Легкие - орган, предназначенный для осуществления обмена веществом, в частности жизненно важными газами, между организмом и окружающей средой. Помимо вдыхаемого О2 и другие вещества, находящиеся в форме газа или пара, могут легко проникать через легкие в кровоток. Для этого токсикант должен преодолеть лишь тонкий капиллярно-альвеолярный барьер. Благоприятным условием всасывания веществ является также большая площадь поверхности легких, составляющая у человека в среднем 70 м2. Процесс диффузии кислорода через альвеолярно-капиллярный барьер можно описать уравнением:
ДM = Др 1/2 (SA + SC) n-1 , где
ДM - скорость диффузии (мл/мин);
- абсорбционный коэффициент Бунзена;
Др - коэффициент диффузии кислорода;
SA - площадь поверхности легочного эпителия;
SC - площадь поверхности эндотелия альвеолярно-капиллярного барьера;
n - средняя эффективная толщина альвеолярно-капиллярного барьера.
Для организма человека эти характеристики в среднем составляют: SA - 77 м2; SC - 70 м2; n - 0,5 - 0,7 мкм. При подстановке в уравнение величин и Др для плазмы крови получаем диффузионную способность легких для кислорода ДM = 3,9 мл/мин.
Продвижение газов по дыхательным путям сопряжено с их частичной адсорбцией на поверхности трахеи и бронхов. Сайт депонирования ингалируемых газов определяется степенью их растворимости в тонком слое жидкости, выстилающей слизистую дыхательных путей и альвеолярный эпителий. Чем хуже растворяется вещество в воде, тем глубже проникает оно в легкие (таблица 8).
Таблица 8. Захват паров химических веществ слизистой трахеи кролика (in vitro). (По данным V. Fiserova-Bergerova, 1985)
Вещество | Степень захвата (%)* |
Метилен хлорид | 2,5 |
Галотан | 6,7 |
Фреон-12 | 6,9 |
Трихлорэтилен | 8,3 |
Толуол | 10,6 |
Этиленоксид | 13,9 |
Стирол | 17,6 |
Этил ацетат | 17,7 |
Ацетон | 21,9 |
Амиловый спирт | 41,1 |
Ацетил ацетон | 45,8 |
Бутанол | 48,2 |
Пропанол | 54,0 |
Этанол | 58,2 |
Диоксан | 59,5 |
Метанол | 68,6 |
* Степень захвата (Р) рассчитывали как разницу входящей и выходящей из трахеи концентраций (С) газов:
Р = С/Свх 100 %
Ингаляционно в организм могут поступать не только газы и пары, но и аэрозоли, которые также достаточно быстро могут всасываться в кровь. В таблице 9 представлена сравнительная способность некоторых веществ резорбироваться в легких крыс при интратрахеальном введении в форме аэрозоля.
Таблица 9. Легочная резорбция различных типов химических веществ после интратрахеального введения крысам (t50 - время, необходимое для резорбции 50% введенного вещества)
Соединения | Молекулярная масса | t50 (мин) |
Нерастворимые в жирах вещества: -манитол -сахароза -инулин -декстран | 182 342 5000 75000 | 65 87 225 1670 |
Нейтральные молекулы: -сульфизоксазол -мочевина -эритритол -этамбутол | 267 60 122 204 | 3 4 33 38 |
Слабые кислоты: -салициловая кислота -фенобарбитал -р-ацуетиламингиппуровая кислота -бензилпенициллин | 138 232 236 667 | 1 1 70 36 |
Слабые основания: -эритромицин -сульфагуанидин -тетраэтиламмоний | 734 232 130 | 13 44 65 |