21.1A: Зовнішнє дихання

Last updated
Save as PDF

Page ID: 70407

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Дихання - це транспорт кисню до клітин всередині тканин і транспорт вуглекислого газу в зворотному напрямку.

Цілі навчання

Опишіть чотири стадії зовнішнього дихання

Ключові моменти

Зовнішнє дихання описує обмін газів між зовнішнім середовищем і кровоносним руслом.
Компоненти зовнішнього дихання включають площу альвеолярної поверхні, відповідність вентиляції та перфузії та градієнти парціального тиску.
Градієнти парціального тиску дозволяють газом надходити з областей високого тиску в області нижчого тиску.
Вентиляція і перфузія в альвеолах повинні бути збалансовані для підтримки ефективного газообміну.

Ключові умови

пасивна дифузія: Чистий рух матеріалу з області високої концентрації в область меншої концентрації без будь-якого введення енергії.
перфузія: кровопостачання альвеолярних капілярів, які повинні бути збалансовані за допомогою вентиляції.
Рівновага: Швидкість зміни газів в альвеолах і капілярі стають рівними один одному в кінці газообміну.

Зовнішнє дихання

Зовнішнє дихання - формальний термін для газообміну. Він описує як об'ємний потік повітря в легені і з них, так і перенесення кисню і вуглекислого газу в кров за допомогою дифузії. У той час як об'ємний потік повітря із зовнішнього середовища відбувається через зміни тиску в легенях, механізми альвеолярного газообміну ускладнюються. Первинними трьома компонентами зовнішнього дихання є площа поверхні альвеолярної мембрани, градієнти парціального тиску газів та узгодження перфузії та вентиляції.

Площа поверхні

Альвеоли мають дуже високе співвідношення площі поверхні до об'єму, що дозволяє забезпечити ефективний газообмін. Альвеоли покриті високою щільністю капілярів, які забезпечують безліч ділянок для газообміну.

Стінки альвеолярної мембрани тонкі і покриті рідким, позаклітинним матриксом, який забезпечує поверхню для дифузії молекул газу в повітрі легенів, звідки вони потім можуть дифузуватися в капіляри.

Градієнти парціального тиску

Градієнти парціального тиску (перепади парціального тиску) дозволяють навантаження кисню в кров і вивантаження вуглекислого газу з кровотоку. Ці два процеси відбуваються одночасно.

На цій ілюстрації показаний газообмін в альвеолі. На малюнку зображений потік крові, загорнутий навколо авеоли, при цьому кисень доставляється кров'ю до авеоли, а вуглекислий газ з авеоли, коли кров тече через нього. Це зовнішнє дихання, результат градієнтів парціального тиску, площа альвеолярної поверхні, а також узгодження вентиляції та перфузії.

Газообмін в альвеолі: Зовнішнє дихання є результатом градієнтів парціального тиску, площі альвеолярної поверхні, а також узгодження вентиляції та перфузії.

Кисень має градієнт парціального тиску близько 60 мм рт.ст. (100 мм рт.ст. в альвеолярному повітрі та 40 мм рт.ст. в дезоксигенізованій крові) і швидко дифундує з альвеолярного повітря в капіляр.

Рівновага між альвеолярним повітрям і капілярами досягається швидко, в межах першої третини довжини капіляра в межах третини секунди. Парціальний тиск кисню в насиченій киснем крові капіляра після кисневого навантаження становить близько 100 мм рт.ст.

Процес схожий на вуглекислий газ. Градієнт парціального тиску для вуглекислого газу набагато менший порівняно з киснем, він становить лише 5 мм рт.ст. (45 мм рт.ст. в дезоксигенізованій крові і 40 мм рт.ст. в альвеолярному повітрі).

Виходячи із закону Генрі, більша розчинність вуглекислого газу в крові порівняно з киснем означає, що дифузія все ще відбуватиметься дуже швидко, незважаючи на нижчий градієнт парціального тиску. Рівновага між альвеолярним повітрям і капілярами для вуглекислого газу досягається в межах першої половини довжини капілярів протягом півсекунди. Парціальний тиск вуглекислого газу в крові, що виходить з капілярів, становить 40 мм рт.ст.

Відповідність вентиляції та перфузії

Обмін газу і кровопостачання легенів повинен бути збалансованим, щоб полегшити ефективне зовнішнє дихання. Хоча важка вентиляція - перфузія невідповідність вказує на важкі захворювання легенів, незначні дисбаланси можна виправити, підтримуючи потік повітря, пропорційний капілярному кровотоку, що підтримує баланс вентиляції та перфузії.

Перфузія в капілярах підлаштовується під зміни в ПАО ₂. Звуження в дихальних шляхах (наприклад, від бронхоспазмів при нападі астми) призводять до зниження ПАО ₂, оскільки потік повітря в легені сповільнюється.

У відповідь артерії, що постачаються звуженими дихальними шляхами, піддаються звуженню судин, зменшуючи приплив крові в ці альвеоли, так що перфузія не стає набагато більшою щодо зниженої вентиляції (тип вентиляції-перфузії невідповідність називається шунтом).

Крім того, дихання більш високих концентрацій кисню з кисневого резервуара призведе до розширення судин і підвищеної перфузії крові в капілярах.

Вентиляція регулюється від змін у PACO ₂. Коли потік повітря стає вищим щодо перфузії, ПАКО ₂ зменшується, тому бронхіоли будуть звужуватися, щоб підтримувати баланс між повітряним потоком (вентиляцією) та перфузією. Коли потік повітря зменшується, PACO ₂ збільшується, тому бронхіоли будуть розширюватися, щоб зберегти рівновагу.