Как сурфактант повышает комплаенс л ё гких?

Поверхностное натяжение обусловлено силами притяжения между молекулами воды. Эти силы действуют, чтобы минимизировать границу раздела воздух-жидкость, заставляя воду образовывать сферическую каплю. Поскольку внутренняя поверхность альвеолы имеет тонкий слой жидкости, внутренняя сила – поверхностное натяжение – создаётся, когда вода стремится образовать каплю. Этой внутренней силе поверхностного натяжения противостоит альвеолярное транспульмональное давление. Поскольку альвеолы имеют приблизительно сферическую форму, они подчиняются закону Лапласа.

 

Ключевое уравнение: закон Лапласа

Для сферы только с одной поверхностью,

P = 2T/r

где в данном случае P - транспульмональное давление, необходимое для поддержания альвеолы открытой, T -поверхностное натяжение, а r -радиус альвеолы.

 

Поверхностное натяжение создаёт ряд проблем:

- Альвеола имеет пониженную податливость, когда ее радиус невелик. При выдохе альвеола становится меньше, то есть ее радиус уменьшается. Согласно закону Лапласа, если поверхностное натяжение постоянно, то для повторного надувания альвеолы потребуется большее трансмуральное давление.

- Меньшие альвеолы опорожняются в большие альвеолы. Когда две соединённые альвеолы имеют разные размеры, альвеола с меньшим радиусом будет требовать более высокого транспульмонального давления, чтобы оставаться заполненной, чем большая альвеола. Поскольку давление в дыхательных путях равномерно по всему лёгкому, меньшая альвеола разрушается, опорожняя воздух в большую альвеолу.

- Транссудация интерстициальной жидкости. Внутренняя сила поверхностного натяжения имеет тенденцию всасывать жидкость из интерстиция в альвеолу с помощью фильтрационных сил Старлинга (см. главу 36). Этот процесс называется "транссудацией".

Эти три проблемы решаются с помощью присутствия легочного сурфактанта. Сурфактант вырабатывается пневмоцитами II типа в альвеолярной стенке. Это смесь фосфолипидов, из которых наиболее важным является дипальмитоилфосфатилдихолин (DPPC), и белков, в частности поверхностно-активных аполипопротеинов (SP-A, SP-B, SP-C).

Поверхностно-активное вещество играет три основные роли в снижении поверхностного натяжения:

- Общее снижение поверхностного натяжения альвеол. Поверхностно-активное вещество повышает глобальный комплаенс лёгких, тем самым уменьшая работу, необходимую для расширения лёгких.

- Стабилизация мелких альвеол. Поверхностно-активное вещество является особенно элегантным решением проблемы поверхностного натяжения. Снижение поверхностного натяжения в малых альвеолах больше, чем в больших, из-за способа распределения поверхностно-активного вещества. Это компенсирует механический недостаток, который малые альвеолы имеют из-за закона Лапласа, что приводит к уменьшению склонности к коллапсу.

- Профилактика транссудации жидкости. Поскольку силы поверхностного натяжения обычно уменьшаются поверхностно-активным веществом, в альвеолу всасывается меньше интерстициальной жидкости.

 

Каков механизм изменения поверхностного натяжения?

Фосфолипиды в лёгочном сурфактанте гидрофобны с одной стороны и гидрофильны с другой. Поэтому они выравниваются по поверхности жидкости внутри альвеолы. Межмолекулярные силы отталкивания между выровненными молекулами DPPC действуют так, чтобы противостоять межмолекулярным силам притяжения между молекулами воды, и поэтому поверхностное натяжение уменьшается. По мере уменьшения радиуса альвеолы молекулы DPPC сближаются, увеличивая межмолекулярные силы отталкивания и тем самым ещё больше уменьшая поверхностное натяжение.