Рис. 1.3. Анатомическое строение легких.
Подсчитано, что легкие среднего взрослого человека содержат около 600–700 миллионов альвеол каждая диаметром 0,2 мм. Именно в этих мельчайших «пузырьках» и происходит газообмен с кровью. Все альвеолы густо оплетены кровеносными капиллярами. В пятидесятых годах двадцатого века медицинскими исследованиями было установлено, что у людей, активно занимающихся спортом, количество альвеол и альвеолярных ходов увеличивается на 15–20 процентов по сравнению с лицами, не испытывающих регулярных и гармоничных физических нагрузок. Именно так проявляется один из очень важных анатомических и функциональных резервов человеческого организма.
В отличие от многих других органов, легкие имеют двойную систему кровеносных сосудов. Первая ее часть – это сеть кровеносных капилляров и более крупных сосудов, непосредственно обеспечивающих главную функцию легких – газообмен. Вторая часть – это специальная кровеносная система, питающая саму легочную ткань, бронхи и стенки легочной артерии. Суммарная площадь поверхности всех альвеол взрослого человека при выдохе равняется 30-ти квадратным метрам, а при глубоком вдохе, то есть при растяжении, достигает 100—120-ти квадратным метрам. Напомним, что площадь поверхности всего тела человека составляет около 2 квадратных метров. А общая внутренняя поверхность всех капилляров, находящихся в легких, достигает примерно 70 – ти квадратных метров. Одновременно в легочных капиллярах может находиться до 150 миллилитров крови, и при активной физической работе количество крови протекающей сквозь кровеносную систему легких может достигать до 30 литров в минуту.
Дыхательный цикл (цикл: вдох – выдох) новорожденного осуществляется с частотой 35 раз в минуту, у ребенка – 25 раз, у подростка – 20 раз, а у взрослого – 16–18 раз в минуту. Женщины дышат несколько чаще, чем мужчины. Мы делаем 1000 вдохов в час, 26 000 за сутки, 9 миллионов за год, а на протяжении жизни: мужчина – 670 миллионов, а женщина – 746 миллионов.
Объем воздуха, циркулирующего в легких во время каждого вдоха и выдоха, – 500 мл, и жизненно необходимо получить за одну минуту 8,5 л, 500 л в час, 12 000 л в сутки, 4 миллиона литров в год. В течение жизни мужчина вдыхает 317 миллионов литров воздуха, а женщина – 352 миллиона литров. Таким образом, одному человеку на протяжении жизни необходим объем воздуха, содержащийся в параллелепипеде высотой 67 м (что соответствует высоте 23-этажного жилого дома) с основанием, равным площади футбольного поля.
Хотя общий объем легких взрослого человека составляет примерно 5 литров, для покрытия нужд обмена веществ организму в обычных условиях необходим гораздо меньший объем – лишь 0,5 литра (дыхательный объем). Остальная часть распределяется следующим образом: 1,5 литра – это остаточный объем воздуха, а 3 литра образуют резервный объем воздуха (половина приходится на максимальный вдох, вторая половина – на максимальный выдох). У хорошо тренированных спортсменов жизненная емкость легких оказывается значительно больше и достигает величины в 7 литров и даже более. Спортивными врачами, которые работают с профессиональными спортсменами высокого уровня достижений, зарегистрировали величины объемов легких близкие к 9 литрам.
У здоровых, хорошо физически тренированных людей вся дыхательная система в состоянии покоя работает значительно экономнее. Так, частота дыхания снижается до 8—10 в минуту, одновременно несколько возрастает его глубина. При таком режиме функционирования из одного и того же объема воздуха, пропущенного через легкие, извлекается большее количество кислорода. Регулярно возрастающая при повышенной мышечной активности потребность организма в кислороде «подключает» к решению энергетических задач незадействованные резервы легочных альвеол. Это сопровождается усилением кровообращения и повышением аэрации (насыщенности кислородом) легких. Считают, что такой механизм повышенной вентиляции легких укрепляет их. Кроме того, хорошо «проветриваемая» при физических нагрузках легочная ткань менее подвержена заболеваниям, чем те ее участки, которые аэрированы слабее и потому хуже снабжаются кровью.
