Первое, с чего начал Сеченов, — с установки абсорбциометра, сконструированного им еще в бытность у Людвига. Тогда же, работая над докторской диссертацией, он обратил внимание на состояние газов в крови животных в нормальных условиях и при алкогольном опьянении. Эта, казалось бы, частная работа настолько заинтересовала ученого, что проблема химизма дыхания, транспортной роли крови и ее дыхательной функции стала одной из основных тем его многообразной и разносторонней деятельности. Этой теме он посвятил с перерывами почти двадцать лет.

Человек выдыхает углекислого газа в десять раз больше, чем вдыхает его из атмосферного воздуха. Кислорода же, наоборот, выдыхает на четыре процента меньше, чем вдыхает. Каковы пути прохождения этих газов в организме и зачем они вообще нужны живому существу?

Мышцы грудной клетки при вдыхательном движении расширяются, и в легкие попадает определенное количество атмосферного воздуха, состоящего, как известно, из смеси газов. Кислород из легких проходит в артериальное русло, отсюда попадает в капилляры, которыми пронизаны все ткани организма, в капиллярах артериальная кровь отдает свой кислород для питания тканей и насыщается углекислым газом, полученным в результате биохимического обмена в тканях. Отсюда углекислый газ по венозному руслу выводится в легкие и выдыхается наружу.

Для того чтобы кислород попал в артерии и в капилляры, а углекислый газ из капилляров — в вены и в легочные альвеолы, а затем в воздух, нужно одно очень важное условие: определенное парциальное давление каждого из этих газов.

Воздух, как мы уже сказали, это смесь газов. Окружающая нас атмосфера имеет свое давление — семьсот шестьдесят миллиметров ртутного столба. Но в атмосфере, в этой смеси газов, каждый газ в отдельности обладает своим собственным давлением — оно-то и называется парциальным. Например, кислород, которого содержится в воздухе приблизительно двадцать один процент, имеет парциальное давление, равное двадцати одному проценту от общего давления атмосферы.

Для того чтобы кислород воздуха проник в артерии, его парциальное давление должно быть выше внутриартериального, в противном случае кислород, содержащийся в артериях, попросту «не впустит» его в сосуды. Из артерий кислород может проникнуть в капилляры опять-таки только в том случае, если его парциальное давление будет выше, чем в этих микроскопических сосудиках. С углекислым газом дело обстоит наоборот: его давление в капиллярах должно превосходить давление в венах, его парциальное давление в венах должно быть выше, чем в легочных пузырьках, а в легочных пузырьках выше, чем в атмосфере; только при этих условиях он может быть выведен из организма.

Если давление кислорода в воздухе равно давлению его в артериях, то есть в том случае, если воздух разрежен и кислорода в нем меньше, чем в нормальном, этот жизненно важный газ не сможет проникнуть в организм, и наступит кислородное голодание. А если парциальное давление кислорода окажется ниже, чем в сосудах, запасы кислорода крови будут беспрепятственно вылетать в атмосферу, и смерть наступит почти мгновенно. То же с углекислым газом: если его парциальное давление в крови равно атмосферному, он не сможет выводиться из организма и будет постепенно отравлять его; если же оно окажется ниже атмосферного, отравление произойдет очень быстро.

Получается любопытная картина: как бы ни был разрежен воздух, легкие все равно будут наполняться им; но кислород в артерии, а стало быть, и в ткани организма, в частности в мозг, не попадет, потому что его парциальное давление в разреженном воздухе ниже нормального. И, значит, кислородное голодание, с ним потеря сознания, а часто и смерть неизбежны.

Все это не было изучено до Сеченова. Все это и заинтересовало его, когда он в самых ранних своих исследованиях поразился своеобразной зависимостью содержания в крови угольной кислоты от ее парциального давления. Уже тогда, работая над диссертацией, он узнал многое: общее количество кислорода и угольной кислоты в артериальной и венозной крови, изменения, которые происходят в содержании этих газов при различных условиях.