препис
1 Как дишаме? К. Богданов Какво казва електрокардиограма? Прилепите в тъмното, за да ловят комари? Подобно на домашни гълъби намерят пътя към дома? Отговорите на тези и много други въпроси, биофизика наука, която изучава физичните явления в живите организми, който се намира в пресечната точка на физиката и биологията, като се използват най-новите постижения на физиката в биологичните изследвания. Опитайте ни, въоръжени с познания по физика на училище, за да отговори на пръв поглед прост въпрос: как да дишаме? Нашата дихателната система При нормална дишане нашия организъм консумира дневно приблизително 0,5 кг кислород и разпределя почти същото количество въглероден диоксид. И доставката на кислород и въглероден диоксид се извършва чрез белите дробове. Вътрешното пространство на белите дробове към атмосферата чрез дихателните пътища. Airways състоят от носната кухина, където инхалираният въздуха е влажна и се нагрява, фаринкса, ларинкса, трахеята, бронхите и две основни на подаване на въздух наляво и надясно на белия дроб. Всеки бронхите натрошени на по-малки бронхи (бронхиоли) и завършва с микроскопични мехурчета на белодробните алвеоли, заобиколени от всички страни от гъста мрежа от кръвоносни съдове. Алвеолите, която има около 700 millionov възрастни, е свързана мехурчета пълни с въздух. Диаметърът на алвеолите е средно 0.1 mm, дебелина на стената 0,4 мм. Общата площ на алвеолите в възрастни е около 100 m 2. На всяко време в кръвоносните съдове, Заплитащи алвеоли е около 70 мл кръв от които алвеолите дифундират въглероден диоксид и кислород в обратна посока. огромен повърхност алвеолите позволява по-малко от една секунда на насищане на кръвта с кислород и освобождаване на излишък от въглероден диоксид. Дишането и мехурчета е лесно, ако искаме да си поема дъх? По отношение на налягането на въздуха в белия дроб (алвеолите вътре) по време на вдишване надвишава налягането извън (и плевралната кухина)? Ако се приеме, че всяка малка кухина куха топка, изработена от еластична мембрана, след което налягането се изисква воденето на тази топка в напомпаната държавата, когато даден външен натиск трябва да се определят изцяло топка с диаметър и еластичност свойства на мембраната. Вярно ли е това? През 1429 швейцарски учен Карл фон Niirgard установено, че е необходимо да се надува на белите дробове налягане, може да бъде значително намалена, ако белите дробове да се пълни с физиологичен разтвор. Това не съответства на идеята на алвеолите като гъвкава кухи топки: ако вдишания ние трябваше да се преодолее само еластичната сила, а след това нашите усилия няма да са зависими от това, дали са запълнени с лесно решение, тъй като еластичната сила на този не зависи. Получените данни Niirgardom стане разбираемо, когато е установено, че всяка кухина вътре покрита с тънък слой течност. Този факт оказва значително влияние върху механичните свойства на алвеолите. По-специално, необходимо за надуване алвеоли налягане, по-голямо от в случай на кухия топката от белодробната тъкан. Ето защо. Известно е, че на повърхността на течността се държи като разтегнато филм има повърхностно напрежение. За да се оцени ролята на повърхностно напрежение в алвеолите механика, помисли течен филм с форма на сфера, най-простият пример на такъв филм балон. Налягането на въздуха вътре в балона поради повърхностното напрежение на течността е винаги по-голяма от външното налягане. Големината на свръхналягане във вътрешността на сфера с радиус R, определена от Лаплас връзка р = 2σ R, където σ е повърхностното напрежение на филма. Това свръхналягане е по-голяма 1
2 е по-малка от радиуса на сферата. В филм балон и вътрешните и външните повърхности в контакт с въздуха, и стойността на σ на филма равна на два пъти повърхностното напрежение на течността. въздух течен контакт алвеолите се извършва само от едната страна, от вътрешната страна. Фиг. Да се изчисли стойност 1 стр. За интерстициална течност σ = N / m; Ние използваме тази стойност и течността редят на вътрешната повърхност на алвеолите. Ако приемем, R = 50 м = М, ние получаваме р = N / m 2. Фигура 1 показва обема на белите дробове на налягането вътре в тях (по-точно, от това колко налягане е по-голям от външния). Графиките показват, че, ако не всички, то поне значителна част от налягането, разтягане на белите дробове при вдишване, е да се преодолеят силите на повърхностното напрежение. Когато белите дробове са пълни с физиологичен разтвор, само допълнително налягането необходимо за преодоляване на еластичните свойства на белодробната тъкан. Очевидно е, че разликата между двете криви на фигура 1 и представлява приноса на силите на повърхностното напрежение на еластичността на белия дроб. В нормален обем човешка белодробна инспираторния е около 50% от максималната си обем. Както следва от фигура 1, в този диапазон на приноса на повърхностното напрежение е повече от 30%. Не толкова прости зацепваща повърхност притискащите сили да обясни механичните свойства на белия дроб води до следната "парадокс" в обяснението на взаимодействието между съседни алвеоли. Фигура 2 показва схематично две съседни алвеоли, имащи различни размери. Да приемем, че първият алвеоларни въздушни пространства не комуникират един с друг (Фигура 2а). Р въздушно налягане 1 в лявата алвеоли по-голямо от налягането р 2 в дясно (като R 1 ако ($ това-> show_pages_images $ PAGE_NUM док [ 'images_node_id']) 
