Глава 8: Альвеолы — сотни миллионов крошечных шариков

Виноградные грозди на кончиках

Ты когда-нибудь держал в руках гроздь винограда? Наверху одна толстая веточка. Она делится на веточки поменьше, и каждая маленькая веточка заканчивается круглой пухлой виноградиной. А теперь представь гроздь винограда такую крошечную, что вся она поместилась бы на шляпке булавки. Внутри лёгких миллионы и миллионы таких гроздей, и именно в них происходит самая важная часть дыхания.

В прошлой главе ты проследил, как воздух спускается по ветвям бронхиального дерева, от ствола-трахеи до самых тонких веточек — бронхиол. В самом конце каждой крошечной бронхиолы воздух наконец попадает в гроздь маленьких круглых воздушных мешочков. Каждый такой мешочек называется альвеолой, а все вместе они — альвеолы.

Альвеолы — это та самая причина, по которой у тебя вообще есть лёгкие. Всё, о чём ты узнал до сих пор, от носа до бронхиол, — это дорога, которая ведёт сюда. Нос очищает и согревает воздух. Трахея и бронхи проводят его глубже и следят, чтобы он оставался чистым. Но только здесь, в альвеолах, кислород из воздуха уходит из воздуха и попадает в тело.

Каждая альвеола очень маленькая, всего около одной пятой миллиметра в поперечнике. Это примерно размер мелкой песчинки. Если выстроить пять альвеол в ряд, этот ряд будет длиной всего около одного миллиметра. Но хотя каждая из них такая маленькая, вместе они составляют большую часть лёгких изнутри.

Число альвеол трудно себе представить. В двух лёгких взрослого их примерно от 300 до 500 миллионов. Вот как можно почувствовать, насколько это большое число. Допустим, ты начал считать альвеолы, по одной в секунду, и ни разу не остановился, чтобы поесть или поспать. Чтобы досчитать до 300 миллионов, тебе понадобилось бы почти десять лет.

У новорождённого малыша альвеол гораздо меньше, чем у взрослого. Когда ребёнок растёт, лёгкие тоже растут, и новые альвеолы продолжают появляться много лет. Так что прямо сейчас, пока ты растёшь, твои лёгкие всё ещё строят новые крошечные шарики. Это одна из причин, почему чистый воздух так важен для детей. Твои лёгкие ещё не достроены, и они готовятся служить тебе всю жизнь.

Сколько воздуха наполняет все эти альвеолы при каждом вдохе? Когда взрослый спокойно сидит, каждый вдох — это примерно пол-литра воздуха, примерно столько, сколько помещается в маленькой бутылке воды. Твои спокойные вдохи меньше, потому что твои лёгкие меньше. Когда ты делаешь по-настоящему глубокий вдох, ты можешь втянуть в несколько раз больше воздуха, чем при спокойном вдохе. В любом случае свежий воздух расходится по ветвям и попадает в ждущие его альвеолы.

Альвеолы не плавают по отдельности, как свободные пузырьки. Они плотно прижаты друг к другу, как пузырьки в раковине, полной мыльной пены. У каждой альвеолы общие стенки с соседками. В некоторых из этих общих стенок есть даже крошечные отверстия, и через них немного воздуха может переходить из одной альвеолы в соседнюю. Если какой-то маленький дыхательный путь закупорится, эти маленькие отверстия могут пропустить немного воздуха к альвеолам за ним другим путём.

Почему не один большой шар?

Ты можешь спросить, почему в лёгких сотни миллионов крошечных шариков, а не просто два больших. Ответ связан с поверхностью. Поверхность чего-нибудь — это его наружная часть, та, которая может касаться окружающего воздуха. Кислород может попасть в кровь только через поверхность, поэтому чем больше поверхность лёгких, тем больше кислорода может попасть внутрь.

