Было про вдох? Давайте теперь про выдох :)
Всем привет! В прошлом посте про дыхание я упустила два важных момента. Первый - как-нибудь обыграть песню Нау про дыхание. Второй, не столь значимый, - рассказать про CO2, выдох и вот это вот всё. Рассказываю. (А песня в конце, кто не из олдов - тот же наверное и не знает).
Перво-наперво: что вообще заставляет нас дышать?
Дык! Рефлекс же ж!
Ну, технически, да, пусть рефлекс. Но откуда он знает, когда пора выдохнуть и снова вдохнуть? Это ведь всякий раз - разное время. Разгружаем вагон с углем или топим урановые ломы в ртути - дышим часто. Спокойно смотрим познавательное ТВ про рептилоидов, гомеопатов или антипрививочников - дыхание редкое, возмущённое. Какой-то прямо умный рефлекс, да?
А ещё мы можем его сознательно, усилием мысли притушить. Ныряем в воду - задерживаем ведь дыхание. Хочется вдохнуть, но высшая нервная деятельность против: понимает, что пока нельзя, вода вокруг. И рефлекс идёт на поводу у сознания. К счастью, так бывает с рефлексами не всегда. На некоторые мы реально не можем повлиять, никаким усилием никакой мысли. Но дыхание - это куда более сложный комплекс событий, чем просто рефлекс.
Рефлекторная составляющая тут, конечно, тоже имеется. Базовый ритм вдоха-выдоха - автономное, рефлекторное, вегетативное мероприятие. Человек может потерять сознание - ну, например, упал с края плоской Земли, ударился головой о панцирь Черепахи, на которой та стоит, и отключился. Но дышать не перестал ведь! В дыхательном центре существует автогенная ритмическая активность. Эти клетки сами по себе, без внешних сигналов, генерируют периодические импульсы, подобно водителю ритма сердца. Этот базовый ритм передается на диафрагму и межреберные мышцы, раз за разом заставляя нас делать вдох-выдох.
Что интересно, дыхательный центр ориентируется не на содержание кислорода в крови. Точнее, в первую очередь - не на него. Знаете такие штуки - "прищепки" на палец, пульсоксиметры? В разгар ковида были популярны, мерили сатурацию (насыщение) крови кислородом. Так вот, если с такой "прищепкой" задержать дыхание, вот прямо надолго, до самого "ой, не могу больше", - она покажет, что с сатурацией всё ок, кислорода хватает. (Ну, если его и до этого фокуса хватало, т.е. человек здоровый). Словом, вдох прямо НУЖЕН, а кислород в крови вроде ещё есть.
Значит, дело не в кислороде. А в чём тогда? Оказывается, тут имеет значение рост концентрации углекислого газа, CO2. Он - один из конечных продуктов окисления глюкозы, он выделяется и в конвейере цикла Кребса (там, где щуку ацетил лимонил, см. прошлый пост). Словом - знаменует собой окончание этапа вдоха и начало этапа выдоха. Механизм такой: CO2 диффундирует из клеток в кровь. И там он, взаимодействуя с водой, даёт угольную кислоту H2CO3. Неорганики, молчите. Я знаю, что в вашей системе знаний такой кислоты в водном растворе не существует. Её и правда не существует, т.к. она тут же разрушается, вы правы, конечно. Но удобнее и понятнее всего расписать это с использованием именно угольной кислоты. Примерно так: CO₂ + H₂O ⇄ H₂CO₃ ⇄ H⁺ + HCO₃⁻.
Заморочилась с нижними и верхними индексами и со стрелочками туда-сюда. Всё для вас, дорогие читатели (без иронии). В общем, главное тут вот что: чем больше CO2, тем больше в итоге протонов H(+) в крови. То есть, кислотность крови из-за этого повышается (снижается pH). А в дыхательном центре и в крупных сосудах (сонных артериях, аорте) есть особые хеморецепторы, чувствительные именно к повышению концентрации H(+), то есть к этому падению pH крови.
Когда pH крови падает даже на сотые доли (например, с 7,40 до 7,38), хеморецепторы бьют тревогу и посылают сигнал в дыхательный центр:
Алярм! Ахтунг! Виу-виу-виу,
коткод красный, повторяем, код красный! Или синий! Короче, слишком много CO2! Кислотность растет!
И дыхательный центр тут же усиливает и учащает дыхательные движения. Цель их - вывести избыток CO2. Через лёгкие - какие ещё варианты-то. Как только CO2 выходит, равновесие этой реакции смещается влево (бонжур, мсье Ле Шателье и его принцип смещения равновесия) и pH крови возвращается к норме.
NB: эта норма - очень-очень узкая! Кровь надёжно защищена от метаний и шатаний в кислый или щелочной pH т.н. буферными системами. В том числе потому, что слишком много от этого точного pH зависит, это критические вопросы жизнеобеспечения. Соответственно, в частности, бредни иных диетолухов про "защелачивание" крови мясом, "подкисление" брюквой и ягодами Годжи и т.п., - махровая чушь. Ничего такого с кровью здорового человека не бывает, а уж если случается ацидоз или алкалоз - исправляют его не семенами кациуса с дефлопе, а в больнице, и зачастую - в интенсивной терапии. Чувствительны мы к этим сдвигам, очень.
