Всички живи същества дишат
Този процес съществува при всички живи същества: микроорганизми, растения и животни. Повечето от тях използват аеробно дишане: те адсорбират кислород (0) от въздуха и отделят въглероден двуокис (С02). Преди да обясним химическия процес, нека да проследим в исторически план как той е постигнат. Във II век гръцкият лекар Гален изказва мисълта, че всяко живо същество черпи от въздуха един „принцип“, който му служи да формира живи композиции. В XVI век брюкселският анатом Андреас Везалий допълва, че с поемането на този „принцип“ се подновява въздухът в белия дроб и го поддържа жив. Един век по-късно лекарят Робърт Бойл доказва, че поставяйки животните в помещение с много ниско налягане, те умират. След него, в XVIII, век Антоан Лавоазие нарича „принципа“ кислород и потвърждава, че при дишането става смяна на вдишвания кислород с въглерода в тялото. Заедно с Пиер-Симон Лаплас първи измерват тази размяна в опит с животни. Техният метод, наречен „изолиране“, се състои в поставянето на едно малко животно в херметически затворен съд с известен вътрешен обем и анализират издишвания въздух за съдържанието на кислород в него. В последствие с по-прецизни методи бе доказано, че вдишваният въздух съдържа 21% кислород и 0,03% въглерод, докато издишваният съдържа 16% кислород и 5% въглероден двуокис. Концентрацията на азота (78%) и на другите газове във въздуха след дишането на животното нямат промени.
Същност и механизъм на процеса
Тази газова обмяна между организма и околната среда се нарича „външна аспирация“. Извлеченият от въздуха кислород се използва като горивен елемент в клетките по време на химичните реакции, който им позволява да произвеждат енергия под формата на аденозинтрифосфат (АТФ). При животните тези „клетъчни реакции“ протичат в митохондриите на клетката.
При определени организми, когато околната среда е бедна на кислород, този аеробен механизъм за производство на енергия може да бъде заменен с така нареченото анаеробно дишане. Фактически то е ферментация, осъществявана от бактерии и дрожди. За някой организми, използвайки анаеробно дишане, присъствието на кислород може да бъде фатално.
Как въздухът влиза и излиза от белия дроб?
Въздухът влиза в организма през носа или устата, продължава през горните дихателни пътища (ларинкса и трахеята) и достига до белия дроб. Понеже вътрешната покривка на тези кухини е „тапицирана“ с микроскопични въси и слуз, въздухът достига до белия дроб затоплен и овлажнен, филтрира се през клетъчните покривки и пречистен влиза в клетките на дроба. Вентилацията на белия дроб протича в две фази: вдишване и издишване (инспирация и експирация). По време на вдишването белият дроб се раздува с помощта на диафрагмата и междуребрените мускули, които разтягат гръдния кош. А издишването на съдържания в белия дроб въздух, съдържащ СО2, се дължи главно на отпускането на гръдните мускули и диафрагмата, което води до повишено атмосферно налягане на белия дроб и на въздуха, който се намира в него. Колкото един бял дроб е по-еластичен, толкова обемът на въздуха е по-голям и изтласкването е по-ефикасно – всичкият въздух излиза. Когато едно дишане е нормално, белият дроб поема и изхвърля при едно вдишване – издишване 2,5 – 3 литра въздух
Защо е автоматично?
Ритъмът на дишането се определя автоматично от множество нервни центрове, разположени на различни места в мозъка. Обикновено човек вдишва 12-16 пъти на минута. Контракциите на диафрагмата и на междуребрените мускули са контролирани от нервни сигнали, произлизащи от „булбарния център“, разположен на определено място в мозъка (bulbe rachidien). При вдишването те възбуждат мускулите на диафрагмата и между ребрата. Издишването се извършва веднага щом тези мускули вече са успокоени и отпуснати. Други два нервни центъра (pneumotaxic и pneumatique) регулират честотата и размера на дихателните движения според нуждите на организма. Без тях дишането би било неравномерно.
В допълнение булбарният център получава чрез блуждаещия нерв (nervus vagus) сигнали от белите дробове, които го информират за състоянието на надуването им. Този механизъм е демонстриран през 1868 г. Физиолозите Евалд Херинг и Йозеф Бройер откриват, че ако се надуят белите дробове на жив заек чрез вдухване на въздух в тях, това провокира рефлекс на издишване, освен ако преди надуването не са срязали блуждаещия нерв. Рефлексът, наречен на двамата изследователи (рефлекс на Херинг-Бройер), ограничава преразтягането на белите дробове и съкращава фазата на вдишване по време на тренировка.
Можем ли несъзнателно да дишаме? Да! Когато спим, ритъмът на дишането е по-бавен. Тялото ни е по-малко чувствително към определени сигнали, отговорни за ускоряването на дихателната честота, като например частичното повишаване съдържанието на CO2 в кръвта. Тогава настъпва благоприятен момент за сънна апнея. За щастие дишането спира само за минута или две. Но някои хора, които имат до 500 пристъпа на нощ, са изложени на риск от лош сън и хронична умора.