Вот как это можно понять. Представь большой круглый кусок льда. Если положить его в стакан с водой, он тает медленно, потому что воды касается только его наружная часть. А теперь раскроши этот же кусок льда на много маленьких кусочков. Колотый лёд тает гораздо быстрее, потому что у всех этих маленьких кусочков вместе намного больше наружной поверхности, которая касается воды. Льда столько же, но поверхность гораздо больше.

Лёгкие пользуются тем же приёмом. Разделив своё пространство на сотни миллионов крошечных альвеол, они создают огромную поверхность. Если бы можно было расправить стенки всех альвеол в лёгких взрослого и разложить их на полу, они заняли бы примерно от 50 до 100 квадратных метров. Это примерно как пол целого класса. И вся эта поверхность аккуратно сложена внутри груди, за рёбрами.

Большая поверхность означает, что в кровь одновременно может попасть много кислорода. Это особенно важно, когда ты бегаешь, прыгаешь или лазаешь. Когда мышцы усердно работают, им нужно гораздо больше кислорода, и огромная поверхность лёгких может его обеспечить. Даже когда ты сидишь спокойно, каждый вдох приносит свежий воздух сразу в миллионы альвеол.

Но большая поверхность — это только половина приёма. По другую сторону этой поверхности должна ждать кровь, чтобы забрать кислород. В лёгких есть и это. Кровь течёт вплотную к каждому из этих крошечных шариков, и сейчас ты это увидишь.

Стенка тоньше бумаги

Каждую альвеолу оплетает сеточка из очень тонких кровеносных сосудов, которые называются капиллярами. Капилляры покрывают каждую альвеолу, как сетка-авоська, надетая на мяч. Они такие узкие, что крошечные красные клетки крови внутри них должны двигаться гуськом, одна за другой, как дети, которые проходят через узкую дверь. Через эти сеточки протекает так много крови, что всё лёгкое приобретает нежно-розовый цвет. Кровь растекается тонким слоем прямо рядом с воздухом, и это помогает лёгким быстро проводить обмен.

Между воздухом внутри альвеолы и кровью внутри капилляра есть стенка. Но эта стенка поразительно тонкая. Она состоит из очень тонкой стенки альвеолы, плотно прижатой к очень тонкой стенке капилляра. Вместе их толщина часто меньше тысячной доли миллиметра. Это больше чем в сто раз тоньше листа бумаги.

Зачем стенке быть такой тонкой? Кислород и углекислый газ должны проходить прямо сквозь неё, а чем тоньше стенка, тем быстрее они через неё проходят. Представь москитную сетку на окне. Воздух легко проходит через неё, потому что сетка тонкая и в ней полно крошечных дырочек. Если бы сетка была толщиной с кирпичную стену, сквозь неё почти не проходил бы воздух. Тонкая стенка в лёгких немного похожа на такую сетку, только намного-намного тоньше.

Конечно, такая тонкая стенка ещё и очень нежная. На ней не может быть толстого слоя слизи или ковра из ресничек, потому что тогда стенка стала бы слишком толстой и обмен газов замедлился бы. Вот почему все стражи выше в дыхательных путях так важны. Нос, горло, трахея и бронхи ловят большую часть пыли и микробов задолго до того, как они смогут добраться до этого нежного места.

Великий обмен

А теперь самый важный момент всего путешествия. Когда ты вдыхаешь, свежий воздух наполняет альвеолы. В этом воздухе много кислорода. А кровь, которая приходит в капилляры, только что вернулась из путешествия по телу, где она отдала большую часть своего кислорода. Значит, в альвеоле кислорода много, а в крови рядом с ней гораздо меньше.

Когда в одном месте чего-то много, а в соседнем месте мало, оно обычно распространяется туда, где его меньше. Подумай, что происходит, когда в духовке печётся хлеб. Скоро запах расходится из кухни по всем комнатам дома. Или подумай о капле пищевого красителя в стакане воды. Понемногу цвет расходится, пока не окрасится весь стакан. Такое распространение называется диффузией.

