Поверхностное натяжение

Поверхностное натяжение — это сила, возникающая на поверхности, разделя­ющей жидкость и газ (рис. 2-8А), 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 (рис. 2-8А). Для расчета этого давления может быть использован закон Лапласа. Согласно этому закону, чем меньше радиус пузыря, тем выше давление (рис. 2-8Б). В какой связи со всем этим находятся эластические свойства легкого?

Рис. 2-9. Соотношение между поверх­ностным натяжением и площадью по­верхности (выраженной в процентах к максимальной площади) для воды при добавлении к воде детергента и для про­мывной жидкости легких, содержащей сурфактапт. Ilouepxпостное натяжение измерено методом поверхностного уравновешивания. Добавленный к воде детергент заметно снижает поверхност­ное натяжение. Для воды поверхност­ное натяжение остается постоянным и не зависит от площади поверхности. Для содержащей сурфактапт жидкости по­верхностное натяжение является фун­кцией площади поверхности. Оно пада­ет почти до пуля, когда площадь повер­хности мала. Кроме того, поверхност­ное натяжение варьирует в зависимос­ти от условий измерения: па увеличи­вающейся площади поверхности (вдох) или уменьшающейся (выдох), то есть обнаруживает гистерезис. (По: Clements J. Л.. Ticrney I). К Alveolar instability associated with altered surface tension. In: Handbook of Physiology, Respiration. Section 3, Vol. II. Fenn W.O., Rahn II., eds Bethesda, M. D.: American Physio'locicaf Society 1988-1.568.)

Силы поверхностного натяжения в легких взаимодействуют с естественной эластической отдачей, обеспечивая спадение альвеол. Эффект поверхностного на­тяжения изменяется благодаря веществу, обнаруженному в легких - сурфактанту, которое секретируется альвеолярными эпителиальными клетками II типа. Сурфак­тант, состоящий из фосфолипидов 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 (рис. 2-9).

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 также 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.