Соматическая и автономная нервная система

Мы лучше поймем многообразие воздействия дыхания на организм, если рассмотрим две главные части нервной системы – соматическую и автономную, – а также те ткани и органы, на которые они воздействуют. Соматическая нервная система отвечает в организме за все: от управления работой скелетной мускулатуры до таких осознаваемых ощущений, как прикосновение, давление, боль, зрение и слух. Автономная нервная система регулирует такие параметры, как артериальное давление крови, деятельность внутренних органов, потовых желез, пищеварения и выделения, то есть все внутренние функции организма, которые мы не воспринимаем или не пытаемся воспринимать осознанно. Эта система отвечает за сенсорные входы в головной мозг от внутренних органов, осуществляя по большей части автономные (вегетативные) рефлексы, не затрагивающие осознанные внутренние ощущения, а также контролирует двигательную активность гладкой мускулатуры в стенках внутренних органов и кровеносных сосудов, деятельность сердца и желез (см. рис. 10.4а, б). Обе системы участвуют и в акте дыхания.

Соматическая нервная система

Легкие являются внутренними органами, и было бы логично предположить, что их деятельность, то есть дыхание, контролируется автономной нервной системой. Однако на самом деле это не так. Дыхательная мускулатура работает «под управлением» соматической нервной системы. В главе 1 мы обсуждали строение соматической нервной системы, рассматривая нервную регуляцию деятельности скелетных мышц. При дыхании работает именно эта система, и благодаря этому факту мы можем по собственному желанию дышать быстро или медленно, откашливаться, чихать или, поднимая большие тяжести, говорить «уф!». Когда мы осознанно выполняем эти действия, мы дышим произвольно для того, чтобы наилучшим образом их выполнить, при этом дыхание подчиняется командам из высших центров головного мозга, которые влияют на нижележащие двигательные нейроны, отвечающие за дыхание. Если вы сознательно и ровно дышите диафрагмой, то вы при этом активируете нижние двигательные нейроны, иннервирующие диафрагму в составе диафрагмальных нервов (см. рис. 2.6, 2.12). Если вы беременная женщина на восьмом месяце, то в этой ситуации диафрагма не имеет возможности работать эффективно, и для того, чтобы дышать, вам придется активировать нижние двигательные нейроны, иннервирующие межреберные мышцы в составе межреберных нервов. Если вы решили блеснуть своим мастерством и ударить молотом по наковальне аттракциона на сельской ярмарке, то это потребует больших усилий, и выдох будет форсирован мышцами живота, а для этого потребуется возбуждение нижних, расположенных в грудном отделе спинного мозга нейронов, иннервирующих мышцы брюшной стенки.

Клеточные тела нейронов диафрагмального нерва расположены в шейном отделе спинного мозга, а клеточные тела нейронов межреберных нервов – в грудном отделе. Шейный отдел содержит восемь сегментов (C₁–С₈), а грудной отдел – двенадцать (T₁–Т₁₂) (см. рис. 1.5, 2.12). Диафрагма иннервируется правым и левым диафрагмальными нервами из третьего – пятого сегментов шейного отдела спинного мозга; межреберные и абдоминальные мышцы иннервируются межреберными нервами из первого – двенадцатого сегментов грудного отдела спинного мозга (см. рис. 1.5, 2.12).

Для полноценного дыхания необходимы и диафрагмальные, и межреберные нервы. Если по какой-то причине межреберные нервы перестают функционировать, то диафрагма будет осуществлять дыхание самостоятельно (см. рис. 2.12 г). Но в этом случае наружные межреберные мышцы уже не смогут поддерживать форму грудной клетки изометрическим сокращением, и при каждом опускании купола диафрагмы и возникновения вакуума в плевральной полости грудная стенка будет втягиваться внутрь. С другой стороны, если по какой-то причине перестанут функционировать диафрагмальные нервы (см. отмеченные звездочками места на рис. 2.12), а межреберные нервы и мышцы останутся неповрежденными, то вакуум, созданный в легких и плевральной полости, потянет вверх парализованную диафрагму при каждом вдохе.

Как и все соматические двигательные нейроны, те из них, что отвечают за дыхание, контролируются вышележащими центрами головного мозга, и при разрыве спинного мозга на уровне выше C3 жизнь становится невозможной из-за паралича дыхания (см. рис. 2.12в). Разрыв спинного мозга на уровне C6 не ведет к столь катастрофическим последствиям. При такой травме остаются неповрежденными входы из головного мозга в соматические двигательные нейроны, чьи аксоны идут в составе диафрагмальных нервов, а значит, сохраняется функция диафрагмы, но при этом прекращается центральная стимуляция нижних двигательных нейронов, иннервирующих межреберные и абдоминальные мышцы, а также и остальные скелетные мышцы организма ниже шеи, и в результате возникает тетраплегия (см. рис. 2.12 г; см. также главу 1). Если полный разрыв спинного мозга происходит на уровне первого поясничного сегмента, то все нейроны, контролирующие дыхание, сохраняются и дыхание остается нормальным, хотя при этом развивается параплегия (см. рис. 2.12д; см. также главу 1).

