Вдох совершается в результате увеличения объема грудной полости, происходящем при подъеме ребер и опускании диафрагмы. Увеличение объема грудной полости приводит к уменьшению давления в плевральной полости; в результате увеличения разности давления между давлением воздуха и давлением плевральной полости легкие расправляются.
При выдохе расслабляются мышцы, под давлением перепада давления легкие сжимаются.
Атмосферное давление (р) на грудную клетку уравновешивается давлением плевральной полости и эластичной тягой грудной клетки:
Ратм = Рпл + Рэл.гк (1)
Ратм – атмосферное давление
Рпл – давление в плевральной полости
Рэл.гк - эластичная тяга грудной клетки
Ратм - Рпл < 9 мм.рт.ст.
Давление в альвеолах уравновешивается давлением в плевральной полости и эластичной тяги легких:
Рал = Рпл + Рэл.л (2)
Рал – давление в альвеолах
Рэл.л – эластичная тяга легких.
Транспульманальным давлением называется разность между давлением Рал и Рпл:
Р = Рал - Рпл = Рэл.л (3)
(в соответствии с (2) обеспечивается эластичной тягой легких).
Эластичная тяга легких развивается за счет 2-х факторов:
- упругость тканей легких
- сила поверхностного натяжения жидкости, выстилающей внутреннюю поверхность альвеол.
Условия равновесия альвеол:
Статическое уравнение равновесия:
r – радиус альвеолы
δ – толщина стенки альвеолы
σ – коэффициент поверхностного натяжения жидкости, выстилающей внутреннюю полость альвеолы (сурфактант).
Из (4)
Применим уравнение Гука:
(6) → в (5):
Рассмотрим:
1) Еδ > σ с увеличением радиуса эластичная тяга легких растет.
2) Еδ < σ с увеличением радиуса эластичная тяга легких уменьшается – неустойчивое состояние альвеолы.
Чтобы обеспечить механическую стабильность альвеол, должно выполняться соотношение Еδ > σ.
Для стенок альвеол Е ≈ 5 ∙ 104 н/м2, δ = 10-6 м, → σ < 5 ∙ 10-2 н/м.
(у воды σ = 0,07 н/м), поверхность выстлана не водой, а сурфактантом, состоит на 90% из липидов и белков. (на вдохе она толще 10,0, на выдохе - толще σ = 0,005-0,01 н/м).
р = рэл.л ≈ 9 мм.рт.ст. = 1180 Па.