Факторы, определяющие напряжение дыхательных мышц
Как всякая скелетная мускулатура, дыхательные мышцы характеризуются следующими отношениями: длина-напряжение, сила-частота и сила-скорость. Кроме того, поскольку диафрагма имеет куполообразную форму, необходимо особо рассмотреть отношение между давлением и радиусом кривизны в соответствии с законом Лапласа.
Сила, развиваемая скелетной мыпщей конечности, является функцией ее длины. При постоянном уровне стимуляции максимальное напряжение достигается при длине покоящейся мышцы. Любое сокращение пли растягивание мышцы перед стимуляцией приводит к субмаксимальному напряжению. Однако, в отличие от скелетной мышцы конечности, диафрагма развивает пиковую величину силы приблизительно при 130% ее длины в состоянии покоя. Снижение напряжения мышцы при меньшем! ее длине, т. е. при увеличении объема легких в покое, приобретает важное клиническое значение. Например, при хронической обструк-тивной болезни легких, включающем! хронический бронхит и эмфизему, гиперинфляция легких приводит к уплощению диафрагмы. Такая диафрагма имеет меньшую длину и поэтому развивает меньшую силу. Она работает в невыгодных, с точки зрения механики, условиях.
Сила сокращения является также функцией частоты стимуляции мышечного волокна и скорости его укорочения. До определенного момента сила увеличивается с повышением частоты стимуляции, затем остается постоянной, несмотря на дальнейшее увеличение частоты стимула. С другой стороны, при больших скоростях укорочения мышцы развивается меньшее напряжение. Клинический смысл такого соотношения заключается в том, что при данном уровне стимуляции дыхательных мышц большая объемная скорость воздушного потока возникает при меньшем напряжении, поскольку объемная скорость потока прямо пропорциональна скорости укорочения мышц.
В дополнение к этим фундаментальным отношениям необходимо рассмотреть уникальную геометрию диафрагмы как куполообразной мышцы. Закон Лапласа описывает отношение между давлением, напряжением и радиусом кривизны:
Р = 2Т/r,
где: Р — давление, создаваемое мышцей, Т — напряжение мышцы, г — радиус кривизны.
По мере уплощения диафрагмы радиус ее кривизны увеличивается и генерируемое давление понижается. Это явление, вместе с укорочением мышцы, обусловливает снижение силы диафрагмы при гиперинфляции у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких.