Сердцебиение нельзя остановить усилием воли, а вот дыхание можно. Иногда мы делаем более глубокие, «сознательные» вдохи, чем обычно, а иногда и выдыхаем с силой, изображая «вздох». Дыхание – это деятельность, куда более контролируемая, чем сердцебиение.
Однако мы не всегда дышим сознательно. Нет таких людей, кто думает: «Сегодня я буду дышать 18 раз в минуту». В большинстве случаев все происходит само собой, без нашего вмешательства. Безусловно, для каждого человека эти значения индивидуальны, но в целом частота дыхания составляет примерно 12–20 раз в минуту, около 25 тысяч раз в день, около 10 миллионов раз в год и примерно 800 миллионов раз за всю жизнь.
Даже если можно по своей воле задержать дыхание, нельзя остановить его навсегда. Максимум через минуту станет тяжело, и тело само заставит нас дышать. И если интенсивно двигаться, дыхание тоже непроизвольно участится.
Дыхание – это непростая деятельность, которая в основном управляется «автоматически», хотя до определенной степени может контролироваться «вручную». Как поддерживается механизм?
Прежде всего, центр «автоматического управления» дыханием находится в стволе мозга. Он регулирует ритм дыхания, чтобы поддерживать постоянный уровень кислорода и углекислого газа (парциальное давление), а также pH-уровень (кислотно-щелочной баланс) в крови.
В месте, где аорта выходит из сердца (дуга аорты), а также в толстой артерии шеи – сонной артерии со всеми ее разветвлениями, имеются органы, детектирующие изменения парциального давления кислорода и углекислого газа, а также pH крови. Их можно назвать «передовыми разведчиками». Они называются соответственно «аортальные тельца» и «каротидные тельца».
Эти «разведчики» передают информацию о ситуации «главнокомандующему» – стволу мозга. Бельгийский физиолог Корней Хейманс, раскрывший этот механизм, получил в 1938 году Нобелевскую премию по физиологии и медицине.
Кроме того, когда мы «думаем», задействуется кора больших полушарий нашего мозга. Тот факт, что мы можем по желанию задерживать дыхание или делать глубокие вдохи, объясняется способностью коры головного мозга контролировать дыхательные движения. Процесс называется произвольной регуляцией дыхания.
И даже если задержать дыхание, рано или поздно терпеть станет невозможно – все потому, что команды дыхательного центра имеют приоритет над сигналами коры. Дыхательный центр отвечает за функции, непосредственно связанные с жизнеобеспечением. Природа не стала создавать «опасную» систему, которая управлялась бы только корой больших полушарий.
Как на самом деле происходят вдох и выдох в легких? Многие думают, будто легкие способны расширяться самостоятельно, но это не так. Легкие – это просто своего рода «воздушные шары», они не могут сами по себе изменяться в объеме.
Представьте такую сборную модель: пластиковая бутылка, разрезанная посередине, а на дно натянута мембрана. Верхнее отверстие открыто, к нему присоединены два воздушных шара, которые могут наполняться и сдуваться. Шары в этой модели – легкие, раздваивающаяся трубка – трахея, мембрана на дне – диафрагма, а пространство внутри бутылки – грудная полость.
Рис. 8. Механизм дыхания
Если потянете мембрану вниз, давление внутри бутылки снизится. При этом воздух снаружи будет поступать в шарик, чтобы уравновесить давление. Он продолжит расширяться, пока давление внутри него и внутри бутылки не сравняются.
Все эти действия имитируют процесс вдоха.
Если ослабить натяжение мембраны на дне, давление внутри бутылки возвратится к исходному, и воздух из шарика естественным образом выйдет наружу. Это соответствует процессам при выдохе.
Иными словами, сами легкие не изменяют свой размер «самостоятельно» – они естественным образом расширяются или сжимаются в соответствии с давлением внутри грудной полости.
В нашей сборной модели лишь мембрана на дне регулирует внутренний объем, но в реальном организме не только диафрагма участвует в дыхании. Грудные мышцы, образующие стенки грудной полости, также могут изменять ее объем – как если бы стенки бутылки в нашей модели могли расширяться.
В действительности при глубоком вдохе ребра сильно поднимаются и раздвигаются в стороны, и можно заметить, как грудь расширяется.
При интенсивных физических нагрузках мышцы плечевого пояса также участвуют в расширении грудной клетки. Это легко представить – вспомните спортсмена, бегущего на предельной скорости: его плечи активно поднимаются и опускаются.
Данные о дыхательных движениях передаются в дыхательный центр через нервы и используются для регуляции ритма дыхания. Дело в том, что необходимо в реальном времени распознавать, «насколько глубоким был вдох или выдох», чтобы своевременно корректировать управляющие сигналы.
Хоть на схеме диафрагма и изображается как тонкая мембрана, на самом деле это довольно толстая мышца. По аналогии с мясными блюдами диафрагма – это скерт-стейк[8]. Он очень похож на такие «мясистые» части, как корейка или кальби[9].
Как я уже говорил, попытка представить человеческие органы по аналогии с мясным меню оказывается чрезвычайно наглядной. Человек – лишь один из многих видов позвоночных в природе, и строение наших органов очень похоже на органы животных.
Я и мои коллеги-хирурги часто даем пациентам и их семьям возможность увидеть удаленные во время операции органы (вживую либо на фото). Очень показательна реакция людей при виде тонкого или толстого кишечника – они всегда поражаются, насколько те напоминают хорумон[10].