Как работают лёгкие: дыхание, бронхи и альвеолы в 3D

Насос, который дышит

На рисунке грудь спереди, и лёгкие видны внутри грудной клетки. У самих лёгких нет мышц. Дышат благодаря диафрагме — куполообразной мышечной пластине под лёгкими — и небольшим мышцам между рёбрами. На вдохе диафрагма сокращается и уплощается, а рёбра поднимаются и расходятся. Грудная клетка становится больше, давление внутри слегка падает, и воздух устремляется внутрь. На выдохе мышцы расслабляются, и лёгкие сжимаются. В покое взрослые делают около 12–20 вдохов в минуту.

Дерево из трубок

Модель скрывает лёгкие и показывает только воздухоносные пути. Воздух входит через нос или рот и спускается по трахее — трубке длиной около 10–12 сантиметров, которую держат открытой хрящевые кольца. Внизу трахея делится на два главных бронха, по одному на каждое лёгкое, и они делятся снова и снова, примерно 20 раз и больше, на всё более тонкие бронхиолы. Ветвление похоже на перевёрнутое дерево. Липкая слизь и крошечные волоски — реснички — выстилают трубки, ловят пыль и микробы и выметают их наружу. В правом лёгком три доли, в левом две: остаётся место для сердца.

Виноградные гроздья на концах веточек

Камера ныряет к концу самого тонкого дыхательного пути. Здесь трубки заканчиваются гроздьями крошечных воздушных мешочков — альвеол, похожих на виноград. У взрослого их, по оценкам, от 300 до 500 миллионов, и чаще всего называют около 480 миллионов. Каждая — доля миллиметра в поперечнике и оплетена сетью капилляров. Стенка между воздухом и кровью так тонка, что газы проходят через неё напрямую. Вместе альвеолы дают лёгким поверхность газообмена в десятки квадратных метров, во много раз больше площади кожи.

Газообмен путём диффузии

Следите за одной альвеолой. Кислорода в воздухе мешочка больше, чем в крови, пришедшей от тела, поэтому он переходит через тонкую стенку в кровь. Там его захватывает гемоглобин — красный белок внутри эритроцитов. Углекислого газа, отхода работы клеток, больше в крови, поэтому он движется в обратную сторону и уходит с очередным выдохом. Насос не нужен, достаточно разницы концентраций — это называется диффузией. Мешочки выстланы мыльной жидкостью — сурфактантом, которая не даёт им слипаться.

Что меняется в воздухе

На рисунке появляются бегущие числа. Воздух, который вы вдыхаете, содержит около 21 процента кислорода, около 78 процентов азота и всего около 0,04 процента углекислого газа. Воздух, который вы выдыхаете, — это около 16 процентов кислорода и примерно 4 процента углекислого газа, плюс водяной пар. Значит, тело забирает лишь около четверти кислорода из каждого вдоха. Поэтому дыхание спасателя ещё может помочь тому, кто перестал дышать. При спокойном вдохе проходит около половины литра воздуха. Умножьте это на частоту — получите минутную вентиляцию, которую можно проверить в песочнице.

Забота о лёгких

Последний момент показывает здоровые лёгкие, а затем лёгкие после многих лет курения — спокойно и без нагнетания. Табачный дым содержит смолы и раздражающие вещества. Они парализуют реснички, воспаляют дыхательные пути и разрушают тонкие стенки альвеол, что ведёт к хроническому бронхиту, эмфиземе и раку лёгких. Хорошая новость в том, что вред замедляется, если человек бросает курить. Упражнения помогают лёгким и сердцу работать согласованнее, а важен и чистый воздух. Если вы хотите бросить курить, вам помогут врач или местная служба здоровья.

Лёгкие и дыхание