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
При сжатии участков легких в области оснований из них не выходит весь воздух. Дело в том, что происходит закрытие мелких воздухоносных путей (вероятно, начиная с диаметра дыхательных бронхиол) и воздух задерживается в альвеолах, расположенных дистальнее. У молодых здоровых людей это явление наблюдается лишь при очень сильном уменьшении объема легких. Однако в более пожилом возрасте даже…
Упругостью обладают не только легкие, но и грудная клетка. Это хорошо видно на примере пневмоторакса, т. е. попадания воздуха в плевральную полость. В норме давление в плевральной щели, окружающей легкие, ниже атмосферного. Если в плевральную полость попадает воздух, то давление в ней становится равным атмосферному, легкие спадаются, а грудная клетка расправляется. Это говорит о том,…
Воздух проходит через трубку, если между ее концами существует перепад давлений. От его величины зависят скорость и особенности воздушного потока. При низких скоростях линии течения могут быть параллельны стенкам трубки. Это так называемый ламинарный режим. По мере возрастания скорости потока он становится все менее однородным, особенно в местах ветвления трубки, где разделение воздушных струй может…
Сопротивление воздухоносных путей можно рассчитать, разделив разность давлений в ротовой полости и альвеолах на расход воздуха. В ротовой полости давление легко измеряется с помощью манометра, а в альвеолах его можно оценить с помощью общего плетизмографа. Изменение давлений во время дыхания На рисунка, приведены кривые изменения внутриплеврального) и альвеолярного давлений во время спокойного дыхания. Видно, что…
Как уже говорилось, по мере разветвления бронхиального дерева воздухоносные пути становятся все более многочисленными и в то же время все более узкими. Исходя из уравнения Пуазейля, в котором сопротивление обратно пропорционально радиусу в четвертой степени, было бы естественным предположить, что в случае воздухоносных путей оно обусловлено преимущественно самыми узкими ветвями. Такая точка зрения действительно господствовала…