Кстати, о терапии. Доврачебная помощь, сердечно-легочная реанимация, если человек без сознания, не дышит и пульса нет, в первую очередь основывается на непрямом массаже сердца. Дыхание рот-в-рот там тоже есть, но соотношение 30:2. Тридцать нажатий и только два вдоха. Почему? Да потому, что кислород в крови ещё есть, куда важнее заставить её циркулировать по организму. Да, в ней всё больше CO2, да, растёт кислотность (ацидоз), но кислород ещё есть! И продолжать разносить его по организму - главнее всего. Потому и 30 нажатий на грудную клетку. А закисление крови... Ну, будет. Потом врачи решат эту проблему.
Вернёмся к дыханию. Где вообще находится дыхательный центр? Он расположен в отделе мозга под названием "продолговатый мозг" (medulla oblongata). Это самый древний и жизненно важный отдел мозга, управляющий базовыми функциями организма. Там выделяют две ключевые группы нейронов: дорсальная (главным образом отвечает за вдох, посылая те самые сигналы диафрагме и межреберным мышцам) и вентральная (управляет как вдохом, так и выдохом. Над ними в структуре под названием "Варолиев мост" находится пневмотаксический центр, который "подстраивает" ритм, плавно и мягко переключая фазу вдоха на выдох. Судорожное, дёрганое дыхание - это результат либо какой-то проблемы с организмом, либо опять-таки сознательный акт. Мы можем на какое-то время осознанно включать рваный ритм дыхания, хотя физиологически это не требуется. Но в обычном состоянии мы мягко вдыхаем и выдыхаем воздух - благодаря этому центру.
И вот это всё ориентируется главным образом на CO2, а не O2, как я сказала выше. Круто же придумано? А то! Блин, одна из целей, которую я вижу в своих текстах, - это вызвать у читателя чувство восхищения, восторга от того, как потрясающе тонко и сложно организован живой организм. Надеюсь, удаётся иногда.
Так о кислороде этот ваш/наш дыхательный центр вообще не думает? Только о CO2? Почему не из-за нехватки кислорода (O₂)?
Хех. Как правило, дыхательный центр и правда практически "не замечает" умеренного снижения содержания O2. Его главный триггер - это CO2/H(+). Но при сильной гипоксии (сатурация падает ниже ~90%) срабатывают специальные периферические хеморецепторы, чувствительные именно к O2. Так что, всё имеет значение. В таких обстоятельствах дыхательный центр всё замечает. Но если дело дошло до сигналов от этих рецепторов - это уже реально аварийный режим работы организма.
А за сознательный контроль дыхания отвечает кора больших полушарий головного мозга. Когда надо (как в примере с нырянием), она посылает мощный тормозящий сигнал в дыхательный центр, подавляя его автоматическую активность. Да и просто, на ровном месте может так сделать. Захотели задержать дыхание просто так, без физиологической необходимости, - а пожалста! *голосом К. Ларина*
Но всё, конечно, имеет свои пределы. Не получится произвольно задержать дыхание на "сколько угодно" времени. Рано или поздно случится "срыв": сигнал от хеморецепторов насчёт уменьшения pH крови станет настолько мощным, что преодолеет сознательный запрет от коры. Дыхательный центр решительно "взламывает" её контроль: поигрались - и хватит! Плевать, что там вокруг: вода, метан или неблагоприятная политическая обстановка! Происходит императивный вдох и выдох.
А как же ныряльщики?
А что ныряльщики? Профессионалы тренируют не лёгкие, а толерантность к высокому уровню CO2. Ну и умение сознательно расслабляться, отодвигая момент срыва рефлекса. Ещё они используют гипервентиляцию (глубокое частое дыхание перед нырком), чтобы "вымыть" как можно больше CO2 из крови и отсрочить момент его критического накопления. Кстати, это - такое себе упражнение. Оно может привести к гипоксии и потере сознания под водой ещё до того, как сработает рефлекс на CO2. И, когда рефлекс таки прорывается, такой ныряльщик вдыхает воду, со всеми понятными и печальными последствиями.
А почему нам иногда требуется глубокий вдох? (Из комментариев)
Хороший вопрос. Как правило - не для повышения насыщения кислородом. А для того, чтобы побольше выдохнуть, вывести как можно больше углекислого газа. Для того, чтобы... в общем, см. выше, описала этот феномен. Так что, не стесняйтесь выдыхать: организм устроен умно, тут он знает, что ему надо.
Вроде про дыхание всё, что хотелось сказать, сказала. В списке следующих (обещанных!) текстов: причины СД2, шалфей-зверобой-чабрец-чага и связь тупых шуток с когнитивистикой. Помню-помню.
Я - Злобная Биохимичка. Дзен вот. Донам как всегда большое спасибо!
А, песня про дыхание! Вот:























