Поверхностное натяжение
Поверхностное натяжение — это сила, возникающая на поверхности, разделяющей жидкость и газ, когда силы сцепления между молекулами жидкой фазы превосходят силы адгезии между молекулами жидкой и газовой фаз. В результате этого площадь поверхности жидкости становится минимальной.
В качестве аналогии рассмотрим мыльный пузырь. Поверхностные силы в мыльном пузыре стремятся минимизировать площадь его поверхности, создавая внутри него положительное давление. Для расчета этого давления может быть использован закон Лапласа. Согласно этому закону, чем меньше радиус пузыря, тем выше давление . В какой связи со всем этим находятся эластические свойства легкого?
Силы поверхностного натяжения в легких взаимодействуют с естественной эластической отдачей, обеспечивая спадение альвеол. Эффект поверхностного натяжения изменяется благодаря веществу, обнаруженному в легких - сурфактан-ту, которое секретируется альвеолярными эпителиальными клетками II типа. Сур-фактант, состоящий из фосфолиппдов и протеинов, выстилает альвеолярную поверхность и снижает внутриальвеолярное поверхностное натяжение. Сурфактант обладает двумя уникальными свойствами: (1) он вызывает большее снижение поверхностного натяжения при меньших площадях поверхности (т. е. при меньших легочных объемах); и (2) это снижение поверхностного натяжения более выражено во время выдоха, чем во время вдоха.
Сурфактант выполняет несколько важных физиологических функций. Во-первых, понижая поверхностное натяжение, он увеличивает растяжимость легкого. Во-вторых, сурфактант стабилизирует альвеолы благодаря двум эффектам: (1) большим снижением поверхностного натяжения при малых объемах легкого, что уменьшает вероятность коллапса альвеол (появления ателектазов); (2) предотвращает перемещение воздуха из меньших альвеол внутрь больших в результате более выраженного снижения поверхностного натяжения в легочных единицах меньшего размера. Последнее обстоятельство сглаживает эффект меньшего радиуса кривизны и увеличенного давления. Респираторный дистресс-синдром новорожденных, известный как болезнь гиалиновых мембран, характеризуется дефицитом нормального сурфактанта. У больных детей легкие ригидные, неподатливые, склонные к коллапсу.
До сих пор обсуждение касалось изолированного легкого, но в анализе механики дыхательной системы очень важны структурные и функциональные характеристики грудной стенки.