§ 20. Процеси газообміну в легенях і тканинах

Пригадайте будову кровоносної системи ссавців. Які кровоносні судини називають венами, а які – артеріями? Що таке мале та велике кола кровообігу, артеріальна й венозна кров? Які ви знаєте закони дифузії? Що таке гомеостаз?

Як відбувається обмін газів у легенях? Ви вже знаєте, що основна функція легень – це забезпечення газообміну між атмосферним повітрям і кров’ю. Під час вдиху атмосферне повітря надходить до легень і в альвеолах змішується з повітрям, яке залишилося в них після видиху.

По артеріях малого кола кровообігу венозна кров потрапляє в легені (пригадайте, який шлях проходить кров по малому колу кровообігу у ссавців). У венозній крові міститься значний відсоток вуглекислого газу. Через стінки капілярів альвеол відбувається газообмін між повітрям, яке міститься в альвеолах (альвеолярне повітря), та кров’ю: вона віддає вуглекислий газ і отримує кисень, тобто венозна кров перетворюється на артеріальну. Артеріальна кров виходить з легень через легеневі вени та прямує до серця.

Пригадаймо: атмосферне повітря є сумішшю різних газів, але основними його складовими є кисень, вуглекислий газ та азот. На кожного з них у цій газовій суміші припадає певна частка, яка відповідає такій у загальному атмосферному тиску. Вимірюють цю частку тиску в міліметрах ртутного стовпчика (скорочено мм рт. ст.). Концентрація газів у рідинах характеризується терміном напруження. Він означає, з якою силою розчинений газ намагається залишити рідину.

У повітрі, яке вдихає людина, кисню значно більше, ніж у венозній крові. Оскільки тиск кисню в альвеолярному повітрі більший (102 мм рт. ст.), ніж у венозній крові (40 мм рт. ст.), то згідно з основним законом дифузії кисень з альвеолярного повітря потрапляє крізь стінки альвеол та стінки капілярів у кров.

Вуглекислий газ переходить в альвеолярне повітря завдяки різниці між його напруженням у венозній крові (47 мм рт. ст.) і тиском в альвеолярному повітрі (40 мм рт. ст.). Як бачимо, ця різниця незначна, однак оскільки швидкість дифузії вуглекислого газу з крові приблизно у 25 разів більша, ніж кисню, то й цього достатньо для переходу вуглекислого газу з крові в альвеолярне повітря.

Цікаво знати

Щоб уявити масштаби газообміну, який відбувається в легенях, слід пам’ятати, що за добу в кожної людини за умов найбільшого спокою з альвеолярного повітря в кров надходить близько 500 л кисню, а з видихуваним повітрям виділяється близько 450 л вуглекислого газу. Зрозуміло, що за напруженої діяльності організму ці показники різко зростають.

Отже, завдяки інтенсивному обміну газів у легенях, тобто безперервному надходженню кисню та видаленню вуглекислого газу, склад альвеолярного повітря сталий, що має велике значення для підтримання гомеостазу.

Як відбувається газообмін у тканинах? Збагачена киснем артеріальна кров по великому колу кровообігу від серця надходить у капіляри, розміщені у всіх тканинах. Тут артеріальна кров перетворюється на венозну (позбавлену кисню і збагачену вуглекислим газом). Вона повертається до серця, а звідти – до легень. Таке переміщення газів з кровообігом має назву транспорт газів кров’ю. Значна частина кисню і вуглекислого газу переноситься у хімічно зв’язаному стані з білком гемоглобіном, який міститься в еритроцитах (1 г гемоглобіну зв’язує 1,34 мл кисню). Кров постачає до тканин кисень у вигляді окисненого гемоглобіну (оксигемоглобіну НbО₂) – нестійкої сполуки, яка легко розпадається і вивільняє кисень (мал. 83).

Газообмін у тканинах також відбувається за основним законом дифузії. У тканинах кисень з капілярів, де його концентрація більша, переходить у тканинну рідину з меншою концентрацією цього газу, а з неї – у клітини. Вуглекислий газ, навпаки, переходить з клітин у міжклітинну рідину, а з неї – у кров. Як це відбувається? В артеріальній крові капілярів уміст кисню більший, ніж у клітинах. Завдяки дифузії кисень через стінки капілярів легко переходить у тканинну рідину, з якої проникає в клітини. Там він відразу вступає в реакції окиснення органічних речовин (білків, жирів, вуглеводів). Тому кисень в клітинах не запасається.

Унаслідок процесів окиснення у клітинах збільшується вміст вуглекислого газу. Він так само завдяки дифузії з клітин через тканинну рідину надходить у капіляри, у яких частина (близько 25 %) вуглекислого газу зв’язується з гемоглобіном, утворюючи нестійку сполуку (карбгемоглобін). Решта (близько 75 %) вуглекислого газу зв’язується з плазмою крові, утворюючи карбонатну кислоту (Н₂СО₃). Так артеріальна кров перетворюється на венозну, яка по венах великого кола кровообігу надходить до серця, звідти судинами малого кола кровообігу – до легень. У легенях карбгемоглобін розпадається, вуглекислий газ вивільняється і виводиться з організму.

Чи змінюється склад повітря в легенях? Ви пам’ятаєте, що до складу атмосферного повітря входить майже 21 % кисню, близько 79 % азоту, приблизно 0,03 % вуглекислого газу, невелика кількість водяної пари та інертних газів. Саме такий склад вдихуваного повітря, яке надходить до нашого організму. Завдяки змінам частоти і глибини дихання в альвеолах підтримується відносно стабільний склад газів. Повітря, яке видихається, називають видихуваним. Його склад порівняно з вдихуваним інший: вміст у ньому кисню знижується, а вуглекислого газу збільшується (див. таблицю 5).

