|
Nie obrażaj więc mojej inteligencji poprzez czynione na pokaz zaniżanie własnej.
Mechanizm wentylacji - wypełniania i opróżniania płuc
Ruch powietrza do płuc i z płuc wywoływany jest różnicą ciśnień pomiędzy powietrzem atmosferycznym a powietrzem w płucach. Pęcherzyki płucne oplecione są sprężystymi włókienkami białkowymi (kolagenowymi), które nadają tkance własności sprężyste . W otwartej klatce piersiowej płuca są skurczone (zapadnięte). W zamkniętej klatce płuca wypełniają ją całkowicie, gdyż ciśnienie w pęcherzykach - ci- śnienie śródpęcherzykowe p p - jest większe od ciśnienia wewnątrzopłucnowego p op (panującego w przestrzeni opłucnowej). Ta różnica ciśnień p = p p - p op rozciąga płuca działając wywołując naprężenia sprężyste tkanki. Sytuacja jest podobna do tej zilu- strowanej na rysunku z balonikiem. Wynikiem działania sił sprężystych tkanki jest ci- śnienie sprężyste tkanki. W warunkach równowagi: p sp = p p - p op Rysunek ilustruje mechanizm napełniania pęcherzyków płucnych. Różnica ciśnień pęcherzykowego i wewnątrzopłucnowego równoważny ciśnienie sprężyste tkanki płucnej: p sp = p p - p op . - 1 - Ciśnienie wewnątrzopłucnowe zmienia się w czasie oddychania w granicach od: -2,5 mm Hg do - 6 mm Hg (względem ciśnienia atmosferycznego). Pociąga to za sobą zmiany ciśnienia śródpęcherzykowego w granicach od: -1,5 mm Hg przy wdechu do +1,5 mmHg przy wydechu (patrz rysunek poniżej). Podczas wdechu zostaje wprowadzona do płuc objętość powietrza ( objętość odde- chowa ) V T . Objętość powietrza wdychana w ciągu jednej minuty zwana jest wentylacją minutową : Wentylacja = V ∆ t przy spokojnym oddychaniu (15 oddechów na 1 min.) wentylacja płuc wynosi około: Wentylacja = 8 l /min . Przy intensywnym wysiłku wentylacja może wzrosnąć 20-krotnie (w wyniku wzrostu ob- jętości oddechowej i częstotliwości oddechów). - 2 - ∆ T Objętość płuc mierzona spirometrem. Rola właściwości sprężystych tkanki płucnej i napięcia powierzchniowego warstwy powierzchniowej pęcherzyków Właściwości mechaniczne tkanki płucnej bada się na płucu wyizolowanym. Płuca na- dmuchuje się powietrzem ( inflacja ), mierząc ciśnienie i odpowiadającą mu objętość. Taki sam pomiar wykonuje się przy opróżnianiu płuc - deflacji . Rysunek poniżej ilu- struje wyniki takich pomiarów otrzymane dla płuca kota. Histereza objętościowo-ciśnieniowa podczas inflacji i deflacji izolowanego płuca ko- ta. Mała pętla odpowiada procesowi spokojnego oddychania. - 3 - Naprężenie wewnętrzne σ powstające w wyniku odkształcenia mechanicznego ∆ za- leży od modułu sprężystości objętościowej K : σ = K V V Odwrotność modułu sprężystości k - współczynnik sprężystości objętościowej (współ- czynnik ściśliwości, podatność sprężysta) określa wielkość odkształcenia powstającego w wyniku przyłożenia naprężenia σ : ∆ = σ V K { k Histereza objętościowo-ciśnieniowa związana jest z właściwościami sprężystymi tkanki płucnej oraz napięciem powierzchniowym warstwy powierzchniowej pęcherzyków płuc- nych. Zwiększenie powierzchni swobodnej cieczy o d S wymaga wykonania pracy d W zwięk- szającej energię powierzchniową cieczy. Przy czym: d W = σ p ⋅ d S , gdzie σ p oznacza napięcie powierzchniowe cieczy. Stany powierzchniowe cieczy powodują, że pod zakrzywioną powierzchnią panuje inne ciśnienie niż pod płaską. Nadwyżka ciśnienia skierowana jest w kierunku środka po- wierzchni krzywizny cieczy. Rozważmy powierzchnię kulistą. Zwiększenie promienia krzywizny kuli z r do r + d r związane jest ze zwiększeniem powierzchni o: S = 4 π r 2 ⇒ d S = 8 π r d r Zatem energia powierzchniowa wzrośnie o: d W = σ p 8 π r d r Praca związana ze wzrostem objętości kuli: V = 4 π r 3 ⇒ d V = 4 π r 2 d r ⇒ d W = p d V = p 4 π r 2 d r 3 Dodatkowe ciśnienie związane z zakrzywieniem swobodnej powierzchni cieczy wyraża wzór Laplace'a: p = 2 σ p r Jest ono skierowane w stronę środka promienia krzywizny (wyjaśnia poziom cieczy w kapilarach w zależności od kształtu menisku). Dla powierzchni cieczy o różnych promieniach krzywizny wzór Laplace'a przyjmuje po- stać: p = σ 1 + 1 p R R 1 2 - 4 - V V 1 gdzie R 1 i R 2 oznaczają promienie krzywizny tak zwanych przekrojów głównych po- wierzchni cieczy (ekstremalne promienie w przekrojach wzajemnie prostopadłych). O 1 i O 2 środki promieni krzywizny przekrojów głównych. R 1 i R 2 oznaczają odpowiednie promienie krzywizny przekrojów głównych zaznaczonych powierzchni. Dla łatwiejszego zrozumienia roli napięcia powierzchniowego warstwy powierzchniowej pęcherzyków płucnych porównajmy rozprężanie pęcherzyka z wydmuchiwaniem bańki mydlanej. Wydmuchiwanie bańki mydlanej: promień krzywizny wpierw maleje od r 1 do r 0 , po czym rośnie od r 0 do r 2 . Minimalnemu promieniowi krzywizny r 0 odpowiada mak- symalne ciśnienie panujące w bańce p C . Rysunek obok przedstawia zależność objętości bańki od ciśnienia podczas jej wydmuchiwania. Po osiągnięciu maksy- malnego ciśnienia bańka staje się niestabilna. Powietrze przepływa z bańki mniejszej do większej w wyniku istniejącego w mniejszej bańce wyższego ciśnienia powietrza. Gdyby pęcherzyki płucne zachowywały się jak połączone bańki mydlane, płuca stanowi- łyby układ niestabilny. Podczas inflacji wypełniałyby się jedynie większe pęcherzyki. Ob- jętość wzrastałaby do wartości V C , której odpowiada maksymalne ciśnienie po czym skokowo przyjęłaby objętość V d , przy której siły napięcia powierzchniowego zastąpione zostają przez siły sprężystości (patrz rysunek poniżej). - 5 - |
Menu
|