Взламывая анатомию

Частота дыхания служит признаком физической формы человека. Она зависит скорее от уровня углекислого газа в крови, чем от содержания в ней кислорода. Наш мозг, а точнее его отдельные области (продолговатый мозг и Варолиев мост в стволе головного мозга), содержат хеморецепторы, которые следят за изменением pH крови. Кислотность возникает при повышенном уровне ионов водорода из-за наличия углекислого газа. Продолговатый мозг регулирует непроизвольное дыхание, посылая сигналы нужным мышцам, а Варолиев мост контролирует частоту дыхания. Повреждение этих структур часто приводит к смерти.

Транспорт крови

Воздух, которым мы дышим, содержит только 21 % кислорода. Все остальное – это азот, аргон, углекислый газ, водород и неон. Несмотря на это, дыхательная система забирает из воздуха только кислород. Эта способность появилась у нее из-за сродства гемоглобина к кислороду.

Транспорт кислорода

Сама плазма переносит сравнительно малое количество кислорода. А перед тем как попасть в эритроциты (см. параграф «Эритроциты: трудная жизнь переносчика кислорода» на стр. 131–134), молекулы кислорода должны раствориться в плазме. Большая часть кислорода перемещается в форме оксигемоглобина в эритроцитах. Кислород «загружают» в легких. Это происходит при связывании молекул кислорода с гемоглобином. «Разгрузка кислорода» проводится в метаболизированных тканях и сводится к тому, что кислород диссоциирует из гемоглобина (в результате чего появляется дезоксигемоглобин) и диффундирует в плазму по направлению к клеткам. Отгрузке кислорода способствуют различные факторы: повышенная температура, концентрация углекислого газа и кислотность.

Транспорт углекислого газа

Есть три способа переноса углекислого газа, или диоксида углерода, в крови. Большая его часть транспортируется в форме бикарбоната: диоксид углерода, диффундирующий из тканей, попадает в эритроцит, где под действием фермента карбоангидразы он превращается в бикарбонат, который может диффундировать в плазму. Это помогает контролировать кислотность крови. Как только бикарбонат попадает в легкие, он вновь связывается с эритроцитом и восстанавливается, а затем уже диффундирует в виде молекулы свободного диоксида углерода.

Это модель молекулярной структуры оксигемоглобина – основного способа передвижения молекул кислорода в крови.

Чуть меньшее количество углекислого газа связывается напрямую с гемоглобином и образует карбаминогемоглобин. Вероятность такого объединения зависит от насыщенности гемоглобина кислородом. И совсем крохотный объем углекислого газа растворяется в плазме.

3d-печать легких

«Однолегочная вентиляция», или «изоляция легких», – так в торакальной анестезии обозначают избирательную вентиляцию одного из легких пациента при операции с коллапсом другого легкого. Такую процедуру часто проводят с использованием эндобронхиальной трубки, которую вставляют в трахею и опускают в один из бронхов. Однако анестезиологам с небольшим профессиональным опытом во время операции довольно трудно провести изоляцию легких. Особенно если у пациента сложные дыхательные пути. Современные способы отработки этого метода включают манекены и симуляторы виртуальной реальности. А группа американских врачей из Кливленда, штат Огайо, во главе с доктором Серхио Бустаманте провела исследование по использованию технологии 3D-печати. Вооружившись компьютерной томограммой классических дыхательных путей и тех, которые создавали трудности при изоляции легких, врачи воссоздали 3D-модели каждого из таких случаев, которые затем использовались для обучения.

Технологию 3D-печати можно использовать, чтобы подготовиться к операции пациентов с уникальной анатомией дыхательных путей.

Шалости дыхания

Дыхательные рефлексы помогают защитить дыхательные пути от потенциально вредных раздражителей. Кроме того, они регулируют процесс дыхания при определенных обстоятельствах. Эмоциональные центры в мозге запускают различные действия (смех или плач), в которых участвуют дыхательные пути. Но мы до сих пор не знаем, почему и как человек зевает и икает.

Глава 8 Транзитный узел

Нервная система

Если бы у систем органов был лидер, им бы была нервная система. Она предоставляет ресурсы, с которыми физиологические системы сверяются перед тем, как начать действовать. Нервная система контролирует все, что мы делаем, управляет основными функциями в организме и помогает нам двигаться. Эта система позволяет думать, понимать, запоминать и учиться, а также различать то, что приятно – и что причиняет боль.

Нервная система человека – самая развитая во всем животном мире. Она защищена прочными костными доспехами, и ее омывают собственные тканевая и спинномозговая жидкости.