Диффузия газов через жидкости. Механизмы диффузии газов через жидкости
а) Разница в давлении определяет направление диффузии. Теперь вернемся к проблеме диффузии. Из предыдущих обсуждений ясно: когда парциальное давление газа в одной зоне больше, чем в другой, будет наблюдаться диффузия молекул из зоны высокого давления в направлении зоны низкого давления.
На рисунке ниже легко увидеть, что молекулы, находящиеся в зоне высокого давления, из-за большего их числа имеют больше шансов случайного попадания в зону низкого давления, чем молекулы, стремящиеся в противоположную сторону.
Диффузия кислорода из одной зоны (А) в другую (Б). Разница в длине стрелок представляет величину конечной диффузии
Однако некоторые молекулы все же случайно попадают из зоны низкого давления в зону высокого давления, поэтому общая диффузия газа из зоны высокого давления в зону низкого давления равняется разнице между числом молекул, двигающихся в одном направлении, и числом молекул, двигающихся в противоположную сторону. Это число пропорционально разнице парциальных давлений газа в этих двух зонах — диффузионному градиенту давления.
б) Определение скорости диффузии в жидкостях. Кроме градиента давления на скорость диффузии газа в жидкости оказывают влияние и некоторые другие факторы. Такими факторами являются:
(1) растворимость газа в жидкости;
(2) площадь поперечного сечения массы жидкости;
(3) величина диффузионной дистанции;
(4) молекулярная масса газа;
(5) температура жидкости.
В живом организме последний из перечисленных факторов (температура), остается относительно постоянной величиной, поэтому его обычно не учитывают.
Чем больше растворимость газа, тем больше количество молекул, способных к диффузии при данной величине парциального давления. Чем больше поперечное сечение диффузионного пути, тем больше число диффундирующих молекул. И наоборот, чем длиннее путь диффузии молекул, тем больше времени потребуется молекулам для прохождения всей дистанции. И наконец, скорость диффузии газа тем больше, чем больше скорость кинетического движения молекул, которая обратно пропорциональна квадратному корню молекулярной массы.
Все эти факторы можно объединить в одну формулу:
где D — скорость диффузии, ΔР — градиент парциального давления между концами диффузионного пути, А — площадь поперечного сечения диффузионного пути, S — растворимость газа, d — диффузионная дистанция, MW — молекулярная масса газа.
Из формулы видно, что два фактора в ней определяются самим газом: растворимость и молекулярная масса. Вместе эти факторы определяют величину диффузионного коэффициента газа, который пропорционален .
Это значит, что относительная скорость, с которой будут диффундировать разные газы при одной и той же величине парциального давления, пропорциональна диффузионному коэффициенту каждого из них. Принимая диффузионный коэффициент кислорода за единицу, относительные диффузионные коэффициенты важных для процесса дыхания газов в жидкостях тела имеют следующие значения.
в) Диффузия газов в тканях. Все участвующие в процессе дыхания газы легко растворимы в липидах и, соответственно, в клеточных мембранах. Из-за этого движение газов в тканях лимитируется главным образом скоростью, с которой газы могут диффундировать через содержащуюся в тканях воду, а не скоростью прохождения клеточных мембран, поэтому диффузия газов через ткани, включая дыхательную мембрану, практически не отличается от диффузии газов в воде.
Видео физиология газообмена в легких и транспорта газов кровью - профессор, д.м.н. П.Е. Умрюхин
.
