Глава 11: Диафрагма и рёбра — дыхательный насос

Кто наполняет лёгкие?

В прошлой главе ты прокатился на красном поезде крови. Красные клетки крови забирали кислород в лёгких, мчались через сердце и доставляли этот кислород в каждый уголок тела, от мозга до кончиков пальцев ног. На обратном пути те же красные клетки крови помогали привезти обратно в лёгкие углекислый газ — ненужный газ, — чтобы ты мог его выдохнуть.

Но поезд может забрать только то, что ждёт его на станции. Если бы воздух в лёгких никогда не менялся, кислород в нём скоро бы закончился, а углекислый газ накапливался бы, как мусор, который никто не вывозит. Свежий воздух должен входить, а старый — выходить, снова и снова, весь день и всю ночь, всю твою жизнь.

Вот загадка. Лёгкие мягкие и губчатые, немного похожие на две большие губки, наполненные крошечными шариками. Своих сильных мышц у них нет. Они не могут сами сжаться или раздуться. Так что же заставляет лёгкие наполняться воздухом и снова опустошаться больше двадцати тысяч раз каждый день?

Ответ — команда мышц и костей, которая окружает лёгкие, как живая машина. Самый важный участник этой команды — мышца, которая называется диафрагмой. Её напарники — рёбра и маленькие мышцы между ними. Вместе они составляют дыхательный насос. В этой главе ты узнаешь, как работает этот насос, как тело поддерживает его работу даже во сне и как он помогает защищать тебя от микробов и пыли.

Диафрагма: купол под лёгкими

Положи ладонь на грудь, а потом опусти её к нижнему краю рёбер, чуть выше живота. Под ладонью, спрятанная глубоко в теле, находится диафрагма. Это широкий тонкий мышечный лист, который натянут поперёк всего тела изнутри, спереди назад и из стороны в сторону. Произнеси её название медленно: ди-а-фраг-ма.

Диафрагма похожа на купол или на перевёрнутую миску. Когда она расслаблена, середина купола выгибается вверх, в грудь. На ней лежат лёгкие и сердце. Под ней находятся желудок, печень и другие органы живота. Так диафрагма одновременно служит полом для груди и потолком для живота.

Как у любой мышцы, у диафрагмы есть одно главное движение: она может напрягаться. Когда мышца напрягается и становится короче, учёные говорят, что она сокращается. Когда диафрагма сокращается, купол опускается вниз и становится более плоским, почти как поверхность батута, которую кто-то туго натянул. Когда диафрагма расслабляется, купол снова поднимается и принимает изогнутую форму.

Это простое движение — вниз и вверх, вниз и вверх — и есть основа дыхания. Каждый раз, когда диафрагма становится плоской, пространство внутри груди становится выше. Каждый раз, когда диафрагма расслабляется, это пространство снова становится ниже. Как ты скоро увидишь, чтобы воздух входил в тело и выходил из него, достаточно менять размер этого пространства.

Диафрагма — одна из самых трудолюбивых мышц в теле. Мышцы рук отдыхают, когда ты сидишь спокойно, а мышцы ног — когда ты лежишь. А диафрагма работает с момента рождения, каждый день и каждую ночь. К счастью, она создана для такой ровной, спокойной работы. Она редко устаёт так, как устают ноги после долгого бега в гору.

Рёбра: клетка, которая умеет двигаться

А теперь пройдись пальцами по боку груди. Ты нащупаешь бугорки, один над другим, как перекладины лестницы. Эти бугорки — рёбра. У большинства людей двенадцать пар рёбер: двенадцать слева и двенадцать справа. Рёбра изгибаются от позвоночника сзади к грудине — плоской кости посередине передней части груди.

Вместе рёбра образуют грудную клетку. Слово «клетка» может звучать как что-то жёсткое и неподвижное, но грудная клетка совсем не такая. Между каждыми двумя соседними рёбрами есть тонкие слои мышц, которые называются межрёберными мышцами. Слово «межрёберные» просто означает «между рёбрами». Когда эти мышцы напрягаются, они поднимают рёбра вверх и в стороны.

Чтобы представить, как это работает, подумай о ручке ведра. Когда ручка опущена, она лежит вплотную к боку ведра. Когда поднимаешь ручку, она отходит в сторону и описывает более широкую дугу. Рёбра двигаются похоже. Когда межрёберные мышцы тянут их вверх, рёбра расходятся в стороны, а передняя часть груди немного выдвигается вперёд. Грудь становится шире из стороны в сторону и глубже спереди назад.

