Часть IV. Физиология систем внутренних органов

Для легких характерны S-образные кривые, различные в зависимости от последовательности изменений.

Обнаружены две важные особенности: между давлением и объемом не существует линейной зависимости (в широком диапазоне изменений этих величин), эластические свойства легких меняются в зависимости от их исходного объема. Последнее обусловливает появление на графике (рис. 23.4) площади — так называемой петли гистерезиса. Оказалось, что если полностью удалить воздух из легких и заполнить их физиологическим раствором (то есть устранить поверхностное натяжение, возникающее в альвеолах на границе жидкость–газ), то:

• растяжимость таких легких значительно повышается — при меньшем давлении они занимают больший объем;
• кривая растяжимости (давление–объем) приближается к прямой;
• почти полностью исчезает петля гистерезиса (см. рис. 23.4).

Рис. 23.4. Эффект поверхностного натяжения слоя жидкости на изменение объема легких в зависимости от внутриплеврального давления при раздувании легких солевым раствором и воздухом. Когда объем легких увеличивается за счет их наполнения солевым раствором, то в них отсутствуют поверхностное натяжение и феномен гистерезиса. Относительно интактных легких — площадь петли гистерезиса свидетельствует об увеличении поверхностного натяжения слоя жидкости в альвеолах при вдохе и снижении этой величины при выдохе

Следовательно, значительная часть эластического сопротивления воздухонаполненных легких зависит не от эластических структур легкого, а от поверхностного натяжения, отсутствующего в легких, заполненных физиологическим раствором.

Внутренняя поверхность альвеол выстлана тонкой пленкой жидкости. В связи с этим в альвеолах действуют силы поверхностного натяжения, которые всегда возникают на поверхности раздела между газами и жидкостями и стремятся сократить площадь этой поверхности. Поскольку такие силы действуют

Рис. 23.5. Поверхностное натяжение: а — молекулы в пограничном слое жидкости и более глубоких слоях; б — притягивание молекул внутри жидкости; в — воздушный пузырь, окруженный водой; г — закон Лапласа. Источник:А.Г. Камкин, И.С. Киселева (2013)

в каждой из множества альвеол, легкие стремятся спасться. Эти силы возникают на изогнутых пограничных поверхностях между жидкой и газообразной фазами.

Молекулы в пограничном слое жидкости, в отличие от молекул в ее глубине, окружены другими молекулами той же жидкости не со всех сторон (рис. 23.5, а). Силы межмолекулярного взаимодействия, влияющие на одну из молекул внутри жидкости со стороны соседних молекул, в среднем взаимно скомпенсированы. Любая молекула в пограничном слое притягивается молекулами, находящимися внутри жидкости. В результате появляется

некоторая равнодействующая сила, направленная вглубь жидкости, и свободная поверхность жидкости стремится сократить свою площадь (рис. 23.5, б).

Капля воды, падающая в воздухе, стремится образовать сферу, потому что эта форма имеет наименьшую площадь поверхности и, следовательно, самую низкую энергию. Иными словами, когда капля сферическая, невозможно, чтобы какие-либо дополнительные молекулы воды покинули поверхность. В обратном сценарии, когда сферический воздушный пузырь окружен водой (рис. 23.5, в), несбалансированные силы, действующие на молекулы поверхностной воды, заставляют их погружаться в объем, уменьшая площадь поверхности и создавая напряжение в плоскости интерфейса вода–воздух. Это поверхностное натяжение действует как затягивание пояса вокруг талии. Оно имеет тенденцию к уменьшению объема сжимаемого газа внутри пузырька и увеличивает его давление.

По закону Лапласа в газовом пузыре, окруженном жидкостью, возникает трансмуральная разность давления (ртм), величина которой зависит от радиуса пузыря (r) и от поверхностного натяжения жидкости на пограничной поверхности Т:

(23.2)

На рис. 23.5, г показано, что происходит, если два воображаемых воздушных пузырька в воде соединяются трубой с клапаном, который позволяет создавать или разрывать соединение между пузырьками.