Я познаю мир. Тайны человека

Наиболее знакомый нам вид окисления – это горение. В процессе горения кислород присоединяется к горючему веществу, то есть окисляет его. При этом выделяется тепловая энергия. Нечто похожее происходит и в клетках нашего тела, и там тоже выделяется тепловая энергия. Благодаря этому теплокровные животные – птицы, млекопитающие, а также человек способны поддерживать температуру своего тела на постоянном уровне, серьезно превышающие температуру окружающей среды.

Нет ничего удивительного в том, что с понятием о дыхании возникла такая неразбериха. Слово дыхание появилось в языках европейских народов несколько тысячелетий назад, а первое научное преставление о дыхании – не больше 150 лет. Теперь уже слишком поздно менять значение этого слова, да это делать и не нужно.

Говорят, например, что квашня – забродившее тесто – задышала, что дышит топкое болото. Ученые понимают, какой смысл в каждом конкретном случае вкладывается в слово дыхание. В научных же трудах настоящее дыхание называют тканевым, а транспортировку воздуха в легкие и все, что в них происходит, – внешним дыханием. Будем и здесь придерживаться этих понятий.

Сортировка

Как известно, дыхательные органы состоят из системы трубок, небольших полостей и особых парных органов – легких.

Дыхательная система начинается носовыми проходами, открывающимися в глотку, и с помощью гортани, соединяющейся с трахеей – трубкой, образованной хрящевыми полукольцами. В своей нижней части она делится на два бронха для правого и левого легкого. Эти крупные бронхи, войдя в легкие, делятся на более мелкие, а те, в свою очередь, еще на меньшие. Самые мелкие – бронхиолы – имеют микроскопические размеры и похожи на грозди винограда, так как облеплены такими же микроскопическими пузырьками – легочными альвеолами. При вдохе воздух, поступающий через нос по системе все уменьшающихся трубочек, добирается до бронхиол, заполняет легочные альвеолы, а при выходе выдавливается из альвеол и по той же системе, что поступил в легкие, выводится из организма.

Легочные альвеолы густо оплетены кровеносными капиллярами – микроскопически тонкими сосудиками. Стенки альвеол и стенки капилляров такие тоненькие, что кислород из воздуха легочных альвеол практические мгновенно переходит в кровь, а углекислый газ из крови переходит в воздух, заполняющий альвеолы. Выясним, почему это происходит. Почему в кровь переходит именно кислород, а не азот, которого в воздухе в четыре раза больше, чем кислорода? Почему углекислый газ из крови переходит в воздух альвеол, а не наоборот, ведь он входит и в состав атмосферного воздуха?

Все, наверное, видели, как расплывается в воде цветная капля чернил, а в воздухе – облачко табачного дыма. Как ни малы частички краски или дыма, ведь мы их по отдельности не видим, все–таки они достаточно крупные, значительно крупнее молекул газов или воды. Им трудно расталкивать молекулы воздуха. Вот почему облачко дыма расширяется медленно. Если мы выпустим в воздух облачко водорода, озона, гелия или другого газа, к сожалению, мы его простым глазом не увидим, такое облачко расширилось бы очень быстро и в конце концов исчезло, растворившись в воздухе. Этот самопроизвольный процесс проникновения друг в друга соприкасающихся между собою газов, жидкостей и твердых тел называется диффузией.

Теперь давайте вернемся в легкие. При вдохе легочные альвеолы наполняются воздухом, в котором много кислорода, а по оплетающим их капиллярам течет кровь, в которой кислорода почти не осталось. Поэтому молекулы кислорода, беспорядочно двигаясь, легко, в .больших количествах и в тысячи раз чаще переходят в кровь, чем возвращаются оттуда в воздух альвеол, и этот процесс происходит до тех пор, пока кровь полностью им не насытится.

А почему вслед за кислородом в кровь не устремляются другие газы? Дело в том, что с первым вдохом новорожденного ребенка его кровь насыщается не только кислородом, но и азотом, и хотя в легких огромное число молекул этого газа, но и в крови их достаточно, и поэтому они постоянно переходят из воздуха в кровь и обратно, но переходят примерно в одинаковых количествах.

