Джессика Браун - Поговорим о дыхании. Дар, который мы не ценим

Новое окружение Айи чужое и холодное. Она на руках у доктора. Ее мама всхлипывает то ли от радости, то ли от облегчения. Малышка щурит глазки. При прохождении через родовой канал организм ребенка 10 получает гормональный удар, гораздо более сильный, чем приступ при инфаркте миокарда. Он выводит из легких остатки околоплодных вод. Айя сморщивает личико. Кряхтит. Ее первый вдох. А затем шипит, как злая кошка.

С этого момента с каждым подъемом грудной клетки воздух будет устремляться в трахею. Если следовать вниз за потоком воздуха, то примерно через двенадцать сантиметров достигнем первого разделения бронхиальной системы на два главных бронха. Они, в свою очередь, разветвляются на всё более мелкие ветви, в общей сложности свыше двадцати раз. Если отлить модель в пластике, то дыхательные пути Айи выглядели бы как дерево с густой кроной, но без листвы. Отсюда и название: бронхиальное дерево. Конечные веточки заканчиваются микроскопическими канальцами: bronchioli respiratorii [5] Bronchioli respiratorii (лат.) — респираторные бронхиолы. . На них крепятся крошечные легочные пузырьки — альвеолы.

Альвеолы, собственно, и являются «дыхательной тканью» легких. Без них газообмен невозможен. Поскольку они формируются лишь с двадцатой недели беременности, рожденному раньше этого срока ребенку не помогла бы выжить и искусственная вентиляция легких. Для того чтобы они оставались подвижны, стенки альвеол выстланы сурфактантом, тонкой пленкой, которая помогает легким расширяться и препятствует их спаданию. «Это вещество развивается только на двадцать четвертой неделе, — объясняет Николаус фон Оберниц. — И если возникает угроза преждевременных родов, матери часто назначают инъекции кортизона, чтобы ускорить созревание легких плода».

Пока что легкие Айи находятся в процессе роста, сейчас в них насчитывается от 50 до 100 миллионов легочных пузырьков. К пятнадцати годам этот орган сформируется полностью, и их число увеличится до 300–400 миллионов. У взрослого человека — в зависимости от пола, возраста, роста и тренированности — их площадь равнялась бы размеру большой квартиры: 70–140 квадратных метров. Такая поверхность необходима, чтобы в достаточном количестве передавать кислород из вдыхаемого воздуха в кровь и выводить из нее углекислый газ. Каждый пузырек оплетен сетью тончайших кровеносных сосудов. Здесь ветвится около 2400 км капилляров — такой густоты нет больше нигде в теле. Через эту хрупкую систему ежедневно перекачивается более 7000 л крови. Звучит ошеломляюще, не правда ли? Но из всего этого количества эффективно участвует в газообмене лишь доля величиной с бокал красного вина.

Газообмен происходит у аэрогематического барьера. Эта мембрана, толщиной в одну восьмидесятую листа бумаги, отделяет альвеолы от заполненных кровью сосудов. Она должна быть такой тонкой, чтобы газ мог свободно проходить через нее: данный процесс называется диффузией. Стимулом служит парциальное давление вдыхаемого и выдыхаемого газов. Воздух представляет собой газовую смесь. Парциальное давление каждого газа соответствует его доле в общем давлении. Это открытие сделал английский естествоиспытатель Джон Дальтон на рубеже XIX века. Сын бедного ткача, в одиннадцать лет он оставил школу, в двенадцать сам начал преподавать. Самым выдающимся объектом его исследований стала погода, которую он изучал с помощью собственноручно изготовленных барометров и термометров. На основе многолетних испытаний в 1805 году он сформулировал так называемый первый закон Дальтона. Суть его в следующем: поскольку кислород имеет иное парциальное давление, чем, например, азот или углекислый газ, он может перемещаться независимо от них — в частности, проникать через стенки альвеол в кровь.

Диффузия есть физическая основа дыхания. Эволюция живых организмов протекала на протяжении двух миллиардов лет, и с тех пор изменения не слишком значительны. Почему так? Она дает возможность получать энергию, не истощая силы организма. Диффузия — процесс пассивный и во всех высокоразвитых существах протекает примерно одинаково: у муравьев и малиновок так же, как у форели или жаб. Действия молекул кислорода и двуокиси углерода можно сравнить с поведением туристов у бассейна при отеле: после завтрака каждый старается разложить свой лежак как можно дальше от других. В итоге все обустраиваются так, чтобы иметь достаточно личного пространства. Частицы газа тоже стремятся распределиться оптимально — подальше от мейнстрима в места с наименьшей концентрацией. Для кислорода из вдыхаемого нами воздуха оптимальным является переход в текущую рядом кровь, где его мало. Там его захватывает гемоглобин, содержащийся в красных кровяных тельцах, и тащит сначала в левый желудочек сердца, а оттуда по артериям разносит в клетки. А углекислый газ, напротив, рвется из крови, где слишком много его молекул упражняется в бассейне. Он переходит в легочные альвеолы. И все довольны — даже если соразмерного насыщения в идеале никогда не достичь.