Каким же образом происходит обмен кислородом и углекислым газом между воздухом ФЗЕ и наружным воздухом? Вопрос этот имеет не только теоретическое, но и практическое значение, поскольку нередко условия дыхания изменяются (отек слизистой оболочки, спазм бронхов при астме и др.). Это приводит к изменению глубины дыхания и скорости дыхательных движений.
Наружный воздух поступает в альвеол во время вдоха. Но при этом не учитывают резкого расширения суммарной площади поперечного сечения дыхательных путей при разветвлении бронхов, что приводит к увеличению суммарного объема дыхательных путей. Скорость струи на вдохе с расширением русла должно неизбежно снижаться. Согласно расчетам, во время спокойного дыхания первые порции воздуха достигают 17-й генерации бронхов за 0,87 с, 20-й - по 2,04 с, а уровня 23-й генерации - всего за 6,7 с. Но обычно вдох происходит в течение 1,5-2 с, вслед за чем сразу наступает выдох. То есть, если бы воздух поступал к альвеол путем конвекционного тока, то оно никогда не достигло бы альвеол.
Считают, что, начиная с 17-й генерации бронхиол, к процессу поступления воздуха присоединяется диффузный обмен Ог и С02. При диффузии движущей силой газообмена разница парциального давления в дыхательных путях и альвеолах. За счет этого 02 диффундирует до альвеол, а в обратном направлении движется С02. Форсирование дыхания сопровождается повышением начальной скорости движения струи воздуха и удлинением конвекционного потока до 19-й генерации. В связи с этим 17-19-и генерации бронхиол называются переходной зоной. Но обычно форсирование дыхания сопровождается увеличением его частоты. Это, конечно, оставляет меньше времени для конвекции. Значительно меняются условия газообмена между атмосферным воздухом и альвеолярной смесью и тогда, когда снижается амплитуда дыхания. Дыхательные пути объемом до 1500 мл является своеобразной буферной зоной между выдыхаемым, и альвеолярным. Верхние ее участки обмениваются воздухом, поступающим, а прилегающие к альвеол - с ними.
Скорость диффузии газов значительна и достаточна для газообмена. Это является одним из условий поддержания постоянного газового состава альвеолярной смеси независимо от фаз дыхания («вдох» - «выдох»). В норме этот уровень поддерживается за счет соответствующей глубины и частоты дыхательных движений. Форсирование, как и прекращение дыхания, нарушает эту устойчивость. Это влияет на газообмен между альвеолами и кровью, в результате чего изменяется газовый состав крови, текущей от легких. В свою очередь градиент парциальных давлений между воздухом бронхов и альвеол обеспечивает постоянный уровень газообмена независимо от фаз дыхания.