У грудной клетки есть вторая работа, такая же важная. Она — щит. Рёбра огибают сердце и лёгкие, как прутья прочного, но гибкого забора, и защищают эти мягкие органы от ударов и толчков, когда ты бегаешь, кувыркаешься или играешь. Многие рёбра соединены с грудиной хрящом — тем же плотным, но гибким материалом, из которого сделаны кончик носа и наружная часть ушей. Благодаря хрящу грудная клетка может немного поддаться, когда на неё давят, а не остаётся жёсткой, как коробка.

Есть ещё одна хитрая деталь. Снаружи каждое лёгкое, а изнутри стенка груди покрыты тонкими гладкими оболочками, которые называются плеврой. Между этими двумя слоями есть совсем немного скользкой жидкости. Эта жидкость позволяет лёгким скользить по стенке груди, не натирая её. А ещё из-за неё два слоя прилипают друг к другу, так же как два мокрых стекла легко скользят друг по другу, но их трудно оторвать одно от другого. Поскольку слои прилипают, лёгкие повторяют каждое движение груди, как тень, которая следует за тобой по полу.

Вдох и выдох

Теперь ты знаешь все части. Вот как они работают вместе. Воздух всегда движется оттуда, где он сжат сильнее, туда, где он сжат слабее. Учёные называют такое сжатие давлением. Когда отпускаешь горлышко надутого воздушного шарика, сжатый воздух внутри вырывается наружу, в комнату. Дыхательный насос пользуется этим простым правилом каждые несколько секунд твоей жизни.

Когда ты вдыхаешь, диафрагма сокращается и опускается, а межрёберные мышцы поднимают рёбра вверх и в стороны. Грудь становится больше во всех направлениях: выше, шире и глубже. Лёгкие, которые прилипают к стенке груди, растягиваются и заполняют освободившееся пространство. Теперь воздух внутри лёгких растянут, и он сжат слабее, чем воздух снаружи тела. Поэтому наружный воздух течёт внутрь через нос или рот, вниз по трахее и в лёгкие, пока давление внутри и снаружи снова не сравняется.

Пипетка работает похоже. Когда сжимаешь резиновый колпачок, а потом отпускаешь, колпачок расправляется и внутри становится больше места, и жидкость втягивается в трубочку, чтобы заполнить это место. Грудь похожа на этот колпачок. Каждый раз, когда диафрагма и рёбра делают грудь больше, воздух втягивается, чтобы заполнить дополнительное пространство.

Выдыхать, когда ты спокоен, ещё легче. Диафрагма просто расслабляется и снова поднимается, принимая форму купола. Межрёберные мышцы тоже расслабляются, и рёбра опускаются на место. Сами лёгкие упругие, как растянутая резинка, поэтому они сами сжимаются до меньшего размера. Грудь становится меньше, воздух внутри сжимается, и он выходит наружу. Когда ты отдыхаешь, выдох почти не требует усилий.

Когда нужно сильно подуть, тело добавляет мощности. Мышцы живота напрягаются и прижимают органы живота вверх к диафрагме, а другие мышцы рёбер тянут рёбра вниз. Ты пользуешься этим сильным толчком, когда задуваешь свечи на праздничном торте, пускаешь мыльные пузыри, кричишь другу через всё поле или играешь на свистульке или флейте. Ты пользуешься им и когда кашляешь, и об этом ты скоро прочитаешь подробнее.

Вот что можно безопасно попробовать прямо сейчас. Удобно сядь или ляг, положи одну ладонь на живот, а другую на грудь. Медленно вдохни через нос. Чувствуешь, как живот мягко выталкивает ладонь наружу? Так происходит потому, что диафрагма опускается и слегка сдвигает органы живота. Теперь медленно выдохни и почувствуй, как живот снова опускается: ты чувствуешь, как работает твой дыхательный насос.

Может быть, ты заметишь, что ладонь на груди двигается меньше, чем ладонь на животе. При спокойном дыхании большую часть работы делает диафрагма. При больших быстрых вдохах межрёберные мышцы подключаются гораздо сильнее, и ты чувствуешь, как поднимается вся грудь. Оба способа нормальные. Тело просто выбирает нужное усилие для каждого момента.

Частые вдохи, редкие вдохи

Попробуй посчитать, сколько раз ты вдыхаешь за одну минуту, пока сидишь спокойно. Попроси взрослого последить за часами. Это немного сложно, потому что, когда думаешь о дыхании, оно может меняться, так что просто дыши как обычно. Многие дети твоего возраста в покое делают примерно от пятнадцати до тридцати вдохов в минуту. Большинство взрослых дышат чуть медленнее, примерно от двенадцати до двадцати раз в минуту. Новорождённые малыши дышат гораздо чаще, часто от тридцати до шестидесяти раз в минуту, потому что их крошечные тела очень быстро растут.

