3.4.1. Резорбция газов
Если человек или экспериментальное животное в течение определенного времени вдыхает воздух, содержащий некое вещество в постоянной концентрации (например 4% эфир), то процесс его проникновения и распределения в организме может быть представлен в виде нескольких последовательных этапов (рисунок 2).
Рисунок 2. Процесс проникновения и распространения газов в организме
В конечном итоге в тканях (в частности в ЦНС) аккумулируется определенная концентрация токсиканта, при которой формируется токсический процесс соответствующей степени тяжести (оглушенность, наркоз, кома). При достижении состояния равновесия в системе продолжение ингаляции газа (пара) в прежней концентрации не приведет к увеличению содержания ксенобиотика в тканях.
3.4.1.1. Вентиляция легких
Для резорбции вдыхаемый газ должен вступить в контакт с альвеолярной поверхностью легких. Альвеолы расположены глубоко в легочной ткани, поэтому путем простой диффузии газ не сможет быстро преодолеть расстояние от полости носа или ротового отверстия до стенок альвеол. У человека и других позвоночных, дышащих легкими, имеется механизм, с помощью которого осуществляется механическое перемешивание (конвекция) газов в дыхательных путях и легких и обеспечивается постоянный обмен газами между внешней средой и организмом. Этот механизм - вентиляции легких - последовательно сменяющие друг друга акты вдоха и выдоха.
При нормальной частоте и глубине дыхания легочная вентиляция достаточна для того, чтобы альвеолярную концентрацию газа (Са) в течение 2 минут от значение 0 довести до значения 0,95 Си, то есть 95% от концентрации в ингалируемом воздухе.
Таким образом вентиляция обеспечивает очень быструю доставку газа из окружающей среды к поверхности альвеолярных мембран. Посредством сознательного или бессознательного усиления или ослабления вентиляции возможно многократное уменьшение или увеличение времени «уравнивания концентраций». Одновременно с вентиляцией легких осуществляются и другие процессы: растворение газа в стенке альвеолы, диффузия газа в кровь, конвекция в кровяном русле, диффузия в ткани. Вследствие этого динамическое равновесие в системе распределения газов в воздухе, крови и тканях устанавливается лишь спустя некоторое время.
В тот момент, когда парциальное давление газа в окружающем, а затем и альвеолярном воздухе становиться ниже, чем в крови (пострадавшего выносят из зоны заражения), процесс меняет направление и газ из организма устремляется в просвет альвеол и во внешнюю среду. С помощью форсированной вентиляции легких можно обеспечить быстрое снижение концентрации газообразного вещества в циркулирующей крови (и тканях). Эту возможность используют в токсикологии при оказании помощи отравленным некоторыми газообразными или летучими веществами, предлагая пострадавшим ингалировать карбоген (воздух с повышенным содержанием СО2), стимулирующий вентиляцию.
3.4.1.2. Поступление в кровь
Переход газа из альвеолы в кровоток осуществляется посредством диффузии. При этом молекула соединения переходит из газообразной среды в жидкую фазу. В этой связи поступление вещества зависит от следующих факторов:
1. Растворимости газа в крови;
2. Градиента концентрации газа между альвеолярным воздухом и кровью;
3. Интенсивности кровотока;
4. Состояния легочной ткани.
1. Растворимость веществ в крови отличается от растворимости в воде и порой существенно. Это связано с наличием растворенных в плазме крови её составных частей (соли, липиды, углеводы, белки) и форменных элементов (лейкоциты, эритроциты). Сравнительная характеристика растворимости некоторых неэлектролитов в различных средах представлена на таблице 10.
Таблица 10. Коэффициенты распределения некоторых неэлектролитов (t = 37оС; Р = 101,3 кРа)
|
Вещество |
Кровь/Газ |
Вода/газ |
Масло/газ |
|
Этилен Циклопропан Галотан Дивиниловый эфир Трихлорэтилен Хлороформ Диэтиловый эфир |
0,140 0,415 2,35 2,80 9,15 10,3 15,2 |
0,081 0,204 0,74 1,40 1,55 3,8 15,6 |
1,28 11,2 224 58 960 265 50,2 |
(Н. Killian, H. Weese, 1964)
Растворисмость газов в жидкостях зависит от температуры. Зависимость эта существенно различна для различных газов и растворителей, тем не менее, как правило, растворимость понижается при повышении температуры.
Состояние равновесия между кровью и газом при прочих равных условиях устанавливается тем быстрее, чем с большей скоростью растворяется газ.