Джессика Браун - Поговорим о дыхании. Дар, который мы не ценим

Первооткрывателем нервных клеток, формирующих в продолговатом мозге дыхательный центр, считается Сезар Жюльен Жан Легаллуа, французский физиолог. Задавшись вопросом, какие отделы головного мозга необходимы для выживания, он отсек голову молодого зайца, обойдя medulla oblongata. В 1811 году Легаллуа смог продемонстрировать, как ничтожно мало головного мозга требуется для дыхания: он постепенно отделял части мозга зайца; тот, как ни в чем не бывало, продолжал дышать без коры больших полушарий и без мозжечка. И только разрез на уровне продолговатого мозга остановил дыхание подопытного. Легаллуа был также первым, кто обнаружил, для чего годится эта конкретная часть мозгового вещества. Можно сказать, отсеченные головы осужденных, жадно хватающие воздух, вдохновили физиолога на его эксперименты.

Для того чтобы понимать, что останавливает дыхание, надо знать, что его запускает. Дыхательный центр находится в непрерывном контакте с дыхательными мышцами. Он задает темп, в котором диафрагма и ее помощники, грудные мышцы, вентилируют легкие: активно подтягиваются — легкие расширяются, снова расслабляются — легкие уменьшают объем. Дыхание не должно дергаться в ритме «стоп-энд-гоу», поэтому импульсы передаются с постепенным нарастанием силы, как звуки музыки. Вдох — это крещендо. Во время его кульминации нейроны молчат. Сигнал обрывается, мышцы расслабляются. Пассивный процесс. Выдох означает релаксацию. Пока мы не пользуемся нашим дыхательным аппаратом для осознанного функционирования, ритмические сокращения происходят автоматически. Когда обрубается связь между дыхательным центром и дыхательными мышцами, следствие фатальное, будь то удар гладиаторского меча или повешение. Вопреки распространенному мнению, причина смерти здесь не прекращение подачи воздуха. Рывок веревки повреждает спинной мозг и, соответственно, подавляет сигналы из продолговатого мозга. Мышцы пребывают в покое. Навсегда.

«Регулирование дыхания сродни настройке электрического одеяла, — привел сравнение физиолог Уоллес О. Фенн на симпозиуме по контролю дыхания, проходившем в 1964 году в Нью-Йоркской академии наук. — Когда холодно, добавляешь тепла, пока не станет горячо. Потом снижаешь температуру. Если же комфортно с первой установки, оставляешь на том же уровне и больше не обращаешь внимания. Так же действует дыхательный центр в нашем гениальном и высокоэффективном мозге».

Хрипеть, сопеть, сморкаться, кашлять или с трудом переводить дух — всё это вариации на одну тему: дыхание. Для того чтобы нервные клетки дыхательного центра могли адаптировать дыхание к конкретной ситуации, они требуют доклада от своих информаторов в организме: рецепторов и сенсоров. Эти сообщаются по различным коммуникационным каналам — в зависимости от того, какой вид дыхания производится на данный момент, произвольное или непроизвольное. Если разрушены проводящие пути произвольного дыхания, как, например, после инсульта, больной продолжает нормально дышать. Он может даже кашлять, когда поперхнется. Однако просьбу врача «покашлять» не сможет выполнить. Равно как и «дышать» — «не дышать». Но существует и противоположная форма, крайне редкая — «синдром Ундины». В Германии ежегодно один ребенок на 50–200 тысяч рождается с необходимостью дышать сознательно, поскольку машинальное дыхание не функционирует. Это врожденное заболевание носит имя «духа воды», водной девы. По легенде, она влюбляется в рыцаря и тот женится на ней. Однажды он изменяет ей, хотя знает, что теперь ей ничего не остается, как убить возлюбленного. С поцелуем обманутая дева проклинает рыцаря: отныне он должен следить за каждым своим вдохом. Если уснет — умрет. В пьесе «Ундина» французского писателя Жана Жироду обреченный на смерть сетует: «С тех пор как ты покинула меня, Ундина, я должен приказывать телу делать то, что раньше делалось само собой». И: «Мгновенье невнимания, и я забуду, что надо дышать». Этот мотив подхватили врачи из США Джон В. Северингхаус и Роберт А. Митчелл, когда в 1962 году впервые описали синдром врожденной центральной гиповентиляции. Но немедицинский термин «синдром Ундины», похоже, пришелся ученым больше по вкусу.

