Весь этот процесс протекает без усилий и повторяется от 17 до 30 тыс. раз в день – это в среднем от 12 до 20 раз в минуту в состоянии покоя. Без дыхания нет жизни. Мы можем прожить довольно долго без еды и воды, но без воздуха протянем лишь жалкие несколько минут. Ежедневно мы вдыхаем около 8 тыс. литров воздуха. Максимальный объем воздуха, который могут удерживать легкие за один раз, составляет примерно 6 литров (это три большие бутылки газировки).
Мы часто представляем себе строение легких в виде перевернутой буквы Y, раздваивающуюся на доли по двум сторонам от центральной трахеи. Но если мы посмотрим на них внимательнее, то увидим очень сложную структуру, состоящую из тысячи крохотных ветвистых альвеолярных протоков, которые увеличивают объем легких и обменивают между собой кислород и углекислый газ. Если представить эти мельчайшие протоки в плоскости, то их площадь будет в три раза больше площади кожного покрова!
Стареющие легкие
Что происходит с легкими с возрастом? Прежде всего максимальная вентиляция легких (максимальная сила, с которой мы можем делать вдохи и выдохи) в старости естественным образом приходит в упадок. После 30 лет средний объем потока воздуха через воздушные каналы постепенно уменьшается, а также сокращается объем кислорода, который альвеолы передают в кровь. Позже на объеме легких начинают сказываться и другие структурные изменения. Грудная клетка истончается и меняет форму из-за дегенерации мышц, поэтому кости теряют возможность реагировать на расширение и сжатие легких и диафрагмы при дыхании. Без возможности для расширения диафрагма ослабевает, что, в свою очередь, лишает нас возможности дышать полной грудью. Мышцы и ткани, которые поддерживают воздушные протоки открытыми, со временем теряют эластичность, а альвеолы теряют форму и обвисают. В старости область мозга, которая отвечает за дыхание, перестает посылать сильные сигналы в легкие (из-за потери функций, вызванной старением), а нервные окончания в дыхательных путях, которые инициируют откашливание, становятся менее восприимчивыми к инородным частицам. Кроме того, иммунная система становится слабее, и тело хуже справляется с необходимостью противостоять легочным инфекциям (например, пневмонии и бронхиту) и другим заболеваниям.
Миф. У всех людей в старости сокращается объем легких, поэтому они теряют способность совершать бытовые действия.
Факт. У молодых и здоровых взрослых людей есть дополнительный запас объема легких. Он начинает сокращаться после 30 лет. В старости этот запас помогает поддерживать здоровые функции легких, необходимые для выполнения ежедневных обязанностей.
В результате этих изменений люди старшего возраста сильнее подвержены риску недостаточности дыхания, пониженному уровню кислорода и нарушениям нормального ритма дыхания, например апноэ во сне.
Несмотря на естественный спад, у людей преклонного возраста должен оставаться достаточный запас объема легких для выполнения ежедневных обязанностей. В молодости у нас есть «лишняя» функция легких: молодые и здоровые люди могут перенести хирургическое удаление целого легкого и продолжать дышать сравнительно хорошо. У здоровых людей возрастные изменения редко приводят к серьезным проблемам с дыханием. В действительности нормальному дыханию чаще препятствует плохое состояние сердца, сосудов и ожирение, чем изменения в легких и смежных с ними областях. Занятия физкультурой необходимы как для здоровья всего тела, так и для дыхательной функции. По данным исследований, занятия спортом и аэробикой способствуют расширению объема легких даже в старости. Аэробные тренировки увеличивают объем легких от 5 до 15 %, так как в основном «тренируются» два самых важных для жизнедеятельности органа: легкие и сердце. Регулярные тренировки повышают выносливость, восстанавливают недостаточность дыхания благодаря усиленному притоку кислорода. Отказ от курения – это первостепенная мера для предупреждения развития возрастных изменений легких. Старики должны усерднее прочих возрастных групп проводить больше времени на ногах, двигаться и глубоко дышать, особенно во время болезни и после операции. Постельный режим или длительное сидение на одном месте в любом возрасте способствует накапливанию слизи в легких, что чревато развитием инфекций.
