Что умеют легкие: факты о работе дыхательной системы человека

Повышение кислотности крови заставляет нас сделать вдох

Принято считать, что главным сигналом для вдоха служит нехватка кислорода. На самом деле, организм в первую очередь реагирует не на это, а на избыток углекислого газа в крови.

— Ощущение потребности вдохнуть — это результат тонкой работы дыхательного центра, расположенного в мозге. В процессе обмена веществ углекислый газ непрерывно вырабатывается клетками, растворяется в крови и, превращаясь в угольную кислоту, повышает ее кислотность. Специальные хеморецепторы в мозге и на сонных артериях улавливают эти малейшие сдвиги и посылают в дыхательный центр мощный импульс, который и заставляет нас сделать вдох, — объясняет кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ Валерий Литвинов.

Кроме химического сигнала, свою роль играют и механические рецепторы в легких и мышцах. Они сообщают мозгу о степени растяжения ткани, помогая плавно перейти от вдоха к выдоху и предотвращая перерастяжение.

Интересно, что за один день человек делает примерно 20 000-25 000 вдохов и выдохов. Средняя емкость легкого взрослого мужчины может составлять до 6 литров, но, при этом, объем воздуха, который человек потребляет в спокойном состоянии равен всего 400-500 мл.

Сужение сосудов позволяет нам задерживать дыхание

Способность задерживать дыхание — это результат сложного взаимодействия нескольких систем организма, которые переходят в особый режим работы.

— Легкие выступают в роли резервуара с запасом кислорода. Быстрые глубокие вдохи-выдохи перед задержкой помогают увеличить его количество и снизить уровень углекислого газа, отодвигая срабатывание дыхательного рефлекса. А сердечно-сосудистая система отвечает за экономию и перераспределение ресурсов. Сердце замедляет ритм, сосуды сужаются, перенаправляя кровь, богатую кислородом, к жизненно важным органам, — рассказывает Валерий Литвинов.

Дыхательный центр в мозге может временно блокировать автоматические сигналы к вдоху. Это позволяет нам управлять ритмом работы легких и, в том числе, останавливать его.

— Однако при критическом повышении уровня углекислого газа в крови срабатывает защитный механизм: подкорковые структуры мозга перехватывают контроль, вызывая непроизвольный вдох. В состоянии покоя у нетренированного человека это непреодолимое желание возникает через 40-60 секунд, — добавляет Валерий Литвинов.

Мы никогда не выдыхаем воздух полностью

Остаточный объем — это примерно от одного до полутора литров воздуха, которые задерживаются в легких даже после максимального выдоха.

— Ключевую роль в сохранении остаточного объема играет сурфактант — особое вещество из жиров и белков, выстилающее изнутри альвеолы — мелкие пузырьки, где кровь забирает кислород и отдает углекислый газ. Его главная функция — резко снижать поверхностное натяжение жидкости, не давая стенкам альвеол слипаться на выдохе. В этот момент мелкие бронхи дополнительно сжимаются, «запирая» воздух внутри пузырьков, — рассказывает Валерий Литвинов.

Весь этот механизм нужен для того, чтобы предотвратить полное слипание легких. Ведь, если бы весь воздух вышел, потребовалось бы колоссальное, практически невыполнимое для человека усилие, чтобы их расправить.

Микрофлора кишечника влияет на здоровье легких

Существует такое понятие как ось «кишечник-легкие», и заключается оно в тесной взаимосвязи между этими системами организма.

— Полезные кишечные бактерии производят жирные кислоты, которые через кровоток попадают в легкие. Эти вещества регулируют работу иммунитета: усиливают защиту от патогенов и подавляют избыточное воспаление. Таким образом, сбалансированная микрофлора помогает предотвратить тяжелое течение респираторных инфекций, снижает риски аллергии и астмы, а также смягчает последствия хронических заболеваний. Нарушение состава кишечной микрофлоры, напротив, может провоцировать воспалительные процессы в дыхательной системе, например, усугублять ОРВИ и пневмонию, — делится Олег Долгих.