Когда проводящие пути работают исправно, дыхательный центр находится под непрерывным огнем. От больших полушарий, например, он узнает об эмоциональном состоянии и запускает либо сдержанное всхлипывание в церкви, либо громкие вопли на стадионе. Если мы поднимаем детскую коляску по лестнице или бежим за мячом, в ход идут мышечные рецепторы, реагирующие на растяжение, которые требуют притока кислорода. При острой боли или под холодным утренним душем раздражаются особо чувствительные ноцицепторы, предупреждая о потенциальных повреждениях: вдохнуть, и как можно глубже! Если резко повышается температура тела, например при заболевании или в сауне, в организме усиливается общий обмен веществ. Дыхательный центр подстраивается соответственно: на каждый лишний градус по семь дополнительных вдохов-выдохов в минуту. Иногда ему приходится притормаживать: если барорецепторам в артериальных сосудах становится тесно, дыхание замедляется, чтобы снизить кровяное давление.

И всё-таки важнейшим триггером для дыхания остается концентрация в крови углекислого газа и кислорода. Измеряется она хемосенсорами — клетками, на мембранах которых находятся крошечные рецепторы. Ими они, как пальцами, ощупывают всё, что попадает в поле досягаемости, и докладывают мозгу, что появилось новенького. Скажем, во рту: шоколад с орехами и изюмом. Еще! Или в носу: запах грязных носков. Фу! В стиральную машинку! Подобные информаторы о содержании кислорода — хемосенсоры в снабжающей головной мозг сонной артерии, так называемые каротидные тельца. Они расположены примерно на уровне нижней челюсти. Если в мчащейся мимо них крови слишком мало кислорода, они жалуются в дыхательный центр: добавьте частоты дыхания! Даже в сам о м продолговатом мозге имеются хеморецепторы. Их основная задача — следить за парциальным давлением углекислого газа и значением pH. Последний показывает, насколько «кислой» является кровь — иными словами, не имеет ли места ли ацидоз, избыток углекислого газа. Тогда сигнал: срочно выдохнуть! Всю эту информацию обрабатывает дыхательный центр — поистине плотный график задач! Лишь во сне или при общей анестезии он может немного передохнуть. Большинство рецепторов отдыхает, всем заправляют хемосенсоры. В течение этих нескольких часов дыхание действительно становится таким простым, каким нам обычно представляется.

Когда мы задерживаем дыхание, то в первую очередь не даем мышцам расслабиться: они застывают в положении вдоха или выдоха. Вплоть до шестидесятых годов прошлого века считалось, что и заданный дыхательным центром ритм останавливается. Оказалось, он как ни в чем не бывало держит такт — отсюда и першение в горле. Правда, на пару минут его сигналы можно самовольно подправить. Но почему не бесконечно — до сих пор загадка для ученых. Они пытаются найти «брейк-пойнт», тот момент, когда организм возвращает себе контроль над дыханием. Пионер в исследовании дыхания, американец Эдвард Шнайдер, в 1930 году опубликовал методы, с помощью которых этот момент можно отсрочить: замедлить обмен веществ, устроить гипервентиляцию или вдыхать чистый кислород. Один из его испытуемых не дышал пятнадцать минут. Однако и эти вспомогательные средства обманывают организм лишь временно. «Находясь на уровне моря, человеку практически невозможно произвольно задержать дыхание до потери сознания», — установил Шнайдер.