На микроснимке показано, как реснички назальных эпителиальных клеток задерживают бактерии в носу.
Дыхательное дерево
Нижнюю часть дыхательной системы не зря называют дыхательным, или трахеобронхиальным, деревом. Она действительно похожа на дерево. Оказывается, древообразные структуры и ветвление – это любимые шаблоны природы. Они встречаются везде – от снежинок до речных сетей и молний. Такая фрактальная структура появилась в дыхательных путях не случайно: она обеспечивает максимальную площадь для поглощения газа в ограниченном пространстве.
Ветвление встречается и на макроуровне. Например, на этом аэрофотоснимке изображены притоки реки.
Трахея
Пройдя через глотку и гортань, вдыхаемый воздух попадает в крупнейшую трубку дыхательной системы – дыхательное горло, или трахею. Эта хрящевая структура располагается перед пищеводом, и ее поддерживает двадцать С-образных трахеальных колец. Она формирует начало нижних дыхательных путей.
Бронхи и бронхиолы
По мере того как воздух опускается еще ниже, он попадает на развилку. Именно здесь трахея разделяется на два хода под названием «бронхи». Первое из многих, такое симметричное разветвление повторится еще около 23 раз. Бронхи и их меньшие ветви – бронхиолы – содержат мерцательные реснички, которые помогают слизи подниматься вверх по горлу, чтобы ее можно было проглотить. Сама слизь выделяется бокаловидными клетками и подслизистыми железами. Бронхиолы – это конечная остановка в зоне проводимости, и вход на следующую станцию – зону дыхания. Транспорт дальше не идет, просьба выйти из вагона!
Дыхательная зона
Воздух спускается еще ниже и достигает самых дальних участков бронхиол – дистального сегмента зоны проводимости. Теперь воздух переходит в дыхательную зону. Здесь молекулы кислорода столкнутся с различными структурами, которые участвуют в газообмене.
Терминальные бронхиолы
Эпителиальная выстилка начинает меняться и постепенно утончается. На замену слизисто-секреторным клеткам приходят клетки, способные вырабатывать очищающие вещества. Такие клетки называются сурфактантами. Их секрет позволяет уменьшать поверхностное натяжение, из-за чего бронхиолы расширяются во время вдоха и не схлопываются во время выдоха.
Респираторные бронхиолы
Двигаясь еще глубже, можно заметить, как терминальные бронхиолы начинают сужаться до 0,5 мм и образуют дыхательные бронхиолы. Это последнее ветвление бронхиол в дыхательной зоне. Бронхиолы соединяются гладкими мышцами и эластичными волокнами. Из стенок бронхиол открываются альвеолярные протоки. Эти протоки прикрепляют к бронхиолам губчатую ткань, чем-то похожую на россыпь микроскопических профитролей. Такую ткань называют альвеолярными мешочками. Каждая из этих профитролей-альвеол заполнена не чем иным, как воздухом, а шоколадную глазурь на ней заменяют капилляры. Именно в этой, самой отдаленной части дыхательных путей и происходит газообмен.
Реснитчатый (мерцательный) эпителий покрывает всю дыхательную зону, вплоть до дыхательных бронхиол.
В месте соприкосновения клеток, выстилающих легочный капилляр, с внутренней оболочкой альвеолы, формируется нечто удивительное – альвеолярно-капиллярный барьер, или дыхательная мембрана. Она служит местом для диффузного газообмена кислорода и углекислого газа. Эти структуры вместе с бронхиальным деревом и сосудистой системой легких (см. «Два круга кровообращения» на стр. 125) – «легочный рисунок» – и образуют наши легкие.
Гладкие мышцы дыхательных путей
Стенки дыхательных путей выстланы эластином и гладкими мышцами, которые то сжимаются, то расширяются. Считается, что эта способность помогает управлять потоком воздуха в легких. При физической нагрузке требуется больше воздуха, поэтому гладкая мускулатура стенок расслабляется, расширяя дыхательные пути. Бронхоконстрикцию (бронхоспазм) и бронходилатацию контролирует вегетативная нервная система. При астме гладкие мышцы утолщаются и воспаляются, приводя к сужению дыхательных путей и вызывая симптомы бронхоспазма: кашель, хрипы и одышку.
Обычно приступ астмы провоцируют аллергены или загрязнители, физические упражнения или холодный воздух. Эти факторы вызывают воспаление, которое приводит к сужению дыхательных путей.
Чудесные легкие
Легкие могли бы довести до истерики любого фанатика чистоты и порядка. Эти органы умеют чудесным образом вместить невместимое в ограниченном пространстве. В нашей грудной клетке лежит порядка 2400 км дыхательных путей и свыше 500 миллионов альвеол. А для максимально эффективного процесса извлечения кислорода из воздуха легкие нарастили площадь своей поверхности в 50–70 кв. м.
Наши легкие состоят из долей, разделенных тонкой тканью – щелью, которая помогает им расширяться.
Одно легкое располагается слева от сердца, а другое – справа. Оба легких защищены грудной полостью, или тораксом, образованным грудной клеткой. Правое легкое значительно крупнее и состоит из трех долей вместо двух. Левое легкое немного меньше, поскольку тесно соседствует с сердцем и формирует небольшой закуток под названием «сердечная вырезка». Функциональной единицей легких служит легочная долька (см. параграф «Площадка для обмена» на стр. 176). Ее образует одна дыхательная бронхиола, которая ветвится до альвеолярных ходов, формирующих альвеолярные мешочки с отдельными альвеолами.
Плевральные листки
Каждое легкое заключено в сложенный вдвое плевральный мешок, или тканевую мембрану. Эти слои образуют два плевральных листка. Первый листок, или висцеральная плевра, выстилает всю поверхность легких, включая щели, разделяющие легочные доли. Вторая, или париетальная, плевра переходит во внутреннюю оболочку грудной полости.
Легочная жидкость
Пространство между плеврами, или плевральная полость, заполнено плевральной жидкостью. Ее выделяют мезотелиальные клетки, которые и формируют эти тканевые мембраны. Легким смазка очень нужна. Плевральная жидкость уменьшает трение, что позволяет внутренним и внешним стенкам скользить друг по другу при сжатии и расширении легких в процессе дыхания. Кроме того, поверхностное натяжение, создаваемое в плевральной полости, прикрепляет легкие к грудной стенке. Без этого натяжения легкие бы попросту сдулись и лопнули, как воздушный шар. И такое действительно случается при пневмотораксе, или коллапсе легкого, когда из-за разрыва легкого воздух начинает проникать в плевральную полость. Пневмоторакс может быть вызван травмой или скрытой патологией легких. В зависимости от тяжести состояния, пневмоторакс можно вылечить амбулаторно либо пройти через аспирацию избыточного воздуха длинной иглой, или грудным катетером, установленным между ребрами.
