Какие физические закономерности лежат в основе газообмена в тканях
После поступления свежего воздуха в альвеолы начинается следующий этап дыхательного процесса: диффузия кислорода из альвеол в кровь и диффузия двуокиси углерода в обратном направлении — из крови в альвеолы. Процесс диффузии представляет собой беспорядочное движение молекул, прокладывающих себе дорогу через дыхательную мембрану и жидкости во всех направлениях. Однако в физиологии дыхания нас интересуют не только основные механизмы диффузии, но и ее скорость, что представляет собой намного более сложную проблему и потребует более глубоких знаний в области физики диффузии и обмена газов.
Физические основы диффузии и парциальные давления газов
Все газы, представляющие интерес для физиологии дыхания, являются простыми молекулами, которые свободно перемещаются в смеси. Этот процесс называют диффузией. Это справедливо и для газов, растворенных в жидкостях и тканях тела.
Для процесса диффузии необходимо наличие источника энергии. Энергия производится кинетическим движением самих молекул. При температуре выше абсолютного нуля молекулы находятся в постоянном движении. Это значит, что свободные молекулы, не связанные с другими молекулами, двигаются линейно на высокой скорости до встречи с другими молекулами. После столкновения их движение получит новое направление — до следующего столкновения. Таким образом, молекулы находятся в быстром и случайном движении среди себе подобных.
а) Диффузия газа одном направлении. Влияние градиента концентрации. Если в емкости или в растворе концентрация одного газа в одной зоне высокая, а в другой — низкая (для облегчения понимания просим вас изучить рисунок ниже), то суммарная диффузия газа будет направлена от зоны с высокой концентрацией в зону с низкой концентрацией: на рисунке в зоне А находится больше молекул, способных двигаться в направлении зоны Б, чем молекул, которые могут переместиться в обратном направлении, поэтому диффузия в каждом из направлений пропорциональна концентрации молекул, что на рисунке демонстрирует длина стрелок.
Диффузия кислорода из одной зоны (А) в другую (Б). Разница в длине стрелок представляет величину конечной диффузии
б) Давление газов в газовой смеси. Парциальные давления отдельных газов. Давление создается множественными ударами движущихся молекул о поверхность, поэтому давление газа на поверхности дыхательных ходов и альвеол пропорционально суммарной силе ударов о поверхность всех молекул данного газа в данный момент, т.е. давление газа прямо пропорционально концентрации молекул газа.
В физиологии дыхания мы имеем дело со смесями газов, состоящих главным образом из кислорода, азота и двуокиси углерода. Скорость диффузии каждого из них прямо пропорциональна давлению, создаваемому только этим газом, и это давление называют парциальным давлением данного газа. Далее приводим объяснение концепции парциального давления.
Воздух состоит примерно из 79% азота и 21% кислорода. Общее давление этой смеси на уровне моря равно 760 мм рт. ст. Из приведенного ранее объяснения молекулярных основ возникновения давления ясно, что доля каждого газа в давлении их смеси находится в прямой пропорции с его концентрацией, поэтому 79% из 760 мм рт. ст. давления воздуха создается азотом (600 мм рт. ст.) и 21% — кислородом (160 мм рт. ст.). Таким образом, парциальное давление азота в смеси составляет 600 мм рт. ст., парциальное давление кислорода — 160 мм рт.ст., а общее давление (760 мм рт. ст.) является суммой отдельных парциальных давлений. Парциальное давление отдельных газов обозначают PCO2, PO2, PN2, PH2O, PHe и т.д.
Видео физиология газообмена в легких и транспорта газов кровью — профессор, д.м.н. П.Е. Умрюхин
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
ГДЗ биология 8 класс Колесов, Маш, Беляев Дрофа Задание: § Стр 177
№ 1. Где находятся лёгкие? Каково их строение?
Лёгкие находятся в грудной полости, в правой и левой ее половине, ограничивая по бокам органокомплекс средостения. Имеют форму полуконуса, верхушка которого на 1 – 3 см выступает выше ключицы в область надплечья, а основание лежит на диафрагме. Лёгкие обладают выпуклой рёберной поверхностью, вогнутую средостенную и диафрагмальную поверхность, которая обращена к органам средостения. На средостенной поверхности лёгких имеются углубления. Это ворота лёгких, в которые входят лёгочная артерия, бронхи, а выходят две лёгочные вены. На средостенной поверхности левого лёгкого находится глубокое сердечное вдавление. На переднем ее крае – сердечная вырезка. Правое лёгкое состоит из трёх долей, а левое – из двух. Скелет каждого лёгкого образует древовидно разветвляющиеся бронхи. Снаружи лёгкие покрыты серозной оболочкой – лёгочной плеврой и лежат в плевральном мешке.
№ 2. Почему каждое лёгкое находится в герметически замкнутом пространстве?
Герметично замкнутое пространство необходимо для сохранения целостности лёгких. Во время вдоха и выдоха происходит движение диафрагмы и дыхательных мышц. Герметичное пространство снижает коэффициент сопротивления и увеличивает количество воздуха, который попадает в лёгочные мешки.
№ 3. Лёгочная плевра обладает эластичностью: она непрерывно растягивается и сжимается. За счёт какой ткани это возможно?
Это возможно за счёт мышечной ткани.
№ 4. Что общего и в чём различие газообменов, происходящих в лёгких и других тканях?
Газообмен в лёгких и в других тканях происходит благодаря диффузии.
Различие в том, что газообмен в лёгких подразумевает насыщение крови кислородом. В тканях же происходит насыщение крови углекислым газом.