Силы поверхностного натяжения. Кавитация in vivo

Центральный вопрос теории появления и существования газовых зародышей заключается в том, каким образом они преодолевают силы поверхностного натяжения. Если газовый зародыш является сферическим микропузырьком, то в соответствии с законом Лапласа он должен раствориться, потому что поверхностное натяжение ведет к превышению давления внутри его по отношению к барометрическому.

Jount (1979) предположил, что газовые зародыши являются сферическими микропузырьками, стабилизированными к действию поверхностного натяжения путем образования наружного слоя из поверхностно-активных молекул. По мере того как зародыш начинает растворяться или сжиматься, молекулы наружного слоя более тесно соприкасаются друг с другом, образуя газонепроницаемый барьер. Если чрезмерной компрессией преодолеть механическую прочность наружного слоя, то газовый зародыш спадется, т. е. растворится. Во время декомпрессии, когда внутреннее давление зародыша превысит давление, создаваемое поверхностным натяжением, происходит образование устойчивого газового пузырька.

Ранее было предложено несколько иное объяснение данных явлений, суть которого состоит в том, что газовый зародыш представляет собой наполненную газом мелкую трещину на твердой поверхности. Трещины гидрофобны, т. е. они трудно смачиваются водой. Под влиянием компрессии поверхность соприкосновения газа с жидкостью становится вогнутой, а давление в трещине, согласно закону Лапласа, меньше барометрического. Следовательно, поверхностное натяжение направлено скорее на стабилизацию, чем растворение газового зародыша. Газовый зародыш растворяется, когда чрезмерная компрессия принудит жидкость проникнуть в трещину. Во время декомпрессии» газовый зародыш превращается в пузырек в тот момент, когда поверхность соприкосновения газа с жидкостью превысит по площади полусферу. Расширение этой поверхности за рамки полусферы становится неустойчивым вследствие того, что давление, обусловленное поверхностным натяжением, по мере увеличения радиуса газового зародыша падает.

Видео: Галилео. Эксперимент. Поверхностное натяжение

Описанные модели газовых зародышей пригодны для объяснения экспериментальных данных. Однако самих данных еще недостаточно, чтобы определить, какая из моделей наиболее действенна.

Кавитация in vivo

Проба на гидростатическое давление была использована для поиска доказательств наличия газовых зародышей у животных. В 1969 г. Evans, Walder изучали процесс организования газовых пузырьков у прозрачных креветок. Они подвергали 3 группы, по 50 креветок в каждой, декомпрессии от нормального атмосферного давления до абсолютного давления 0,079 кгс/см2. Одна из групп животных перед декомпрессией была подвергнута действию абсолютного давления 389 кгс/см2. Другую группу действию давления не подвергали. Пузырьки наблюдали у 4 креветок из группы, подвергнутой пробе на гидростатическое давление, и у 48 креветок из группы, которую действию давления не подвергали. Третью группу креветок вначале подвергли действию гипербарии, а затем электрической стимуляции для вызова двигательной активности. У 14 креветок из этой группы после декомпрессии имелись газовые пузырьки.

Видео: Два эксперимента- сила поверхностного натяжения

По данным пробы на гидростатическое давление пузырьки, наблюдаемые у креветок, возникли из газовых зародышей. Сходные эксперименты были проведены с целью определения причастности газовых зародышей к развитию болезни декомпрессии. Три группы крыс подвергали пробному погружению на 2 ч на глубину 73 м. В первой группе, которая в начале погружения имела экскурсию на «глубину» 303 м, наблюдали 64% случаев болезни декомпрессии, возникшей после погружения. Во второй группе, которая совершила в начале опыта экскурсию на «глубину» 183 м, имелось 74% случаев заболевания. В третьей группе, которая не подвергалась экскурсии, зарегистрировали 83%случаев болезни декомпрессии.

И в этом случае проба на гидростатическое давление указывает на присутствие в организме газовых зародышей. Результаты наблюдений о том, что предварительное помещение организма под высокое давление повышает защищенность его от развития болезни декомпрессии, наводят на мысль, что, как и в желатине, газовые зародыши не одинаковы по своим реакциям на изменение давления.

Видео: Что такое поверхностное натяжение и смачиваемость?

Beyer в 1976 г. провел на рыбах эксперименты, в которых определял роль газовых зародышей в развитии болезни декомпрессии. Рыб приводили в состояние перенасыщения газом «изнутри» путем компрессии с последующей декомпрессией или «снаружи», помещая их в перенасыщенную газом воду при нормальном атмосферном давлении. Перенасыщение «изнутри» включает действие повышенного давления, что не имеет места при перенасыщении «снаружи». У рыб, перенасыщенных «изнутри», при последующей экспозиции под давлением в воздушной среде, эквивалентном глубине 41 м, частота возникновения болезни декомпрессии была такой же, как и у рыб, перенасыщенных «снаружи», но погруженных затем на «глубину» 15 м. Переносимость рыбами, перенасыщенными «изнутри», большей «глубины» явилась следствием разрушения газовых зародышей в период компрессии.

Источник: http://meduniver.com