Растворимость и парциальные давления газов

При изучении физиологии дыхания под повышенным давлением следует учитывать не только изменения, связанные с увеличением давления и уменьшением объема воздуха или дыхательных смесей, но и влияние этих изменений на их растворение и выделение из растворов.

В легких кровь вступает на большой площади в тесное соприкосновение с газами, в результате чего происходит поглощение кровью кислорода и высвобождение из нее углекислого газа, который выводится из легких при дыхании. Изменение давления дыхательных газов в легких может привести к нарушению этого равновесия. Вследствие того что воздух представляет собой смесь газов, состоящую главным образом из азота и кислорода, следует рассмотреть воздействие этих газов на организм человека в зависимости от их парциальных давлений.

В данном случае нам на помощь приходят два других газовых закона—закон Дальтона и закон Генри.

Закон Дальтона гласит: «В смеси газов давление одного из них равно такому давлению, каким оно было бы в том случае, если бы этот газ занимал весь объем».

Суть закона Генри заключается в том, что при постоянной температуре количество газа, растворенного в жидкости, при соприкосновении жидкости и газа пропорционально парциальному давлению этого газа.

Необходимо четко представлять себе смысл понятия «парциальное давление». Воздух при атмосферном давлении может послужить в этом отношении хорошим примером. Воздух представляет собой смесь газов, состоящую из 79% азота и приблизительно 21% кислорода. Небольшими количествами углекислого газа (0,04%) и других газов, содержащихся в

воздухе, в данном случае можно пренебречь. При давлении 1 атм эта газовая смесь создает напряжение 760 мм рт. ст. Это напряжение создается азотом и кислородом пропорционально их содержанию в воздухе. При этом давление азота будет составлять 600 мм рт- ст., или 79% от 760 мм рт. ст., а давление кислорода—160, или 21% от 760 мм рт. ст., что в сумме составит давление, равное 760 мм рт. ст.

Приведенные выше значения и представляют собой парциальные давления этих двух газов в воздухе. Если из данного объема воздуха с давлением 760 мм рт. ст. удалить весь кислород без изменения первоначального объема, то давление оставшегося азота будет составлять 600 мм рт. ст., что будет соответствовать его парциальному давлению. Приведенные данные отражают основной смысл закона Дальтона.

При соприкосновении газов с жидкостью, в которой они могут растворяться, между количествами растворенных газов и парциальными давлениями этих газов над раствором постепенно устанавливается состояние равновесия. Растворимость газа в жидкости зависит от температуры последней и от коэффициента растворимости данного газа. Если чистый азот вступает в соприкосновение с водой при температуре 0°, это равновесие наступает тогда, когда каждые 100 мл воды будут содержать 2,35 мл растворенного азота. Если мы имеем дело с чистым кислородом, то количество этого газа, растворенного в 100 мл воды, при аналогичных условиях равно 4,89 мл. Исходя из этих величин, а также учитывая известные нам парциальные давления азота и кислорода, мы можем рассчитывать количества этих газов, растворенных в воде при температуре 0° при соприкосновении воздуха с ее поверхностью.

Если исходить из того, что при парциальном давлении азота 760 мм рт. ст. в каждых 100 мл воды при 0° растворяется 2,35 мл азота, то при парциальном давлении азота 600 мм рт. ст. количество растворенного в 100 мл воды азота можно рассчитать следующим образом:

Растворимость и парциальные давления газов

Подобно этому количество растворенного в 100 мл воды кислорода при парциальном давлении его 160 мм рт. ст. при аналогичных температурных условиях будет равно:

Растворимость и парциальные давления газов

Таким образом, когда воздух при давлении 760 мм. рт. ст. (1 атм) вступает при температуре 0° в соприкосновение с водой, то каждые 100 мл воды будут содержать в растворенном состоянии 1,85 мл азота и 1,03 мл кислорода. Данный расчет находится в соответствии с законом Генри.

Если парциальные давления газов, находящихся в соприкосновении с жидкостями или с живыми тканями, известны, а также известны температурные условия и коэффициенты растворимости этих газов в данной жидкости или тканях, тогда количества этих газов, растворенных в жидкостях и тканях организма, рассчитать сравнительно легко. Однако до наступления этого равновесия должно пройти некоторое время.

Рассмотрим парциальные давления газов в воздухе перевернутого колокола (см. рис. 3) при погружении его в воду. Эти величины могут быть представлены в виде таблицы следующим образом (табл. 1).

Растворимость и парциальные давления газов

При анализе данных табл. 1, характеризующей резко увеличивающиеся парциальные давления азота и кислорода при увеличении глубины погружения колокола, становится очевидным, что количества газов, растворяющихся при этом в воде, также будут пропорционально возрастать.

Наиболее важный вывод, который может быть сделан из. данных, представленных в этой таблице, заключается в том, что где-то на глубине между 30 и 40 м парциальное давление кислорода должно быть равным 760 мм рт. ст. Если говорить точнее, то это будет на глубине 37,8 м. При дыхании человека воздухом на такой глубине создаются условия, при которых кислород оказывает На организм такое же физиологическое действие, какое он оказывает на него на поверхности при дыхании чистым кислородом.

Этот простой пример иллюстрирует важность рассмотрения проблем, связанных с дыханием под водой, с точки зрения парциальных давлений газов, растворяющихся в жидкостях и тканях организма. При этом не следует упускать из вида значений парциального давления углекислого газа, паров воды и других газов, находящихся во вдыхаемом воздухе.

Смотрите также