4 все още е много бебета в света умират и не направи първия си дъх, поради липсата или отсъствието на ПАВ в техните алвеоли. Фиг. 3 Изключение от правилото, обаче, много животни диша спокойно, не страда от факта, че няма ПАВ в техните алвеоли. На първо място това се отнася до студенокръвни жаби, гущери, змии, крокодили, и така нататък. Г. Тъй като тези животни не трябва да се губи енергия за загряване на собственото си тяло, кислородните нужди на средните десет пъти по-малка от тази на топлокръвни животни. Поради това, на повърхността на белите дробове, чрез които газовата обмяна се извършва между кръвта и въздуха в студена по-малко от топло. Относителната намаляване на площта на светлина за единица обем, се поставя в студена свързано с повишаване на около десет пъти диаметъра на алвеоли спрямо топлокръвни алвеоли. Относително голям радиус на алвеолите ви позволява лесно да ги надуе дори и при липса на ПАВ вътрешната повърхност (за р
1 / R). Втората група от животни, белите дробове, в които не са ПАВ и птици. Птиците са топлокръвни и са доста оживен начин на живот. Разходите за електроенергия птици и бозайници, със същото тегло са близо един до друг. Висока и птиците се нуждаят от кислород. Освен това белите дробове птици имат уникалната способност за насищане на кислород в кръвта при висока надморска височина на полета (приблизително 6000 m), където неговата концентрация във въздуха пада два пъти над концентрацията на морското равнище. Всеки бозайник (включително човек) на височина започва да усеща липсата на кислород, силно ограничава тяхната двигателна активност, а понякога дори изпада в безсъзнание състояние. Толкова лесно, колкото е възможно да се птица, който не разполага с ПАВ да диша и да се насити на кръвта с кислород? Защо той не работи в бозайници? Нека самокритика. Какво не е наред с нашите бели дробове? На първо място, не всички от въздуха, който дишате участва в газовата обмяна с кръв: въздух в капан в края на вдишване в трахеята и бронхите, няма да бъде в състояние да даде на кислород в кръвта и извадете въглеродния диоксид, защото в тези области на практика няма белодробни кръвоносни съдове. Поради това, част от обема на белите дробове заета от трахеята и бронхите, наречен "мъртва пространство". Обикновено "мъртво пространство" човешки бял дроб е с капацитет от около 150 cm 3. Възможно е да се изкуствено увеличаване на размера на "мъртво пространство" се насили, ако дишането през дълга тръба. Всеки, който се е опитал да го направи, вероятно сте забелязали, че когато е необходимо да се увеличи дълбочината на дишането (дихателен обем). Очевидно е, че ако сумата на "мъртво пространство" е направена, равна на максималната възможна вдишването (около 4.5 дм 3), а след това човек започва да се задуши, защото на чист въздух изобщо вече няма да влезе в алвеолите. По този начин, наличието на "мъртво пространство" в дихателната система на бозайници е "грешка" на природата. Създаване на леки бозайници, природа, по наше мнение, и направи втори "грешка". Този недостатък се дължи на факта, че движението на въздух в белите дробове променя 4
5 посоката на прехода от вдишване на изтичане. Ето защо, почти половината от светлината време е практически неактивна по време на издишване на чист въздух, за да алвеолите не пристигат. Но в природата птици се стигне отново до съвършенство. Освен конвенционален светлина, птиците имат допълнителна система, състояща се от пет или повече двойки въздушни възглавници, свързани със светлина. В кухините на тези торбички са широко браншови в организма и отиват в някои от костите, понякога дори и в малки костите на фалангите. В резултат на дихателната система на патици, например, отнема около 20% от обема на тялото (2% и 18% от белите дробове алвеолите), докато човек е само 5%. Лесно птици, за разлика от белите дробове на бозайника, е набор от паралелно свързани с двете отворени страни на тънки тръби заобиколени от кръвоносни съдове. Съединение торби с светлина, така че по време на вдишване въздух протича през птици белодробни в същата посока, както по време на издишване. Ето защо, по време на дишане само обемът на алвеолите при птиците са различни и количеството светлина остава почти постоянна. И тъй като не е необходимо да се надува на белия дроб, не е необходимо и повърхностно активни вещества в белите дробове на птицата. Ето как можете да кажете много интересни неща в отговор на пръв поглед прост въпрос на това как дишаме. 5
Свързани статии