Несколько лет назад известный бельгийский вулканолог Г. Тазиев спустился в кратер вулкана Ньирагонго для проведения исследований. Ученые из экспедиции поддерживали с ним прямую телефонную связь, находясь в безопасном месте на склоне вулкана. Вскоре специальный защитный его костюм под воздействием выделяемых из кратера горячих сернистых газов превратился в клочья. На вопрос о его самочувствии отважный вулканолог полушутя ответил коллегам, что ткани его легких значительно прочнее костюмной ткани.
Однако дело было не в прочности легочной ткани, а в надежности многочисленных приспособлений дыхательных путей и защитных механизмов всего организма, благодаря которым органы дыхания человека почти без всякого ущерба переносят самые невероятные воздействия. Они способны выдерживать нестерпимую жару, даже пламя, и лютый холод, действия ядовитых паров, газов, пыли и дыма, но воздействие их должно быть лишь кратковременным – в течение нескольких секунд, минут, в крайнем случае часов.
Вероятно, нет нужды писать о том, что значит для человека дыхание. Каждый из нас на собственном опыте убеждался в том, что задержать дыхание без каких-либо неприятных последствий для организма можно лишь на несколько секунд, во всяком случае не более минуты. Это объясняется тем, что организму постоянно нужен в достаточном количестве кислород. Для этого в легкие должен поступать надлежащего состава чистый воздух определенной температуры и влажности. Другими словами, независимо от того, где и в какой обстановке находится человек – в болотистой местности или в пустыне, на металлургическом комбинате или в шахтном забое, в таежных дебрях или на горной вершине, в теплой комнате или в открытом поле на крепком морозе, в любое время года ему в легкие должен поступать чистый воздух (без пыли и газов), содержащий 21% кислорода и 0,03% углекислоты, 80% влажности и температуры около 37 градусов. Такого воздуха вокруг нас практически не бывает. И все же всегда к легочным альвеолам поступает именно такой воздух.
Поскольку кислород должен поступать в организм в достаточном количестве и беспрерывно, то необходимо, чтобы в легкие, в которых осуществляется непрерывный обмен газов, поступал свободный атмосферный воздух. Но природа как будто нарочно усложнила и удлинила этот путь воздуха к легким.
Прежде чем попасть в легочную ткань воздух должен пройти через полости носа и его придаточные пазухи: верхнечелюстную (гайморову), лобную и клиновидную, клетки решетчатой кости, глотку, гортань, трахею и бронхи. Если диаметр главных бронхов (бронхов 1-го порядка) не менее 1,5 см, то диаметр бронхов 17 – 20-го порядка – не более нескольких десятков микрометров и увидеть их можно лишь под микроскопом.
При сокращении дыхательных мышц (мышцы диафрагмы, наружные межреберные и межхрящевые части внутренних межреберных мышц) грудная клетка расширяется. В грудной полости создается отрицательное давление, и воздух через ноздри устремляется туда сквозь своеобразное сито из волосков у входа в полость носа. Частота этого «сита» зависит от количества пыли, дыма, сажи, других ненужных и вредных для организма примесей, которые содержаться во вдыхаемом воздухе. Чем больше загрязнен воздух, тем уже становится вход в полость носа, тем более частым становиться «сито», на котором задерживается большинство крупных частиц из вдыхаемого воздуха.
Мелкие инородные частицы вместе с воздухом все-таки попадают в полость носа. Здесь раковины носа «заставляют» воздух двигаться по носовым ходам и в верхнюю часть полости носа. Движение воздуха по этим ходам, естественно, замедляется. Слизистая оболочка, которой выстлана полость носа, выделяет столько слизи и жидкости, сколько необходимо для увлажнения воздуха и осаждения взвешенной в нем пыли на слой слизи. Осевшие на слизь вместе с пылью микроорганизмы в большинстве своем погибают под действием муцина и лизоцима, входящих в состав слизи. Если прилипшие к слизистой оболочке полости носа частицы сильно раздражают ее, начинается сложный акт – чихание. В результате инородные частицы выбрасываются из полости носа. Кровь, которая обильно снабжает лежащую под слизистой оболочкой кавернозную ткань, отдает свое тепло проходящему рядом воздуху. Если вдыхаемый воздух слишком теплый, пары жидкости, которую выделяет слизистая оболочка, охлаждают его до температуры тела.
