Венозно-артериальные шунты.

Большая часть выбрасываемой правым сердцем крови имеет диффузионный контакт с поверхностью альвеол, однако, небольшой объем этой крови не участвует в газообмене. Эта часть крови смешивается с оксигенированной кровью перед тем, как попадает в системное кровообращение (так называемый шунтовой кровоток). Существуют естественные анатомические шунты - малые сердечные вены Тебезия, открывающиеся в левый желудочек, и бронхиальные вены. Сосуды, перфузируемых, но не вентилируемых альвеол представляют собой функциональные шунты. По любым из этих шунтов кровь из системных вен поступает в артерии большого круга, минуя участки, в которых происходит газообмен, поэтому состав ее не изменяется. Несмотря на то, что у здорового человека на долю такого шунтового кровотока приходится всего около 2% общего сердечного выброса, напряжение О₂ в артериях после перемешивания с этой кровью снижается на 5-10 мм рт. ст. по сравнению со средним напряжением О₂ в конечных отделах капилляров легких. При врожденных пороках сердца (например, незаращение межжелудочковой перегородки) или сосудов (например, незаращение артериального протока) через шунты сбрасывается значительно больший объем крови, что приводит к гипоксии (пониженное напряжение О₂) и гиперкапнии (повышенное содержание СО₂).

Основные факторы, от которых зависят насыщение крови в легких кислородом и удаление из нее углекислого газа ― это альвеолярная вентиляция Va, перфузия легких Q и диффузионная способность легких Dл. Эффективность дыхания определяется не столько этими тремя факторами как таковыми, сколько их соотношениями, в частности Vа/Q и Dл/Q. Еще один фактор, влияющий на газообмен, ― это местная неравномерность вентиляции, перфузии и диффузии в различных отделах легких. Вследствие этой неравномерности газообмен происходит менее эффективно: напряжение О₂ в крови артерий большого круга снижается, а напряжение СО₂ слегка повышается.

Неравномерность вентиляционно-перфузионного соотношения в различных отделах легких имеет особое значение, как при нормальной, так и при патологической физиологии. Для того чтобы оценить это распределение, были разработаны различные методики. Региональное распределение альвеолярной вентиляции исследуют с помощью радиоактивного газа (например, ¹³³Хе), добавляя его во вдыхаемый испытуемым воздух, а затем измеряя радиоактивность над разными участками грудной клетки. Таким же образом изучают и распределение перфузии: вводят внутривенно раствор, содержащий радиоактивный газ; при прохождении крови через легкие этот газ диффундирует в альвеолы; об объеме локальной перфузии легких судят по величине радиоактивности над разными участками грудной клетки. В сочетании оба этих метода позволяют количественно оценивать региональное распределение Va/Q.

Напряжения дыхательных газов в крови претерпевают характерные возрастные изменения. Напряжение О₂ в артериальной крови у здоровых молодых людей в среднем составляет около 95 мм рт.ст. (12,6 кПа); к 40 годам оно снижается примерно до 80 мм рт.ст. (10,6 кПа), а к 70 годам ― приблизительно до 70 мм рт.ст. (9,3 кПа). Возможно, эти изменения связаны с тем, что с возрастом увеличивается неравномерность функционирования различных участков легких. Напряжение СО₂ в артериальной крови, равное у молодых людей примерно 40 мм рт.ст. (5,3 кПа), с возрастом изменяется незначительно.

Измерительную аппаратуру для определения парциального давления газов в микрообъемах крови можно сделать настолько миниатюрной, что для анализа напряжения О₂ в артериальной крови потребуется всего несколько капель крови. Кровь при этом обычно берут из мочки уха, предварительно добившись того, чтобы кровоток в ней был максимальным. Необходимо, чтобы кровь не контактировала с воздухом при переносе ее в измерительную ячейку.

Напряжение СО₂ также можно измерять в .очень небольших порциях артериальной крови. В данном случае применяют электрод, который служит для измерения рН. Как и при определении напряжения кислорода, между жидкостью, окружающей электрод, и кровью помещают мембрану, проницаемую для газов, но не для ионов. Вследствие этого на рН раствора электролита (NaHCO₂) могут влиять только изменения напряжения СО₂ в крови, и об этом напряжении можно судить по показаниям амперметра после его соответствующей калибровки. Измерять напряжение СО₂ в небольшом количестве крови можно также при помощи метода Аструпа.