Транспортирането на кислорода от белия дроб до клетките на другите органи
Кислородът се транспортира от белите дробове до клетките на другите органи чрез кръвта. Газообменът между белите дробове и кръвта се извършва на нивото на малки торбички, разположени в краищата на бронхиолите: алвеолите. При хората има 300 милиона алвеоли, което представлява площ от около 80 квадратни метра (площта на тенис корт). Алвеолите имат много тънка стена (0,2 микрометра) и са обиколени от кръвни капиляри, чиито стени също са много тънки. Кислородът преминава чрез проста дифузия от алвеолата в кръвта благодарение на разликата в по-високото налягане на въздуха. Кислородната кръв отива към сърцето през белодробните вени и се разпределя в цялото тяло през аортата. От друга страна, въглеродният двуокис протича в обратна посока, когато обогатената с него кръв достига до белите дробове през белодробните артерии от сърцето.
Кислородът в кръвта в повече от 99% е свързан с молекулата хемоглобин, намираща се в червените кръвни клетки (еритроцитите). Хемоглобинът съдържа пигмент и желязо. Всяка молекула хемоглобин може да свърже четири молекули кислород. Един кубичен милиметър от нашата кръв съдържа от четири до пет милиона червени кръвни клетки. От своя страна, те съдържат 250 милиона молекули хемоглобин. В комбинация с кислорода хемоглобинът става червен и дава цвета на артериалната кръвта, а когато загуби своя кислород, става виолетов (цвета на венозната кръв).
В тъкани, където клетъчното дишане е интензивно (например в мускулите по време на упражнение), хемоглобинът освобождава кислород и настъпва увеличение на въглеродния двуокис. Той се отправя до белите дробове, пренасян главно от кръвта в разтворена форма.
Червеният хемоглобин е най-разпространеният дихателен пигмент в животинския свят. Но съществува такъв и с друг цвят: зелен хемоглобин при сегментираните червеи и син хемоглобин при някои мекотели членестоноги.
И накрая, много простите животни, например гъбите, нямат кръв и кислородът достига до клетките им чрез просто проникване от външната среда.
Дихателни заболявания
При много болести настъпва нарушение на дишането. Ние ще споменем най-важните.
Астматичен пристъп. По време на пристъп (често в отговор на антиген) мускулите на дихателните пътища се свиват. Това явление се дължи на прекомерно отделяне на слуз в бронхите, което пречи на преминаването на въздуха. За да намалят възпалението и да избегнат пристъпите, астматиците трябва да приемат като основно лечение противовъзпалителни лекарства.
Муковисцидозата е открита през 1936 г. Това е най-честото генетично заболяване, 1 на 4000 деца се ражда с тази инфекция. Лигавиците на тялото произвеждат прекалено вискозен секрет. На нивото на белия дроб това води до значително натрупване в бронхите на секрет и чести инфекции. С годините белите дробове се увреждат все повече и става много трудно да се диша и настъпва смърт още в първите години след раждането. С подобряването на лечението през последните години продължителността на живота днес е около 35 години.
Коронавирусната болест е най-честата, най-масовата и най-опасната причина за смущението на дишането. Главната причина е масовото поразяване на алвеолите на белия дроб от коронавирусите и намаляването на площта за обмяната между въглеродния двуокис в тялото и поемания от въздуха кислород, в резултат на което настъпва смърт от задушаване. Патогенезата на болестта е добре известна и няма да се спираме в подробности, а ще опишем основното. Коронавирусите поразяват само алвеолите на белия дроб. По своята повърхност те съдържат специален реактоген, протеин S, който се свързва с рецептора АМС2, намиращ се по повърхността на алвеолните клетки. При контакт на вируса с алвеолата реактогенът и рецепторът се сливат и стопяват и се отваря вход за влизане на вируса в клетката. Последва бързо размножение на вируса и смърт на клетката. Новоизградените вируси, около 100 броя в клетка, убиват клетката и свободни за кратък срок заразяват нови алвеоли. И при благоприятни за тях условия (слаба имунна система) те унищожават масово алвеолните клетки и при намалената площ за обмен на кислорода и въглеродния двуокис дишането се срива и настъпва смърт от задушаване. По съвременни данни от появата на пандемията през декември 2019 г. до сега починалите от COVID-19 в световен мащаб наброяват около 15 милиона.
Влияе се от атмосферното налягане
Спадането на атмосферното налягане на височина е придружено от понижаване на съдържанието на кислорода във въздуха. В резултат на това по време на изкачване до 3000 метра или повече се появява чувството на недостиг на въздух. Оттам се увеличава честотата на дишането, за да се компенсира намалението на кислорода. След няколко дни тялото се адаптира в резултат на увеличаването на броя на еритроцитите. Все пак човек, дори и обучен, е много по-малко приспособен към дишане на надморска височина от птиците, най-ефективните животни в тази област, понеже устройството на белите им дробове е съвсем различно.
И ако сте решили да атакувате високи върхове, не тръгвайте без кислородна бутилка!
Проф. д-р Христо ОДИСЕЕВ