Теперь образно проследим весь путь воздуха внутрь организма в процессе дыхания и увидим, как работают различные уровни нашей защиты от различных неблагоприятных факторов. Попав в нос, воздух сразу встречает на своем пути первую и весьма важную систему фильтрации. Это носовые волоски, первая линия защиты в борьбе против загрязняющих веществ и микрочастичек пыли. Пройдя эту миниатюрную решетку, воздух попадает на второю «линию обороны» организма и проходит вдоль слизистой поверхности носовой перегородки. Вязкое вещество, покрывающее слизистую поверхность способно улавливать большое количество пыли из соприкасающегося с ней воздушного потока. На каждый наш вдох приходится по одному выдоху, и эти два встречных попеременных воздушных движения устанавливают в полости носа тонко выверенный микроклимат. При движении выдоха воздушные пары из легких увлажняют покровы слизистой носовых ходов, и она в здоровом организме никогда не теряет своей очищающей эффективности. Кроме улавливания частиц пыли входящий воздух вдоха очень быстро нагревается в объемах носовой перегородки. Даже в холодную погоду «забортный» воздух приобретает температуру тела, пройдя всего 3 сантиметра в носовых проходах. В носовой полости также выделяются специфические антитела, которые убивают осевшие на слизистые покровы микробы и вирусы.
Далее, миновав верхнюю часть ноздрей, воздух проникает в носовую раковину, по которой затем проходит в трахею. Уже знакомые нам слизистые оболочки полностью выстилают и поверхность трахеи, а далее обволакивают и бронхи. Поверхность трахеи усеяна тысячами мельчайших волосков, которые называются ресничками, а в общем, этот комплекс именуется мерцательным эпителием. Такие реснички постоянно согласованно колышутся, создавая что-то подобное размеренным волнообразным движениям (Рис. 1.4.). Эти движения непрестанно поднимают вверх, преодолевая силу тяжести слизь, выстилающую трубы дыхательных путей. На эту слизь прилипает практически вся пыль, которая попадает в легкие с воздухом. Несмотря на небольшую величину, мерцательные реснички в состоянии толкать вверх сравнительно крупные частицы пыли массой до 5-10 мг. Именно таким образом легкие очищаются от всякого микромусора засасываемого с воздухом, и если бы легкие не обладали таким способом самоочищения, то они бы били полностью закупорены пылью за несколько дней. Еще такая слизь насыщена белыми кровяными тельцами – лейкоцитами и в их задачу входит убивать попавшие внутрь с воздухом микроорганизмы. Поэтому слизь вместе с задержанной пылью несет вверх и тела убитых микробов вместе с погибшими лейкоцитами. Надо заметить, что подобным мерцательным эпителием выстланы все дыхательные пути, вплоть до мельчайших бронхиол.
Рис. 1.4. Механизм очищения бронхов от пыли.
При повреждении или нарушении целостности мерцательного эпителия вследствие микротравм или в результате поражения агрессивными химическими веществами, в таких зонах инородные частицы не удаляются, а вредоносные микроорганизмы не уничтожаются. В результате на подобных участках резко снижается устойчивость слизистой оболочки к инфекциям, и складываются все благоприятные условия для развития заболеваний. Из не удаляемой вовремя слизи возникают пробки, закупоривающие просвет бронхов, и целые участки легких «выключаются» из процесса газообмена. Активность мерцательного эпителия серьезно подавляют различные вредные примеси воздуха, особенно это касается табачного дыма. Ведь в нем в больших количествах содержатся различные токсические вещества, самым неприятным из которых является никотин. Известно, что у некурящих скорость движения слизи составляет 10–20 миллиметров в минуту, а у активно курящих людей эта скорость не более 3 миллиметров в минуту. Естественно это резко ослабляет очищение легких от механической пыли и грязи, подавляет макрофагов и снижает эффективность их борьбы с микробами и создает все условия для возникновения инфекций в дыхательных путях.
* * *
Выше мы рассмотрели, как должна работать бронхо-легочная система у здорового человека. Но давайте зададимся вопросом – а что происходит у человека, который дышит неправильно, в ненормальном режиме и как возникают наиболее распространенные заболевания органов дыхания. Самая первая причина заболеваний легких кроется в плохой их вентиляции и в малой физической активности дыхательных мышц. Действительно, кровоснабжение различных участков легких зависит от активности их вентиляции воздухом. Чем лучше вентилируется какой-либо участок легкого, тем лучше в нем кровоток и тем лучше кровоснабжение легочной ткани в этом месте. В нормально функционирующей легочных альвеолах имеются многочисленные специальные клетки, которые называются альвеолярными макрофагами. Они защищают легочную ткань от органической и минеральной пыли, попадающей вместе с воздухом, обезвреживают микробы и вирусы и нейтрализуют выделяемые ими вредные вещества (токсины). Такие клетки – защитники проникают на внутренние стенки альвеол из крови. Соответственно, чем активнее кровоток омывает легочную ткань тем больше в ней макрофагов и эффективнее осуществляется защита от различных внешних агрессивных факторов. Но если участок легкого не наполняется воздухом, если он не пульсирует, то раздуваясь, то сжимаясь вслед за наполнением и сбросом воздуха, то в таких выключенных из процесса вентиляции объемах альвеол кровоток