Если требуется измерить не напряжение, а содержание газов в крови, используют методы, при которых сначала полностью извлекают газы из крови, а затем измеряют их давление или объем.

ТРЕТЬЕЕ ЗВЕНО ДЫХАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА

Этим звеном дыхательного процесса является транспорт газов кровью. Они в основном переносятся от легких к тканям в виде соединений с гемоглобином (HbO₂₎ или карбгемоглобин - соединение с углекислым газом; частично газы транспортируются в растворенном состоянии, а углекислый газ в виде угольной кислоты и бикарбонатов.

К количественным методам определения содержания газов относятся: 1) физические методы, 2) химические, 3) комбинированные — включают в себя и физические, и химические методы.

К физическим методам относится метод Сеченова. Суть этого метода состоит в том, что в определенной системе создается вакуум. Эта система через трубку с закрытым краном соединяется с определенным объемом крови. При открытии крана, кровь «вскипает» и газы поступают в вакуум. Далее определяют объем всех газов.

К химическим методам относится метод Баркрофта. В основе этого метода лежит химическое вытеснение газов (кислорода и СО₂). Для вытеснения кислорода используют красную кровяную соль, для вытеснения СО₂ — слабые органические кислоты (виннокаменную и др.). Чисто физические и чисто химические методы не дают полного извлечения газов, поэтому был разработан комбинированный метод—метод Ван-Слайка. Этот метод включает в себя как физическое, так и химическое вытеснение газов, поэтому является более точным, т.к. газы извлекаются более полно. При работе с первыми образцами таких приборов требовались значительные количества крови (0,5-2 мл), которые можно было получить лишь путем пункции артерии. В дальнейшем эта методика была усовершенствована, и теперь она позволяет измерять содержание О₂ и СО₂ в небольшом объеме крови.

Кроме количественного, абсолютного содержания газов, есть методы, позволяющие определить относительное содержание кислорода — оксигемометрический и оксигемографический методы. При этом производят измерение степени насыщения гемоглобина кислородом. Чем больше кислорода в крови, тем больше фотоэффект, который улавливается специальным фотодатчиком, наложенным на ушную раковину или мочку уха. В покое степень оксигенации около 94-96%. 100% оксигенации не бывает даже при вдыхании чистого О₂. Эти методы позволяют в динамике наблюдать степень оксигенации, что важно при производстве крупных полостных операций, заболеваниях дыхательной и Перенос кислорода кровью

Физическая растворимость газов. Почти во всех жидкостях может содержаться некоторое количество физически растворенных газов. Содержание растворенного газа в жидкости зависит от его парциального давления. Если жидкость привести в состояние термодинамического равновесия с находящимся над ней газом (для этого необходимо, чтобы площадь соприкосновения и время контакта обеих фаз были достаточно велики), то в жидкости создается напряжение газа, равное его парциальному давлению в газовой фазе.

Содержание газа в жидкости в физически растворенном виде зависит от его напряжения.

Так, в артериальной крови (при РО₂= 95 мм рт.ст. и PСО₂ = 40 мм рт.ст.) содержание физически растворенного О₂ составляет 0,003 мл О₂; на 1 мл крови, а СО₂ ― 0,026 мл СО₂ на 1мл крови. Несмотря на то что напряжение СО₂; ниже, чем напряжение О₂, количество физически растворенного СО₂ в 9 раз больше. Это объясняется тем, что коэффициент растворимости для СО₂; в 20 раз больше, чем для О₂.

Хотя содержание в крови О₂ и СО₂ в физически растворенной форме относительно невелико, эта их форма играет огромную роль в жизнедеятельности организма. Для того чтобы связаться с теми или иными веществами, дыхательные газы сначала должны быть доставлены к ним в физически растворенном виде. Таким образом, при диффузии в ткань или из нее каждая молекула О₂ или СО₂ в течение некоторого времени находится в растворенной форме.