Одно дерево – много веток: бронхиальная система и альвеолы
При взгляде со стороны на двухмерный рисунок кажется, что выражение «бронхиальное дерево» подходит к нему идеально (если не считать того, что дерево стоит вверх ногами). Здесь есть ствол (трахея), много веток (бронхов), которые, становясь все тоньше, заканчиваются листьями (альвеолами). Но этот образ полностью меняется, когда начинаешь рассматривать бронхиальную систему изнутри с помощью бронхоскопа. На YouTube можно найти множество видеороликов на данную тему. Ствол и ветви внезапно превращаются в трехмерную систему тоннелей, в настоящее метро внутри нашего тела. И у этого метро единственная функция – доставить вдыхаемый воздух к концу тоннеля, к альвеолам, где происходит газообмен. Так что это всего лишь транспортная система для нашего жизненного эликсира.
Небольшая доля фантазии способна даже украсить это метро. Представьте рекламные щиты на стенах, вывеску с названием станции, рельсы, звуки гитары и неясный гул тысяч голосов. Когда врач с помощью бронхоскопа заглядывает в дыхательные пути, его взору предстает великолепная картина. Миновав довольно невзрачный вход (нос), эскалатор (розовый, покрытый какими-то волосами и слизью), небольшое помещение билетных касс (гортань) и входную дверь (голосовую щель), он видит перед собой настоящее великолепие, наполненное симметрией, гармонией, формой и цветом! Трахея представляет собой вестибюль, куда сходятся дыхательные пути. Это начальный и конечный пункты нашего метро. Считаете, что я преувеличиваю? Отнюдь. В Москве вы можете увидеть самые красивые станции метро в мире – «Маяковскую», «Белорусскую», «Комсомольскую». Каждая из них представляет собой архитектурный шедевр и достопримечательность. Для большинства же москвичей это лишь остановки общественного транспорта, чисто функциональные сооружения. За повседневной рутиной тускнеет все их великолепие. Так что это лишь вопрос восприятия. Но если вы не будете спешить, то сможете разглядеть подлинную красоту.
Изнутри трахея выглядит как интерьер собора. Импозантный продольный неф длиной 12–15 сантиметров со сводчатым потолком. Ребра свода образуют 16–20 подковообразных хрящевых полосок, расположенных строго на расстоянии 1,75 сантиметра друг от друга. Между хрящами находится эластичная соединительная ткань. Такая конструкция делает трахею одновременно стабильной, эластичной. Стабильность нужна ей для того, чтобы не сминаться при каждом вдохе, словно спущенная велосипедная камера, а эластичность – для того, чтобы иметь возможность удлиняться и укорачиваться на несколько сантиметров в ходе дыхания. Задняя стенка трахеи плоская. Она тоже состоит из эластичной мышечной и соединительной ткани. Трахея по внешнему виду отличается от всех других дыхательных путей своей плоской задней стенкой, поскольку бронхи имеют круглое сечение. Тем самым она как бы демонстрирует свое особое положение, так как именно от нее начинаются все дыхательные пути.
Вас это заинтересовало? У вас есть немного времени? Тогда пойдемте со мной, я организую для вас экскурсию!
– Сели?
– Да.
– Вам удобно?
– Вполне.
– Волнуетесь?
– Немного.
– Не беспокойтесь. Мы поедем медленно.
– А кто это еще с нами?
– Ах, эти? Составные части воздуха – азот, кислород, немного углекислого газа. Не обращайте на них внимания.
– Почему мы остановились?
– Первая достопримечательность. Здесь, спустя 15 сантиметров, трахея разделяется на два главных бронха для правого и левого легкого.
– Мы отправимся в правый или левый бронх?
– Не имеет значения в какой, они практически одинаковые.
– Можно ли здесь заблудиться?
– В принципе, нет. Если вам станет скучно, просто развернитесь и двигайтесь назад. Между тоннелями нет никаких поперечных соединительных ходов.
– Не совсем практично.
– На всем пути нам будут попадаться разветвления. После 22-го мы доберемся до цели.
– Вот как!
– Если быть точным, то количество отдельных ходов составляет в общей сложности 223, то есть почти 9 миллионов. Их общая протяженность – около километра.
– А вот и следующая развилка! После нее бронхи носят название долевых, так как отвечают за снабжение отдельных долей легких.
