Рассчет обмена газов в тканях. Рассчет сатурации и десатурации
Рассмотрим реакцию человеческого организма на дыхание чистым воздухом при нормальном атмосферном давлении. В некоторый момент времени t = 0 человека внезапно подвергают действию повышенного давления Р1. Это новое давление будет сразу передано на поверхность альвеол в легких, и газ начнет растворяться в пронизанной кровеносными сосудами легочной ткани.
Насколько известно из относительно современных представлений, для того чтобы растворенные в стенке альвеол молекулы газа поступили в подлежащие капилляры, требуется приблизительно 0,01 с. Учитывая факт прохождения кровью длины капилляра легких приблизительно за 0,1 с, вполне понятно, что кровь, покидающая капилляры, полностью уравновешена по давлению с кровью альвеол.
Поэтому для упрощения примем, что снабжение тканей артериальной кровью проходит при полном равновесии с давлением вдыхаемого газа, и какие бы изменения в давлении этого газа не происходили, они немедленно будут отражены давлением артериальной крови. К счастью, принятые допущения не ведут к ошибкам, превышающим несколько процентов, и при условии, что если физиологические функции организма в процессе погружения изменяются незначительно, ошибки будут довольно постоянными, а следовательно, могут не учитываться.
Итак, давление крови находится в состоянии равновесия с давлением вдыхаемого газа в легких и через артериальную систему доставляется ко всем тканям организма. Следующий этап проблемы состоит в решении вопроса, каким образом растворенный в артериальном притоке крови газ распределяется по конкретным участкам тканей. Гистологические исследования в большинстве тканей выявляют огромное количество капилляров на единицу объема.
Данные величины будут варьировать от нескольких сотен в хорошо васкуляризованных тканях до, что не исключено, лишь одного реально существующего капилляра на 1 мм3, например в такой ткани, как жировая. Однако главная особенность, которую следует подчеркнуть, состоит в том, что межкапиллярное расстояние почти во всех тканях тела измеряется долями миллиметра, и при общепринятых нормальных коэффициентах диффузии для таких небольших молекул, как молекулы азота и гелия, было бы невозможным поддерживать большие градиенты концентрации внутри тканевого объема.
Снова для упрощения и при этом без существенной погрешности допустим, что концентрация растворенного газа по всему объему ткани одинакова.
Предположим, что объемная скорость притекающей к ткани артериальной крови равна v мл/с. Тогда объемная скорость оттекающей венозной крови должна быть также равной v мл/с, иначе ткань будет постепенно набухать или сморщиваться. Допустим, что растворимость нейтрального газа при атмосферном давлении и температуре 37 °С будет равна S1 мл на каждый 1 мл крови. Если давление вдыхаемого газа сохраняется постоянным на уровне Р1, то общее количество растворенного газа, поступающего в ткань в 1 с, составит P1-S1*v мл.
Если рассматривать ткань как содержащую растворенный газ с напряжением Р (кгс/см2), где Р, как указывалось выше, одинаково по всему объему ткани, а следовательно, и в венозном оттоке, тогда общее количество растворенного газа, покидающего ткань в 1 с, будет равно P*S1*v мл.
Величина накопления газа в ткани за каждую секунду представляет собой разность между количеством поступающего и покидающего ткань газа, т. е. (P1—P)*S1*v. Теперь это количество газа распределяется в 1 с в объеме ткани V с растворимостью S2.
Предположим, что пройдет очень небольшой промежуток времени At, в течение которого несколько увеличится напряжение газа в ткани (АР). При этом количество растворенного газа составит P*S2*V мл. За этот же промежуток времени кровь доставит к ткани (P1—Р)*S1*v*t мл растворенного газа. Эти величины должны быть равными, т. е. Во многих ситуациях, в которые вовлечены экспоненциальные постоянные времени (например, радиоактивный распад), общепринято использовать период полупроцесса как меру скорости протекания явления.
Все экспоненциальные зависимости имеют одинаковую форму и общее для них несложное свойство, заключающееся в том, что если ti — время, за которое исходное значение функции уменьшится наполовину по отношению к той величине, что будет при t = oo, то через 2t1 исходное значение уменьшится на 3/4 через 3t1 это уменьшение составит 7/8 и т. д. При каждом дополнительном периоде полупроцесса величина функции уменьшается наполовину между предыдущим и последующим ее значениями, и так до бесконечности. Для построения декомпрессионных водолазных таблиц Холдейн выбрал ткани с периодами полусатурации (полудесатурации) газа, равными 5, 10, 20, 40 и 75 мин.
Нельзя не заметить, что он производил удвоение периодов полупроцесса с 5 до 40 мин, а затем сделал отклонение, выбрав 75 вместо 80 мин.
