Парциальные давления дыхательных газов

Согласно закону Дальтона парциальное давление (напряжение) каждого газа в смеси (Рr) пропорционально его доле от общего объема, т.е. его фракции (Fr). Применяя этот закон к дыхательным газам, необходимо учитывать, что атмосферный воздух, как и альвеолярная газовая смесь, содержит не только О₂, СО₂, N₂ и благородные газы, но и водяной пар, имеющий некое парциальное давление (Pн₂о). Поскольку фракции газов приводятся для сухой их смеси, в уравнении для закона Дальтона из общего давления (атмосферное давление: Р_атм) следует вычесть давление водяного пара. Тогда парциальное давление газа будет определяться по формуле:

[1] Рr = Fr (Р_атм - Pн₂о)

Если подставить в уравнение парциального давления газов значения Fr для кислорода или углекислого газа в атмосферном воздухе: 21% (0,21) и 0,03% (0,0003) и давления водяного пара (47 мм рт ст), то можно вычислить, что парциальное давление указанных газов в атмосферном воздухе над уровнем моря (Р_атм = 760 мм рт ст) составит, соответственно, 150 мм рт ст (20кПа) для кислорода и 0,2 мм рт ст (0,03 кПа) для углекислого газа.

Из представленной формулы следует, что снижение барометрического давления, или уменьшение удельного содержания газа (кислорода – FrО₂) во вдыхаемом воздухе будет сопровождаться падением во вдыхаемом воздухе парциального давления этого газа (кислорода – РrО₂).

Напряжение кислорода в альвеолярной газовой смеси в стандартных условиях вентиляции зависит не только от его потребления, но и от выведения углекислого газа. Соответственно, при расчете парциального давления кислорода в альвеолярной газовой смеси (Р_АО₂) вносится поправка на выведение СО₂, образующегося в процессе метаболизма. Таким образом, расчетная формула определения Р_АО₂ выглядит следующим образом:

РаСО₂

[2] Р_АО₂ = РrО₂ – ^________ ,

R

где РаСО₂ – парциальное давление углекислого газа в артериальной крови (40 мм рт ст);

R – дыхательный коэффициент, характеризующий отношение выделенного СО₂ к поглощенному О₂ (в отсутствии стресса и при нормальном питании = 0,8).

Подставляя значения этих показателей, находим:

Р_АО₂ = 150 – ^________ = 100 мм рт ст (13,3 кПа)

0,8

Парциальное давление углекислого газа в альвеолярной газовой смеси составляет 40 мм рт ст (5,3 кПа). Из приведенной формулы [2] следует, что уменьшение PrO₂ будет сопровождаться снижением Р_АО₂.

Как известно, газообмен в легких идет в направлении градиентов парциальных давлений по обе стороны альвеолярно-капиллярной мембраны (Δ). Для кислорода этот градиент соответствует разнице между Р_АО₂ и напряжением кислорода в капиллярах венозной крови (40 мм рт. ст.), поступающей в легкие . Однако, за время прохождения крови через легочные капилляры (0,3 сек) это давление быстро нарастает и уже через 0,1 сек составляет ≈ 90% от величины альвеолярного давления (Г. Тевс, 2007), а в последующие 0,2 сек напряжение кислорода в капиллярах уравнивается с альвеолярным. Поэтому вводится понятие среднего градиента давления между альвеолярной газовой смесью (100 мм рт ст) и кровью легочных капилляров (90 мм рт. ст.), который составляет 10 мм рт. ст.

Падение Р_АО₂ приведет к пропорциональному снижению нормального значения напряжения кислорода в артериальной крови (85-90 мм рт. ст.), что и определит развитие артериальной гипоксемии. При этом, Δ (Р_АО₂ – РаО₂) останется без изменений, фиксируясь на более низких значениях.