Растяжимость и эластичность легких

Растяжимость легких — это изменение объема легких, вызванное единичным изменением растягивающего (транспульмонального) давления, и она выражает эластическую легкость, с которой легкие могут быть надуты. Эластичность — это комплементарное свойство — тенденция растянутого легкого сокращаться обратно к меньшему объему — и вместе они устанавливают взаимосвязь между давлением, приложенным к легкому, и объемом, который оно удерживает.

Definition

Растяжимость легких — это отношение изменения объема легких к изменению транспульмонального давления, которое его вызывает (наклон кривой давление-объем); эластичность легких, или эластическая отдача, — это внутреннее давление, которое создает растянутое легкое, стремясь вернуться к меньшему объему.

Scope

Эта тема охватывает эластическое объемно-давленостное поведение легких и грудной стенки, детерминанты этой эластичности (эластические волокна тканей и поверхностное натяжение альвеол), роль сурфактанта в снижении поверхностного натяжения, а также способ определения растяжимости по наклону кривой давление-объем. Это справочное описание механических свойств, а не клиническое руководство.

Core questions

• Как растяжимость определяется как наклон кривой давление-объем, и чем она отличается от эластичности?
• Что способствует эластической отдаче легких — эластические волокна тканей или поверхностное натяжение альвеол?
• Как сурфактант изменяет поверхностное натяжение и тем самым растяжимость и стабильность альвеол?
• Как эластические свойства легких и грудной стенки сочетаются, чтобы установить остаточный объем легких?

Key concepts

• Растяжимость и эластичность
• Кривая давление-объем
• Эластическая отдача
• Гистерезис
• Поверхностное натяжение
• Легочный сурфактант
• Удельная растяжимость

Key theories

Модель легкого как эластичного континуума

Мид, Такисима и Лейт рассматривали легкое как взаимозависимую эластичную структуру, в которой давление отдачи в каждой области зависит от локального объема, до которого оно растянуто, объясняя, как напряжения и расширение распределяются по паренхиме.

Поверхностное натяжение и вклад сурфактанта в отдачу

Значительная часть эластической отдачи легких возникает из-за поверхностного натяжения на границе раздела воздух-жидкость в альвеолах; легочный сурфактант снижает и стабилизирует это натяжение, увеличивая растяжимость и предотвращая коллапс малых альвеол.

Mechanisms

Объем расслабленного легкого определяется балансом между растягивающим транспульмональным давлением и его эластической отдачей. Построение графика объема в зависимости от транспульмонального давления дает сигмовидную кривую давление-объем, наклон которой является растяжимостью; кривая различается при вдохе и выдохе (гистерезис), в основном из-за поведения поверхностного натяжения на альвеолярной границе раздела. Два фактора генерируют отдачу: эластические волокна легочной ткани и поверхностное натяжение тонкой жидкой пленки, выстилающей альвеолы. Легочный сурфактант снижает поверхностное натяжение, что увеличивает растяжимость и, поскольку эффект сильнее при малых объемах, стабилизирует альвеолы разных размеров. Поскольку легкое сокращается внутрь, а грудная стенка имеет тенденцию сокращаться наружу, их противоположные эластические силы встречаются при остаточном объеме легких.

Clinical relevance

Растяжимость и отдача определяют, насколько легко легкое надувается, а измененная эластичность лежит в основе широких механических категорий заболеваний легких — например, потеря отдачи увеличивает растяжимость, в то время как фиброз или дефицит сурфактанта снижают ее. Эти концепции лежат в основе интерпретации измерений давления-объема и обоснования защитной вентиляции легких. Эта запись описывает физиологические свойства и не является основой для индивидуальной диагностики или лечения.

Evidence & guidelines

Количественное описание эластичности легких основано на классических исследованиях механики дыхания и закреплено в физиологических справочниках и учебниках; клиническое измерение растяжимости проводится в рамках стандартизированных систем легочной функции и механики дыхания.

History

Систематическое измерение эластичности легких развивалось наряду с методами оценки плеврального давления в середине двадцатого века, что позволило определить кривую давление-объем и количественно оценить растяжимость. Моделирование распределения напряжений Мидом и коллегами и признание роли поверхностного натяжения уточнили понимание того, что делает легкое эластичным; эта работа была синтезирована в томе «Handbook of Physiology», посвященном механике дыхания.

Key figures

• Jere Mead
• Peter Macklem
• John B. West

Seminal works

• mead-1970
• mead-1967

Frequently asked questions

В чем разница между растяжимостью и эластичностью?

Растяжимость — это объем, полученный на единицу увеличения растягивающего давления, в то время как эластичность — это ее обратная величина — давление, необходимое на единицу изменения объема. Легкое с высокой растяжимостью легко надувается; жесткое легкое с высокой эластичностью сопротивляется надуванию.

Почему легочный сурфактант важен для механики легких?

Сурфактант снижает поверхностное натяжение жидкой пленки альвеол, что увеличивает растяжимость легких и, поскольку его эффект сильнее при малых объемах легких, помогает предотвратить коллапс малых альвеол и стабилизирует альвеолы разных размеров.