– Интересно!
– Правое легкое состоит из трех долей – верхней, нижней и средней, а левое – только из двух, верхней и нижней, поэтому оно немного меньше. Дальше, вон там, видно очередное разветвление на сегментарные бронхи.
– Становится тесновато.
– Совершенно верно. Сейчас мы находимся на 4-й развилке, за которой начинаются субсегментарные бронхи. До этого места еще можно добраться бронхоскопом. А дальше уже нет.
– Я думал, с помощью бронхоскопии можно все разглядеть.
– К сожалению, нет, мы можем увидеть только маленькую часть легких. Вот почему бронхоскопия всегда является лишь дополнительным методом обследования. Дальше поедем без остановок. Начиная с этого места и вплоть до 17-го разветвления дыхательные пути называются бронхиолами, то есть маленькими бронхами. Они становятся все уже, а их стенки – все тоньше, словно раскатанное тесто.
– И я уже больше не вижу хрящей.
– Совершенно верно. Поддерживающая хрящевая структура полностью исчезает после 10-го разветвления. Дальше мы видим только кольцеобразный слой мышц вокруг бронхиол.
– А что они делают?
– То же, что и все мышцы. Сокращаются и расслабляются. За счет этого можно контролировать диаметр бронхиол и количество проходящего по ним воздуха.
– Понятно. Но зачем?
– Ни малейшего понятия!
– То есть как?
– Этого никто не знает. У здоровых людей просвет бронхиол постоянен и практически не меняется. Так что для всех это загадка. В верхних отделах бронхов хрящи используются для того, чтобы сохранять стабильный просвет, а здесь, внизу, – ничего. От мышц же только неприятности.
– Какие?
– Иногда они ведут себя непредсказуемо. Ни с того ни с сего у них наступает спазм, и тогда человеку не хватает воздуха. Можете спросить у любого астматика.
– Странно.
– Вот именно.
– Где мы сейчас находимся?
– На 17-й развилке. Диаметр здесь составляет менее половины миллиметра.
– Я почти не вижу тут слизи.
– У здорового человека ее практически нет. Слизистые железы бронхов производят в день менее 50 миллилитров слизи. Это очень мало по сравнению с носом.
– А при бронхите?
– Тогда совсем другое дело. Производство слизи в таком случае доходит до 300–400 миллилитров в день.
Рис. 4. Разветвление бронхиальной системы. От начала трахеи до альвеолярных мешочков на конце происходит в общей сложности 23 деления
– Видимо, это опасно?
– Слизь распределяется по всей длине. Но здесь, в мелких дыхательных путях, ее скопление может стать проблемой.
– Слишком уж тут узко.
– Совершенно верно. Достаточно лишь небольшого набухания стенки бронха плюс слизистой пробки – и просвет перекрывается!
– А дальше будет еще у́же? Мне становится как-то не по себе.
– Нет, больше сужения не будет. У нас впереди 18-е разветвление.
– А это что? Какие-то углубления в стенках.
– Альвеолы. Здесь уже попросторнее, площадь внутренней поверхности существенно увеличивается. После 23-й развилки на каждом конце бронхиолы находится почти по 40 альвеол. А всего их насчитывается около 400 миллионов.
– Впечатляет. И зачем нужна такая большая площадь?
– Для газообмена. В кровь поступает кислород, а из нее выделяется углекислый газ.
– То есть именно здесь происходит дыхание?
– В принципе, да. Поэтому бронхиолы после 17-го разветвления носят название респираторных, иначе говоря, «дышащих». Правда, на эту область приходится лишь относительно небольшая часть газообмена. Настоящее дыхание происходит в самом конце – в альвеолярных мешочках.
– Это вон в той большой пещере? Как там все перепутано!
– Не волнуйтесь, там полный порядок.
– А почему тут красноватый свет?
– Из-за красных кровяных телец в мельчайших капиллярах легких. Они обвивают альвеолы сзади. Стенки капилляров и альвеол в этом месте настолько тонкие, что кровь просвечивает сквозь них. Всего одна тысячная миллиметра.
– Понятно.
– Внимание, мы на месте! Двери открываются, можно выходить!
– Быстро добрались. Мы здесь надолго?
