Парциальное давление CO₂
Описание
Парциальное давление CO₂ (PₐCO₂ или PCO₂) — это давление, которое оказывал бы углекислый газ (CO₂), если бы он один занимал весь объём газовой смеси (например, атмосферного воздуха или газовой смеси в лёгких). Это ключевой параметр в физиологии дыхания, клинической медицине, аквалангингe и многих технологических процессах.
1. Физическая суть и закон Дальтона
Согласно закону Дальтона, общее давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений всех газов в смеси.
Формула:
P_общее = P₁ + P₂ + ... + Pₙ
где P₁, P₂, ... Pₙ — парциальные давления каждого газа.
Для CO₂ в воздухе:
PCO₂ = P_общее × FCO₂
где:
P_общее— общее атмосферное давление (напр., 760 мм рт. ст. на уровне моря),FCO₂— объёмная доля CO₂ в смеси (например, 0.0004 для атмосферного воздуха).
Пример расчета для атмосферы:
P_общее = 760 мм рт. ст.
FCO₂ ≈ 0.0004 (400 ppm)
PCO₂ = 760 × 0.0004 ≈ 0.3 мм рт. ст.
2. Роль в организме и клиническое значение
В медицине чаще всего измеряют парциальное давление CO₂ в артериальной крови (PₐCO₂). Это один из ключевых показателей КЩС (кислотно-щелочного состояния).
- Нормальное значение PₐCO₂: 35–45 мм рт. ст. (4.7–6.0 кПа)
- Гиперкапния: PₐCO₂ > 45 мм рт. ст. (избыток CO₂, приводит к ацидозу — закислению крови)
- Причины: гиповентиляция (ХОБЛ, угнетение дыхательного центра, мышечная слабость).
- Гипокапния: PₐCO₂ < 35 мм рт. ст. (недостаток CO₂, приводит к алкалозу — защелачиванию крови)
- Причины: гипервентиляция (паническая атака, боль, искусственная вентиляция лёгких).
PₐCO₂ — прямой показатель адекватности вентиляции лёгких. Его мониторинг жизненно важен в реаниматологии, анестезиологии и при респираторной поддержке.
3. Формула альвеолярного газа
Парциальное давление CO₂ в альвеолах (PₐCO₂) рассчитывается по упрощённой формуле альвеолярного газа:
PₐCO₂ ≈ (VCO₂ × K) / Vₐ
где:
VCO₂— скорость продукции CO₂ тканями организма,Vₐ— альвеолярная вентиляция (объём воздуха, участвующего в газообмене),K— константа.
Главный вывод: PₐCO₂ обратно пропорционально альвеолярной вентиляции. Если вентиляция падает (гиповентиляция), PCO₂ в крови растёт.
4. Применение в других областях
-
Аквалангинг и дайвинг:
С увеличением глубины растёт общее давление, а значит, и парциальное давление каждого газа. Высокое PCO₂ (> 20-30 мм рт. ст.) может привести к:- CO₂-наркозу (головокружение, спутанность сознания, потеря сознания).
- Повышению риска кислородного отравления и декомпрессионной болезни.
Поэтому газовые смеси (нитрокс, тримикс) тщательно готовятся для контроля парциальных давлений.
-
Авиация и космонавтика:
В системах жизнеобеспечения严格控制 PCO₂ в кабине экипажа и скафандрах (норма — не более 7.6 мм рт. ст.). -
Промышленность и теплицы:
Повышение PCO₂ в воздухе теплиц (в 3-5 раз выше атмосферного) стимулирует фотосинтез и рост растений (“углекислотная подкормка”).
5. Сводная таблица значений
| Контекст | Типичное значение PCO₂ | Комментарий |
|---|---|---|
| Атмосферный воздух | 0.3 мм рт. ст. (≈ 40 Па) | FCO₂ ≈ 400 ppm (0.04%) |
| Артериальная кровь (норма) | 40 мм рт. ст. (5.3 кПа) | Ключевой показатель КЩС |
| Венозная кровь | 46 мм рт. ст. (6.1 кПа) | Ткани выделяют CO₂ |
| Альвеолярный воздух | 40 мм рт. ст. (5.3 кПа) | Сбалансирован с артериальной кровью |
| Выдыхаемый воздух | 28 мм рт. ст. (3.7 кПа) | Смесь альвеолярного и “мёртвого” пространства |
Ключевые выводы:
- PCO₂ — не концентрация, а давление. Оно зависит от общей концентрации газа и общего давления системы.
- В медицине PₐCO₂ — главный маркер состояния дыхательной системы и КЩС.
- Уравнение альвеолярного газа: PₐCO₂ ∝ 1 / Vₐ (чем хуже вентиляция, тем выше PCO₂).
- Контроль PCO₂ критически важен в условиях повышенного давления (дайвинг) и в замкнутых системах (МКС, реанимация).
Статьи по теме
