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顺应性、弹性阻力,以及表面活性物质为何重要

肺有多“好拉伸”,这又为什么重要?顺应性衡量肺充气的难易程度。表面张力本会让充气难如登天——直到一种了不起的“肥皂样”物质登场。

顺应性:肺充气有多容易

顺应性回答一个问题:在一定的压力推动下,肺容积变化了多少?高顺应性的肺松软、容易充气,像吹松了的旧气球;低顺应性的肺僵硬、抗拒充气,像全新的气球。它的公式很简单:容积的变化除以跨肺压的变化。弹性阻力(弹性回缩)只是同一枚硬币的另一面——肺回弹得有多强——所以僵硬的肺顺应性低、弹性阻力高。

Compliance  C  =  ΔVolume  /  ΔPressure        (units: mL per cmH2O)
Elastance   E  =  1 / C   (stiff lung -> high E)

Healthy lung:    add 5 cmH2O of transpulmonary pressure -> +1000 mL
                 C = 1000 / 5  = 200 mL/cmH2O   (easy to fill)

Fibrotic lung:   same 5 cmH2O of pressure        -> +250 mL
                 C = 250 / 5   =  50 mL/cmH2O    (stiff, hard to fill)
顺应性是每单位压力所获得的容积。僵硬、低顺应性的肺要吸入同样的气,需要费力得多。

潜藏的对手:表面张力

有件事会让人意外:肺的回缩力大部分根本不来自弹性纤维,而来自水。每个肺泡内壁都覆着一层湿膜,水分子彼此吸引,形成表面张力,把弯曲的液面往里拉——正是让肥皂泡想要收缩的那股力。数以亿计的微小湿球加在一起,这股向内的拉力极其巨大,与你的每一次呼吸为敌。

更深一层的危险也在这里。支配气泡的物理定律告诉我们:在相同张力下,越小的球产生的压力越高。于是小肺泡会倾向于把气排进相邻较大的肺泡里,自己塌瘪。若任其发展,肺会变成少数几个巨大气囊加上大量塌陷气囊的混乱局面——对气体交换毫无用处。

表面活性物质出手相救

肺给出的对策是表面活性物质——一种由分布在肺泡内壁的II 型肺泡细胞分泌的“肥皂样”脂质与蛋白混合物。表面活性物质钻进水分子之间,打散它们的相互吸引,大幅降低表面张力。效果有两重:它让肺远比原来容易充气(提高顺应性),并且能巧妙地自我调节。当肺泡缩小时,表面活性物质分子彼此挤近,反而把这个小肺泡的张力压得更低,于是大小肺泡趋于平衡,而不会互相塌并。