– Не дольше секунды. За это время молекулы кислорода переходят в кровь, а молекулы углекислого газа извлекаются из нее.
– Не успеешь и глазом моргнуть…
– На самом деле все происходит не так уж быстро. Лишь каждая десятая молекула участвует в процессе газообмена. Остальные должны ждать.
– Почему?
– Потому что в альвеолах всегда должно быть определенное количество воздуха. Даже при полном выдохе. Иначе они могут схлопнуться. Как вы думаете, за счет чего держится вся конструкция альвеолярного мешочка? Вы видите здесь какие-то подпорки?
– Нет. Только тонкий слой слизи на альвеолах.
– Правильно. Это сурфактант. Он тонким слоем покрывает все альвеолы изнутри и тем самым обеспечивает их стабильность. Примерно как в мыльном пузыре. Выглядит не очень зрелищно, зато эффективно. У людей с нехваткой сурфактанта все склеивается, и это очень серьезно.
– А как быть, если надо ускорить процесс?
– Вы имеете в виду повышенную физическую нагрузку? Тогда включается ускоренная передача. В данный момент в кровь поступает около 300 миллилитров кислорода в минуту, то есть не больше пивного стакана. Но, если надо, этот объем можно быстро повысить до 6 литров.
– Впечатляет…
– И не говорите, это колоссальная энергия! Главное – доставить ее туда, где она нужна, для этого сердце и прокачивает кровь через сосуды легких. Если оно работает слабо, то молекулам кислорода приходится долго стоять в очереди. Даже самое интенсивное дыхание не поможет, мышцы все равно будут испытывать кислородное голодание.
– Понятно.
– Но иногда дело не в скорости транспортировки, а в объемах поставки. В этом случае виноваты сами легкие.
– Почему?
– Что-то препятствует прохождению воздуха через бронхи. Такое может быть, когда они сужаются во время приступа астмы. Иногда его поступление блокируется скоплением слизи, например при воспалении легких. Если воздух не доходит до альвеол, то красные кровяные тельца не могут присоединить к себе кислород, они ждут понапрасну. Это тоже не способствует работоспособности организма.
– Естественно.
– С другой стороны, чересчур много кислорода – это тоже нехорошо.
– А я думал, что свежего воздуха много не бывает.
– Все зависит от концентрации. Она не должна быть слишком высокой, так как в данном случае кислород даже может стать ядовитым.
– Ядовитый кислород? Как это?
– Чем выше концентрация кислорода в воздухе, тем больше образуется радикалов.
– Это еще что такое?
– Некоторые молекулы кислорода теряют контроль над собой и начинают нападать на все, что им попадается на пути. Ущерб может оказаться огромным.
– Можно ли от них защититься?
– Конечно! Из всех органов легкие выработали самые действенные защитные механизмы. Это и логично, потому что им постоянно приходится иметь дело с кислородом. Для борьбы с радикалами в легких есть приспособления, которые захватывают радикалы и нейтрализуют их. Они расположены по всей протяженности дыхательных путей, особенно много таких приспособлений в альвеолах.
– И насколько эффективно это работает?
– Очень эффективно. Но только до тех пор, пока не появляются радикалы другого вида. Вот тогда все становится серьезно. Табачный дым и смог – гигантское скопление радикалов, они могут причинить колоссальный ущерб. А нам пора отправляться в обратный путь, время на исходе!
– Еще один вопрос.
– Да, пожалуйста.
– Здесь-то жизнь кипит, но вот по дороге сюда…
– Что вас смущает?
– Там вообще хоть кто-то живет? Я не встретил ни одной живой души, и это как-то необычно.
– Ни одной живой души? Дорогой мой, так это же экскурсия для туристов. Весь народ предварительно разогнали по домам.
– Значит, там кто-то есть?
– Конечно есть, там всяких полно. Многие совершенно мирные и разумные, но есть и абсолютно буйные, драчливые, склонные к преступлениям. В дыхательных путях живут миллионы бродяг, пришедших отовсюду, – сплошной проходной двор. Множество всяких подозрительных личностей, которых вам даже видеть не стоит.
– А они не нарушают здесь общественный порядок?
– Порядок? Да что вы! Некоторые, наоборот, всячески беспокоятся о порядке. Например, иммунные клетки. Без них тут началась бы полная анархия. Люди ведь всякие попадаются!
