Нашему организму для нормальной работы необходимо постоянное наличие нормально сбалансированного количества кислорода и углекислого газа во внутриклеточном пространстве его миллиардов клеток. Интересно, например, что мозг человека потребляет больше кислорода, чем непрерывно работающее сердце.
Но прежде чем углубляться в фундаментальные процессы обмена кислорода и углекислого газа на клеточном уровне, вначале стоит хорошо разобраться в функционировании механизмов газообмена (дыхания) на уровне работы легких и транспортировки газов кровеносной системой.
Чтобы яснее представить функциональные и резервные возможности дыхательной системы, вспомним анатомо-физиологические особенности аппарата дыхания на макро уровне организма. Этот аппарат состоит из дыхательных путей и легких.
Основа дыхательного аппарата человека и главный инструмент газообмена организма с внешней средой – легкие. Вес этого парного губчатого, эластичного органа у взрослого человека составляет 1,2 килограмма, он розового цвета у младенцев и сероватого – у взрослых (вследствие вдыхания загрязненного воздуха и просмаливания у курильщиков). Легкие расположены в грудной клетке (Рис. 1.1.).
Рис. 1.1. Внешний вид легких.
Грудная клетка – это та часть туловища человека, которая находится между шеей и брюшной полостью, и которая в большей части занята легкими и сердцем. Вокруг она ограничивается спинным хребтом, ребрами, грудной костью и снизу диафрагмой – большой поперечной куполообразной мышцей. Грудную клетку можно представить коническим, со всех сторон закрытым, корпусом, коническое сужение которого направлено кверху, задняя сторона образуется спинным хребтом, передняя – грудной костью и боковины – ребрами. Скелетные мышцы, участвующие в акте дыхания весьма многочисленны, это – диафрагма, внутренние и наружные межреберные, мышцы брюшной стенки. При спокойном дыхании выдох осуществляется пассивно – без участия мышц, за счет эластической обратной тяги растянутых при вдохе легких. Во время форсированного дыхания выдох осуществляется активно – за счет сокращения экспираторных мышц. Ребер всего – двадцать четыре, по двенадцати с каждой стороны. Они идут от спинного хребта, и семь верхних пар соединяются впереди с грудной костью, пять же нижних называются «ложными ребрами», и из них только две верхних пары соединены с грудной костью хрящами, а три нижних хрящей не имеют, концы их не соединены и они свободны. В промежутках между ребрами расположены межреберные мышцы, которые и приводят в движение ребра. При дыхании межреберные мускулы раздвигают ребра, увеличивают объем грудной клетки и растягивают легкие. При этом давление в легких падает, туда по известному закону физики и устремляется воздух из атмосферы. В этом процессе дыхания все зависит от так называемых «дыхательных мускулов». Без их помощи легкие не могут двигаться, и изучение способов пользоваться и управлять этими мускулами составляет науку о дыхании. Успешное управление этими мускулами состоит в умении расширить легкие насколько возможно больше, чтобы захватить в грудь наибольшее количество животворного воздуха.
Дыхательные пути включают в себя носовую полость, гортань, трахею, бронхи. Бронх каждого легкого дает более 20 последовательных ветвлений. Воздуховодные пути дыхательной системы разветвляются и уменьшаются в сечении в последовательности: бронхи – бронхиолы – терминальные бронхиолы – дыхательные бронхиолы – альвеолярные ходы. Альвеолярные ходы заканчиваются альвеолами. Огромное количество альвеол и составляет собственно легочную ткань. Альвеолы – это тонкостенные, наполненные воздухом пузырьки, густо оплетенные кровеносными легочными капиллярами. Внутренняя поверхность альвеолы покрыта слоем сурфактанта (поверхностно-активное вещество) (Рис. 1.3.).
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.