Взламывая анатомию

Дыхательная система состоит из органов, структур и тканей, помогающих поглощать кислород, а также выводить углекислый газ и воду. Дыхательная система не ограничивается одними легкими; поток воздуха проходит через рот, нос, глотку, гортань, трахею, бронхи, бронхиолы и альвеолы, и все эти части отвечают за поступление O₂ и вывод CO₂. Наша дыхательная система отвечает за круговорот этих газов и использует воздушные потоки, чтобы мы могли общаться с помощью звуков и различать парящие в воздухе запахи.

Проведение и дыхание

Анатомически дыхательный тракт можно разделить на верхнюю и нижнюю части. Точкой разделения служит шейный участок, в котором глотка соединяется с гортанью. По выполняемым функциям дыхательная система делится на два участка: проводящий и дыхательный. Каждый из участков образован специальными структурами для циркуляции воздуха (проведения) или обмена газами (дыхания).

Дыхательная система обменивает углекислый газ на молекулы кислорода.

Механизм дыхания, или вентиляции, состоит из двух одинаково важных и противоположных событий: вдоха и выдоха. Оба этих события характеризуются сокращением и расслаблением мышц грудной клетки (межреберных мышц), диафрагмы и брюшной полости. И все это происходит без вашего ведома: специальные дыхательные центры мозга и артериальные рецепторы улавливают высокую концентрацию углекислого газа или низкий уровень кислорода в крови и сигнализируют нашим мышцам о дальнейших действиях. Сам газообмен возникает из-за разниц давления по периметру легких, в результате чего газы диффундируют от области с высокой концентрацией в область с низкой.

Наша дыхательная система занимает области в голове и груди.

Транспортируются в крови эти газы по-разному. Кислород в основном «путешествует» в гемоглобине эритроцитов, а углекислый газ оказывается в плазме в составе сложного бикарбоната.

Зона проводимости

«Вы путешествуете по другому измерению — измерению не только тепла и слизи, но и мерцающих реснитчатых клеток. Ваш путь проходит по фантастическому месту, границы которого можно преодолеть диффузно. Ваша следующая остановка — Зона проводимости!» Будь вы поклонником «Сумеречной зоны», именно это вы бы сказали молекуле кислорода, попавшей к вам в нос или рот… В зоне проводимости кислород встречается с удивительным разнообразием веществ, клеток и структур, которые стремятся максимально облегчить его переход на другую сторону.

Носовая полость

Первым делом кислород проходит через носовую полость, поделенную костным гребнем на носовые раковины. Эти раковины переходят в специальные бороздки — носовые ходы. Они увеличивают поверхность носовой полости, втягивая вдыхаемый воздух в носовые проходы и пропуская его через назальные клетки. Это крайне важно, поскольку эпителиальные клетки с микроскопическими волосоподобными отростками (ресничками) помогают согревать вдыхаемый воздух за счет богатого кровоснабжения. Кроме того, эти клетки очищают воздух от загрязнения и патогенов, которые оседают на слизистой оболочке носа.

На микроснимке показано, как реснички назальных эпителиальных клеток задерживают бактерии в носу.

Дыхательное дерево

Нижнюю часть дыхательной системы не зря называют дыхательным, или трахеобронхиальным, деревом. Она действительно похожа на дерево. Оказывается, древообразные структуры и ветвление — это любимые шаблоны природы. Они встречаются везде — от снежинок до речных сетей и молний. Такая фрактальная структура появилась в дыхательных путях не случайно: она обеспечивает максимальную площадь для поглощения газа в ограниченном пространстве.

Ветвление встречается и на макроуровне. Например, на этом аэрофотоснимке изображены притоки реки.

Трахея

Пройдя через глотку и гортань, вдыхаемый воздух попадает в крупнейшую трубку дыхательной системы — дыхательное горло, или трахею. Эта хрящевая структура располагается перед пищеводом, и ее поддерживает двадцать С-образных трахеальных колец. Она формирует начало нижних дыхательных путей.

Бронхи и бронхиолы