Книга: 100 великих тайн человека

КОМАНДИРЫ ДЫХАНИЯ

КОМАНДИРЫ ДЫХАНИЯ

В разговоре о дыхании, конечно же, нельзя обойти вниманием и те механизмы, которые регулируют и контролируют этот процесс. А для нормальной жизнедеятельности всего организма, структуры, составляющие систему органов дыхания, должны работать очень четко и слаженно, быстро реагируя даже на самые незначительные изменения как в самом организме, так и в окружающей среде. В то же время, эта система должна быть устойчивой по отношению к различным абиотическим и биотическим факторам, а также быстро приходить в нормальное состояние после стрессов, физических нагрузок или плохой погоды.

Чтобы справиться с этим многообразием задач, у человека существует своеобразный «автопилот» – система автоматического контроля и регулирования дыхания. Представлена она следующими структурами: в головном мозге – дыхательным центром, в крупных кровеносных сосудах, а также в тканях – хеморецепторами, в легких, бронхах, дыхательной мускулатуре – нервами.

Что же касается отдельно каждого элемента «автопилота», то, например, хеморецепторы являются контрольными датчиками, которые следят за концентрацией кислорода или углекислого газа в крови. Как только в их соотношении произойдет отклонение от нормы, хеморецепторы тут же отправят соответствующие сигналы в дыхательный центр.

Наиболее же сложно устроенным и самым таинственным из всех блоков «автопилота» является дыхательный центр, который представлен группой нейронов, расположенных в глубине мозга. И до тех пор, пока эти нейроны подают команды дыхательным мышцам – человек дышит, а значит, живет.

Оболочка носовой полости со слизистыми и железистыми клетками

И хотя, как мы уже сказали, дыхательный центр – образование довольно загадочное, тем не менее, некоторые механизмы его работы ученым уже известны. Например, что в структуре дыхательного центра можно выделить 8 типов нейронов, которые объединены в две главные группы: инспираторные нейроны, контролирующие вдох, и экспираторные нейроны, отвечающие за выдох. Иначе говоря, во время вдоха большую активность проявляет одна группа нейронов, а во время выдоха – вторая.

Есть объективные данные о существовании еще двух групп специализированных нейронов. Одна из них управляет частотой и ритмом дыхания, а вторая – определяет паттерн дыхания, то есть длительность дыхательных фаз, объем дыхания и т. д.

Важной особенностью в функционировании нейронов дыхательного центра является также то, что они соединены между собой в единую цепочку. И по этой цепи, как по проторенным стежкам, постоянно перемещаются сигналы, переходя с одной группы нейронов на другую. Ученые установили, что из дыхательного центра периодически в автоматическом режиме посылаются импульсы к диафрагме и к межреберным мышцам. И следуют они один за другим в определенном ритме: каждые 4–5 секунд, причем порциями. То есть в мозге человека заложена определенная программа автоматической работы дыхательного центра.

Но не только друг с другом связаны нейроны дыхательного центра. Они также активно взаимодействуют с клетками других структур мозга. Поэтому на процесс дыхания накладывают свой отпечаток физиологические процессы, протекающие в других органах и системах организма, и дыхательная система очень чутко реагирует на изменения в их работе. Особенно эти нейроны чувствительны к изменению концентрации ионов водорода в спинномозговой жидкости, к повышению уровня углекислого газа в крови, а также, хотя и в меньшей степени, – к снижению содержания кислорода в крови.

Установлены также факторы, называемые неспецифическими, которые оказывают существенное влияние на вентиляцию легких, но непосредственного участия в ее регуляции не принимают. К ним, в частности, относится температура тела. Так, когда она повышается или незначительно понижается, вентиляция легких увеличивается, в то время как резкое охлаждение действует на активность дыхательного центра угнетающе.

Существует также определенная связь между нейронами дыхательного центра и рецепторами, ответственными за артериальное давление. Поэтому, когда артериальное давление повышается, одновременно уменьшаются и частота, и глубина дыхания.

На повышение легочной вентиляции могут повлиять и другие факторы: например, стресс или боль, а также поступление в кровь адреналина или увеличение количества прогестерона, что происходит во время беременности.