Рис. 2.12. Проводящие пути центральной нервной системы и периферические нервы, управляющие дыхательными мышцами. Места поражения, которые влияют на дыхание и/или вызывают тетра- или параплегию указаны звездочками и описаны в пунктах а – д (Sappey)

Дыхательные центры

Дыхание продолжается всю жизнь, без перерывов, двадцать четыре часа в сутки. При желании мы можем регулировать дыхание произвольно из центров, расположенных в коре головного мозга, так же как мы регулируем положение тела, осанку и произвольные движения, но все же большую часть времени наше сознание занято другими вещами и совершенно не обращает внимания на дыхание, полагаясь на работу дыхательных центров. Эти дыхательные центры расположены в самом нижнем отделе ствола мозга. Грубый ритм дыхания порождается в самом нижнем из этих сегментов – продолговатом мозге, а настройка осуществляется в более высоком сегменте – в мосту (см. рис. 2.12). Вход от этих центров в двигательные нейроны, отвечающие за дыхание, происходит без участия сознания. Однако, даже если высшие центры выходят из строя вследствие инсульта или черепно-мозговой травмы (см. рис. 2.12а), могут уцелеть дыхательные центры, находящиеся в мосту или в продолговатом мозге, и это позволяет человеку, находящемуся в глубокой коме на грани смерти мозга, продолжать дышать сколь угодно долго.

Мы зависим от дыхательных центров, которые автоматически управляют дыханием, но иногда эти механизмы нарушаются. При редкой форме сонного апноэ – синдроме центральной гиповентиляции – автоматический контроль вентиляции легких утрачивается, но сохраняется способность дышать произвольно. Это напоминает ситуацию, увековеченную в пьесе Жана Жироду «Ундина». Ундина, водяная нимфа, бессмертное существо, вышла замуж за смертного человека Ганса, зная, что Ганс умрет, если будет ей неверен. Когда пророчество исполнилось, Ганс лишился автоматической дыхательной функции. «Мгновение невнимательности, – говорит он Ундине, – и я забываю дышать. Скажут: „Он умер, потому что дыхание сильно его раздражало“». Так оно и случилось. Теперь эту форму сонного апноэ называют «проклятием Ундины».

Несмотря на то что респираторные нервные пути в стволе головного мозга поддерживают лишь самые грубые, примитивные формы ритмичного дыхания, высшие центры могут либо сделать этот ритм более плавным, либо нарушить его. Всем известно, что, когда мы находимся под воздействием сильных эмоций, наше дыхание становится неровным и прерывистым. Посмотрите на маленького ребенка, обратите внимание, как трудно ему дышать, когда он готовится заплакать, или вспомните, как неудержимый хохот мешает дышать подростку. Напротив, когда мы спокойны и безмятежны, соматические двигательные контуры, отвечающие за дыхание, работают сбалансированно, и мы дышим плавно и ровно. Поддержание безмятежного состояния души – одна из целей йоги.

Автономная нервная система

Думая об автономной нервной системе, самое главное – не путать понятия «автоматическая» и «автономная». Мы можем дышать автоматически благодаря соматической нервной системе, но слово «автономная» происходит от слова «автономия», то есть независимость. В контексте двух главных отделов нервной системы автономная система не зависит от системы соматической; автономная нервная система состоит из обширной сети нейронов, которые управляют деятельностью внутренних органов, кровеносных сосудов и желез во всех областях тела. Она, правда, не вполне автономна, потому что взаимодействует с соматической нервной системой – передает сенсорную информацию из внутренностей в соматическую систему головного и спинного мозга (в данном случае мы имеем в виду дыхательные центры) и, в свою очередь, подвергается влияниям со стороны соматической системы.

Мы всегда зависим от бесперебойного взаимодействия соматической и автономной систем. Вы утром бежите вокруг своего квартала, пользуясь скелетными мышцами, которые контролируются соматической нервной системой, но вы не убежите далеко, если автономная нервная система не увеличит частоту сердечных сокращений, не стимулирует выброс глюкозы из печени и не перераспределит кровоток от кожи к скелетным мышцам. Если же вы, вместо того чтобы отправиться на пробежку, сядете после обеда в кресло и будете читать книжку, то перелистывание страниц будет подчиняться регулирующему действию соматической нервной системы, управляющей активностью скелетных мышц, а перевариванием пищи займется автономная нервная система. Дыхание, таким образом, является преимущественно той функцией организма, при осуществлении которой сигналы от внутренних органов постоянно и непрерывно оказывают воздействие на соматическую функцию, в данном случае на частоту и глубину дыхания.

Если мы попытаемся разобраться, как работает автономная нервная система, регулирующая вегетативные функции, то увидим, что эта регуляция осуществляется за счет двух отдельных частей автономной нервной системы: симпатической и парасимпатической. Симпатическая нервная система готовит организм к экстренным ситуациям (к реакции борьбы или бегства), а парасимпатическая нервная система сохраняет стабильность, поддерживая функции внутренних органов. По определению эти системы исполняют автономные двигательные команды, исходящие из головного и спинного мозга. Более подробно взаимодействие между двумя отделами автономной нервной системы будет разобрано в главе 10, в которой будет описана важность автономной нервной системы для релаксации.

