Ytaktiv räddning

Ty lungan hos alla dessa är svampig och såsom ett skum?, skriver Aristoteles om de äggläggande fyrfota djuren och de av vingad natur, ?och skummet smälter samman från något stort och blir litet, och dessas lunga är liten och hinnartad.? Även människans lungor är som ett skum av små bubblor: lungblåsorna eller alveolerna. Det är […]

23 aug 2004, kl 18:26
0

Ty lungan hos alla dessa är svampig och såsom ett skum?, skriver Aristoteles om de äggläggande fyrfota djuren och de av vingad natur, ?och skummet smälter samman från något stort och blir litet, och dessas lunga är liten och hinnartad.? Även människans lungor är som ett skum av små bubblor: lungblåsorna eller alveolerna. Det är detta som möjliggör en tillräcklig syreförsörjning: syreupptaget sker över lungblåsornas yta, och lungornas ungefär 700 miljoner blåsor med en diameter runt 0,5 millimeter ger en sammantagen area av några hundra kvadratmeter innanför en volym av några tiotal liter. Om lungorna varit en enda stor blåsa, hade dess diameter behövt vara drygt tio meter för att ge samma area, och dess volym hade då varit runt tusen kubikmeter.

Men denna fiffiga struktur skulle också kunna utgöra ett problem. ?Det är en mycket bra idé, Nasse. Just vad Ior behöver för att gaska upp sig. Ingen kan vara ouppgaskad med en ballong?, säger Nalle Puh när Nasse erbjudit sig att ge en överbliven ballong i födelsedagspresent till den dystra åsnan. Ballonger sprider som bekant feststämning, men alla vet hur ansträngande det är att blåsa upp en ballong, i synnerhet i början. Det beror på att det krävs ett visst övertryck för att ballongen inte ska kollapsa på grund av ytspänningen i gummihinnan, och att detta övertryck måste vara större ju mindre uppblåst ballongen är.
Tänk dig en sfärisk ballong dekorerad som en jordglob. Längs ekvatorn verkar på grund av ytspänningen en kraft som drar de norra och södra halvkloten mot varandra, en kraft som till sin storlek ges av ekvatorns längd (två gånger pi gånger radien) gånger ytspänningen. Det som håller emot är övertrycket inuti ballongen; detta verkar på ett tvärsnitt vid ekvatorn och ger alltså upphov till en kraft som till sin storlek är lika med arean av ekvatorstvärsnittet (pi gånger radien i kvadrat) gånger övertrycket. Om ballongen inte ska kollapsa, måste dessa två krafter vara lika stora: ekvatorstvärsnittets area gånger övertrycket måste alltså vara lika med ekvatorns längd gånger ytspänningen. Övertrycket i ballongen måste med andra ord vara lika med ytspänningen gånger ekvatorns längd delat med ekvatorstvärsnittets area, det vill säga lika med två gånger ytspänningen delat med radien. Ju mindre radie, desto större övertryck krävs det.

Det som gäller för ballonger gäller även för alla andra blåsor, och det är detta som skulle kunna utgöra ett problem vid andningen. När vi andas ut minskar lungblåsornas radie och därmed borde det behövas högre övertyck för att de inte ska kollapsa. Men vid en utandning minskar övertycket i lungorna, så hur kommer det sig att lungorna inte kollapsar?
Svaret är, att ytspänningen i lungblåsorna också minskar när deras radie minskar. Alveolernas väggar är täckta av en surfaktant, ett ytaktivt ämne, det vill säga ett ämne som löser sig i en yta; surfaktanten i alveolernas väggar består huvudsakligen av fosfolipiden dipalmitoylfosfatidylkolin samt av apoproteiner. När alveolen utvidgas vid inandning tunnas skiktet av surfaktant ut och ytspänningen ökar; när alveolen drar ihop sig vid utandning förtjockas skiktet av surfaktant och ytspänningen minskar. Resultatet blir att ytspänningen i alveolen varierar ungefär proportionellt mot radien och därmed blir det övertryck som behövs för att hålla alveolen uppe alltid ungefär detsamma.

Surfaktanten börjar bildas i epitelceller i fostrets alveoler under vecka 23 till 25 och spelar alltså en avgörande roll för lungmognaden; för tidigt födda barn löper risk att drabbas av RDS, respiratory distress syndrome, som beror på bristande bildning (eller försämrad kvalitet) av surfaktant, vilket leder dels till att barnet har svårt att fylla lungorna med luft vid inandning, dels till att lungblåsorna och de finaste luftrören kollapsar vid utandning. Numera kan man spruta in surfaktant i bronkerna och därmed klara prematurer så långt ned som i vecka 25.
?Ty lungan hos alla dessa är svampig och såsom ett skum?, skriver alltså Aristoteles, ?och skummet smälter samman från något stort och blir litet?. Tack vare det ytaktiva ämnet i lungblåsornas vägg undgår vi att drabbas av ett sådant öde.

______

Hans-Uno Bengtsson är docent i teoretisk fysik vid Lunds universitet.

Vi använder cookies för att ge dig den bästa upplevelsen på vår webbplats. Mer information

Dina kakinställningar för denna webbplats är satt till "tillåt kakor" för att ge dig den bästa upplevelsen. Om du fortsätter använda webbplatsen utan att ändra dina inställningar för kakor eller om du klickar "Acceptera" nedan så samtycker du till detta.

Stäng