Эластические свойства легких и грудной стенки

Сокращение инспираторных мышц создает градиент давления между атмосферой и альвеолами, в результате чего возникает поток воздуха. Этот градиент, в частности, необходим для преодоления эластической отдачи дыхательной системы.

Для рассмотрения эластических свойств легких обратимся к рассмотрению следующей модели: изолированное легкое помещают в герметичную камеру, которая соединена с манометром для измерения в ней давления. Воздух из камеры можно удалять или накачивать в нее с помощью специального насоса. К воздухоносным путям легкого присоединяют спирометр – прибор для измерения легочных объемов. По мере удаления воздуха из камеры, легкое расправляется благодаря увеличению «транспульмонального» давления. По ходу уменьшения давления вокруг легкого (при этом происходит возрастание давления наполнения легкого) регистрируют соответствующие легочные объемы. После достижения максимального наполнения легкого вакуум в камере ступенчато понижают и также регистрируют соответствующие объемы легкого. Таким способом получают статическую кривую давление-объем, поскольку давление и объем измеряют в отсутствии потока воздуха. рис

Анализ данных кривых дает много важных сведений. Характерной чертой является наличие двух раздельных кривых: для вдоха и для выдоха. Чтобы поддержать данный объем легкого во время его наполнения, требуется большее транспульмональное давление, чем при спадении легкого. Это различие между кривыми представляет собой гистерезис – свойство всех эластических структур. Дополнением к этому важному наблюдению является то, что кривые не исходят из начала координат: их начальное значение по оси ординат не равно нулю. Это указывает на то, что легкое содержит небольшой, но измеримый объем аза даже тогда, когда не него не действует растягивающее давление.

Из рис видно, что отношение между давлением и изменением объема легких не остается постоянным во всем диапазоне легочных объемов. Это отношение, выражаемое как Е=Р/ΔV, называется эластичностью. Эластичность – мера упругости легочной ткани. Чем больше эластичность ткани, тем большее давление требуется приложить для достижения заданного изменении объема легких. При большом объеме легких необходимо большее растягивающее давление, чтобы получить заданное изменение объема.

Мерой податливости легких является статическая растяжимость, она является обратно пропорциональной величиной по отношению к эластичности. На статическую растяжимость легкого влияет множество факторов, включая его размеры. Легкое крупных размеров подвержено большим изменениям своего объема не единицу изменения давления, чем маленькое. Статическая растяжимость легкого у здорового взрослого человека составляет около 0,2 л/см вод.ст.

В статических условиях, при открытой голосовой щели, как упоминалось выше, альвеолярное давление равно нулю, следовательно, транспульмональное давление равно плевральному давлению, которое, в свою очередь, равно давлению эластической отдачи. Важными факторами, определяющими эластическую отдачу являются:

· содержание эластических структур в тканях. Эластин и коллаген находятся в альвеолярных стенках вокруг бронхов и кровеносных сосудов. Геометрическое расположение этих волокон придает легким эластические свойства;

· поверхностное натяжение.

Силы поверхностного натяжения в легких взаимодействуют с естественной эластической отдачей, обеспечивая спадение альвеол. Эффект поверхностного натяжения изменяется благодаря сурфактанту – вещество, состоящее из фосфолипидов и белков, выстилающее альвеолярную поверхность и снижающее внутриальвеолярное поверхностное натяжение. Сурфактант обладает уникальными свойствами:

· он вызывает большее снижение поверхностного натяжения при меньших площадях поверхности;

· это снижение поверхностного натяжения более выражено во время выдоха, чем во время вдоха.

Также сурфактант выполняет ряд важных физиологических функций:

· увеличивает растяжимость легкого, благодаря понижению поверхностного натяжения;

· уменьшает вероятность спадения альвеол, благодаря большому снижению поверхностного натяжения при малых объемах легкого;

· предотвращает перемещение воздуха из меньших альвеол внутрь больших в результате более выраженного снижения поверхностного натяжения в легочных единицах меньшего размера;

· кроме того, сурфактант несет бактерицидную и иммуномодулирующую функции.

Теперь рассмотрим структурные и функциональные характеристики грудной клетки. Подобно легким грудная стенка обладает упругостью. При остаточном объеме легких эластическая отдача грудной стенки направлена наружу. По мере того как объем рудной полости увеличивается, отдача стенки, направленная наружу, снижается и при объеме грудной полости около 60% жизненной емкости легких падает до нуля. При дальнейшем расширении грудной клетки до уровня общей емкости легких отдача ее стенки направляется внутрь. Нормальная растяжимость грудной стенки равна примерно 0,2 л/см вод. ст.

Легкие и грудная стенка функционально связаны посредством плевральной полости. Давление, свойственное дыхательной системе в целом, представляет собой алгебраическую сумму транспульмонального и трансмурального давлений.

Отношение давление-объем для легких, грудной стенки и дыхательной системы в целом показано на рис. Интегрирующая кривая отражает давление, которое должно быть создано дыхательными мышцами в системе для преодоления статической эластической отдачи легких и грудной стеки при различных объемах легкого. Статическая растяжимость дыхательной системы в норме составляет около 0,1 л/см вод. ст.

На уровне максимального объема (общая емкость легких) направленные внутрь эластические отдачи легких и грудной стенки суммируются, создавая большое давление отдачи всей дыхательной системы. На уровне остаточного объема направленная наружу эластическая отдача грудной стенки значительно превосходит отдачу легких, направленную наружу. В результате этого в дыхательной системе в целом возникает давление отдачи, направленное наружу. Особого внимания заслуживает отношение между величинами эластической отдачи легких и грудной стенки на уровне спокойного выдоха. В этих условиях эластическая отдача легких становится равной величине отдачи грудной стенки; направление же их противоположно друг другу. Таким образом, при данном объеме дыхательная систем находится в покое, пока сокращение мышц вдоха или выдоха либо наполнит, либо опорожнит систему.