Углекислый газ ведет себя иначе. Его в крови значительно больше, чем в воздухе альвеол, поэтому сюда его молекулы переходят в больших количествах, но очень скоро количество молекул углекислого газа в крови уменьшается, и число его молекул, переходящих в альвеолы, уравнивается с количеством молекул, переходящих из воздуха в кровь. А в тканях тела происходит обратный процесс. Кровь, которая добралась до тонюсеньких капилляров, содержит много кислорода, а в окружающих их тканях кислорода практически нет. Вот почему он туда выталкивается. Зато углекислого газа, который беспрерывно образуется в тканях тела в процессе их жизнедеятельности, гораздо больше, чем в крови, вот почему он переходит в кровь.

Итак, кто же занимается в альвеолах легких сортировкой молекул газов воздуха и выбирает из них молекулы кислорода для перехода их в кровь? Кто выбирает из газов, растворенных в крови, молекулы кислорода и заставляет их переходить в окружающие ткани?

Ответ ясен: никто. Этот процесс согласно законам физики осуществляется благодаря диффузии полностью автоматически.

В пустоте

Для того чтобы воздух поступал в легкие и заполнял альвеолы, а потом удалялся из них, нужен насос. И такой насос действительно существует. Присмотритесь к человеку, пробежавшему стометровку. У него вздымается грудь, работают мышцы живота. Это детали легочного насоса. Он имеет два рабочих элемента. Главным элементом этого насоса является диафрагма, большая плоская мышца, которая делит полость человеческого тела на две самостоятельные полости, отделяя органы грудной клетки от органов живота. Поэтому ее называют еще грудобрюшной преградой. В спокойном состоянии она имеет куполообразную форму вершиной вверх, а когда напрягается, становится плоской и оттесняет вниз органы живота. При этом объем грудной полости увеличивается.

Второй рабочий элемент легочного насоса – межрёберные мышцы. Напрягаясь, они подтягивают ребра вверх, что тоже приводит к небольшому увеличению объема грудной полости. Кажется, с насосом все ясно, но не спешите так думать. Здесь есть удивительный секрет.

По существу, грудная полость разделена на три самостоятельных отдела. В одном находится сердце, в каждом из остальных двух – по лёгкому. Если мы заглянем в полость, где находится легкое, то увидим, что ее стенки внутри выстланы гладкой, постоянно влажной, а поэтому скользкой оболочкой. Точно такой же оболочкой покрыто легкое. Эта оболочка названа греческим словом "плевра", означающим "стенка", а полость, в которой находится легкое, – плевральной полостью. В ней всегда поддерживается пониженное давление, пониженное по отношению к наружному воздуху.

Легкое заполняет всю отведенную ему полость, но нигде и ничем не соединено с его стенками ни с ребрами, ни с грудобрюшной преградой. Что же заставляет легкое расширяться при вдохе и изгонять находящийся в нем воздух при выдохе?

Секрет легочного насоса заключается в том, что каждая из полостей, где находятся легкие, полностью изолирована от внешнего мира. Ни с самим легким, ни с наружной средой они не сообщаются. Поэтому, когда диафрагма опускается, а межреберные мышцы поднимают ребра, легочные полости увеличиваются, и легкое оказывается висящим в пустоте, в безвоздушном пространстве, точнее, в полости, давление газов в котором резко понижено. В самом же легком, как и снаружи, воздух находится под определенным давлением. Оно возникает оттого, что воздух имеет определенный вес: 1 литр воздуха весит всего 1,3 грамма. Немного! Но слой воздуха над поверхностью Земли поднимается на много километров. Этот многокилометровый слой газов воздуха давит на каждый квадратный сантиметр поверхности нашего тела с силой в 1 килограмм. Приличная сила, но мы с вами этого давления не ощущаем, так как оно действует на тело равномерно с разных сторон, и под таким же давлением находятся жидкости в клетках нашего организма. Благодаря этой силе воздух и врывается, заталкивается в легкие, добирается до крошечных альвеол, заполняет их и растягивает их стенки, примерно так же, как мы надуваем резиновый воздушный шарик.

При выдохе происходит обратный процесс: ребра опускаются, диафрагма расслабляется, а мышцы живота возвращают оттесненные диафрагмой органы брюшной полости в обычное положение, и объем плевральных полостей, где находятся легкие, уменьшается. Пониженное давление в них несколько выравнивается, эластичные стенки легочных альвеол сжимаются, выталкивая находящийся там воздух, а стенки полостей слегка сдавливают легкие, помогая быстрее выдавить из них воздух. К сожалению, полностью удалить воздух не удается.