Журнал "Здоровье" №8 (104) 1963

Данные химической науки впервые привлек к толкованию сущности дыхания Леонардо да Винчи. Именно он указал на сходство между горением и дыханием: животное не может жить в атмосфере, в которой не горит пламя. А значительно позднее, в XVIII веке, французский химик Лавуазье экспериментально доказал, что при дыхании из внешней среды поглощается кислород и выделяется углекислота.

Весь сложный процесс дыхания состоит из внешнего — легочного и внутреннего — тканевого. Внешнее дыхание осуществляют наши легкие. В них насчитывается свыше 700 миллионов мелких пузырьков — альвеол. У взрослого человека поверхность альвеол очень велика — в среднем около 90 квадратных метров. Легкие покрыты тончайшим лисином плевры, которая переходит на внутреннюю поверхность грудной клетки. Благодаря этому наружная поверхность леших герметически отделена от атмосферного давления.

Сами по себе легкие не сжимаются и не растягиваются, они подчиняются движениям грудной клетки. Когда сокращаются межреберные мышцы и диафрагма, объем грудной полости увеличивается. В этот момент легкие растягиваются и давление воздуха в них становится ниже атмосферного. В результате воздух устремляется в легкие и происходит вдох. При расслаблении дыхательных мышц объем грудной полости уменьшается и воздух из легких вытесняется в окружающую среду. При обычном спокойном дыхании взрослый человек каждый раз вдыхает и выдыхает около 500 кубических сантиметров воздуха.

Состав альвеолярного воздуха остается довольно постоянным при вдохе и выдохе. И это имеет большое физиологическое значение для поддержания постоянства внутренней среды организма. Благодаря альвеолярному воздуху, выполняющему роль защитного барьера, кровь непосредственно не соприкасается с окружающим нас воздухом. Стенки легочных альвеол необычайно тонки, они состоят всего лишь из одного слоя особых клеток, к которым подходят кровеносные капилляры. Именно здесь и происходит газообмен между кровью и воздухом.

В результате длительных и точных исследований удалось установить, что 100 кубических сантиметров крови, проходя через капилляры леших, теряют 6 кубических сантиметров углекислоты и приобретают 7 кубических сантиметров кислорода. В минуту вся кровь, циркулирующая в организме (3–4 литра), успевает приблизительно два с половиной раза пройти через легкие. За это время в нее поступит около 500 кубических сантиметров кислорода, а в альвеолярный воздух из крови перейдет около 450 кубических сантиметров углекислоты. Этот пример убедительно показывает, что в легких происходит интенсивный обмен газов, а химический состав альвеолярного воздуха изменяется совсем незначительно.

Процесс обмена газов в организме очень сложен. Углекислота в крови содержится в растворенном, и в связанном состоянии: в виде углекислых солей — бикарбонатов и соединения с гемоглобином, называемого карбогемоглобином. Соединение это непрочное, в капиллярах легких оно распадается, а освободившаяся углекислота попадает в альвеолярный воздух и удаляется из организма.

В 1933 году было сделано важное открытие, которое значительно обогатило понимание обмена углекислого газа. Два английских исследователя Мельдрум и Рафтан установили, что красные кровяные тельца — эритроциты — содержат очень активный ускоритель химических процессов, катализатор — фермент карбоангидразу. Он-то и обеспечивает весьма быструю химическую реакцию соединения углекислого газа с водой. Для наглядности приведем формулу этой реакции:

СO₂ + Н₂O <=> Н₂СO₃

углекислый газ + вода <=> угольная кислота

Реакция слева направо происходит в кровеносных капиллярах различных тканей. В таком связанном виде бóльшая часть углекислоты доставляется кровью к легким, где ташке очень быстро происходит обратная химическая реакция с выделением углекислого газа (СO₂).

Кислород, поступающий вместе с атмосферным воздухом в альвеолы, переходит в кровь и связывается с гемоглобинам, который находится в эритроцитах. Один грамм гемоглобина способен присоединить 1,36 кубического сантиметра кислорода, превращаясь в окай гемоглобин. Каждые 100 кубических сантиметров крови содержат около 14 граммов гемоглобина, которые присоединяют примерно 19 кубических сантиметров кислорода. В артериальной крови почти весь гемоглобин соединен с кислородом, поэтому и цвет ее алый, ярко-красный.

Распад оксигемоплобина на гемоглобин и кислород происходит в мельчайших кровеносных капиллярах, пронизывающих все ткани и органы тела человека. Причем на скорость реакции влияют многие факторы и, в частности, температура. Повышение температуры, например, в сокращающейся мышце или секретирующей железе обусловливает лучшее снабжение их кислородом.