Миф. Легкие стерильны – в них нет микробов.
Факт. Наши легкие взаимодействуют с миллионами бактерий каждый день, и, скорее всего, обладают собственным микробиомом.
Исследования микробиома легких
С каждым вдохом наш организм получает гораздо больше, чем просто кислород, необходимый для жизни. Воздух вокруг нас наполнен миллионами микробов, которые смешиваются с некоторыми микробами в ротовой полости и, в конце концов, попадают через трахею в легкие. Наш организм оснащен хорошей защитной системой против нежелательных микробов, в которую входят покрытая слизью поверхность легких, где вязнут и застревают микробы. Клетки легких выталкивают слизь в рот, затем слизь проглатывается и переваривается. Этот процесс называется мукоцилиарным клиренсом. Вспомните, что во время простуды откашливается много мокроты – так наше тело освобождается от нежелательных бактерий и клеточного мусора. Кроме того, у нас есть специальные клетки – альвеолярные макрофаги, – они патрулируют нижний отдел дыхательных путей и встают на пути вредных микробов, которые хотят чинить разрушения (подробнее об иммунной системе, описанной в главе 11).
Однако в дыхательном процессе участвуют не только легкие. У дыхательного аппарата есть два основных раздела: нос, глотка и гортань объединяются в верхние дыхательные пути, а трахея, бронхи и легкие составляют нижние дыхательные пути. Во всех классических медицинских учебниках говорится, что нижние дыхательные пути стерильны и в них не бывает микробов. Чтобы узнать об истории этой парадигмы, мы расспросили доктора Джеймса Хогга, почетного профессора общей патологии из университета Британской Колумбии и опытного исследователя болезней легких при больнице Святого Павла в Ванкувере. «Так уже никто не считает, – заявляет доктор. – Легкие не стерильны! Осознание этого факта произошло не так давно – примерно в то же время, когда начал развиваться интерес к изучению микробиома». Когда мы спросили его, почему раньше идея о стерильности легких пользовалась таким успехом, доктор Хогг ответил, что в распространении этого заблуждения виноваты сами исследователи. Во время обычной бронхоскопии специалистам положено очищать дыхательные проходы – эта процедура позволяет врачам увидеть состояние воздухоносных путей и легких. Чтобы очистить дыхательные проходы, специалисты орошают поверхность бронхов физраствором, особенно те области, которые невозможно увидеть, а затем собирают клетки, которые смылись с поверхности тканей, и исследуют их под микроскопом. Проблема заключается в том, что в эти смывы попадают загрязнения из ротовой полости, поскольку трубку для проведения процедуры заводят через рот в дыхательные пути, и в результате возникает контаминация микробов из ротовой полости.
Кроме того, ученым не удавалось вырастить микробов из легких для изучения посредством традиционных лабораторных методов, например в чашках с агаровой средой – чашке Петри с агаром, который создает среду для роста – и питательными веществами, которые способствуют росту микроорганизмов. Но появление технологий, не зависящих от бакпосева, например секвенирование ДНК, позволило наконец обнаружить микробные следы глубоко внутри легких. Как часто бывает, это революционное открытие не было принято сразу. Некоторые ученые продолжали отстаивать мнение, что обнаруженный микробиом – это всего лишь контаминации из верхних дыхательных путей, которые попали туда из-за механических процедур. Доктор Хогг объясняет, что контаминация из ротовой полости остается довольно спорным аргументом и создает определенные сложности. Чтобы избежать контаминации, он обычно замораживает легкие трупа, прежде чем приступать к их изучению. Усовершенствованные техники взятия образцов и отличие микробного состава образцов от композиции ротовой полости в последнее время смогли развеять существовавшие в научной среде сомнения. Однако ситуация все еще далека от идеала. Как шутит доктор Хогг, патологоанатомы превратились в натуральных гончих, которые в поисках тканей и разнообразных образцов из легких рыщут по больницам в надежде изучить и понять ситуацию в дыхательной системе.