Скорость дыхания не постоянная. Побегай по детской площадке, поднимись на холм или потанцуй под быструю музыку, и ты заметишь, что дышишь чаще и глубже. Работающие мышцы расходуют кислород и производят больше углекислого газа, поэтому дыхательный насос ускоряется, чтобы на станции всегда был запас для красного поезда. Когда ты садишься и отдыхаешь, дыхание понемногу снова успокаивается.

Каждый вдох меняется и по размеру. При спокойном вдохе диафрагма опускается совсем немного, примерно на ширину одного-двух твоих пальцев. При очень глубоком вдохе она может опуститься в несколько раз ниже. Как ты прочитал в главе 8, при спокойном вдохе взрослого через лёгкие проходит примерно пол-литра воздуха. По-настоящему глубокий вдох может вместить в несколько раз больше.

Иногда насос делает что-то неожиданное. Икота случается, когда диафрагма вдруг сама по себе резко дёргается и напрягается. Воздух начинает врываться внутрь, а долю секунды спустя голосовые связки в горле резко смыкаются, и получается звук «ик». Икота может мешать, но обычно она безвредна и через какое-то время проходит сама.

Дыхательный насос помогает ещё и говорить, петь и смеяться. Голос получается, когда воздух из лёгких выходит мимо голосовых связок в горле и заставляет их дрожать. Чтобы спеть длинную ноту, ты выпускаешь воздух медленно и ровно. Когда ты смеёшься, диафрагма и мышцы живота делают быстрые маленькие толчки, один за другим. Каждое слово, которое ты говоришь, выходит из тела на волне воздуха.

Ствол мозга: страж, который никогда не спит

Подумай немного о своём дыхании. Ты можешь решить сделать большой вдох, или дышать медленно, или задержать дыхание на несколько секунд, прежде чем опустить лицо в воду в бассейне. Но чаще всего ты вообще не думаешь о дыхании. Ты дышишь, пока читаешь, пока обедаешь, пока играешь и всю ночь, пока крепко спишь. Так кто же отвечает за дыхание, когда ты не обращаешь на него внимания?

Ответ — ствол мозга, та часть мозга, с которой ты познакомился в главе 3 и снова встретился в прошлой главе. Ствол мозга находится в самом низу головного мозга, там, где головной мозг соединяется со спинным — длинным пучком нервов, который проходит внутри позвоночника. Ствол мозга заботится о многих делах, которые поддерживают твою жизнь, и тебе не нужно о них думать, а дыхание — одно из самых важных этих дел.

Внутри ствола мозга группы нервных клеток посылают ровный ритм сигналов, как барабанщик, который отбивает ритм для оркестра. Каждый сигнал идёт по нервам к диафрагме и межрёберным мышцам и говорит им: «Напрягитесь». Между сигналами мышцы расслабляются. Удар барабана — вдох. Пауза — выдох. Ритм продолжается час за часом и год за годом.

Ствол мозга не только держит ровный ритм. Он ещё и прислушивается к донесениям от крошечных датчиков в теле. Некоторые из этих датчиков находятся в самом стволе мозга, а другие — рядом с крупными кровеносными сосудами в шее и возле сердца. Датчики постоянно проверяют кровь, особенно то, сколько в ней углекислого газа. Когда углекислый газ начинает накапливаться, например пока ты бежишь, датчики посылают сообщение, и ствол мозга приказывает насосу работать быстрее и сильнее.

Вот почему никто не может задерживать дыхание очень долго. Если задержать дыхание, углекислый газ в крови понемногу накапливается. Скоро датчики поднимают тревогу, и ствол мозга посылает всё более и более сильные сигналы, пока тебе просто не придётся вдохнуть. Эта система безопасности сильнее твоего собственного желания. И всё же долго задерживать дыхание — плохая игра, особенно в воде. Дышать всегда должно быть легко и удобно.

Ствол мозга — страж, который никогда не берёт перерыв. Когда ты спишь, дыхание становится медленнее и ровнее, но не прекращается всю ночь. Даже когда тебе снится, что ты летишь над горами или плаваешь с китами, барабанщик в стволе мозга продолжает отбивать ритм, а диафрагма продолжает гнать воздух внутрь и наружу.

Как насос тебя защищает

Ты уже познакомился со многими стражами, которые защищают лёгкие: с волосками и слизью в носу, с миндалинами в горле, с надгортанником, с эскалатором из крошечных волосков в трахее и с клетками-уборщиками в альвеолах. Дыхательный насос, может быть, и не похож на стража, но многие из этих стражей не смогли бы делать свою работу без него.