Зубной налет также содержит патогенные бактерии, которые могут переместиться по дыхательным путям к легким. Поэтому так важно тщательно чистить ротовую полость, особенно в периоды простуд.

Поддержать здоровье легких помогает питание, богатое клетчаткой (овощи, цельнозерновые), ферментированные продукты (кефир, квашеная капуста) и источники омега-3 (жирная рыба).

Трехэтапная очистка от пыли и микробов защищает нас от пневмонии

Легкие обладают эффективной системой самоочистки, работающей как многоуровневый фильтр.

— На первом этапе крупные частицы пыли и микробы задерживаются в носоглотке благодаря извилистым ходам и влажной слизистой оболочке. Воздух, достигший бронхов, проходит вторую стадию очистки: микроскопические реснички на их поверхности постоянно колеблются, выталкивая захваченные слизью загрязнения по направлению к гортани, где они незаметно проглатываются или откашливаются. Третий, глубинный уровень защиты обеспечивают клетки-«уборщики» макрофаги. Они поглощают мельчайшие частицы, проникшие в альвеолы, преодолев предыдущие барьеры, — объясняет Олег Долгих.

Когда эта отлаженная система нарушается (например, при курении или вирусной инфекции, парализующей реснички), эффективность очистки резко снижается, что может привести к развитию респираторных заболеваний и их осложнений в виде пневмонии.

Во время пневмонии легкое может стать плотным как печень

Пневмония возникает, когда инфекция — бактерии, вирусы или грибки — преодолевает защитные барьеры дыхательных путей. Если местный иммунитет не справляется, микробы начинают размножаться в альвеолах.

В ответ иммунная система запускает мощную воспалительную реакцию: сосуды в легких расширяются, и альвеолы заполняются жидкостью, иммунными клетками и белком фибрином. Это приводит к «затоплению» дыхательных путей, в результате которого кислород перестает поступать в кровь, а углекислый газ не выводится наружу. Именно это состояние вызывает характерные симптомы — одышку, кашель и нехватку воздуха, а в тяжелых случаях может привести к дыхательной недостаточности.

Как объяснил Олег Долгих, одна из стадий крупозной пневмонии, которая в отличие от очаговой затрагивает сразу целую долю легкого, называется красное опеченение. При нем часть жидкости и эритроцитов из мелких сосудов заполняют альвеолы. Пораженная часть легкого становится плотной и похожей на ткань печени. Внутри легочных мешочков скапливается упомянутое ранее клейкое вещество фибрин, которое и придает плотность ткани.

Это состояние не только блокирует доступ кислорода, но и создает идеальную среду для размножения бактерий, усиливая воспалительную реакцию.

Иммунитет легких позволяет очищать альвеолы от пневмонических уплотнений и тромбов

В нашем организме постоянно происходит микроскопическое повреждение сосудов от трения, давления, небольших воспалений. Для их «запечатывания» у каждого человека периодически формируются небольшие тромбы, но мы даже не узнаем об этом, потому что они растворяются в легких.

— Тромб — плотный сгусток крови — может формироваться в венах нижних конечностей или других частях тела, а затем перемещаться в легкие. За счет активации фибринолитической системы, которая помогает восстановить проходимость сосудов, микротромбы могут рассосаться самостоятельно, — отмечает Олег Долгих.

Мелкий сгусток крови застревает в узких сосудах. Последующий процесс активизации вещества под названием плазмин приводит к растворению «каркаса» тромба — белка фибрина, и сгусток распадается на мелкие части. Эти безвредные обломки потом поглощаются клетками-уборщиками (макрофагами).

Выздоровление после пневмонии проходит по тому же принципу: организм постепенно расщепляет и удаляет фибриновые пробки, из которых формируются не только тромбы, но и уплотнения в альвеолах. Так, собственный иммунитет легких может вернуть им воздушность. Однако при обширном поражении на восстановленном месте может образоваться рубец.

Как меняется дыхание при пневмонии

Все виды дыхания в зависимости от участия мышц можно разделить на три основных типа: грудное (или реберное), брюшное (или диафрагмальное) и смешанное.

