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.
Об этом механизме дыхания следует помнить и при несчастных случаях уметь оказать пострадавшему первую помощь. Иногда дыхание у человека может нарушиться, несмотря на то, что сам легочный насос, казалось бы, работает исправно и само легкое находится в отличной форме. Представьте себе такую картину: человек налетел на какой–то острый предмет, который впился в его грудную клетку и пропорол кожу и мышцу. Предмет вошел в тело неглубоко, его легко удалили, кровотечение оказалось несерьезным и было быстро остановлено, мышцы грудной клетки и диафрагма продолжают нормально работать, а человек неизвестно почему начинает задыхаться. Догадались, почему? Оказывается, небольшая и не очень серьезная рана полностью нарушила работу легочного насоса одного из легких. Если полость, где находится легкое, получила сообщение с внешним миром, то при ее расширении в ней не происходит уменьшения давления, так как воздух легко проникает через рану, и теперь ничто не заставляет его врываться в легкие через трахею и заполнять альвеолы.
При оказании пострадавшему первой помощи в этом случае необходимо попытаться прекратить движение воздуха через рану, проникновение его в плевральную полость при вдохе и выдавливание из нее наружу при выдохе. Для этого на рану накладывают не совсем обычную повязку. Для нее необходимо иметь кусочек клеенки, полиэтиленовый пакет или другой материал, не пропускающий воздух. Рану накрывают чистой тканью, а поверх кладут клеенку и крепко ее прибинтовывают. Такая повязка вряд ли полностью восстановит изоляцию легочной полости. При вдохе через рану воздух будет туда засасываться, а при выдохе удаляться из нее наружу, но если повязка уменьшит количество проникающего в легочную полость воздуха, то работа легочного насоса частично восстановится. Конечно, срочная медицинская помощь все равно будет необходима. Ну а если дыхание восстановить не удается, нужно поддерживать жизнь пострадавшего искусственным дыханием рот в рот.
Четверорукий растяпа
– Почему в легких кислород вступает в связь с гемоглобином, а в тканях тела эта связь нарушается? – задал я вопрос шестикласснице Марине.
Маринка задумалась, но на другой день она явилась ко мне с рисунком. На нем был изображен небольшой, пузатый" одетый в красные штаны и красную рубашку уродец с коротенькими ножками и с четырьмя длинными растопыренными руками. В каждой из них он своими короткими толстыми пальцами удерживал по большому шарику. Масса таких же шариков кружилась в воздухе вокруг человечка.
– Это, – Маринка ткнула пальчиком в живот уродцу, – молекула гемоглобина. А эти шарики – молекулы кислорода. В легких молекул кислорода много. Человечек своими длинными руками может дотянуться до любой из них и схватить ее. Но разве такими коротенькими пальцами их удержишь? – Маринка показала мне по очереди все четыре руки своего человечка.
– Растяпа–гемоглобин, – девочка продолжала развивать начатую тему, – постоянно теряет кислородные молекулы, но здесь в легких их так много, что ему не составляет никакого труда сразу же схватить новую. Другое дело – в тканях тела. Там молекул кислорода мало. Когда растяпа в очередной раз теряет здесь одну из них, найти и схватить взамен ей новую ему удается редко.
Девочка закончила свой рассказ и теперь смотрела на меня с видом победительницы.
– Ну как, я правильно объяснила?
Я вынужден был признать, что ее аллегория довольно верно отображает процессы поглощения кислорода гемоглобином в легких и последующую его передачу тканям тела. К тому, что придумала Маринка, я мог бы только добавить, что при недостатке кислорода в тканях тела там образуются вещества, которые, переходя в кровь, действуют на гемоглобин, как вино. Растяпа пьянеет, становится еще растяпистее, у него нарушается координация движений, поэтому он теряет способность удерживать молекулы кислорода.
Если перейти на более строгий язык, это явление объясняется тем, что сродство гемоглобина с кислородом, то есть его способность вступать с кислородом в прочную связь, существенно снижается, и молекулы кислорода теряют с ним связь, обретая самостоятельность.
Насос
Сердце – это мышечный насос. Мышечный потому, что стенки его состоят из мышечной ткани. Размером оно с кулак взрослого человека и весит от 180 до 300 граммов, причем у женщин сердце, как правило, меньше, чем у мужчин. По своему устройству это полый орган, разделенный на.четыре попарно сгруппированных полости. Две из них названы правым и левым предсердиями.
Именно в них поступает кровь. В левое предсердие сливается кровь, пропущенная через легкие и обогащенная кислородом. В правое предсердие поступает кровь, вернувшаяся из остальных частей тела, отдавшая по пути все свои запасы кислорода и вобравшая в себя максимум углекислого газа.
Каждое из предсердий через специально предназначенное для этого отверстие соединяется с одноименным желудочком. Эти отверстия снабжены клапанами, которые позволяют крови течь лишь в одном направлении из предсердий в желудочки. Правый клапан – трехстворчатый, а левый – двухстворчатый. Он назван полулунным, так как состоит из двух створок, в расслабленном состоянии имеющих форму месяца.
Рабочий цикл нашего живого насоса начинается со сжатия (систолы) предсердий, при этом кровь проталкивается в желудочки через открывшиеся под ее напором клапаны. Когда кровь наполнит желудочки, они сокращаются. При этом кровь открывает клапаны в артерии и нагнетается в них. Вслед за сокращением мышц, окружающих внутрисердечные камеры, возникает их расслабление, сначала предсердий, а затем желудочков. Как только мышцы предсердий расслабятся, начинается их заполнение кровью, которая поступает из соответствующих вен. После короткого отдыха наполнившиеся кровью предсердия сокращаются. Начинается очередной сердечный цикл.