Во-первых, насос даёт силу кашлю и чиханию. Как ты узнал в главе 3, перед кашлем ты быстро вдыхаешь. Потом голосовые связки плотно смыкаются, а мышцы живота и межрёберные мышцы сильно сжимаются и создают давление внутри груди. Вдруг голосовые связки раскрываются, и сильная струя воздуха вылетает вверх по трахее, унося с собой слизь, пыль или случайную крошку. Без сильного дыхательного насоса запасные выходы, о которых ты читал раньше в этой книге, были бы просто слабыми маленькими выдохами.

Во-вторых, глубокие вдохи помогают лёгким оставаться чистыми и раскрытыми. Когда долго дышишь очень тихо, некоторые крошечные воздушные мешочки глубоко в лёгких могут наполняться не до конца. Каждые несколько минут ты незаметно для себя вздыхаешь, то есть делаешь вдох чуть больше обычного. Вздохи, а ещё большие вдохи, которые ты делаешь, когда бегаешь, смеёшься или играешь, снова раскрывают эти тихие уголки. Большие вдохи ещё и помогают эскалатору из крошечных волосков поднимать слизь наверх и уносить её. Это одна из причин, почему движение так полезно для лёгких.

В-третьих, насос подстраивается, когда тело борется с микробами. Когда ты болеешь, тело усердно работает за кулисами, и ему часто нужно больше кислорода, чем обычно. Ствол мозга это замечает и может заставить тебя дышать чуть чаще. Так дыхательный насос меняет скорость под то, что нужно телу, наперегонки ли ты бежишь с другом или отдыхаешь в постели. Если тебе когда-нибудь покажется, что дышать трудно или неудобно, важно сразу сказать взрослому.

В-четвёртых, насос работает вместе с носом. Когда ты спокойно вдыхаешь через нос, воздух движется достаточно медленно, чтобы согреться, увлажниться и очиститься, прежде чем дойдёт до лёгких. Диафрагма задаёт темп, а нос занимается очисткой. Спокойное дыхание носом днём и ночью позволяет этим двум стражам работать командой.

И наконец, помни, что насосу, как любому участнику команды, нужна забота. Если сидеть и стоять прямо, у диафрагмы есть место, чтобы двигаться. Бег, плавание, лазанье и танцы делают дыхательные мышцы сильнее. А если дышать когда-нибудь станет трудно, если в груди появится стеснение или дыхание станет шумным, и раньше такого не было, скажи взрослому, чтобы взрослый мог поговорить с врачом, если его это беспокоит.

Каждый вдох — это маленькая общая работа команды. Ствол мозга подаёт сигнал. Диафрагма опускается, а рёбра расходятся в стороны. Лёгкие растягиваются, и свежий воздух врывается внутрь, мимо всех стражей, вниз к крошечным шарикам, где ждёт красный поезд. Потом насос расслабляется, и старый воздух снова выходит наружу. В следующей главе ты узнаешь, что происходит в те дни, когда микробам удаётся проскользнуть мимо стражей, и как всё тело вместе даёт им отпор.

Ключевые слова

Диафрагма: мышечный лист в форме купола под лёгкими. Когда диафрагма напрягается и становится плоской, воздух входит в лёгкие.

Сокращаться: то, что делает мышца, когда напрягается и становится короче. Сокращаясь, мышцы тянут части тела и двигают их.

Рёбра: изогнутые кости, которые окружают грудь. Вместе они образуют грудную клетку, которая защищает сердце и лёгкие и двигается, когда ты дышишь.

Межрёберные мышцы: тонкие мышцы между рёбрами. Они поднимают рёбра вверх и в стороны, чтобы грудь стала больше, когда ты вдыхаешь.

Плевра: два тонких гладких слоя вокруг каждого лёгкого, между которыми есть немного скользкой жидкости. Они позволяют лёгким легко скользить, когда грудь двигается.

Давление: то, насколько сильно сжаты воздух или вода. Воздух всегда движется оттуда, где давление выше, туда, где оно ниже.

Частота дыхания: число вдохов, которые ты делаешь за одну минуту. Она увеличивается, когда ты двигаешься, и уменьшается, когда ты отдыхаешь.

Ствол мозга: нижняя часть головного мозга, где он соединяется со спинным мозгом. Он поддерживает дыхание и другие жизненно важные дела, и тебе не нужно о них думать.

Икота: внезапное резкое сокращение диафрагмы, за которым быстро смыкаются голосовые связки, и получается звук «ик».