научная статья по теме ТЕОРИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ЛЕГКИХ - ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ, НАСТОЯЩЕЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ Биология

Текст научной статьи на тему «ТЕОРИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ЛЕГКИХ - ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ, НАСТОЯЩЕЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ»

УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2014, том 45, № 2, с. 77-95

УДК 612.21.08:001.891.3:001.894

ТЕОРИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ЛЕГКИХ -ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ, НАСТОЯЩЕЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

© 2014 г. Ф. Ф. Тетенев, К. Ф. Тетенев

ГБОУ ВПО "Сибирский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации, Томск

В статье изложена история создания учения о дыхательных движениях легких, история классической механики дыхания. Представлены наблюдения парадоксальных фактов, которые стали основой для создания гипотезы, затем теории механической активности легких. Приведены факты, доказывающие механическую активность легких на вдохе и выдохе. Рассмотрены варианты взаимодействия внутрилегочного и внелегочного источников механической энергии. Изложено теоретическое обоснование для развития нового направления изучения физиологии механических движений внутренних органов, не имеющих собственного скелета.

Ключевые слова: механика дыхания, механическая активность легких, плато транспульмонально-го давления, деформация плато транспульмонального давления, давление в заклиненном бронхе, механика движения внутренних органов.

Развитие учения о механических движениях легких в процессе дыхания является убедительной иллюстрацией философского учения Куна о структуре научных революций [16] с той лишь особенностью, что так называемая революция находится еще в состоянии развития, а кризисная ситуация, связанная с несовершенством концепции Дондерса, остается еще непонятой, неосознанной исследователями научного сообщества, так или иначе связанного с изучением механики дыхания. К этому нужно присовокупить исследователей, ведущих фундаментальные и клинические исследования обструктивной патологии легких.

О том, что легкие млекопитающих, в том числе и человека, спадаются при раскрытой грудной клетке, было хорошо известно со времен Галена [17]. Вместе с тем механизм дыхательных движений легких занимал исследователей давно. До 1853 г., когда были опубликованы экспериментальные исследования легких под колоколом Дондерса, наука о дыхательных движениях легких развивалась "ненормально". Не было определенной научно обоснованной теории. Существовало две точки зрения: 1-я состояла в том, что легкие млекопитающих обладают механической активностью, и 2-я точка зрения, что легкие млекопитающих не обладают свойством самостоятельной механической активности, и движения их обусловлены исключительно действием сил со стороны грудной клетки и диафрагмы.

ИСТОРИЯ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ГИПОТЕЗЫ О МЕХАНИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ЛЕГКИХ

Исследователи, придерживавшиеся 1-й точки зрения, основывались на филогенетическом анализе дыхательных движений. Легкие амфибий, у которых нет грудной клетки и плевральной полости, обладают самостоятельной механической активностью. Они самостоятельно расширяются на вдохе и сокращаются на выдохе [55, 74, 75]. Механизм этих движений легких остается не-из-ученным. У млекопитающих аппарат внешнего дыхания значительно сложнее. Он включает легкие, грудную клетку с дыхательной мускулатурой, диафрагму, систему плевральных листков и систему регуляции дыхания. В новых условиях свойство механической активности легких не может бесследно исчезнуть. Оно, вероятно, стало выполнять более сложную, но пока неизученную функцию. Одно из наиболее ранних сообщений об исследовании механической активности легких у млекопитающих имеется в работе Варниера в 1779 г., который описал сокращения участков легких кролика при широко раскрытой грудной клетке [45].

Исследователи, отстаивавшие 2-ю точку зрения, полагали, что у млекопитающих способность механической активности легких редуцирова-

лась, коль скоро стала не нужной и была заменена более совершенной системой легкие-грудная клетка с дыхательной мускулатурой, диафрагмой, системой плевральных листков и системой регуляции дыхания.

Классический опыт Дондерса [65] поставил точку в дискуссии, и наука о механизме дыхательных движений легких млекопитающих стала развиваться "нормально", то есть в рамках парадигмы, которая навела особый порядок. Какие-то движения легких, помимо результата действия сил со стороны грудной клетки и диафрагмы, не поддавались исследованию. В те годы не было методов исследования для изучения предполагаемой механической активности легких. Интересно в связи с этим отметить, что сам Дондерс наблюдал так называемые сокращения изолированных легких, но ничем не мог их доказать, измерить и поэтому расценивал их как артефакты. Опираясь на свой опыт с изолированными легкими, он сформулировал концепцию, согласно которой легкие млекопитающих являются пассивным эластическим телом, движения которого в процессе дыхания обусловлено действием силы со стороны грудной клетки и диафрагмы. Эта концепция стала парадигмой (стилем мышления), действующей до настоящего времени. В ХХ в. о Дондерсе уже нет упоминаний в руководствах по физиологии, клинической физиологии и функциональной диагностике [8, 13, 25, 40]. Представители научной элиты не обратили внимание, что парадигма построена на свойствах изолированных легких. Перенесение результатов опыта Дондерса на легкие при жизни без какой-либо поправки, вероятно, объяснялось общим механистическим стилем понимания основ физиологии в XIX в. Каковы механические свойства легких при жизни? Этот вопрос стал предметом изучения и дискуссий в ХХ в.

