Роль поверхностного натяжения лёгочного сурфрактанта в процессе дыхания

Альвиола (от латинского alviolus – ячейка, пузырёк) – пузырьковидное образование в лёгких млекопитающих, оплетённое сетью капилляров. Через стенки альвиол (в лёгких человека их 700 млн.) происходит газообмен между кровью легочных капилляров и воздухом, содержащемся в легких. Диаметр альвеол составляет 0,2-0,3 мм. Как сказано выше, каждая альвеола окружена плотной сетью капилляров, поэтому площадь контакта с кровью, протекающей по капиллярам, с альвеолами очень велика.

Газообмен между альвеолярным воздухом и кровью осуществляется путем диффузии. Кровь легочных капилляров отделена от альвеолярного пространства лишь тонким слоем ткани, так называемой альвеолярно-капиллярной мембраной, образованной альвеолярным эпителием, узким интерстициальным пространством (межклеточная среда) и эндотелием капилляров. Общая толщина мембраны мала - около 1 мкм.

Внутренняя поверхность альвеол выстлана тонкой плёнкой жидкости. Если бы эта плёнка состояла только из воды, на внутренней поверхности альвеол действовали бы очень большие силы поверхностного натяжения. Дыхание было бы невозможно, так как стенки каждого альвеолярного пузырька стремились бы схлопнуться.

Но поверхностное натяжение σ_альв альвеол в 10 раз меньше, чем поверхностное натяжение воды, т.к. в альвеолярной жидкости содержатся вещества, снижающие поверхностное натяжение. О них мы говорили выше. Они называются поверхностно-активными веществами (ПАВ) или, в терминологии медиков и физиологов, сурфактантами. При этом коэффициент поверхностного натяжения альвиол σ_альв зависит от толщины пленки d, их выстилающей. При дыхании толщина плёнки меняется: на вдохе она становится тоньше (растягивается) и тогда σ_альвф =50·10^-2 Н/м, а на выдохе становится толще (сжимается) и σ_альв =(5–10)·10^-2 Н/м

Это связано с тем, что эффект сурфактантов тем выше, чем плотнее располагаются их молекулы, а при уменьшении диаметра альвеол эти молекулы сближаются.

Каков же механизм снижения поверхностного натяжения σ_альв сурфактантами? В эксперименте было показано, что альвеолярная жидкость содержит смесь белков и липидов. Наибольшей поверхностной активностью из компонентов этой смеси обладают производные лецитина, образующиеся в альвеолярном эпителии. Лецитины (холинфосфоглицириды) – это группа сложных липидов. Гидрофильные части этих молекул прочно связаны с молекулами воды H₂O, а их гидрофобные части слабо притягиваются друг к другу и к другим молекулам в растворе. Поэтому молекулы сурфактантов образуют на поверхности жидкости тонкий гидрофобный слой.

Согласно формуле Лапласа давление в альвеолах при выдохе при снижении радиуса пузырька r должно возрастать, однако этому противодействует то, что по мере уменьшения радиуса альвеол снижается и поверхностное натяжение σ_сурф в них. Таким образом, сурфактанты препятствуют полному схлопыванию мелких альвеол.