Из-под свода носовой полости очищенный, увлажненный и согретый (или охлажденный) воздух опускется вниз и через внутренние отверстия полости носа попадает в глотку. Здесь он продолжает согреваться и очищаться от пыли и микроорганизмов. Преградой последним служат лимфатические узлы, которыми усеяны все стенки глотки. Эти узлы образуют своеобразное кольцо с двумя «вкрапленными» в него миндалинами.
Из глотки воздух движется без задержки вниз, в гортань, до очередного сужения – голосовой щели. Перед этим препятствием воздушный поток приостанавливается. Этой мимолетной задержки вполне достаточно, чтобы воздух окончательно согрелся, а мельчайшие пылинки, остатки раздражающих веществ из воздуха осели на слизистой оболочке гортани. Над голосовыми связками слизистая оболочка очень чувствительна к самым незначительным раздражениям, и организм моментально реагирует на ее раздражение сильным кашлем. Вследствие этого почти все остатки вредных примесей вдыхаемого воздуха удаляются их дыхательных путей.
В нижние дыхательные пути (трахея и бронхи) уже поступает почти идеальный по составу воздух. В нем лишь остаются в небольшом количестве мельчайшие пылинки и микроорганизмы. Однако и организм не исчерпал всех своих возможностей для полной очистки воздуха.
В трахее, в месте ее разделения на главные бронхи, в местах разделения главных бронхов на более мелкие, а тех – на еще более мелкие, т. е. в местах наиболее тесного соприкосновения потока воздуха со слизистой оболочкой бронхов, определяются так называемые туссигенные (вызывающие кашель) зоны. На них, как правило, и оседают остатки воздушного «мусора», потому что слизистая оболочка трахеи и бронхов тоже выделяет слизь и жидкость. В результате раздражения «мусором» туссигенных возникает кашель.
Кашель длиться иногда десятые и даже сотые доли секунды, но за это время вся систеа дыхания человека совершает большую и сложную работу. Сначала человек делает короткий вдох. Вслед за этим смыкается голосавая щель и быстро и мощно сокращаются межреберные мышцы и диафрагма. В тот момент, когда сокращение этих мышц заканчивается и вследствие этого резко повышается внутригрудное давление, голосовая щель отрувается и воздух из бронхов и трахеи выталкивается наружу.
Ученые измерили скорость воздушного потока при кашле и установили, что в глотке его сила превышает 12 баллов, потому что воздух несется со скоростью 50 – 120 м/с, т. е. 100 км/ч. Чем не тихоокеанские тайфуны, которые на своем пути вырывают с корнем вековые деревья, ломают столбы, срывают крыши, рушат постройки, переворачивают автомобили.
В трахее сила движения воздуха немного уменьшается – до 7 баллов, но и здесь он продвигается со скоростью 30 – 15 м/с, как сильный ветер. Почти с такой же силой воздух движется по главным бронхам. Однако в мелких и мельчайших бронхах «жестокий шторм» превращается в средний, слабый, легкий и даже в «тихий ветерок»…
Естественно, что при таком «урагане» и «шторме» многое из постороннего, что попало в дыхательные пути или находилось в них (мокрота, скопление слизи и микроорганизмов, пыль и другие инородные частицы) стремительно выбрасываются наружу.
Описание защитных механизмов системы дыхания будет далеко не полным, если не упомянуть о реснитчатом эпителии, выстилающем слизистые оболочки на всем пути движения воздуха, вплоть до мелких бронхов. Как утверждают ученые, благодаря реснитчатому эпителию в дыхательных путях, человек, находящийся в помещении даже с самым запыленным воздухом, вдыхает только 5 – 10% пыли. Если бы не этот эпителий, наши легкие уже в первый год жизни напоминали бы сборную камеру пылесоса.
Итак, посмотрим снова на слизистые оболочки дыхательных путей, но уже под микроскопом. Мы увидим, что слизистые оболочки состоят из многих клеток, но основные клетки двух типов – бокаловидные и реснитчатые. Бокаловидные клетки из-за скопления в них слизи напоминают бокал, поэтому так называются.
