Вентиляция легких . Акты вдоха и выдоха.

Последовательность биофизических процессов, обеспечивающих вентиляцию легких, можно представить в виде следующей схемы:

акт вдоха:поступление нервного импульса к дыхательным мышцам синаптическая (нервно-мышечная) передача сокращение дыхательных мышц увеличение объема грудной полости увеличение объема легких снижение давления в легких (по закону Бойля—Мариотта) всасывание воздуха из атмосферы в легкие;

акт выдоха:расслабление дыхательных мышц (вслед за сокращением при вдохе) уменьшение объема грудной полости уменьшение объема лёгких повышение давления в легких (по закону Бойля-Мариотта) выдав­ливание воздуха из легких в атмосферу.

Эластическая тяга легких.

Основной вклад в эластические свойства грудной клетки вносят упругость ре­бер, особенно их хрящевых частей, и дыхательных мышц.

Эластическое сопротивление грудной клетки зависит от степени их растяжения, а она, в свою очередь, по­вышается с увеличением объема легких (эта зависимость близка к параболичес­кой). При заполнении легких примерно на 55% их максимального объема (V_max) эластические структуры грудной клетки полностью расслаблены. Увеличение объема легких (относительно 55% V_max) приводит к растяжению эластических (упругих) компонентов грудной клетки, а уменьшение — к их сжатию. Как растя­жение, так и сжатие происходят только при сокращении дыхательных мышц (в первом случае - мышц вдоха, во втором - мышц форсированного выдоха).

Сила упругости в легких, которая заставляет их спадаться на выдохе, называет­ся эластической тягой легких (ЭТЛ). Она имеет два основных компонента.

Во-пер­вых, тканям легких присущи упругие свойства(они зависят не только от коэффи­циента упругости их компонентов как таковых, но и от степени кровенаполнения легких, от тонуса гладкомышечных волокон и т. д.).

Вторым компонентом ЭТЛ является сила поверхностного натяжения, воз­никающая на границе между альвеолярной газовой смесью и внутренней по­верхностью альвеол, выстланной слоем жидкости. Давление, созда­ваемое поверхностным натяжением, вычисляют по формуле Лапласа , где r - радиус альвеолы; - коэффициент поверхностного натяжения.

Под действием этого давления газы, находящиеся в альвеоле и сжимаемые им, стремятся покинуть ее и выйти через дыхательные пути наружу. Средний радиус альвеолы составляет 100—150 мкм, а на вдохе около . Следователь­но, давление, обусловленное поверхностным натяжением, достигает на вдохе 800 Па. Им обеспечивается от 50 до 70% всей энергии выдоха. Вторая часть (30—50%) приходится на силу упругости, развивающуюся при деформациях легочной паренхимы, воздухоносных путей, тканей грудной клетки.

Зависимость силы упругости, возникающей при деформациях легочной парен­химы и стенок воздухоносных путей, от величины деформации описывается ли­нейными функциями. Упругость обусловлена преимущественно эластическими волокнами, растягивающимися в легочной паренхиме при дыхании (на вдохе). При этом коллагеновые волокна, уложенные волнообразно («со слабиной»), только распрямляются, но не растягиваются. Их миссия состоит в обеспечении прочности (при перерастяжении легочной ткани). Сухая масса легких состоит на 20% из коллагена и на 5—12% из эластина. Минимальное разрушающее напряже­ние легочной паренхимы составляет Па, а предел текучести Па. Легкие ведут себя как пластические тела.

Энергия сокращающихся дыхательных мышц затрачивается не только на пре­одоление эластического сопротивления грудной клетки и легких. Значительны энерготраты на преодоление сил сопротивления движению воздуха по дыхатель­ным путям. Они зависят от характера воздушного потока. При ламинарном дви­жении силы сопротивления пропорциональны объему перемещающегося воздуха в единицу времени, а при турбулентном – почти квадрату этого объема. При спо­койном дыхании в бронхах преобладает ламинарный воздушный поток. Когда ле­гочная вентиляция усиливается (например, во время физической работы) или возникает спазм бронхов, движение воздуха может стать турбулентным. Это ведет к усилению энерготрат, связанных с дыханием.