Здесь же наше внимание будет главным образом сосредоточено на дыхании, и первое, что следует отметить по этому поводу, – это то, что наиболее важной автономной функцией в контроле дыхания является сенсорная (чувствительная) функция. Это не означает, что мы можем эту функцию осознанно ощущать; это означает лишь, что сенсорные рецепторы активно участвуют в регуляции дыхания. Конкретно, сенсорное плечо автономной нервной системы передает информацию о содержании кислорода и двуокиси углерода в крови и спинномозговой жидкости в дыхательные центры ствола головного мозга. Вы сразу почувствуете важную связь автономной и соматической нервной системы в регуляции дыхания, если вдруг вознесетесь с уровня моря на вершину высокой горы. Вы сразу же начнете дышать чаще, так как дыхательные центры немедленно получат от автономной нервной системы сигнал о том, что в крови резко снизилось содержание кислорода, и это учащение происходит вовсе не потому, что вы приняли сознательное решение сделать что-нибудь для того, чтобы вдохнуть побольше воздуха.

Как дыхание влияет на автономную нервную систему

До сих пор мы обращали внимание только на то, как нервная система влияет на дыхание. Это влияние очень важно и общепризнано. Однако не очень хорошо известно, что различные способы дыхания могут влиять на автономную нервную систему и на функции, которые мы обычно считаем не поддающимися сознательному контролю. Нарушения частоты и глубины дыхания могут вызвать автономную реакцию, сопровождающуюся панической атакой, а неправильное дыхание, характерное для больных с эмфиземой легких, порождает тревожность и хроническую избыточную стимуляцию симпатической нервной системы. Напротив, спокойное дыхание тормозит симпатическую активность, в результате чего уменьшается частота сердечных сокращений, снижается артериальное давление, возникает ощущение спокойствия и психологической устойчивости. Наша способность сознательно контролировать дыхание дает нам доступ к автономным функциям, чем не может похвастать ни одна другая функциональная система организма.

Дыхание 2:1

Одна из дыхательных техник, которая может оказать благотворное влияние на автономную нервную систему, – это дыхание по типу 2:1, то есть дыхание, при котором продолжительность выдоха в два раза превосходит продолжительность вдоха. Тем, у кого все в порядке с дыхательной системой, подойдет такой способ, при котором продолжительность выдоха равна 6 секундам, а вдоха – 3 секунды. Если вы сможете принять такой способ дыхания без напряжения, то эта практика позволит вам замедлить частоту сердечных сокращений, а субъективно вы ощутите приятную релаксацию. Как почти при всех дыхательных упражнениях йоги, выполняя это упражнение, надо дышать через нос.

Эта связь между частотой сердечных сокращений и дыханием, известная под названием дыхательная синусовая аритмия, обусловлена тем, что нервные импульсы поступают из системы кровообращения в ствол мозга, а этот последний заставляет сердце биться на выдохе медленнее, чем на вдохе. Это естественная аритмия, называемая «дыхательной», потому что обусловлена дыханием, и «синусовой», потому что рецепторы, которые стимулируют колебания частоты сердечного ритма, расположены в аортальных и каротидных синусах, представляющих собой скопления нервных клеток в этих крупных сосудах. Если вы начнете выдыхать дольше, чем вдыхать, особенно в состоянии покоя, этот эффект дыхания будет превалировать и произойдет существенное снижение частоты пульса. Это превосходный пример того, как мы можем по собственному желанию производить эффекты, которые обычно регулируются исключительно автономной нервной системой.

У эффектов дыхания 2:1 существуют ограничения с обеих сторон. Если, например, вы быстро идете и при этом тратите на выдох 2 секунды, а на вдох – 1 секунду, то ожидаемой реакции не будет, а если вы зайдете слишком далеко в противоположном направлении и попытаетесь дышать с частотой меньше 5 дыхательных циклов в минуту (то есть при выдохе 8 секунд и при вдохе 4 секунды), то упражнение может привести к стрессу, и ритм сердца участится вместо того, чтобы стать реже. Лучше всего придерживаться золотой – и наиболее комфортной – середины.

Есть только одно, практически значимое, следствие дыхательной синусовой аритмии. В течение многих десятилетий врачам известно, что дыхание через полузакрытые губы, которые создают умеренно повышенное сопротивление на выдохе, приносит пользу больным, страдающим обструктивными поражениями легких. Обычно, правда, упускают из виду, что польза от такого дыхания обусловлена тем, что оно удлиняет выдох, замедляет частоту сердечных сокращений, уменьшает количество остающегося в легких после выдоха воздуха и подавляет страх и тревожность. Учителя йоги давно поняли, что того же самого результата можно достичь и другим путем – удлинением выдоха при участии мышц передней брюшной стенки и при обязательном дыхании через нос.