Тела нервных клеток, которые запускают и поддерживают акты вдоха и выдоха, находятся среди клеток так называемой ретикулярной формации ствола мозга. Эта структура регулирует уровень функционального состояния любых физиологических реакций человека. Для наглядности роль ретикулярной формации можно представить в виде регулятора напряжения в городской электрической сети. Падение напряжения с 220 до 180 вольт приведет к снижению яркости электрического освещения в комнате, но при этом процесс горения электрической лампочки продлится. Повышение напряжения до 260 вольт сильно повысит яркость освещения, но может привести к быстрому перегоранию лампочки. В какой-то степени ретикулярная формация и является таким регулятором, изменяющим чувствительность нервных образований, обеспечивающих дыхательный процесс. Например, один и тот же датчик (так называемый хеморецептор), определяющий содержание СО, в организме, может дать в два раза более мощную команду, а следовательно, и вызвать более существенное изменение параметров дыхания.
Существуют два типа дыхания: легочное, или внешнее, и так называемое тканевое, или внутреннее. Любая жизнедеятельность организма невозможна без постоянно происходящих окислительных процессов. Они ведут к выделению энергии, за счет которой работает сердце, сокращаются мышцы человека, осуществляется активная умственная деятельность, и все это происходит на клеточном уровне. В результате жизнедеятельности клеток происходят потребление ими кислорода и выделение углекислого газа. Доставка О, к клеткам и удаление СО, производятся кровью, которая служит своеобразной транспортной системой. Благодаря дыханию обеспечиваются поступление в организм кислорода и удаление из него углекислого газа. У человека 98 % необходимого кислорода поступает через легкие и только 2 % — через кожу. Для поддержания нормальной жизнедеятельности организма человека расходуется около 3000 Ккалорий в сутки.
Любой стресс ведет к мобилизации резервов организма человека. Включаются дополнительные физиологические процессы, позволяющие успешно противостоять негативным последствиям стресса. Чем выше эмоциональное напряжение, тем больше подключается различных клеточных структур и тем интенсивнее происходят потребление кислорода и выделение углекислого газа.
Биологические ткани человека не могут длительно существовать, если в них не происходит постоянное образование и выделение энергии, необходимой для их нормального существования. Например, ткани, образующие сердечную мышцу, постоянно расходуют энергию для сокращения сердца. Если своевременно не подвести кислород к тканям и не вывести из них углекислый газ, то возможны серьезные нарушения в организме, вплоть до его гибели.
Кровь, отходящая от клеток, бедна кислородом, так как она отдала его им, и богата углекислым газом, забранным из клеток. Подойдя к легким, она передает избыток углекислого газа воздуху, находящемуся в легких, и забирает оттуда кислород. Принцип обмена газами между кровью и легкими довольно прост. Если в атмосферном воздухе содержится 20,96–30,94 % кислорода и 0,02 — 0,04 % углекислого газа, то в крови, пришедшей от клеток и омывающей легкие, кислорода намного меньше, чем в атмосферном воздухе, 16,4 %, а углекислого газа больше — 4,1 %. Во время вдоха происходит уравновешивание этих газов. Кислород из легочного воздуха переходит в кровь, а СО, — в воздух, находящийся в легких. Так как объем воздуха в легких невелик, резкое увеличение потребления кислорода биологическими тканями и возрастание содержания СО, в крови приведут к тому, что для нормализации газового состава крови необходимо будет увеличить количество воздуха, проходящего через легкие. Это можно сделать как за счет увеличения глубины дыхания, так и его частоты.
В норме не может быть значительного увеличения уровня стресса без изменения параметров дыхания. Это положение и является основным в использовании показателей легочного дыхания для оценки уровня эмоционального стресса обследуемого при проведении полиграфных проверок. В практике полиграфных проверок мы регистрируем показатели внешнего, т. е. легочного дыхания, которое обеспечивает обмен газов между окружающей средой и кровью.
