Светлана Проскурина – Человек дышащий. Как дыхательная система влияет на наши тело и разум и как улучшить ее работу (страница 2)

Некоторые виды рыб используют плавательный пузырь для дыхания, если в водоеме становится мало кислорода. Кстати, наши легкие тоже помогают нам не только дышать, но и плавать. Если задержать дыхание на вдохе, оставаться на плаву в воде намного легче, чем если до конца выдохнуть, потому что в этом случае объем внутреннего «спасательного круга» значительно уменьшится.

До сих пор ведутся споры, дал ли плавательный пузырь рыб начало легким, или они сформировались независимо друг от друга. В ходе эволюции природа перепробовала все варианты дыхания, у некоторых животных для этого используются любые органы, контактирующие с кислородной средой, – кожа, глаза, кишки, жабры, трахея, легкие, плавательный пузырь, слизистая рта и носа. Но одной из самых удачных конструкций, позволяющей жить в богатой кислородом среде, все-таки оказались легкие.

Чем дальше в ходе эволюции развивались легкие, тем на большее количество сегментов они разделялись. Такое деление увеличивало площадь дыхательной поверхности и позволяло легким увеличивать количество кислорода, доставляемого в кровь. У древних рыб, амфибий и рептилий легкие очень простые, не разделенные на большое количество камер, и больше напоминают сегментированные пузыри, обильно обросшие кровеносными капиллярами (см. рис. 7).

Рис. 7. Легкие рыб, амфибий, рептилий и млекопитающих

Площадь поверхности таких пузырей, если развернуть их слизистые оболочки, не очень велика и не способна снабжать организм большим количеством кислорода. Из-за этого такие животные не могут позволить себе отапливать собственное тело. Процесс создания энергии за счет реакции кислорода и глюкозы в их клетках, который сопровождается выделением тепла, не настолько мощный и быстрый, чтобы поддерживать постоянную температуру тела. Уровень метаболизма у рептилий составляет только 10 % от нашего. То есть если человек в сутки тратит 2000 ккал, то крокодил весом с человека – всего 200 ккал. Поэтому он может есть раз в год, а мы нет. Птицам в этом плане еще сложнее, им необходимо намного больше энергии из-за полета и высокой температуры тела (40–41 °C), поэтому их метаболизм в три раза выше, чем у млекопитающих.

Если бы мы летали, нам нужно было бы не 2000 ккал в сутки, а все 6000 ккал. И летали бы мы, видимо, от одного кафе к другому. Голуби так и делают, да и взлетать стараются в крайнем случае, потому что потом придется съесть огромное количество пищи, чтобы скомпенсировать это необдуманное действие. Ходить с метаболической точки зрения «дешевле».

Чем мы дышим?

Прежде чем рассказывать об особенностях работы дыхательной системы человека, мне необходимо представить вам главные действующие лица, то есть части, из которых эта система состоит.

У человека в ходе эмбрионального развития паренхима легких – ткань с пузырьками-альвеолами развивается отдельно, а трахея и бронхи – отдельно. Трахея разделяется на два главных бронха – это толстые хрящевые трубки, а они ветвятся на множество бронхиол – трубочек потоньше. Всего у нас около 150 000 бронхиол, на которых, как виноград на ветке, разместились 700 миллионов альвеол – маленьких пузыриков из эпителиальной ткани, достаточно тонких, чтобы газ легко проникал через их стенку. Именно в них кислород переходит из воздуха в кровь.

Если развернуть все альвеолы и сшить из них полотно, им можно будет застелить теннисный корт или пять однокомнатных хрущевок.

Бронхиальное дерево ветвится и заполняет собой всю предоставленную ему площадь, как корень растения, которое много лет не пересаживали. Такое ветвление помогает очень плотно и эффективно упаковать максимальное число альвеол и увеличить площадь поверхности для обмена кислородом между воздухом и кровью. Чтобы понять, как это работает, представьте, что вы открыли бутылку газировки и оставили ее без крышки. Скорее всего, газ выйдет из нее минут за 20–30. Если же вы выльете эту газировку в большое плоское блюдо, то на это понадобится 5–10 минут. Чем больше площадь поверхности этой жидкости, тем быстрее газообмен, тем быстрее газ из газировки перейдет в воздух комнаты. В легких это правило тоже работает, именно поэтому и необходима такая огромная площадь, только там процесс идет наоборот – газ из альвеол смешивается с жидкостью – кровью.

Чтобы альвеолы не слипались и не схлопывались при каждом выдохе, внутри они смазаны сурфактантом. Это особая смесь жиров и белков получилась настолько удачной, что почти не менялась на протяжении миллиардов лет и практически одинакова что у древних и более примитивных животных, что у человека. Ее состав немного меняется только в случае, если животное живет в очень холодном или очень жарком климате или на экстремальной высоте.

