Органы дыхания человека состоят, во-первых, из воздухоносных путей, которые только проводят воздух, очищая и согревая его, но не участвуют сами в газообмене (нос, носоглотка, гортань, трахея, бронхи), и, во-вторых, из собственно дыхательных органов (легкие), в которых притекающая от правого желудочка сердца кровь тесно соприкасается с воздухом.
Воздухоносные пути выстланы изнутри нежной слизистой оболочкой, в которой заложена масса крошечных железок, выделяющих слизь. В полости носа их насчитывается до 150 на 1 см2. Клетки слизистой оболочки снабжены особыми волосками, или ресничками, которые совершают непрерывные колебательные движения. Движения их сравнивают иногда с тем, как волнуется колеблемая ветром спелая рожь. Благодаря движениям ресничек образующаяся слизь непрерывно движется в сторону носа, к выходу, увлекая частицы пыли, попавшие вместе с воздухом, но задержанные ресничками и прилипшие к увлажненным слизью стенкам воздухоносных путей. До 5 кг пыли выводят таким путем из нашего организма в течение жизни незаметные труженики — ресничные клетки дыхательных путей, называемые в связи с характером их деятельности мерцательными клетками. У рабочих цементных производств эти клетки выводят в течение жизни 40 кг пыли.
Из сказанного ясно, что дыхание через нос является единственно правильным, ибо воздух успевает в этом случае согреться, и, что очень важно, он в значительной мере очищается от пыли. Носовое дыхание надо воспитывать и совершенствовать. Дыхание через рот менее полноценно, однако у него есть одно важное преимущество — гораздо меньшее сопротивление току воздуха, а значит, возможность очень быстрого вдоха и большего объема вентиляции легких. Поэтому в спорте при интенсивных нагрузках, где объем дыхания в 10—15 раз выше, чем в покое, приходится дышать и через рот. При плавании практически используется только ротовое дыхание.
После носа и носоглотки воздух попадет в гортань — орган, переднюю часть которого мы прощупываем на шее в виде «кадыка». Состоит гортань из ряда хрящей, особенно плотных у мужчин, и характеризуется тем, что благодаря наличию двух «занавесок» — правой и левой — просвет ее может меняться. Если занавески напрягаются и сближаются, просвет гортани превращается в узкую щель. Наоборот, если занавески расслабляются и отходят друг от друга, щель становится шире. Когда занавески напряжены, они дрожат, колеблемые струей проходящего воздуха, что делает их не только частью воздухоносных путей, но и местом образования голоса, в связи с чем занавески носят название голосовых связок.
После гортани воздух попадает в трахею, или дыхательное горло, оттуда в правый и левый бронхи, направляющиеся к легким и ветвящиеся там на бронхи все меньшего и меньшего калибра. Всего бронхиальное дерево насчитывает 16 «генераций» бронхов. Состоят трахея и бронхи из множества скрепленных хрящевых колец. Мельчайшие бронхи — бронхиолы — приносят воздух к легочным пузырькам — альвеолам, где и происходит газообмен.
Обмен газов в наших органах дыхания включает два этапа. С одной стороны, происходит обмен между атмосферным и альвеолярным воздухом. Он совершается в основном до альвеол, путем диффузии газов в последних генерациях мелких бронхов. С другой стороны, осуществляется обмен газов между кровью и альвеолярным воздухом. Этот обмен происходит только в альвеолах, которые, собственно, и представляют собой точку контакта между воздухом и кровью. Точно гроздья виноградин, окружают они бронхиолу. Их оплетает густейшая сеть кровеносных капилляров. Общая площадь альвеол наших легких Достигает почти 90 м2, что в огромной степени облегчает контакт крови с воздухом. Только два слоя тончайших клеток — стенка капилляра и стенка альвеолы — отделяют кровь от воздуха. Через эту перепонку газы легко проходят в обе стороны. Именно здесь, в альвеолах, организм наиболее близко соприкасается с химическими веществами окружающей среды. Стенки кишок, через слизистую которых всасывается пища, неизмеримо толще. Лучший способ ввести какое-нибудь лекарство в кровь — направить его в альвеолы. Однако лекарство должно быть для этого газообразным, в связи с чем данный способ и не может широко применяться. Понятно, что твердое тело или жидкость, которые из альвеол легко перешли бы в кровь, трудно довести до альвеол. Однако сидя в углекислой или сероводородной ванне, мы часто думаем, что газы эти проникают в организм через кожу, не понимая, насколько более значим здесь их путь проникновения через легкие.
