На вдохе воздух проходит через носовую полость, глотку, гортань и трахею. Затем по бронхам он попадает в лёгкие — к альвеолам, рядом с которыми течёт кровь. Одни участки этого пути проводят и подготавливают воздух, другие участвуют в газообмене.
Верхние дыхательные пути: подготовка воздуха
Носовая полость разделена перегородкой на две половины. Её стенки покрыты слизистой оболочкой с густой сетью сосудов. В носовых ходах воздух согревается и увлажняется, а слизь задерживает часть пыли и других частиц. Реснички клеток постепенно перемещают слизь к глотке. Так носовая полость помогает защищать дыхательные пути.
При дыхании ртом воздух минует носовую полость. Иногда это необходимо — например, при заложенности носа или высокой нагрузке, когда потребность в вентиляции растёт. Поэтому правило «дышать только носом» подходит не для любой ситуации: имеет значение и состояние дыхательных путей, и нагрузка.
Из носовой полости воздух попадает в глотку — общий участок дыхательного и пищеварительного путей. Ниже находится гортань с голосовыми складками. При глотании согласованная работа мышц и надгортанника помогает направить пищу в пищевод, а не в трахею. Голос же возникает, когда воздух на выдохе приводит голосовые складки в колебание.
От трахеи к альвеолам
Просвет трахеи поддерживают хрящевые полукольца. Трахея делится на два главных бронха: один ведёт к правому лёгкому, другой — к левому. Дальше бронхи многократно ветвятся, меняются их диаметр и строение стенок. Это «бронхиальное дерево» распределяет воздух по лёгким; в крупных бронхах газообмен почти не происходит.
Правое лёгкое состоит из трёх долей, левое — из двух: часть пространства слева занимает сердце. Более мелкие ветви бронхов переходят в бронхиолы, в стенках которых уже нет хрящевых пластинок. Их гладкие мышцы могут менять просвет бронхиол, а вместе с ним — сопротивление потоку воздуха. За бронхиолами расположены отделы, ведущие к альвеолам.
Каждую альвеолу окружает сеть капилляров. Через тонкие стенки альвеолы и капилляра газы переходят путём диффузии: кислород — из альвеолярного воздуха в кровь, углекислый газ — из крови в альвеолу. Внутреннюю поверхность альвеол покрывает тонкий слой жидкости. Содержащийся в нём сурфактант снижает поверхностное натяжение и помогает альвеолам оставаться раскрытыми после выдоха.
Большую часть кислорода кровь переносит в связи с гемоглобином эритроцитов. Углекислый газ переносится несколькими способами, преимущественно в форме бикарбоната. Поэтому поступление воздуха в лёгкие и доставка кислорода тканям — не одно и то же: между ними важны кровоток и способность крови переносить газы.
Проводящие и газообменные отделы
- Проводящие пути — от носовой полости до большей части бронхиол — проводят воздух, очищают и увлажняют его. Существенного обмена газов с кровью здесь нет.
- Газообменная область включает дыхательные бронхиолы и альвеолы, где воздух находится рядом с капиллярами.
- Плевра состоит из двух тонких оболочек: одна покрывает лёгкие, другая выстилает грудную полость. Между ними есть узкое пространство с небольшим количеством жидкости, благодаря которой оболочки скользят при дыхании.
Почему лёгкие расширяются
У лёгких нет мышц, которые самостоятельно «втягивают» воздух. При спокойном вдохе сокращается диафрагма — куполообразная мышца под лёгкими; вместе с ней работают наружные межрёберные мышцы. Грудная клетка расширяется, а лёгкие следуют за её движением благодаря плевральной связи. Давление в альвеолах становится немного ниже атмосферного, и воздух поступает внутрь.
Спокойный выдох обычно не требует усилия. Диафрагма расслабляется, эластичные ткани лёгких и грудной клетки возвращаются к исходному положению, и воздух выходит. При физической нагрузке или сильном выдохе подключаются дополнительные мышцы: дыхание приспосабливается к возросшей потребности организма.
Анатомия объясняет не всё
Строение дыхательных путей остаётся тем же, а частота и глубина дыхания меняются даже в течение дня. Дыхательные центры нервной системы реагируют на сигналы организма. Особенно важны уровень углекислого газа и связанное с ним кислотно-щелочное состояние крови. При нагрузке ткани производят больше CO₂, поэтому вентиляция обычно возрастает; в покое потребность в ней ниже.
Частые или максимально глубокие вдохи в покое не создают тканям «запас кислорода». У здорового человека гемоглобин при обычном дыхании уже хорошо насыщается кислородом. Избыточная вентиляция прежде всего усиливает выведение CO₂ и может сопровождаться головокружением или ощущением нехватки воздуха. Углекислый газ — не просто отход обмена веществ: его уровень участвует в регуляции дыхания и pH крови. Кислотно-щелочное равновесие поддерживают также почки.
Чтобы почувствовать движение грудной клетки, можно спокойно понаблюдать, как нижние рёбра расходятся на вдохе и возвращаются на выдохе. Не нужно специально вдыхать больше воздуха или задерживать дыхание. Такое наблюдение не служит проверкой здоровья лёгких; если оно вызывает дискомфорт, лучше прекратить и вернуться к привычному дыханию. При одышке, боли, других симптомах, хроническом заболевании или перед выбором дыхательной практики стоит посоветоваться с медицинским специалистом.