К самим легким не приделано никаких мышц, чтобы сжимать их или растягивать, они просто висят на трахее и бронхах в грудной полости, как груша на ветке. Сами-то они легкие, не зря так называются, но они пронизаны большим количеством кровеносных капилляров с кровью, а кровь не такая уж и легкая. Из-за сосудов и крови в них легкие весят 1,2–1,3 кг. Для сравнения, мозг весит примерно столько же. Растягиваются и сжимаются они исключительно за счет работы атмосферного давления и собственной эластичности. Как тугая трикотажная кофточка, которая растягивается на вас, когда вы вдыхаете, и стягивается, когда выдыхаете. Кофточка ничем к вам не прикреплена и не приклеена, но из-за эластичности и давления вашего тела меняет свою форму. Однако изменять объем грудной клетки все-таки нам помогают дыхательные мышцы.

Основная дыхательная мышца – это диафрагма. Внутри тела она перемещается вверх и вниз с амплитудой от 1,5 до 7 см (см. рис. 8). Это действительно уникальная мышца, она и в дыхании занимает центральное место, и пищевод пережимает, чтобы еда не шла обратно, и на внутренние органы брюшины давит, например для опорожнения кишечника, и подкачивает кровь из вен вверх, и лимфу от конечностей к верхней части тела, а сухожильный центр диафрагмы примыкает к сердцу и является одной из его внешних оболочек. По сути, движение диафрагмы и наше дыхание может в той или иной степени влиять на все эти органы. Вдобавок ко всему диафрагма может сокращаться частями, а не вся сразу. Так происходит, например, при рвоте, когда волокна, охватывающие пищевод, расслабляются, чтобы дать выход содержимому желудка, а остальные сокращаются, чтобы надавить на желудок и вытряхнуть из него все, что переварить не получилось.

Рис. 8. Движение грудной клетки и диафрагмы при вдохе и выдохе

Наружные межреберные мышцы дополнительно поднимают грудную клетку при вдохе и обеспечивают нормальную глубину дыхания. Также вспомогательными дыхательными мышцами служат лестничные мышцы и грудино-ключично-сосцевидные мышцы, которые поднимают грудную клетку, особенно при затрудненном дыхании или после тяжелой физической нагрузки. Поэтому люди, которым тяжело дышать, стараются упереться руками в бедра или какую-то опору, это помогает включить эти мышцы и облегчить подъем самых верхних ребер. Кстати, именно так отдыхают бегуны и другие спортсмены, упирая руки в бедра и сгибая немного колени. Это наиболее быстрый способ восстановить дыхание и обеспечить себе глубокий вдох.

Выдох может происходить пассивно, в этом случае мышцы расслабляются, а грудная клетка опускается под действием силы тяжести. Но мы можем и активно выдохнуть. Помогают нам в этом внутренние межреберные мышцы, которые подтягивают каждое ребро к тому, что располагается ниже, словно складывают мехи гармошки. Внутренние мышцы брюшного пресса тоже помогают выдохнуть резко и сильно, не дожидаясь милости от гравитации, пока она соизволит опустить тяжелую грудную клетку и выжать из нее воздух.

Почему воздух идет в легкие, а еда – в желудок, или Что общего у нас и Русалочки?

Голосовая щель и надгортанник регулируют, куда пойдут вещества из гортани дальше – если это вода или еда, их надо направить в желудок, а если воздух – в легкие. На рис. 9 мы видим строение ротовой полости и глотки. Надгортанник снабжен мышцами, которые отклоняют его, как стрелку на железнодорожных путях, по сути он делит горло на две части – одна трубка для еды, вторая – для воздуха. При глотании пищи или рвоте, он отклоняется в сторону дыхательного горла и перекрывает его, чтобы пища не попала в легкие, а голосовая щель дополнительно сжимается. При этом пищевод остается открытым, и пища идет в него. Надгортанник при глотании прикрывает голосовую связку и голосовую щель, и поэтому говорить и глотать одновременно практически невозможно. Щитовидный хрящ, который у мужчин образует кадык (адамово яблоко), тянет за собой голосовую связку, удлиняя ее. Из-за деформации этого хряща голос у мальчиков ломается и становится ниже.

Но когда вы разговариваете, между фразами вы набираете воздух, да и голосовая щель то открывается, то смыкается, чтобы выдавать звуки. Если одновременно с этим есть, надгортанник пытается вовремя отклоняться, чтобы в легкие не попала пища, но это все начинает напоминать игру в тетрис на очень высокой скорости. В какой-то момент он может не успеть, и крошка печенья полетит в легкое. Дальше вы будете долго кашлять и особенно ясно осознавать смысл фразы «когда я ем, я глух и нем». Правда, «глухота» вряд ли поможет работе надгортанника, но зато может улучшить пищеварение.