Khuếch tán khí hô hấp: chênh lệch áp suất gây nên khuếch tán khí

Sau khi các phế nang (alveoli) được thông khí phổi, bước tiếp theo của quá trình hô hấp là sự trao đổi (khuếch tán) khí O2 từ phế nang vào trong máu phổi và sự khuếch tán khí CO2 theo hướng ngước lại là đi từ máu tới các phế nang. Quá trình khuếch tán chỉ đơn giản là sự khuếch tán qua lại 1 cách ngẫu nhiên giữa các phân tử khí khi qua màng hô hấp và dịch liền kề. Tuy nhiên trong sinh lý hô hấp ta không những quan tâm tới cơ chế cơ bản của sự khuếch tán mà còn là tốc độ nó xảy ra, đòi hỏi cần sự hiểu biết rất nhiều về vật lý của sự khuếch tán trao đổi khí.

Sự khuếch tán thực của các chất khí là khi các chất khí đi từ vùng có áp lực cao tới vùng có áp lực thấp. Có thể thấy dễ dàng các phân tử ở vùng khí có áp lực cao bởi vì chúng có số lượng lớn, các phân tử này có cơ hội lớn về sự di chuyển ngẫu nhiên tới vùng có áp lực thấp hơn so với vùng có áp lực thấp hơn chuyển động về vùng có áp lực cao hơn do vùng có áp lực cao có mật độ các phân tử khí dày đặc nên các phân tử tại nơi có mật độ thấp di chuyển khó khăn hơn đến vùng này. Tuy nhiên, một số phân tử chuyển động một cách ngẫu nhiên từ khu vực áp lực thấp đối với các khu vực áp lực cao.

Các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ khuếch tán trong dịch

Ngoài sự khác biệt áp suất, một số yếu tố khác ảnh hưởng đến tốc độ khuếch tán khí trong dịch. Chúng là (1) độ tan của khí trong dịch, (2) diện tích mặt cắt ngang của dịch (3) khoảng cách mà qua đó khí phải khuếch tán, (4) trọng lượng phân tử của khí, và (5) nhiệt độ của dịch. Trong cơ thể, người cuối cùng của những yếu tố này, nhiệt độ, vẫn là hợp lý liên tục và thường không cần phải được xem xét.

Ta có phương trình tính tốc độ khuếch tán chất khí như sau:

D ∝ (∆P x A x S)/d √MW

Với D là tốc độ khuếch tán chất khí.

∆P là chênh lệch áp xuất riêng phần của chất khí.

A là diện tích vùng khuếch tán.

S là độ tan của chất khí.

d là khoảng cách giữa 2 nơi khuếch tán.

√MW là √ trọng lượng phân tử của chất khí.

Rõ ràng từ công thức này mà các đặc điểm của khí tự xác định hai yếu tố của công thức: độ tan và trọng lượng phân tử. Cùng với nhau, hai yếu tố này xác định hệ số khuếch tán của khí, đó là tỷ lệ thuận với S/√MW  và tỷ lệ này tỷ lệ thuận với S và tỷ lệ nghịch với √MW. Nếu quy ước hệ số khuếch tán của O2 là 1 thì ta có hệ số khuếch tán các chất khí ở bảng sau:

Oxygen: 1.0.

Carbon dioxide: 20.3.

Carbon monoxide: 0.81.

Nitrogen: 0.53.

Helium: 0.95.

Sự khuếch tán các chất khí ở các mô

Các chất khí có tầm quan trọng về đường hô hấp đều cao hòa tan trong chất béo, và kết quả là hòa tan cao trong tế bào màng nhưng các chất khí lại khuếch tán ở các mô hết sức khó khăn. Do đó, sự khuếch tán của khí qua các các mô, kể cả thông qua màng hô hấp, là gần như tương đương với sự khuếch tán của các chất khí trong nước.