Дыхательный центр не остается безучастным и к воздействию различных наркотических и психотропных препаратов, которые обычно подавляют его активность. Поэтому очень часто различного рода зависимости, например, алкоголизм или наркомания, приводят к нарушениям дыхательных функций.

Еще одним контролером и регулятором дыхания является кровеносное русло. О том, что в сосудах «дежурят» специализированные клетки – хеморецепторы, контролирующие газовый состав крови, ранее уже говорилось. Эти природные «датчики» находятся в нескольких наиболее важных зонах сосудистой системы: например, в стенке дуги аорты, а также в месте, где общая сонная артерия разделяется на наружную и на внутреннюю. Роль же рецепторов на этом участке общей артерии особенно велика, поскольку именно они «следят» за концентрацией газов в крови, которая по сонной артерии поступает в головной мозг.

Между хеморецепторами существует своеобразное разделение труда. Одни из них – так называемые гипоксические хеморецепторы – контролируют уровень кислорода, и при его понижении «включают» соответствующие физиологические и биохимические механизмы, препятствующие этому процессу.

А вот другие – гиперкапнические хеморецепторы – определенным образом отвечают на увеличение концентрации углекислого газа. Их ответ проявляется в желании сделать несколько глубоких вдохов и выдохов, и, тем самым, удалить «излишки» углекислого газа.

Но, оказывается, реагируя на снижение содержания кислорода в крови, наши «кислородные рецепторы» остаются «безмолвными», когда его количество увеличивается.

Правда, гипоксические рецепторы настроены так, что даже при нормальной концентрации кислорода в крови, у совершенно здорового человека они непрерывно отправляют импульсы в дыхательный центр.

Но, как ни странно, хеморецепторов, реагирующих на снижение уровня углекислого газа в крови, в нашем организме нет, то есть она не способна четко контролировать содержание этого газа. Поэтому, когда под влиянием различных факторов человек начинает дышать часто и глубоко, он теряет при этом углекислый газ. Его содержание снижается, и хеморецепторы к такой концентрации «привыкают», причем настолько, что низкий уровень углекислого газа становится новой «нормой».

Но эти процессы приводят в конце концов к тому, что резервы дыхательной системы уменьшаются, а это, в свою очередь, провоцирует появление ряда заболеваний, связанных с низким содержанием углекислого газа, или углекислоты. Ведь это соединение выполняет в организме очень много важных функций. Так, углекислота принимает активное участие в распределении ионов натрия в клетках, определяя таким путем степень возбудимости нейронов. Она также регулирует проницаемость клеточных мембран, влияет на протекание реакций обмена с участием многих ферментов, на гормональный фон и т. д.

Кроме того, имеется прямая связь между физиологической активностью желез, участвующих в пищеварении, например слюнной и поджелудочной, и концентрацией углекислого газа в крови. С содержанием углекислоты в кровяном русле связан и кислотно-щелочной баланс в клетках и тканях, а также поступление в ткани кислорода.

Таким образом, углекислоту не следует считать простыми отходами биологических реакций, от которых организм должен как можно быстрее избавиться. Наоборот, углекислота в организме человека – это одно из обязательных условий его нормальной жизнедеятельности.

А для нормального функционирования организма необходимо, чтобы в крови находилось 7–7,5 % углекислого газа, а в альвеолярном воздухе – 6,5 %. В современной же атмосфере содержится около 0,03 % углекислого газа. А поскольку атмосфера бедна углекислым газом, то недостающее его количество животные и человек получают в процессе расщепления белков, жиров и углеводов до простейших молекул – воды и углекислого газа…

Столь много времени мы посвятили лишь одному из каналов управления дыханием – контролю и регуляции газового состава крови. Называется этот канал управления хеморецепторным контуром, поскольку главными его элементами являются хеморецепторы.

Но, кроме хеморецепторов, в нашем теле есть еще и механорецепторы, которые, как следует из самого их названия, отвечают соответствующим образом на сокращение клеток дыхательных мышц, изменение просвета бронхиол и размера альвеол, а также на перепады давления внутри легких.

В эту группу входят также рецепторы, реагирующие на состояние легочной ткани и на раздражение слизистой дыхательных путей. Благодаря им функционируют защитные рефлексы: например, чихание, кашель или зевание. Именно эти реакции организма способствуют расправлению легких и препятствуют спаданию альвеол.