В основе механизма легочного дыхания лежит изменение объема легких на вдохе и выдохе. При вдохе объем легких увеличивается, и в них создается отрицательное давление (по сравнению с давлением в окружающем воздухе). Атмосферный воздух заполняет легкие. При выдохе объем легких уменьшается, давление в них становится выше атмосферного и воздух из легких перемешается наружу. При спокойном дыхании на вдохе давление в легких на 10–25 мм ниже атмосферного, на выдохе — на 20–40 мм выше. Легкие не имеют мускулатуры и поэтому перемещаются вслед за изменением объема грудной клетки. При спокойном дыхании изменение грудной клетки составляет I —3 см по окружности, а при форсированном — до 10 см и более.
Все датчики дыхания в полиграфах реагируют на изменения объема грудной клетки. Вдох может осуществляться человеком за счет сокращения наружных межреберных мышц, а также за счет изменения положения диафрагмы — так называемое диафрагмальное или брюшное дыхание. Поэтому в полиграфах используются два датчика для фиксации грудного (верхнего) и диафрагмального (нижнего) дыхания. В организме человека эти типы дыхания тесно связаны между собой. Во время выдоха диафрагма, опускаясь вниз, давит на органы брюшной полости, смещая их вниз и вперед. Мы видим некоторое выпячивание живота, которое легко регистрируется датчиком. В обычном спокойном состоянии на вдохе растягиваются две нижние трети легкого. Частота дыхания в покое составляет 12–14 за минуту. При этом через легкие проходит около 0,4–0,6 литров воздуха за один дыхательный ЦИКЛ.
Дыхание — очень чувствительный показатель эмоционального напряжения обследуемого. Значительные изменения параметров дыхания могут наблюдаться даже при мысленном представлении процедуры тестирования. Они могут быть значительно усилены и за счет создаваемой специалистом напряженной обстановки. Такое изменение параметров дыхания наблюдается, например, если во время процедуры полиграфной проверки что-то не ладится, специалист нервозен, излишне напряжен. При наблюдении обследуемым этого процесса, возможно увеличение у него энергозатрат на 6 — 10 %. Поэтому если во время тестирования был неверно прочитан вопрос или несвоевременно включен измерительный комплекс, то исправлять ошибку надо внешне спокойно, без излишней суеты и торопливости.
В стрессовой ситуации легочная вентиляция может увеличиваться до 1,5–2 литров при неизменной частоте дыхания, хотя, как правило, эти изменения идут параллельно, и в особых случаях она может составлять 25–40 актов дыхания в минуту.
Основу легких составляет эластичная ткань, которая образует около 375 миллионов альвеол. Несмотря на их микроскопичность, общая поверхность, через которую происходит газообмен, составляет 60 — 120 квадратных метров. Обмен газов между кровью и воздухом происходит в альвеолах по принципу «от большего к меньшему». Переход кислорода из атмосферного воздуха, находящегося в альвеолах, составляет в среднем 30–65 миллилитров за одну минуту. Углекислый газ на этапе перехода из крови в легкие в 20–25 раз активнее. Количество кислорода, привнесенного к биотканям, зависит как от количества крови, протекающей через легкие, так и от объема кислорода, находящегося в альвеолах, поэтому с увеличением потребления кислорода растут и частота, и глубина дыхания. В покое за один вдох через легкие проходит около 500 кубических сантиметров воздуха. При частоте дыхания 10 циклов в минуту за этот отрезок времени, соответственно, через легкие пройдет 5 литров воздуха. Если количество дыхательных циклов возрастет до 15 за одну минуту, — объем дыхательного воздуха возрастет до 7,5 литра. Недостаточная вентиляция легких ведет к увеличению СО, и уменьшению кислорода, растворимого в крови. Вследствие этого газовый баланс может достигнуть критического уровня, что приведет к гибели человека.
