Биофизика - Владимиров Ю.А.
Скачать (прямая ссылка):
и сжатия располагаются гораздо ниже, т. е. данный объем достигается при
меньшем транспульмональном давлении; гистерезис хотя и проявляется, но
значительно слабее.
Впервые объяснение различия в механических свойствах легких при их
наполнении разными средами было дано в 1929 г. Неегардом. У заполненных
водным раство-
р, 10* Па
0,001 0,002 V, м3
207
ром легких поверхность альвеол и их внутренняя среда близки по физическим
свойствам. Поэтому в уравнении
(10.21) оа " 0, и транспульмональное давление преодолевает лишь
давление рг. В газовой среде величины оа и 2оа/га могут быть сравнительно
высокими, и соответственно уравнению (10.21) для достижения данного
объема легких требуется приложить более высокое транспульмональное
давление.
Наличие у ателектических легких критического транспульмонального
давления, ниже которого они не заполняются воздухом, тоже можно объяснить
влиянием сил поверхностного натяжения. Возможно, что у спавшихся легких
радиус кривизны большинства альвеол невелик, и они в соответствии с
уравнением Лапласа (10.20) не заполняются воздухом при низких значениях
р. Объем легких начинает увеличиваться лишь, когда давление поднимается
до уровня, удовлетворяющего уравнению (10.20).
Наконец, можно подумать, что гистерезис механических характеристик
легких, заполняемых воздухом, также связан с поверхностными явлениями,
поскольку этот эффект слабее проявляется при заполнении легких водным
раствором.
По данным измерения р - V -диаграмм можно рассчитать работу выдоха,
совершаемую силами упругости легочной ткани и силами поверхностного
натяжения в отдельности. На р - V-диаграмме суммарная работа сжатия
легких (выдоха) пропорциональна площади, ограниченной осью V и кривой 1а
(см. рис. 85). Работа, совершаемая силами тканевой деформации,
определяется площадью между кривой 2а и осью V. Разность этих величин, т.
е. площадь между кривыми 1а и 2а, пропорциональна работе сил
поверхностного натяжения. Основанные на таких измерениях подсчеты
показали, что до 50% работы легких по выдоху может осуществляться силами
поверхностного натяжения.
10.5. механическая стабильность альвеол
Хотя сила поверхностного натяжения в альвеолах и упругость легочной ткани
играют одинаковую роль в создании определенного давления на газ внутри
альвеол, эти два компонента зависят противоположным образом от радиуса
альвеол, и это обстоятельство оказывается
208
Рис. 86. Диаграмма растяжения альвеолы с неупругой тканью при постоянном
поверхностном натяжении.
It 2 - участки геометрической стабильности и нестабильности
(соответственно); ft-г* - радиусы сферических сегментов; г4, Гб - радиусы
полусфер; Vi-Vs - объемы. Стрелки а и б показывают разрыв и спадение
альвеолы, находившейся в нестабильном состоянии с объемом Ve.
важным для длительного сохранения объема альвеол при данном
транспульмональном давлении.
Начнем с того, что при легко растяжимой, неупругой стенке альвеол рт
равно нулю, и уравнение (10.21) превращается в уравнение Лапласа (10.20).
Такая альвеола в виде сферы (или, как показано на рис. 86, в виде
полусферы) и при постоянном оа может существовать, когда ее объем
(радиус) увеличивается с уменьшением транспульмонального давления
(участок 2 на рис. 86). Однако при этом альвеола нестабильна, т. е. при
случайном возрастании транспульмонального давления р на небольшую
величину давление поверхности будет меньше р и радиус альвеолы
возрастает. Это приводит к еще большему увеличению разницы между р и
давлением поверхности и т. д. Объем альвеолы будет возрастать
неограниченно (стрелки а на рис. 86) и альвеола лопнет. Если
транспульмональное давление случайно или при выдохе снизится, давление
альвеолярной поверхности будет меньше р и радиус альвеолы уменьшится,
разница между р и по-
8-1042
209
верхностным давлением еще больше увеличится и т. д. Альвеола спадает
(коллапсирует) до некоторого гораздо меньшего объема Vc (стрелки б на
рис. 86).
Альвеолы стабильны в состоянии сферических сегментов, объем которых
возрастает за счет увеличения высоты при одновременном снижении радиуса
поверхности (см. рис. 86). При этом с ростом транспульмонального давления
объем альвеолы увеличивается (участок 1 на рис. 86) по закону Лапласа, и
всякое изменение этого давления уравновешивается сдвигом давления
альвеолярной поверхности, происходящим за счет изменения радиуса. Предел
такой геометрической стабильности достигается в состоянии полусферы (или
сферы) с минимальным радиусом (объем У4 на рис. 86), которая следует за
сферическими сегментами при уменьшении радиуса.
При больших объемах и высоком транспульмональном давлении альвеолы
стабильны благодаря упругости легочной ткани. Такая тканевая стабилизация
альвеол заключается в том, что любое изменение транспульмонального
давления и неблагоприятный для стабильности альвеолы сдвиг поверхностного
давления уравновешиваются изменением рт.
Тканевая стабилизация слабо проявляется у альЕеол с промежуточным