Кислород делает в лёгких то же самое. Он распространяется из воздуха в альвеоле, где его много, сквозь тонкую стенку в кровь, где его меньше. В крови кислород подхватывают красные клетки крови и уносят его к остальному телу. Гораздо больше об этих красных клетках крови и их путешествии ты узнаешь в одной из следующих глав.

Вспомни из главы 1, зачем телу этот кислород. Каждая клетка использует кислород, чтобы получать энергию из еды, которую ты ешь, немного похоже на костёр, которому нужен воздух, чтобы гореть. Клетки высвобождают энергию из еды медленно и мягко, совсем без пламени, но им всё равно нужен постоянный приток кислорода. Теперь ты знаешь точное место, где этот кислород попадает в тело.

В то же время кое-что другое движется в обратную сторону. Пока тело работает, каждая его клетка производит ненужный газ, который называется углекислым газом. Кровь собирает этот углекислый газ и приносит его обратно в лёгкие. В капиллярах углекислого газа много, а в свежем воздухе альвеолы — совсем мало. Поэтому углекислый газ выходит из крови сквозь тонкую стенку в альвеолу. Когда ты выдыхаешь, он покидает тело.

Этот обмен происходит невероятно быстро. Красная клетка крови, проходя мимо альвеолы, проводит в капилляре меньше секунды, и за это короткое время она забирает свой кислород и отдаёт свой углекислый газ. Кислород внутрь, углекислый газ наружу, снова и снова, сразу в сотнях миллионов альвеол. Это происходит весь день и всю ночь, думаешь ты об этом или нет.

В главе 1 ты прочитал, что в выдыхаемом воздухе ещё остаётся довольно много кислорода. Теперь можно посмотреть на числа. Свежий воздух примерно на одну пятую состоит из кислорода, а в выдыхаемом воздухе остаётся чуть больше трёх четвертей этого кислорода. Лёгкие забирают из каждого вдоха только часть кислорода. Зато в выдыхаемом воздухе гораздо больше углекислого газа, чем в свежем, — примерно в сто раз больше. И в нём много водяного пара.

Этот водяной пар можно увидеть самому. В прохладный день мягко подыши на холодное окно или зеркало. На стекле появится запотевшее пятно. Это туман из крошечных капелек воды, которые вышли из лёгких вместе с дыханием. Тёплый влажный воздух из альвеол остыл, коснувшись холодного стекла, и вода в нём снова превратилась в капельки. Каждый выдох уносит с собой немного воды.

Высоко в горах воздух разреженный. Каждый вдох там содержит меньше кислорода, чем вдох у моря. Люди, которые поднимаются высоко в горы, замечают, что дышат чаще и сердце бьётся быстрее, потому что тело старается доставить в альвеолы достаточно кислорода. Если они остаются наверху несколько недель, тело постепенно привыкает, например начинает делать больше клеток, которые переносят кислород в крови.

Как шарики остаются открытыми и чистыми

С таким множеством крошечных влажных шариков есть одна непростая задача. Каждая альвеола изнутри покрыта очень тонкой плёнкой жидкости. Влажные поверхности склонны слипаться. Может быть, ты замечал, как два куска мокрой пищевой плёнки прилипают друг к другу или как слипаются мокрые волосы. Если бы им ничто не мешало, стенки крошечных альвеол могли бы слипаться и спадаться при каждом выдохе.

Лёгкие решают эту задачу с помощью особой жидкости, которая называется сурфактантом. Некоторые клетки в стенках альвеол вырабатывают сурфактант и распределяют его по внутренней поверхности. Сурфактант работает немного похоже на мыло. Он делает водянистую плёнку гораздо менее липкой, поэтому альвеолы могут оставаться открытыми, даже когда ты выдыхаешь до конца. А потом, когда ты снова вдыхаешь, альвеолы легко наполняются.

