Як працюють легені - механізм газообміну, рецепт здоров’я
Бронхіоли і альвеоли
Легкі завершують оригінальну конструкцію, іменовану органами зовнішнього дихання: ніс, носоглотка, гортань, трахея, два бронха і власне самі легкі. Вони, зрозуміло, найголовніша частина цього механізму, бо тут відбувається те, заради чого конструкція була «задумана» і в результаті тривалої еволюції створена природою, - газообмін. Тут кров віддає вуглекислий газ і, збагатившись киснем, направляється в ліве передсердя, щоб почавши звідти шлях, донести кисень до кожної клітинки нашого організму.
Тобто легені і серце працюють, якщо хочете, як би в одній упряжці. Вона, до речі, має навіть свою назву - кардіо-респіраторна система. Але якщо серце при цьому постійно знаходиться під пильною увагою (тільки популярної літератури про нього видано стільки, скільки не видано, напевно, про всі інші органах, разом узятих), то легким в цьому плані «не пощастило». Вони непомітно трудяться, як би в тіні свого унікального партнера, механізм газообміну в легенях не досить широко освячений в літературі.
Втім, ніякої несправедливості тут, можливо, і немає. Просто, якщо «ламається» серце, це обертається бідою, а то і трагедією для всього організму. «Поломка» ж легких - неприємність, але в принципі місцевого значення.
Перш за все, легких два. Ліве складається з трьох часток, праве - з двох. Як і серце, легені укладені і працюють в своєрідному двошаровому футлярі. Один шар плівки - плеври - примикає до легким, інший - вистилає внутрішню стінку грудної клітини. Вступаючи в тканину легенів, бронхи розгалужуються, як дерево, на безліч повітроносних шляхів (бронхіол) - все тонше і тонше, поки не закінчуються, нарешті, найтоншими альвеолярними ходами. У свою чергу, ходи ці поцятковані бульбашками - альвеолами (альвеола в перекладі з італійської мови це «гроно винограду»). Стінка цих бульбашок - альвеол складається всього з двох шарів клітин. Вона легко проникна для газів, надзвичайно еластична і густо обплетена капілярами, на які «розпадається» врешті-решт, легенева артерія.
Про газообмене
Якщо механізм газообміну в легенях не порушений хворобами, травмами або інфекціями, то кількість альвеол в них перевищує триста мільйонів штук. Поверхня альвеол справді величезна - до ста (а при енергійної фізичній роботі і більше) квадратних метрів. Ось ця-то поверхня, що омивається з одного боку вдихуваним (точніше - альвеолярним) повітрям, багатим киснем, а з іншого - венозною кров'ю, насиченою вуглекислим газом, ця поверхня і є полігон, де відбувається газообмін.
До речі, довгий час вважалося, що газообмін - єдина і суто локальна функція легенів. Однак дослідження механізму газообміну в значній мірі змінили ці уявлення. Тобто легкі аж ніяк не мішок-склад для вдихуваного повітря. Це і біологічна лабораторія, де відбувається його підігрів, очищення, видалення різних сторонніх, які потрапили при вдиху, зважених часток, шкідливих домішок. Тут же проводиться речовини, які відіграють важливу роль в життєдіяльності судин, в багатьох інших процесах. Наприклад, в стінках альвеол розташовані клітини, що виробляють сурфактант - спеціальну речовину, яка вистилає внутрішню поверхню дрібних бронхіол і бульбашок альвеол. Ця речовина не дозволяє бульбашок склеїтися при видиху і сприяє їх роздування при вдиху. Крім того, сурфактант перешкоджає проникненню рідини в просвіт бронхіол.
Втім, поговоримо про чисто механічних, функціональних показниках роботи легенів: місткість (об'єм), потужність вдиху і видиху, їх частота, а в результаті - кількість повітря, яке проходить через легені в одиницю часу.
Все, напевно, буваючи в кабінеті функціональної діагностики, вимірювали спірометрії: після глибокого вдиху щосили намагалися видихнути повітря в спірометр, спостерігаючи, на якій позначці зупиниться циліндр. 3,5 - 4 літри - звичайна норма для чоловіків, 2,5 - 3 літри - для жінок. У людей, які активно займаються спортом, цей показник буває значно вище. Його називають життєвою ємністю легень і в цілому по ньому судять про функціональні можливості цього органу.
Але ось, що цікаво: хоч би які напружувалися ви, намагаючись до кінця видихнути повітря, звільнитися від нього повністю ніколи не вдасться. Легкі постійно перебувають в такому собі повітряному стані. Забезпечує його спеціальне біологічно активна речовина складної структури - той самий сурфактант про який ми говорили вище. Саме тому в легких завжди, навіть при найглибшому видиху, залишається до літра повітря.