Мал. 83. Молекула гемоглобіну здатна приєднувати та віддавати кисень

СКЛАД АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ ТА ПОВІТРЯ ПІСЛЯ ВИДИХУ

Вміст газів (%)

Легені

Легені є важливим компонентом дихальної системи та відіграють важливу роль у диханні та насиченні організму киснем. Вони розташовані в грудях і відповідають за надходження кисню та виведення вуглекислого газу, допомагаючи підтримувати належний баланс газів в організмі. У цій статті ми дослідимо анатомію та функцію легенів, а також поширені легеневі захворювання та їх профілактику та лікування.

Анатомія легень

Легені є парними органами, причому права легеня складається з трьох часток, а ліва легеня – з двох, через наявність серця в лівій частині грудної клітки. Легені оточені тонким шаром тканини, яка називається плеврою, яка допомагає захищати та пом’якшувати їх під час дихання. Кожна легеня ділиться на кілька сегментів, які називаються частками, які далі поділяються на менші частини, які називаються часточками.

Трахея є основним дихальним шляхом, який веде від рота та носа до легенів. Трахея розгалужується на дві менші трубки, які називаються бронхами, які входять у легені та далі діляться на менші бронхіоли. Згодом бронхіоли переходять до крихітних повітряних мішків, які називаються альвеолами, де відбувається газообмін. Стінки альвеол тонкі й оточені крихітними кровоносними судинами, які називаються капілярами, що дозволяє кисню та вуглекислому газу вільно переміщатися між повітряними мішками та кровотоком.

Функція легенів

Основною функцією легенів є газообмін, зокрема кисню та вуглекислого газу. Кисень необхідний для клітинного дихання, яке виробляє енергію для клітин організму, тоді як вуглекислий газ є відходами, які потрібно видалити з організму. Коли ми вдихаємо, повітря потрапляє в легені через трахею і бронхи, зрештою досягаючи альвеол, де кисень обмінюється на вуглекислий газ. Коли ми видихаємо, повітря, багате вуглекислим газом, викидається з легенів і видихається через рот і ніс.

Окрім газообміну, легені також відіграють роль у регуляції рН-балансу організму. Коли вуглекислий газ накопичується в організмі, це може призвести до зниження pH, що робить кров більш кислою. Легені допомагають регулювати цей баланс, збільшуючи або зменшуючи швидкість і глибину дихання, дозволяючи більшій чи меншій кількості виводити з організму вуглекислий газ.

Поширені захворювання легень

Існує кілька поширених захворювань легенів, які можуть вплинути на функцію легенів, зокрема:

1. Астма – хронічне захворювання легенів, що характеризується запаленням і звуженням дихальних шляхів, що призводить до утрудненого дихання, кашлю та хрипів.
2. Хронічна обструктивна хвороба легень (ХОЗЛ) – група захворювань легенів, що включає хронічний бронхіт і емфізему, що характеризується прогресуючим ураженням дихальних шляхів і зниженням функції легень.
3. Рак легенів – тип раку, який виникає в легенях, часто спричинений курінням або впливом шкідливих хімічних речовин.
4. Пневмонія – інфекція легень, викликана бактеріями, вірусами або грибками, що призводить до запалення та накопичення рідини в повітряних мішках.
5. Легенева емболія – закупорка однієї або кількох артерій у легенях, зазвичай спричинена згустком крові, що призводить до зниження оксигенації та потенційного пошкодження легенів.

Профілактика та лікування захворювань легень

Профілактика та лікування захворювань легенів різниться залежно від конкретного стану, але є деякі загальні кроки, які можуть сприяти здоровій роботі легенів:

1. Киньте палити. Куріння є значним фактором ризику захворювань легенів, таких як рак легенів, ХОЗЛ і пневмонія. Відмова від куріння може значно знизити ризик розвитку цих станів, а також може допомогти покращити функцію легенів у тих, хто вже страждає.
2. Уникайте впливу шкідливих хімічних речовин. Вплив таких хімічних речовин, як азбест, радіація та забруднення повітря може збільшити ризик захворювань легенів. Вживання заходів для уникнення впливу цих хімічних речовин, наприклад носіння захисного спорядження під час роботи з ними або уникнення місць із високим рівнем забруднення повітря, може допомогти зменшити ризик захворювання легенів.
3. Регулярно займайтеся спортом. Регулярні фізичні вправи можуть допомогти покращити функцію легенів і загальний стан здоров’я, зменшуючи ризик захворювання легенів.
4. Дотримуйтесь належної гігієни. Дотримання гігієни, як-от часте миття рук і уникнення тісного контакту з хворими людьми, може допомогти зменшити ризик респіраторних інфекцій, таких як пневмонія.
5. Зверніться за медичною допомогою. Якщо Ви відчуваєте такі симптоми, як кашель, хрипи або задишка, важливо звернутися за медичною допомогою. Рання діагностика та лікування захворювань легенів може допомогти запобігти подальшому пошкодженню та покращити результати.

Лікування захворювань легенів залежить від конкретного стану та може включати такі ліки, як бронходилататори, стероїди та антибіотики, а також зміни способу життя, такі як відмова від куріння та збільшення фізичних вправ. У важких випадках може знадобитися хірургічне втручання, наприклад трансплантація легенів.

Висновок

Легені відіграють вирішальну роль у дихальній системі, надаючи можливість обміну кисню та вуглекислого газу, необхідних для клітинного дихання. Розуміння анатомії та функції легенів може допомогти сприяти здоровій функції легенів, запобігати та лікувати легеневі захворювання. Вживаючи заходів для захисту та підтримки здоров’я легенів, ми можемо покращити загальний стан здоров’я та якість життя.