— У женщин наклон ребер немного больше направлен вниз, в отличие от мужчин, что проявляется в визуальном расширении грудной клетки и так называемом «эффекте дыхания грудью». Но эта особенность несущественна, и на самом деле строение дыхательной системы одинаково у обоих полов. Здоровым людям обычно свойственно смешанное дыхание, так что диафрагма всегда задействована и у мужчин, и у женщин, — отмечает доктор медицинских наук, профессор кафедры «Охрана окружающей среды» ПНИПУ Олег Долгих.

При пневмонии у пациентов преобладает реберный тип дыхания. Это происходит из-за включения компенсаторных механизмов: организм пытается задействовать все грудные дыхательные мышцы, чтобы увеличить объем легких и компенсировать их сниженную функцию. Кроме того, воспалительный процесс часто распространяется на плевру — защитную оболочку органа, что делает глубокое диафрагмальное дыхание болезненным.

Задержка дыхания опасна не только при пневмонии, но даже для опытных спортсменов

С одной стороны, кратковременные задержки воздуха на одну-две минуты полезны всем здоровым людям.

По словам Олега Долгих, такие тренировки повышают работоспособность клеток мозга и эластичность кровеносных сосудов, ускоряют образование новых капилляров, увеличивают объем легких, помогают в выработке стрессоустойчивости и выносливости. Гипокситерапия (снижение кислорода в крови) помогает в лечении сердечно-сосудистых заболеваний, аллергиях, болезнях эндокринной системы и дыхательных путей, иммунодефицитных состояниях.

А вот длительная задержка дыхания, более пяти минут, — это экстремальная нагрузка на организм, которая запускает каскад опасных процессов.

— Длительные задержки воздуха могут привести к резкому перепаду давления, повреждению легких, нарушению работы сердца, развитию проблем с печенью и почками, а также к гипоксии мозга и психологическим последствиям — развитию посттравматического стрессового расстройства, — предупреждает Олег Долгих.

При острой пневмонии любые задержки воздуха категорически противопоказаны, поскольку создают опасную нагрузку на ослабленную дыхательную систему. Воспаленные легкие и так не справляются с газообменом, а искусственное его замедление усугубляет кислородное голодание, повышает риск слипания альвеол и затрудняет выведение углекислого газа.

Дыхательная гимнастика применяется исключительно на этапе выздоровления и под контролем специалиста. Она включает щадящие упражнения: диафрагмальное дыхание для расправления легочной ткани, дренажные положения для отхождения мокроты и использование спирометра для контроля глубины вдоха. Эти методы направлены на постепенное восстановление функций организма без риска осложнений.

Уникальный рисунок бронхиального дерева у каждого человека помогает в диагностике заболеваний легких

— Легкие формируются через процесс, называемый «дихотомическое ветвление». Каждый бронх расходится на два дочерних. Однако угол деления, длина и диаметр каждого сегмента не заданы жестким генетическим кодом. На их формирование влияет множество случайных факторов: механические силы, химические сигналы, адаптация к форме грудной клетки, расположению сердца и сосудов. Эта природа развития обеспечивает бесчисленное количество вариаций, — объясняет Валерий Литвинов.

В медицине знание индивидуального строения бронхов позволяет хирургам точно планировать операции, а лучевым диагностам — уверенно отслеживать изменения на КТ-снимках у одного и того же пациента. По ним можно однозначно идентифицировать личность с точностью, сопоставимой с отпечатками пальцев.

ПНИПУ

1338 статей

Пермский национальный исследовательский политехнический университет (национальный исследовательский, прошлые названия: Пермский политехнический институт, Пермский государственный технический университет) — технический ВУЗ Российской Федерации. Основан в 1960 году как Пермский политехнический институт (ППИ), в результате объединения Пермского горного института (организованного в 1953 году) с Вечерним машиностроительным институтом. В 1992 году ППИ в числе первых политехнических вузов России получил статус технического университета.

Показать больше

Закладка

Скопировать ссылку

Email

Печать

Twitter

VK

Telegram