На одну бокаловидную клетку в слизистой оболочке приходится не менее пяти реснитчатых клеток. Они более узкие по сравнению с бокаловидными клетками и покрыты волосками – ресничками, которых на одной клетке насчитывается до двухсот. Реснички придают поверхности слизистой оболочки вид бескрайнего поля ржи или пшеницы, над которыми гуляет ветер. Они постоянно движутся: резкий взмах в сторону более крупных бронхов и более медленное возвращение назад, снова резкий взмах и опять медленное возвращение в прежнее положение. И это всего за 0,05 с.
В «работе» ресничек очень много непонятного и необъяснимого, хотя о их существовании уже известно почти полтора столетия. Эти ультрамикроскопические образования движутся всегда только в одном направлении, беспрерывно, без отдыха, на протяжении всей жизни человека и даже несколько десятков часов после его смерти. Откуда они черпают энергию для своей постоянно неутомимой и гигантской работы? Какая структура реснитчатой клетки является главным двигателем для ее ресничек? На эти и другие вопросы ученые пока затрудняются ответить. Однако уже давно ясна главенствующая роль ресничек в очищении воздухоносных путей от инородных частиц и веществ.
Бокаловидные клетки выделяют на поверхность реснитчатого эпителия слизь, которая распределяется на нем в два слоя: верхний – густой и липкий, нижний (ближе к ресничкам) – жидкий. Своими движениями реснички заставляют течь эту слизь наружу, в сторону более крупных бронхов, трахеи, гортани, глотки. Количество и качество слизи в бронхах, которая, как и слизь в полости носа, обладает бактерицидным действием, ее вязкость и скорость перемещения по бронхам быстро меняются под влиянием температуры и влажности вдыхаемого воздуха (правда в незначительной степени, так как в основном в полости носа и глотке, они почти доведены до оптимальных величин), различных лекарственных и ядовитых веществ, воспалительного процесса и других факторов.
В бронхах благодаря высокой (около 80%) влажности почти вся пыль из воздуха осаждается на слой слизи, прилипает к нему, обволакивается слизью и сразу же начинает двигаться в обратном направлении со скоростью около 1,5 см/мин. Следовательно, пылинка, попавшая глубоко в бронхи, будет выброшена из них через час, а может быть, и раньше, потому что пылевые гранулы собираются в туссигенных зонах и выкашливаются. Некоторые из них попадают в пищевод и проглатываются. Из полости носа они выбрасываются во время чиханья.
Трахеи и бронхи принимают самое активное участие в акте дыхания и очищении слизистых оболочек от «мусора». Рентгенологи и бронхологи обнаружили активные и пассивные движения трахеи и бронхов, которые состоят из неполных хрящевых колец. На вдохе они расширяются и укорачиваются, а на выдохе суживаются и удлиняются. Одновременно они совершают движения, напоминающие движения кишок. На вдохе трахея поднимается вверх, угол между главными бронхами уменьшается (эти бронхи сближаются), а углы между другими бронхами в обасти разветвлений увеличиваются (бронхи расходятся). На выдохе отмечается обратное явление. Быстро и резко суживаются бронхи и нижняя часть трахеи во время кашля. Все эти движения способствуют продвижению слизи и другого содержимого в просвете бронхов по дыхательным путям наружу.
Таким образом, к легочным альвеолам любого человека, находящегося даже в кратере вулкана, всегда поступает совершенно чистый воздух температуры не более 37 градусов, в котором нет опасных для организма микробов.
Таким образом, наша система дыхания снабжена универсальным и безотказным воздушным фильтом и кондиционером. Ничего подобного и тем более такого эффективного пока еще не было сконструировано в производстве.
Обеспечение всех тканей организма кислородом и удаление из них излишков углекислоты – основная, главная, но не единственная функция легких. В легких, например, образуются очень важные для организма жироподобные вещества, скапливаются разные элементы крови (лейкоциты, тромбоциты), а также появляются различные факторы свертывания и противосвертывания крови. Таким путем легкие влияют на процессы свертывания крови в организме.
Ежеминутно через легкие проходит 6 – 9 л воздуха. Значит, за сутки – не менее 10000 л. Чтобы подготовить этот воздух для легочной ткани, организму приходится выделять много жидкости (в носовой полости – до 0,76 л, в трахее и бронхах – не менее 0,15 л), а вместе с этим расходоват много тепла. В этом заключается участие легких в водном обмене и в терморегуляции организма. …