Мейлан Хан - Чудо дыхания. Как работают наши легкие и как поддержать их здоровье

Самые мелкие воздухоносные пути, бронхиолы, оканчиваются альвеолами, в которых происходит газообмен. В норме средняя длина легкого у взрослого составляет всего 24 см – размер небольшой буханки хлеба. При этом общая площадь всей поверхности этого органа достигает от 80 до 100 м 2. Более 50 % альвеол расположены на внешней трети легкого, и поэтому на рентгенограмме грудной клетки внешний край кажется преимущественно черным. Этот эффект появляется из-за того, что рентгеновские лучи проходят сквозь воздух и отображаются на пленке (по крайней мере так было до изобретения цифровой рентгенографии!). И напротив, мягкие и костные структуры поглощают рентгеновские лучи, а потому на изображении мы видим белые тени.

Альвеолы можно описать как мельчайшие мешочки, наполненные воздухом. Хотя такое определение заставляет думать, что они имеют сферическую форму, точнее было бы говорить о многоугольнике. Стенки каждой альвеолы прилегают к соседним, обеспечивая поддержку. При микроскопическом исследовании среза легких они выглядят почти как соты. Альвеолы определяют предназначение этого органа. Именно в них происходят два наиболее важных процесса: насыщение кислородом и освобождение от углекислого газа. Для жизни человеку необходим кислород, который помогает клеткам извлекать из пищи энергию в форме, пригодной к употреблению. Без доступа кислорода смерть нашего организма, в частности головного мозга, становится неизбежной уже через 5 минут. Другой задачей легких можно назвать избавление организма от углекислого газа – побочного продукта жизнедеятельности клеточных «двигателей» организма. Избыток углекислого газа может привести к потере сознания. Нередки случаи госпитализации больных ХОБЛ в результате отравления углекислым газом (гиперкапнии). Горькая ирония заключается в том, что корень capnia происходит от греческого слова kapnos , то есть «дым». Углекислый газ – основной компонент табачного дыма, под действием которого часто развивается ХОБЛ.

Строение альвеол способствует максимальному газообмену за счет чрезвычайной тонкости стенок. Первичная структурная клетка альвеолы, называемая альвеолоцитом I типа , похожа на очень плоское яйцо с желтком-ядром посередине. Ее ширина составляет 50 микрон, что примерно соответствует толщине человеческого волоса, а толщина – менее 0,2 микрона. Каждая альвеола окутана плотной сетью кровеносных сосудов, называемых капиллярами. Они настолько малы, что эритроциты продвигаются сквозь них поодиночке, это максимально увеличивает их контакт с воздухом, содержащимся в альвеоле. Легкие способны пропустить таким образом весь объем крови за 45 секунд, при этом практически каждый эритроцит пройдет через мельчайший альвеолярный капилляр. Поэтому все, что способствует попаданию жидкости в эти кровеносные сосуды (например, пневмония) или повреждает их (фиброз легких), снижает способность этого органа насыщать кровь кислородом.

Кроме того, альвеолы содержат более редкие клетки – альвеолоциты II типа , которые занимают только 5 % площади альвеолы, но при этом выполняют чрезвычайно важную функцию. Они производят вещество, называемое легочным сурфактантом , который входит в состав альвеолярной выстилки. Это сложное вещество, состоящее из липидов и белков. Сурфактант – это «чудесная молекула» легких, уменьшающая поверхностное натяжение в альвеолах. Почему это так важно? Чтобы было проще, давайте представим альвеолу в виде пузыря. Давление, необходимое для его раздувания, в первую очередь зависит от его размера и во вторую – от поверхностного натяжения. Чем меньше пузырь, тем выше должно быть давление, чтобы его раздуть. Представьте, сколько усилий надо приложить, чтобы в первый раз вдохнуть воздух в сдутый мяч, и насколько легче его надувать, если он уже частично наполнен воздухом. Альвеолы очень малы, но некоторые из них покрупнее. Теоретически разница в размере означает, что больший диаметр обеспечит более легкое открывание и попадание воздуха из маленьких альвеол в большие, и это приведет к коллапсу меньших альвеол и очень неоднородному наполнению.

Еще один фактор, влияющий на давление при наполнении, – поверхностное натяжение. У воды оно достаточно высокое, и поэтому пузыри не образуются, если для его снижения не добавить мыла. Если вернуться к альвеолам, то легочный сурфактант не только действует подобно мылу, но и оказывает больше влияния на мелкие альвеолы, чем на крупные. Снижая поверхностное натяжение, он также позволяет уменьшить давление, необходимое для надувания альвеолярных «пузырей», особенно меньшего диаметра. Таким образом, наличие сурфактанта дает возможность альвеолам оставаться открытыми во время вдоха и выдоха. Этому же способствует множество факторов, таких как поддержка прилегающих стенок и «связывание» с помощью соединительной ткани, но ученые в целом сходятся во мнении о важной роли сурфактанта [1] Prange H. D. Laplace’s law and the alveolus: A misconception of anatomy and a misapplication of physics // Adv. Physiol. Educ. 2003. Vol. 27. P. 34–40. .

В качестве самого убедительного доказательства важности этого вещества можно привести пример рождения недоношенных детей. Выработка сурфактанта начинается приблизительно на 24–28-й неделях гестации. В 1963 году у Жаклин Кеннеди и президента США Джона Кеннеди родился мальчик, которого назвали Патриком. Произошел разрыв плаценты – и он появился на свет на 35-й неделе. Отсутствие сурфактанта представляет высокий риск для легких недоношенного ребенка. Через два дня Патрик умер от дыхательных осложнений, которые позже назовут болезнью гиалиновых мембран – название происходит от воскоподобного мембранозного слоя, покрывающего легкие таких детей. И хотя о роли сурфактанта в снижении поверхностного натяжения было известно еще в середине 1950-х годов, реальные исследования синтетического варианта этого вещества начались через год после этого трагического случая. Сегодня в арсенале врача имеется множество препаратов сурфактанта, что позволяет лечить детей с респираторным дистресс-синдромом , как теперь это называется. Применение этих средств способствовало снижению смертности новорожденных от этой патологии на 40 % [2] Suresh G. K., Soll R. F. Overview of surfactant replacement trials // J. Perinatol. 2005. Vol. 25. Suppl. 2. P. 40–44. .

Структурные единицы древоподобных легких переплетаются с кровеносными сосудами, которые можно разделить на два совершенно разных вида. К первому относятся бронхиальные артерии, снабжающие кислородом и питательными веществами трахею и крупные воздухоносные пути. Такие сосуды берут начало из самой крупной артерии организма – аорты. Обычно они отходят влево и вправо, хотя нередки другие варианты. Интересно, что при пересадке легкого его кровоснабжение не восстанавливают. Это единственный орган, артерии которого в дальнейшем не задействуют.