Воздух, пройдя через носовые ходы, очищенный от пыли и бактерий, увлажненный, подогретый, поступает в глотку, гортань, а затем в дыхательное горло или трахею. Дыхательное горло состоит из хрящевых полуколец. К ним сзади примыкает пищевод. То, что хрящи трахеи представляют собой не полное кольцо, а полукольцо, имеет большое приспособительное значение. Когда человек глотает пищу, пищевод, по которому проходит пищевой комок, несколько растягивается. Это возможно благодаря вырезкам в хрящах трахеи, куда вдается растягивающийся пищевод.
Длина трахеи примерно 15 см. На уровне 4 – 5-го грудных позвонков трахея делится на два бронха – правый и левый. Каждый бронх входит в легкое, где ветвится на мелкие бронхи, которые, в свою очередь, разветвляются на бронхиолы толщиной 0,5 мм. Таких бронхиол около 25 млн. Каждая из них оканчивается ходами с группой воздушных мешочков, или альвеол.
Легкие можно сравнить с виноградной кистью, где веточки представляют собой бронхи и бронхиолы, а ягоды – альвеолы. Их насчитывается почти 300 млн. Сюда по многомиллионным ходам поступает вдыхаемый воздух. Альвеолы увеличивают дыхательную поверхность легкого. При сильном вдохе альвеолы растягиваются и могут покрыть площадь 150 м кв. Это в 75 раз больше, чем поверхность тела человека, которая равна 2 м кв.
Легкие покрыты тончайшей оболочкой - плеврой. Она покрывает все легкое, переходит на грудную клетку и плотно облегает ее внутреннюю поверхность.
Таким образом, плевра двумя листками покрывает и легкое и внутреннюю стенку грудной клетки. Между этими листками остается плевральная щель. О ее значении мы расскажем дальше.
Альвеолы густо оплетены капиллярами. Стенки альвеол очень тонкие: они состоят только из одного слоя клеток. Стенки капилляров тоже состоят из одного слоя клеток. Следовательно, находящийся в альвеолах воздух и протекающая по капиллярам кровь отделяются друг от друга только двумя слоями клеток. Вот через эту тоненькую стенку и происходит газообмен. О характере газообмена, происходящего в легких, можно судить, если сравнить состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха.
Мы вдыхаем атмосферный воздух. Он содержит 20,94% кислорода, 79,03% азота и разных инертных газов (аргон, неон, гелий и др.) и 0,03% углекислого газа. Состав выдыхаемого воздуха уже иной: кислорода в нем 16,3%, углекислого газа – 4%, азота и других инертных газов – 79,7%. Сопоставьте эти цифры. Вы видите, что в легких количество кислорода уменьшается, а углекислоты – увеличивается. Кислород из воздуха, находящегося в альвеолах, переходит в альвеолярный воздух.
Почему же происходит переход газов? Переход газов из окружающей среды в жидкость и из жидкости в воздух подчиняется определенным физическим законам.
Каждый газ растворяется в жидкости в зависимости от своего парциального давления (от латинского «парц» - часть).
Атмосферное давление равно 760 мм рт.ст. Следовательно, если воздух оказывает давление, равное 760 мм рт.ст., то парциальное давление кислорода составит 20,94% от общего давления и будет равно 159 мм рт.ст. Парциальное давление азота и других инертных газов составит 79,03% атмосферного давления и будет равно 600,6 мм рт.ст. Углекислого газа содержится очень мало – всего 0,03%. Поэтому и его парциальное давление будет приблизительно 0,2 мм рт.ст. Если парциальное давление газа в окружающей среде выше, чем давление этого же газа в жидкости, то газ будет растворяться в жидкости, пока не установится определенное равновесие. Если, например, парциальное давление кислорода в альвеолах будет выше, чем в протекающей венозной крови, то кислород из альвеолярного воздуха будет переходить в кровь.
В силу того же закона, когда напряжение газа в жидкости выше, чем его парциальное давление в воздухе, газ из жидкости будет выходить в окружающий воздух, пока не установится относительное равновесие. Поэтому, когда напряжение углекислого газа в венозной крови будет выше, чем в альвеолярном воздухе, углекислый газ будет переходить из венозной крови в альвеолярный воздух. Парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе составляет 110 мм рт.ст., а венозной крови – 44 мм рт.ст. Таким образом, имеется разность давления в 70 мм рт.ст.; этого вполне достаточно, чтобы кислород мог переходить из альвеолярного воздуха в кровь.
Потребность человека в кислороде равна 350 мл/мин; при физической работе она доходит до 5000 мл/мин. Ее можно полностью удовлетворить, если учесть, что разности в парциальном давлении в 1 мм. рт.ст. достаточно, чтобы в кровь перешло 250 мл. кислорода.
Между тем разность между величиной парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе и его напряжении в крови составляет 70 мм.рт.ст. Это вполне удовлетворяет максимальные потребности организма.
В напряжении углекислого газа в крови и его парциальном давлении в альвеолярном воздухе тоже есть достаточная разность. Она составляет 6-7 мм рт.ст., что обеспечивает переход углекислого газа из крови в альвеолярный воздух.
Кровь, поступив через легочную артерию в легкие, растекается в капиллярах по огромной площади альвеол тонким слоем, способствуя газообмену.
Кислород, переходя из альвеолярного воздуха в кровь, вступает в химическую связь с гемоглобином.
Насыщенная кислородом кровь разносится по всему организму и в капиллярах тканей отдает кислород. Здесь же в кровь поступает углекислота. Кислород, который кровь отдает тканям, идет в клетки и вступает в химические процессы обмена веществ.
В химическую связь с гемоглобином входит не только кислород, но и другие газы. Химическая связь гемоглобина с кислородом очень непрочная. Она легко образуется и легко разрушается. Исключительно прочна связь гемоглобина с окисью углерода - угарным газом. Этой прочностью и объясняется отравляющее действие угарного газа. Окись углерода так прочно соединяется с гемоглобином, что кислород уже не может вступить с ним в связь и не поступает к клеткам и тканям; пострадавший погибает от удушья, если не вынести его на свежий воздух.