Более чем у половины недоношенных детей, родившихся до 28-й недели беременности, вскоре после рождения развивается респираторный дистресс-синдром. Поскольку их лёгкие ещё не полностью сформировались, они вырабатывают слишком мало жидкости, которая снижает поверхностное натяжение в лёгких. В результате некоторые альвеолы схлопываются, и лёгкие не получают достаточное количество кислорода.
Ещё 40 лет назад это грозило смертью. Но в конце 1980-х годов педиатры разработали процедуру, которая спасала жизни: они извлекали жидкость из лёгких животных и вводили её в лёгкие недоношенных детей. «Это очень эффективно для новорождённых, — говорит Ян Вермант, профессор кафедры мягких материалов Швейцарской высшей технической школы Цюриха. — Жидкость покрывает всю поверхность, делая лёгкие более эластичными».
Но даже у взрослых людей могут отказывать лёгкие. Во время пандемии коронавируса примерно у 3000 человек в Швейцарии развился острый респираторный дистресс-синдром. Однако введение поверхностно-активной жидкости из лёгких животных в лёгкие взрослых людей не помогает. «Это показывает, что дело не только в снижении поверхностного натяжения, — говорит Вермант. — Мы считаем, что механическое напряжение в жидкости также играют важную роль».
Исследовательская группа применила сложные методы измерения, чтобы точно определить, как ведёт себя лёгочная жидкость при растяжении и сжатии в лабораторных условиях. Жидкость в нашем организме также подвергается подобным движениям, когда лёгкие расширяются при вдохе и сжимаются при выдохе. Исследователи опубликовали свои выводы в журнале Science Advances.
В ходе своих экспериментов ученые моделировали движения при обычном и особенно глубоком вдохе, измеряя поверхностное натяжение жидкости в каждом случае. «Натяжение влияет на эластичность лёгких. Чем эластичнее лёгкие, тем меньше сопротивление при их расширении и сжатии и тем легче дышать», — объясняет Верман.
Было обнаружено, что поверхностное напряжение значительно снижается после глубокого вдоха. По-видимому, существует физическое объяснение чувству облегчения, которое часто возникает в груди после глубокого вдоха. Объяснение заключается в том, что тонкая плёнка, образуемая лёгочной жидкостью на поверхности лёгких, на самом деле состоит из нескольких слоёв.
«На границе с воздухом находится более жёсткий поверхностный слой. Под ним есть несколько слоёв, которые должны быть мягче поверхностного слоя», — объясняет Мария Новаес-Силва, автор исследования. Как она доказала в ходе экспериментов, слоистость со временем возвращается к равновесной конфигурации, когда жидкость вообще не движется или движется незначительно при поверхностном дыхании.
Время от времени нужно делать глубокий вдох, чтобы восстановить эту идеальную многослойность. Выраженное растяжение и сжатие лёгочной жидкости приводит к изменению состава внешнего слоя. «Происходит обогащение насыщенными липидами, что приводит к более плотному прилеганию», — говорит Новаес-Сильва. Верман добавляет: «Это состояние за пределами термодинамического равновесия, которое может поддерживаться только за счёт механической работы».
Из клинической практики также известно, что податливость лёгких со временем постепенно меняется и дыхание становится всё более затруднённым из-за постоянного поверхностного дыхания.
Можно ли использовать новые знания для разработки эффективных методов лечения легочной недостаточности у взрослых? «Перспективный подход заключается в выявлении компонентов, которые могут искусственно воссоздавать многослойные структуры», — отмечают исследователи. В беседе Верман упоминает методы лечения с использованием пены, которые в настоящее время разрабатываются и исследуются другими группами ученых.
[Фото: brgfx / Freepik.com]
