобно другим парциальным давлениям оно обозначается как РH2O.
Давление паров воды полностью зависит от температуры воды. Чем выше температура, тем больше кинетическая активность молекул, следовательно, больше вероятность выхода молекул воды с поверхности воды в газовую фазу. Например, давление паров воды при 0°С составляет 5 мм рт. ст., а при 100°С — 760 мм рт. ст. Важно запомнить величину давления паров воды при нормальной температуре тела — 47 мм рт. ст.; эта величина будет упоминаться в дальнейших обсуждениях.
