Основным местом газообмена являются альвеолы. Газы обмениваются между тканями и кровью. Углекислый газ и кислород обмениваются в этих местах путём простой диффузии по градиенту давления или концентрации. На скорость диффузии влияют два важных фактора:
Растворимость газов
Толщина мембран
На нижнем фото показаны парциальные давления двух газов в атмосфере и места диффузии.
Градиент давления также возникает для углекислого газа в противоположном направлении, то есть от крови к альвеолам и от тканей к крови. Растворимость углекислого газа в 20–25 раз выше, чем растворимость кислорода, поэтому количество углекислого газа, которое может диффундировать через мембрану на единицу разницы в парциальном давлении, очень велико по сравнению с количеством кислорода.
Диффузионная мембрана состоит из трех основных слоев:
Тонкий плоский эпителий альвеол
Эндотелий альвеолярных капилляров
Тонкий материал основы
Все факторы в нашем организме способствуют диффузии кислорода из альвеол в ткани и углекислого газа из тканей в альвеолы.
Перенос газов
Транспорт кислорода и углекислого газа происходит в крови. Около 97% кислорода переносится красными кровяными тельцами. Остальные 3% кислорода переносятся в растворенном виде через плазму. Около 20-25% углекислого газа переносится красными кровяными тельцами, тогда как 70% переносится в виде бикарбоната. Около 7% углекислого газа переносится в растворенном виде через плазму.
Перенос кислорода
Гемоглобин имеет красный цвет из-за содержащегося в нём железа, поэтому наша кровь красная. Кислород может вступать в обратимую реакцию с гемоглобином, образуя оксигемоглобин.
Все молекулы гемоглобина способны переносить четыре молекулы кислорода.
Парциальное давление, создаваемое углекислым газом, температура и ионы водорода — вот некоторые другие факторы, которые могут препятствовать этому связыванию.
Если построить график зависимости процентного насыщения гемоглобина кислородом от pO2, получится сигмоидальная кривая. Эта кривая известна как кривая диссоциации кислорода.
Эта кривая очень полезна для изучения влияния таких факторов, как концентрация ионов водорода, парциальное давление углекислого газа, на связывание кислорода с гемоглобином.
В альвеолах высокое парциальное давление O2, низкое парциальное давление CO2, низкая температура и меньшая концентрация ионов водорода, что способствует диссоциации кислорода из оксигемоглобина. Это означает, что кислород присоединяется к гемоглобину в лёгких и диссоциирует в тканях.
При нормальных физиологических условиях в каждую 100 мл насыщенной кислородом крови поступает около 5 мл кислорода.
Перенос углекислого газа
Углекислый газ переносится гемоглобином в форме карбоксигемоглобина (20-25%)
Парциальное давление углекислого газа влияет на связывание.
Когда парциальное давление углекислого газа низкое, а парциальное давление кислорода высокое, это приводит к диссоциации углекислого газа из карбоксигемоглобина, то есть углекислый газ, присоединённый к гемоглобину в тканях, переносится в альвеолы.
Карбоангидраза — фермент, присутствующий в высокой концентрации в эритроцитах и в низкой концентрации в плазме, — способствует реакции в обоих направлениях.
В тканях, где парциальное давление углекислого газа высокое из-за катаболических реакций, углекислый газ диффундирует в кровь и образует карбонат водорода (HCO3) и ионы водорода.
В альвеолах, где парциальное давление низкое, реакция идёт в обратном направлении, в результате чего образуются углекислый газ и вода. Таким образом, углекислый газ задерживается в виде бикарбоната в тканях и переносится в альвеолы, где углекислый газ высвобождается.
4 мл углекислого газа поступает в альвеолы с каждыми 100 мл дезоксигенированной крови.