Клинические наблюдения гидроторакса, а также исследования, связанные с наложением искусственного пневмоторакса выявили особенности механического поведения легких, которые не укладывались в механистическое толкование механики дыхания: необычное расположение жидкости в плевральной полости вопреки силам гравитации и необычное поведение легких при наложении искусственного пневмоторакса. Неполное спадение легкого при наложении частичного искусственного пневмоторакса сопровождалось повышением внутриплеврального давления, которое вскоре вновь возвращалось к исходным значениям. Повышение среднего уровня внутриплеврального давления происходило в результате уменьшения объема легкого и

соответственно уменьшения его эластического напряжения. Спустя некоторое время уровень внутриплеврального давления восстанавливался. Это явление объясняли активным повышением тонуса легкого. Доказательность данного положения была явно недостаточной. Восстановление отрицательной величины внутриплевраль-ного давления могло происходить в результате увеличения действия силы со стороны грудной клетки. Дифференцировать действие сил со стороны грудной клетки и легких исследователи не могли, и представление о повышении тонуса легкого оставалось гипотезой. Появилось понятие - ненасытный пневмоторакс. Исследования в этом направлении шли в русле описания плевропульмонального рефлекса [2, 5, 14, 21, 22, 23, 24, 26, 43, 44, 48, 51, 53]. Механическая активность легких объяснялась, как способность повышать тонус гладкой мускулатуры (сокращение легкого) как инструмент для поддержания уровня внутриплеврального давления. Из всех исследований этого направления доказательства существования активного тонуса легких привел лишь Рейнхардт [87]. В его эксперименте силы со стороны грудной клетки были исключены тем, что экспериментальное животное с широко раскрытой грудной клеткой помещалось вместе с исследователем в герметическую камеру. В ней имитировались колебания внутригрудно-го давления, и легкие пассивно вентилировались через трубку из-за пределов камеры. Другим исследователям активного легочного тонуса не удавалось разъединить силы со стороны легких и грудной стенки. В связи с этим исследователям данного направления не удалось получить фундаментального доказательства активного легочного тонуса. Методика же Рейнхардта была необычайно сложной и не могла обеспечить развитие исследований активного легочного тонуса. Серьезным достижением исследований данного направления было признание за легкими сложных, непонятных, неизученных свойств и механизм вентиляционной функции легких стали все чаще называть биомеханикой дыхания [28, 29, 39].

Достаточным основанием для подтверждения гипотезы о механической активности легких были результаты рентгенологического исследования угловых смещений бронхов на вдохе, опережающих увеличение общей емкости легких [19, 20]. Однако методика исследования при этом не позволяла получить фундаментального доказательства гипотезы, так как измерение изменения общей емкости легких производилось во фронтальной плоскости по площади легоч-

ных полей. Более доказательной была бы одновременная регистрация спирограммы и угловых смещений бронхов, но таких исследований автор не проводил.

Общее представление о механической активности легких по результатам исследований было неконкретным и без четкой формулировки. Одни авторы полагали, что легкие способны к сокращению, являясь инструментом для поддержания уровня внутриплеврального давления (Кузьмина, 1953) [15]. Некоторые исследователи предполагали об активности легких на вдохе и выдохе (Цин Тай-Пин, 1958) [45]. Серьезную загадку представляет морфологический субстрат, обеспечивающий механическую активность легких. Сведения о гладкой мускулатуре, охватывающей бронхиолы и альвеолы (Фрейнфельд, 1957) [42], были подтверждены исследованиями с помощью электронно-лучевой микроскопии (Нагаиши и Окада, 1960) [82]. Серьезным исследованием роли гладкой мускулатуры легких в патогенезе обструктив-ной эмфиземы легких является работа Есиповой и Такова [10]. Жировая дегенерация гладкомы-шечных волокон неизвестной пока природы, по мнению авторов, является облигатным признаком данной патологии. В литературе имеются работы, в которых рассматривается единая система эластические - гладкомышечные волокна, которая может обеспечить механическую активность легких не только на выдохе (сокращение), но и на вдохе (инспираторное действие) [90]. Эластические волокна рассматривались как сложный скелет легких. Напряжение одной группы мышечных волокон обеспечивает инспираторное расширение легких. Другая группа мышечных волокон обеспечивает уменьшение объема легких - сокращение. В основу гипотезы была взята аналогия со скелетной мускул

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком