Поговорим о дыхании. Дар, который мы не ценим

Браун Джессика

Газообмен происходит у аэрогематического барьера. Эта мембрана, толщиной в одну восьмидесятую листа бумаги, отделяет альвеолы от заполненных кровью сосудов. Она должна быть такой тонкой, чтобы газ мог свободно проходить через нее: данный процесс называется диффузией. Стимулом служит парциальное давление вдыхаемого и выдыхаемого газов. Воздух представляет собой газовую смесь. Парциальное давление каждого газа соответствует его доле в общем давлении. Это открытие сделал английский естествоиспытатель Джон Дальтон на рубеже XIX века. Сын бедного ткача, в одиннадцать лет он оставил школу, в двенадцать сам начал преподавать. Самым выдающимся объектом его исследований стала погода, которую он изучал с помощью собственноручно изготовленных барометров и термометров. На основе многолетних испытаний в 1805 году он сформулировал так называемый первый закон Дальтона. Суть его в следующем: поскольку кислород имеет иное парциальное давление,

чем, например, азот или углекислый газ, он может перемещаться независимо от них – в частности, проникать через стенки альвеол в кровь.

Диффузия есть физическая основа дыхания. Эволюция живых организмов протекала на протяжении двух миллиардов лет, и с тех пор изменения не слишком значительны. Почему так? Она дает возможность получать энергию, не истощая силы организма. Диффузия – процесс пассивный и во всех высокоразвитых существах протекает примерно одинаково: у муравьев и малиновок так же, как у форели или жаб. Действия молекул кислорода и двуокиси углерода можно сравнить с поведением туристов у бассейна при отеле: после завтрака каждый старается разложить свой лежак как можно дальше от других. В итоге все обустраиваются так, чтобы иметь достаточно личного пространства. Частицы газа тоже стремятся распределиться оптимально – подальше от мейнстрима в места с наименьшей концентрацией. Для кислорода из вдыхаемого нами воздуха оптимальным является переход в текущую рядом кровь, где его мало. Там его захватывает гемоглобин, содержащийся в красных кровяных тельцах, и тащит сначала в левый желудочек сердца, а оттуда по артериям разносит в клетки. А углекислый газ, напротив, рвется из крови, где слишком много его молекул упражняется в бассейне. Он переходит в легочные альвеолы. И все довольны – даже если соразмерного насыщения в идеале никогда не достичь.

Живые организмы проходят различные стадии, но принцип диффузии при этом не меняется. Так, будучи личинками, амфибии дышат жабрами, позже – легкими и кожей. Дыхание Айи до рождения тоже было иным. Жизнь в нее «вдыхала» мать. Впрочем, через пуповину кислорода поступало намного меньше, чем содержится в крови матери. Разницу уравновешивало почти вдвое большее содержание гемоглобина – уникальная транспортная возможность для жизненно необходимого газа. Его парциальное давление в теле плода настолько низкое, что эксперты сравнивают условия в матке с атмосферой на горе Эверест. Говорят, первый вдох новорожденного – в то же время последний умирающего плода.

Прежнее средство снабжения Айи кислородом сейчас лежит между ног ее матери. Это плацента – круглый кусочек ткани, исчерна-красный, мясистый, напоминающий кусок печени. Акушерка осторожно поворачивает ее. Сторона, которая в матке была обращена к ребенку, похожа на гравировку: дерево с широко раскинутыми ветвями. «Мы называем это древом жизни», – говорит акушерка. Плацента, бронхи, береза – природа снова и снова калькирует свои лучшие чертежи и масштабирует их на свое усмотрение. Форма одна и та же, а связует их дыхание.

Иногда первый вдох не желает свершиться. Для родителей это ад. На такой случай у акушеров есть в запасе особые хитрости: вытереть насухо, растереть попку, разогреть, помассировать ступни. В прежние времена врачи резко размахивали новорожденным вверх-вниз, высоко над головой, в надежде, что легкие наполнятся воздухом вроде полиэтиленового пакета на ветру. Довольно свирепое приветствие, не правда ли? Акушерка показывает маме начисто протертую Айю. «Не хотите перерезать пуповину?» – обращается она к отцу. Направляет его руку с ножницами к нужному месту: «Жмите сильнее!» Отец щелкает и разрывает связь, которая долгие месяцы обеспечивала Айю всем необходимым. Из единой дышащей сущности образовалось две. Правда, с дыханием у Айи пока не ладится. Акушерка вызывает по рации врача. «Не волнуйтесь, – успокаивает педиатр. – Я просто коротко осмотрю вашу дочку». Он относит завернутую в белый конверт малышку на пеленальный стол. Та слабенько урчит. Доктор осторожно продвигает в гортань похныкивающему ребенку трубочку толщиной со спичку и отводит застоявшуюся в ней жидкость. «Всё в порядке, – он возвращает матери Айю, которая уже дышит свободнее. – Она всего лишь кроха».

В течение восьми месяцев сердечко Айи размером с грецкий орех уже билось самостоятельно. И сейчас еще в нем остается отверстие – остаток системы материнского жизнеобеспечения, к которой Айя была присоединена до недавнего момента. «Пока легкие не запущены, они не должны слишком интенсивно снабжаться кровью», – рассказывал мне Николаус фон Оберниц. Через отверстие, называемое foramen ovale [6] , кровь могла перетекать непосредственно из правого предсердия в левое, в обход малого круга кровообращения. После рождения дыхание младенца меняет давление, окно закрывается. Ставшее ненужным, оно зарастает в течение нескольких

дней в трех случаях из четырех. Но даже останься foramen ovale Айи открытым – ничего страшного: четверть населения планеты живет с этим. Разве что (согласно последним данным) такие люди больше подвержены мигреням. Но есть ли тут зависимость, пока не ясно. Также предполагается связь с несчастными случаями декомпрессии у аквалангистов. Однако доказательств нет. И это одна из многих нерешенных загадок нашего дыхания, несмотря на десятилетия исследований.

6

Foramen ovale (лат.) – овальное окно.

ВПЛОТЬ ДО КЛЕТКИ

Дыхание кажется нам самым простым делом на свете. Каждый знает, как оно функционирует. Даже объяснить это инопланетянину не составит труда, по крайней мере в общих чертах: кислород поступает в организм, углекислый газ выводится наружу – ничего сложного. Тем не менее помимо вентиляции, аэрации легких, в тканях происходит довольно сложный процесс обмена веществ: внутреннее дыхание. Наш организм – система, которая работает наилучшим образом, когда в ней всё уравновешено. Процесс, поддерживающий равновесие, называется гомеостазом. А для него необходима энергия. Она образуется, когда в клетках окисляются питательные вещества. Ткани не могут запасаться кислородом, поэтому нуждаются в его непрерывном поступлении. Насколько эффективно он будет переработан, зависит от нашей производительности. Внешнее дыхание определяет наш голос и способно регулировать чувства. Так что совсем не лишнее – понимать строение и функции дыхательного аппарата.

Айя дышит часто и беспорядочно. Ее грудная клетка с трудом поднимается, на мгновение зависает и снова приходит в движение. Как и все новорожденные, она еще нащупывает ритм своего дыхания. Такие перебои первого дня беспокоят родителей, если они к этому не подготовлены. Особенно когда младенец такой хрупкий, как Айя. Ее носик размером едва ли с полмизинца. Если она пойдет в мать, со временем крылья носа раздадутся, а спинка его, скорее, останется плоской. Никому не ведомо, как в результате эволюции развился по центру лица такой костно-хрящевой каркас. Он, конечно, не столь избыточен, как лисий хвост на зеркале заднего вида, но довольно экстравагантен. Во всяком случае, на нем держатся очки и он вполне подвижен, чтобы нюхать.

Решающим фактором является проход от ноздрей почти что до середины черепа. Носовая перегородка делит проход на правую и левую части. Преддверие носа – куда еще входит палец – заканчивается порогом; здесь проход становится узким и изогнутым, что осложняет движение воздуха. По сравнению с дыханием ртом дыхание носом труднее вдвое. Три носовые раковины разделяют прохождение воздуха на три хода в полости носа. Вдыхаемый воздух большей частью проходит по среднему; выдыхаемый, напротив, использует нижний. При этом в узких и изогнутых проходах возникают завихрения. Они играют важную роль: слизистая оболочка носа, как мухоловка, захватывает всё, что проносится в непосредственной близости от нее. Сорок пять тысяч мелких желез, заложенных в слизистой, выделяют более полулитра секрета в день (так что маме Айи придется потрудиться в первые годы, вытирая и прочищая ее нос). Тонкие подвижные реснички эпителиоцитов эвакуируют упакованные в слизь вредные вещества. Крупные частицы пыли и пыльцу волоски останавливают еще в преддверии. Мелкие вылавливаются в носовой полости. Таким образом нос отфильтровывает из воздуха до пятидесяти процентов пылинок и бактерий. И только самая тонкая пыль проникает в нижние дыхательные пути.

Нос защищает наш чувствительный организм от не поддающегося контролю внешнего мира. Он работает не только как фильтр, но еще и как кондиционер и увлажнитель воздуха. Атмосферные условия в окружающей среде постоянно меняются: то жарит солнце, то валит снег. Вот вы в сауне. А в спальне влажно из-за белья на сушилке, в гостиной же воздух сухой от отопления. Всё это не беспокоит наши дыхательные пути, поскольку они защищены системой шлюзов: на дистанции в семь сантиметров носа воздух согревается благодаря густой сети мелких кровеносных сосудов до тридцати с лишним градусов – даже если снаружи минус восемь, а влажность увеличивается до девяноста процентов. Буквально за десятую долю секунды. Но, как каждый кондиционер, наш потребляет массу энергии. Кое-что из нее организм компенсирует при выдохе: воздух, выходящий из легких, согревает и увлажняет слизистую оболочку – и застывшие на морозе руки, если на них подышать. Капля под носом? Часто это всего лишь конденсат. Такой воздухообмен экономит до сорока процентов энергии. Животные пустыни, вроде верблюдов или иглистых мышей, приспособлены к среде еще лучше: их носы почти не теряют влагу. А вот собаки, чтобы охладиться в жару, свешивают язык для испарения и дышат часто и поверхностно.