Поверхностное натяжение (фосфолипид)
Фосфолипид ДПФХ синтезируется в легких из жирных кислот, либо приносимых кровью, либо образующихся на месте. Синтез и замена сурфактанта происходят очень быстро, однако если кровоток через какой-либо участок легкого прекращается (например, в результате эмболии), то его запасы здесь могут истощаться. Сурфактант образуется лишь на поздних стадиях эмбрионального развития, поэтому, если у новорожденных не хватает этого вещества, могут возникать расстройства дыхания, подчас приводящие к смерти.
Влияние сурфактанта на поверхностное натяжение можно изучать с помощью специального устройства, состоящего из лотка с солевым раствором, в который помещается некоторое количество исследуемого вещества. Площадь поверхности жидкости попеременно уменьшают и увеличивают с помощью передвижной перегородки, и поверхностное натяжение оценивают по силе, действующей на платиновую пластинку.
Поверхностное натяжение чистого солевого раствора независимо от площади поверхности составляет около 70 дин/см. Добавка детергентов уменьшает поверхностное натяжение, но и в этом случае площадь поверхности на него не влияет.
Если же добавить в раствор смыв из легкого, то можно получить кривую — поверхностное натяжение в значительной степени зависит от площади поверхности, причем эта связь имеет гистерезис. Отметим также, что при маленькой площади поверхности поверхностное натяжение резко падает.
Каков же механизм такого сильного действия сурфактанта на поверхностное натяжение?
Оказывается, молекулы ДПФХ с одного конца гидрофобны, а с другого — гидрофильны, поэтому образуют тонкий слой на поверхности воды. Действующие между ними силы молекулярного отталкивания противодействуют силам притяжения между молекулами воды, обусловливающим поверхностное натяжение. В этом случае его уменьшение при снижении площади поверхности объясняется более плотным примыканием друг к другу молекул ДПФХ, за счет чего сила взаимного отталкивания между ними становится больше.
Видны осмиофильные пластинчатые тельца (ПТ), крупное ядро и микроворсинки (стрелки). На врезке вверху справа приведен снимок поверхности клетки II типа, полученный с помощью сканирующего электронного микроскопа. Видно характерное распределение микроворсинок (3400Х) (Е. R. Weibel, J. Gil: In J. В. West: Bioengineering Aspects of the Lung. New York, Marcel Dekker, 1977).
В чем же состоит физиологическая роль сурфактанта?
Во-первых, благодаря низкому поверхностному натяжению в альвеолах увеличивается растяжимость легких и тем самым уменьшается совершаемая при вдохе работа. Во-вторых, обеспечивается стабильность альвеол. Как уже говорилось, их в легких около 300 млн., и все они имеют тенденцию к спаданию (ателектазу), очаги которого часто образуются в легких при заболеваниях.
Можно представить себе легкое как совокупность миллионов крошечных пузырьков (хотя на самом деле все, безусловно, гораздо сложнее). В подобных структурах мелкие пузырьки стремятся перекачать свой воздух в более крупные. Давление, создаваемое силами поверхностного натяжения в пузырьке, обратно пропорционально его радиусу, поэтому при одинаковом поверхностном натяжении в мелких пузырьках оно больше, чем в крупных.
Однако, смывы из легких придают растворам ту характерную особенность, что поверхностное натяжение уменьшается с уменьшением площади поверхности. В результате тенденция к «перекачиванию» воздуха из мелких альвеол в крупные должна снижаться.
«Физиология дыхания», Дж. Уэст
Предположим, что мы взяли изолированные легкие собаки, ввели в трахею трубку и поместили эти легкие в банку. Если давление в банке становится меньше атмосферного, легкие расширяются, и изменение их объема можно измерить с помощью спирометра. В банке можно создавать разные уровни давления и фиксировать на несколько секунд стационарное состояние легких. Таким способом для них строят…
Крутизна кривой давление — объем, т. е. изменение объема на единицу изменения давления, называется растяжимостью. В физиологических условиях (если растягивающее давление составляет от—2 до—10 см вод. ст.) легкие обладают удивительной растяжимостью. У человека она достигает примерно 200 мл/см вод. ст., однако при более высоких давлениях уменьшается. Этому соответствует более пологий участок кривой давление— бъем. Растяжимость…
Еще один важнейший фактор, во многом обусловливающий особенности кривых давление — объем для легких, — это поверхностное натяжение жидкости, выстилающей стенки альвеол. Поверхностным натяжением называется сила (измеряемая обычно в динах), действующая в поперечном направлении на воображаемый отрезок длиной 1 см на поверхности жидкости. Эта сила обусловлена тем, что межмолекулярное сцепление внутри жидкости гораздо сильнее, чем…
Сурфактант способствует тому, что поверхность альвеол остается сухой. Силы поверхностного натяжения вызывают не только спадение альвеол, но и «засасывание» в них жидкости из капилляров. Сурфактант уменьшает эти силы и тем самым препятствует образованию такого транссудата. Видно, что у смывов из легких сила поверхностного натяжения зависит от площади поверхности и может при этом становиться очень небольшой….
Нижние отделы легких вентилируются лучше, чем верхние. Настало время обсудить причины этого явления. Было показано, что в области оснований легких внутриплевральное давление менее отрицательно, чем в области верхушек. Возможно, это связано с весом легких. Любое тело давит на свою опору, и они в этом смысле не исключение. Опорой служат грудная клетка и диафрагма. Значит, давление…