Ну а який же обсяг нормального вдиху в спокої? Зрештою, адже, напевно, саме ця величина життєво важлива. Вона відома - 0,3 - 0,5 літра при 15 - 17 вдихів - видихах в хвилину. Неважко, таким чином, підрахувати, що за хвилину легкі перекачують в спокої 7 - 8 літрів повітря.
І давайте ще раз здивувався фантастичним резервним можливостям легких: при енергійної фізичній роботі вентиляція легенів збільшується в десятки разів. Через збільшення потреб м'язів в кисні дихання частішає і стає більш глибоким. Наприклад, під час швидкого бігу або плавання легені працюють як потужний насос - обсяг повітря, що проходить через них, досягає 100 - 150 літрів. Зрозуміло, що у людей розуміють важливість фізичної активності організм здатний отримувати істотно більшу кількість кисню. Тобто механізм газообміну в легенях забезпечує їм великі можливості для своєчасного постачання всіх органів.
Але чому ж, запитаєте ви, якщо резерви легких настільки великі, організм в цілому ряді випадків при інтенсивній роботі, і особливо при спортивній діяльності, відчуває нестачу в кисні? Причин може бути декілька, але головна - обмежені резерви партнера - серця. Скажімо, число скорочень 190 -210 в хвилину - це вже майже межа.
Дифузія і парціальний тиск газів
Однак подивимося, як виглядає сам механізм газообміну в легенях. Багато хто, напевно, знають, що таке парціальний тиск газу. Це тиск газу в суміші газів. Тиск кожного конкретного газу визначається його фізико-хімічними властивостями. А загальний тиск газової суміші визначається сумою парціальних тисків всіх вхідних в її склад газів. Так ось, парціальний тиск кисню в венозної крові, яка надходить до легень по легеневої артерії, нижче (кисень адже був відданий тканин), ніж в альвеолярному повітрі. З іншого боку, парціальний тиск в альвеолах вуглекислого газу трохи нижче, ніж у венозній крові.
У підсумку через стінки альвеол відбувається дифузія - взаємне проникнення молекул кисню і вуглекислого газу між молекулами один одного, що призводить до вирівнювання їх концентрацій в крові і повітрі. Кисень з альвеолярного повітря надходить в кров, вуглекислий же газ, навпаки, переходить в альвеолярний повітря і потім видихається.
Зрозуміти, як працюють легені можна по картинках, на яких сильно спрощено показаний механізм газообміну:
Вирівнювання парціального тиску кисню і вуглекислого газу - початок процесу
Сенс в тому, що через різницю парціального тиску кисню відбувається його проникнення з повітря крізь проникні для нього альвеолярні стінки в кров. Для вуглекислого газу цей процес йде в протилежному напрямку - з крові через альвеолярні стінки всередину альвеол і потім через бронхіоли, бронхи, трахею, рот або ніс - назовні.
Вирівнювання парціального тиску кисню і вуглекислого газу - закінчення процесу
Не вдаючись в подробиці транспортування кисню до тканин, відзначимо, що основним елементом тут є гемоглобін еритроцитів. Після передачі кисню тканинам, він приймає вуглекислий газ, що утворився під час обміну речовин, і доставляє його в легені, цей воістину чудовий автомат, який тонко і точно реагує на запити організму в кисні. Його потрібно багато - вентиляція легень збільшується, дихання автоматично частішає. Запит знижується - дихання перекладається в більш спокійний режим. Практично, тренуючи серцево - судинну систему. ми тренуємо і легкі.
Причому цікава тут роль вуглекислого газу. Саме його концентрація в крові дратує дихальний центр, розташований в довгастому мозку. Чим вище концентрація, тим інтенсивніше працюють легені, частіше дихання.
Втім, в деяких випадках надлишок вуглекислоти може бути корисний для організму. Скажімо, відомо її судинорозширювальну властивість. Наприклад, гостра, викликана спазмом судин, біль у серці нерідко супроводжується автоматичною затримкою дихання, а отже, і збільшенням концентрації вуглекислоти. Можна припустити, що короткочасний її надлишок сприяє в певних випадках судинорозширювальному ефекту.
Сподіваємося, що вам стало зрозуміліше як працюють легені, як влаштований в них механізм газообміну. В принципі ж питання про те, як правильно дихати при виконанні тих чи інших вправ в спорті, хвилює дуже багатьох. Якщо мова йде про прихильників неквапливих пробіжок. лижних прогулянок, тобто, як ми говоримо, звичайних фізкультурників, І. Мухараямов, професор, доктор медичних наук, вважає, що зосереджувати особливу увагу на диханні не слід. У таких випадках серце, судини і легені працюють в дивовижному злагоді, при якому легенева вентиляція строго відповідає кровотоку, і нам залишається лише ще раз віддати належне цьому чудовому автомату - легким, мудро сповненого природою.