Светлана Проскурина – Человек дышащий. Как дыхательная система влияет на наши тело и разум и как улучшить ее работу (страница 21)
Из-за своей древности часть мозга (она называется продолговатый мозг), в которой находится дыхательный центр, более устойчива к повреждениям и к недостатку кислорода. Если у человека часто отключается сознание в экстренных и не очень ситуациях (например, во сне), то остановка дыхания – не настолько частое явление и обычно говорит об очень сильном повреждении мозга, несовместимым с жизнью. Не исключено, что эволюция нарастила нам большие полушария мозга, только чтобы защитить и спрятать под них куда более важный с точки зрения жизнеобеспечения продолговатый мозг. Ведь действительно, если легонько ткнуть иголочкой в эту область мозга, дыхание прекращается и организм умирает. Конечно, у эволюции были и другие причины отрастить нам большие полушария. Если бы у них была только защитная функция, их было бы лучше сделать из мягенького жира, а не из хрупких нервных клеток.
Кроме датчиков в самом мозгу, есть еще и датчики на периферии – хеморецепторы внутри кровеносных сосудов (см. рис. 25). Такие есть в дуге аорты – это самый большой сосуд, через который кровь распределяется по всему телу, а еще в месте разветвления сонных артерий, по которым кровь идет к мозгу. Естественно, если уж и контролировать качество крови, то, в первую очередь, той, что идет к себе любимому, думает мозг. А что там получат ноги, руки, жир и прочие вассалы, не настолько важно и интересно. В реальности по всему телу в покое вся кровь прокачивается за 1 минуту, то есть рецепторы в мозге узнают о том, сколько СО2 и О2 было в крови наших ног в течение всего лишь 1 минуты. Довольно быстрое оповещение. Рецепторы мозга больше всего реагируют на сдвиги pH крови и на количество СО2 в ней. Именно СО2, а не кислорода. Даже малейшее увеличение количества этого газа в крови, допустим всего на 2,5 %, заставляет нас дышать чаще на 40 %, и вместо обычных 15 вдохов в минуту мы делаем уже 21.
Если вы приложите пальцы к боковой части шеи, как на рис. 26, вы почувствуете пульс именно в сонной артерии.
Рис. 25. Сонная артерия с каротидным тельцем – датчиком кислорода крови
Рис. 26. Измерение пульса в сонной артерии
Именно увеличение углекислого газа в конце каждого выдоха заставляет нас вдохнуть. И чем его больше, тем сильнее желание вдохнуть и тем слаще кажется воздух. Такое же удовольствие мы получаем, когда проветриваем затхлую комнату или открываем окно в душном автобусе, несмотря на крики тех, кому дует. После этого рецепторы СО2, которые истошно «орали» нашему мозгу о том, что здесь душно, наконец замолкают и от этого становится так хорошо, так спокойно.
Недостаток кислорода намного лучше чувствуют рецепторы в кровеносных сосудах, но для этого нужно, чтобы его количество в крови снизилось очень сильно. Это редко бывает в покое, но случается при физической нагрузке, недостатке кислорода в воздухе, например в горах или при недостаточной вентиляции легких у больных. У нормального человека в обычных условиях датчики кислорода почти всегда молчат.
Кроме этого, мозг знает, насколько сильно растянулись легкие при вдохе. Если рецепторы растяжения активно посылают сигнал, мозг тормозит вдох и запускает выдох, а то еще, не ровен час, порвутся легкие! Еще в самой легочной ткани есть так называемые J-рецепторы, которые говорят мозгу о боли, об отеке легких, в случае, например, пневмонии. И конечно, ирритантные рецепторы, датчики раздражения в бронхах и дыхательных путях. Они запускают в мозге программу «кашель» и программу «чихание». Сигналы от дыхательных мышц – диафрагмы, межреберных мышц, мышц пресса и вспомогательных мышц шеи, информация о движении рук и ног тоже отправляются в дыхательный центр. Если мы интенсивно двигаемся, мозг подстраивает дыхание и учащает его заранее, еще до того, как мы реально начали страдать от избытка углекислого газа и недостатка кислорода.
Если по какой-то причине в крови меняется pH, датчики тоже срабатывают и меняют дыхание. Дыхание – самый быстрый способ нашего тела поддержать pH. Дышим чаще, и вот, лишняя кислота нейтрализовалась, ведь мы выдохнули много углеКИСЛОГО газа. Дышим реже и глубже – углекислый газ с нами и готов нейтрализовать лишнюю щелочь в крови.