Для нормального хода газообмена необходимо, чтобы легкие непрерывно вентилировались, т. е. чтобы свежий воздух быстро поступал, а отработанный быстро удалялся. Это ускорение вентиляции осуществляется благодаря дыхательным движениям, повторяющимся ритмично, в среднем 16 раз в минуту. Каждый раз грудная полость расширяется, и в легкие всасывается свежий воздух, а затем спадается, выдавливая воздух, насыщенный углекислотой и водными парами.
Грудная полость расширяется при вдохе двояким путем. Во-первых, благодаря сокращению наружных межреберных мышц поднимаются передние концы ребер, соединенные с грудиной. Задние концы ребер прикреплены к позвоночнику, причем ребра идут вперед и вниз. При сокращении межреберных мышц ребра, вращаясь вокруг своего прикрепления к позвоночнику, как вокруг оси, поднимаются, что расширяет грудную клетку и в направлении спереди назад, и в стороны. Окружность грудной клетки увеличивается при вдохе на 5—8 см, что легко проверить. Однако это лишь часть механизма вдоха. Во-вторых, грудная полость увеличивается и в направлении вниз, так как диафрагма, плотная мышечная перегородка, отделяющая грудную полость от брюшной, напрягается и при этом ее средняя часть, обычно приподнятая и называемая «куполом диафрагмы», опускается. Увеличение легких в связи с опусканием диафрагмы также можно проверить. Если постучать по телу в том месте, под которым находятся органы, содержащие воздух, получается совсем другой звук, чем там, где лежит сплошная плотная ткань. Так врачи определяют нижнюю границу легких. Если найти эту границу сначала в состоянии выдоха, а затем при глубоком вдохе, можно ясно видеть, что нижняя граница легких опустилась на 7—8 см. Поскольку при опускании диафрагмы она давит на брюшные внутренности и последние выпячивают слегка стенку живота, этот элемент дыхания называют брюшным. Брюшное дыхание выражено у мужчин больше, чем у женщин, которым свойственно преобладание грудного дыхания. Это не случайно. Во время беременности, представляющей одно из важнейших отправлений женского организма, брюшная полость оказывается в значительной мере заполненной увеличенной маткой, которая подпирает диафрагму и уменьшает ее подвижность. Поэтому в ходе эволюции грудное дыхание стало у женщин преобладающим.
Легкие покрыты гладкой, блестящей плеврой. Другой листок ее выстилает изнутри грудную клетку. В норме между этими листками нет сращений, но легкое силой атмосферного давления прижимается к стенкам грудной полости. По той же Причине оно при вдохе следует за расширяющейся грудной полостью. Однако легочная ткань слегка сопротивляется этому растяжению и на высоте вдоха расширяется не вполне так, как «требует» грудная полость. Если в такой момент между листками плевры измерить давление, оно окажется ниже атмосферного — на величину, соответствующую силе упругого сопротивления легких. Однако и в фазе выдоха, когда грудная полость уменьшается и легкие спадаются, они все же остаются еще в известной мере растянутыми, так как во время роста ребенка грудная клетка растет быстрее их. Таким образом, у взрослого человека давление между листками плевры чуть ниже атмосферного. В силу сказанного грудная полость обладает присасывающим действием, которое возрастает на вдохе. Это облегчает поступление крови из вен в правое предсердие. Не случайно у некоторых людей на высоте вдоха учащается пульс — увеличение притока крови вызывает более интенсивную работу.