Долгое время ученые искали и никак не могли найти какие-то нейроны или механизмы, которые задавали бы дыхательный ритм, возбуждались сами по себе, чтобы вызвать вдох и выдох. У некоторых ритмических процессов в нашем теле есть такие внутренние метрономы, которые задают ритм. Такие есть в сердце, поэтому оно умеет биться, даже если его вынуть из тела, есть в пищеварительном тракте и кишечнике – он тоже умеет двигаться даже отдельно от хозяина, для дыхания тоже логично было бы наличие такого внутреннего ритма. И вот, в 1991 году в журнале «Science» вышла статья, описывающая группы нейронов, которые, судя по всему, обладают такой ритмической активностью, то есть сигнал в них рождается сам по себе, без внешних влияний и задает ритм дыханию. Сначала описали такие нейроны для выдоха, потом и для вдоха, и назвали центр Бётцингер и пре-Бётцингер. И нет, открыл эти нейроны вовсе не загадочный ученый Бётцингер, а американец Джек Фельдман. Видимо, Фельдману чертовски надоело, что всякие мозговые центры называют либо по их внешнему виду – миндалевидное тело, голубое пятно или черная субстанция, либо в честь ученых, которые их открыли. И он назвал открытые структуры в честь вина. А почему нет? Бётцингер – это сорт винограда, который выращивают в Германии. Получается, теперь даже у самого ярого трезвенника есть в мозгу участок с вином. Хотя бы с точки зрения названия.
Кстати, об опьянении. Этот комплекс несет на себе молекулы, чувствительные к опиоидам, поэтому часто при обезболивании веществами типа морфина или при наркотической зависимости от героина или кокаина, дыхание может остановиться и человек умирает, это очень частая причина смерти среди наркозависимых.
Судя по всему, дыхательные самовозбуждающиеся нейроны не так уж однозначно устроены, в отличие от более понятных сердечных клеток или клеток кишечника, работу и роль этих нейронов еще предстоит досконально изучить. Новые исследования показывают, что комплекс Бётцингера, возможно, возбуждается в ответ на сигналы, приходящие из других областей мозга, и, возможно, эта структура вовсе не задает автоматический ритм нашему дыханию.
После всех полученных сигналов у мозга складывается представление о том, как именно мы дышим прямо сейчас – насколько растягиваются легкие, опускается диафрагма, поднимается грудная клетка, и о том, что организму нужно в данный момент – сколько в крови дыхательных газов и какой pH.
Но дыхание изменяется не только в ответ на уменьшение кислорода и увеличение углекислого газа. Если становится жарче – мы дышим чаще, если погружаемся в холодную воду – тоже, если температура тела растет из-за болезни – дыхание снова учащается, а еще, если нам больно или страшно и если мы испытываем умственное или эмоциональное напряжение. Дело в том, что дыхательный центр находится в области, которая получает копию всех чувствительных сигналов и отвечает за бодрствование мозга. Видимо, поэтому многие сигналы, проходящие через эту область, в том числе влияют и на дыхание.
Вот, например, мы нервничаем и начинаем дышать чаще, потому что мозг знает, что стрессовая реакция заставит тело активно расщеплять питательные вещества, ведь нам нужно будет топливо, чтобы бить или бежать. Ну и что, что вы и не били, и не бежали, а просто отвечали у доски или сидели на совещании, наши клеточные машинисты уже вовсю кидают уголь в топку, а вы дышите чаще, нагнетая в эту топку кислород. Пока мы бодрствуем, любой резкий, раздражающий сигнал – громкий звук, изменение температуры, быстрое движение объектов в поле зрения – может вызвать изменение дыхания.
Чтобы дыхание вообще возникло и продолжалось, дыхательный центр шлет свои приказы «дыши давай!» нервным клеткам в спинной мозг. Их скопление в районе грудного отдела позвоночника называют генератором дыхательных движений, он управляет диафрагмой и межреберными мышцами ритмически – напрягает одни мышцы на вдохе и другие – на выдохе. Если человек получит травму спинного мозга выше этого генератора, дыхание может сбиться и стать поверхностным, особенно в период сразу после травмы. В этом случае область генератора стимулируют снаружи с помощью электростимулятора, чтобы человек снова начал глубоко и ритмично дышать. Этот генератор – очень древняя штука, он синхронизирует свой ритм с еще одним генератором – шагания. Мы говорили об этом в главе о движении.
Включить шагание, ритмичную перестановку ног попеременно, часто можно даже в случае паралича. Эти простые движения есть даже у новорожденных детей, которые ни ходить, ни даже держать голову пока не умеют. Но если держать их на весу и дать под ножки опору, так чтобы ступни почувствовали поверхность, малыш начнет шагать. Конечно, он не умеет пока удерживать вертикальную позу и контролировать такие движения, но запустить само шагание – вполне. Эта программа, как и дыхание, очень древняя и с нами с самого рождения и даже раньше, ведь первые дыхательные движения младенец делает еще в утробе. Можно сказать, что эти две программы предустановлены, как сапер и пасьянс-косынка на 98-м виндовсе. О синхронизации дыхания и шага я рассказывала подробнее в главе 5.