Вспомни, как надуваешь праздничный воздушный шарик. Первый выдох в него часто самый трудный, а когда шарик уже начал растягиваться, следующие выдохи даются легче. Если бы альвеолы полностью спадались при каждом выдохе, каждый вдох был бы похож на этот трудный первый выдох в шарик, снова и снова. Сурфактант не даёт альвеолам спадаться, поэтому каждый новый вдох даётся легко, и ты почти не замечаешь, что вообще дышишь.

Малыши начинают вырабатывать сурфактант ещё до рождения. Малыш, который родился намного раньше срока, мог ещё не успеть выработать его достаточно, и тогда дышать ему может быть трудно. Врачи и медсёстры, которые ухаживают за новорождёнными, знают, как помочь в таких случаях. Когда малыш подрастает, его лёгкие начинают сами вырабатывать достаточно сурфактанта.

У сурфактанта есть ещё одна работа, и она связана с защитой тела. Некоторые белки в сурфактанте могут хвататься за микробов. Они склеивают микробов в комочки, и тогда их легче найти и убрать. Так что даже здесь, в самой нежной части лёгких, есть защита. Жидкость, которая помогает альвеолам оставаться открытыми, помогает им и оставаться чистыми.

Стенки альвеол умеют ещё и сами себя чинить. Если какие-то тонкие клетки, выстилающие альвеолу, повреждены, например микробом, другие клетки рядом могут делиться и расти, чтобы их заменить. Так оболочка латается, немного похоже на то, как дорожные рабочие заделывают трещину в дороге. Лёгкие постоянно и незаметно ремонтируют и обновляют себя.

И всё же альвеолы не могут пользоваться слизью и ресничками так, как это делают более крупные дыхательные пути. Поэтому немногим самым крошечным частичкам, которые добираются до самого низа, нужна другая уборка. Некоторые из этих частичек — пыль, дым или кусочки пыльцы, слишком мелкие, чтобы их поймали выше. Другие — микробы. Если бы их нечем было убирать, они могли бы накапливаться в альвеолах.

Когда микробы добираются до альвеол

Чаще всего стражи в носу, горле и дыхательных путях останавливают микробов задолго до того, как те доберутся до альвеол. А с теми немногими микробами, которые всё-таки забираются так далеко, обычно быстро справляются. Но время от времени микробам удаётся поселиться в альвеолах и начать размножаться. Когда это происходит, тело посылает туда множество защитников, чтобы дать отпор.

Во время этой борьбы некоторые альвеолы могут наполниться не воздухом, а жидкостью и самими защитниками. Такую инфекцию в лёгких врачи называют пневмонией, или воспалением лёгких. Наполненные альвеолы не могут обменивать кислород и углекислый газ так хорошо, как обычно. У человека с пневмонией может быть высокая температура, кашель, частое или трудное дыхание, и он может чувствовать сильную усталость.

Если у ребёнка высокая температура и вместе с ней кашель, частое дыхание или кажется, что ему трудно дышать, взрослому нужно поговорить с врачом. Врач может послушать лёгкие стетоскопом — это инструмент с круглым концом, который прикладывают к груди. Через стетоскоп врач слышит, как воздух входит и выходит, и может многое понять о том, как работают лёгкие. Большинство людей с пневмонией выздоравливают при правильном уходе и отдыхе.

Есть много обычных, повседневных способов с самого начала не подпускать микробов к альвеолам. Мытьё рук, привычка прикрываться, когда кашляешь и чихаешь, и достаточный сон — всё это помогает стражам тела. Прививки тоже помогают научить тело узнавать некоторых микробов, которые могут вызывать инфекции в лёгких. Подробнее о мытье рук и прививках ты узнаешь дальше в этой книге.

Так кто же каждый день держит альвеолы в чистоте? Кто съедает пылинки, которые проскальзывают до самого низа, и кто стоит наготове, чтобы бороться с микробами, которые сюда приходят? Ответ — группа замечательных клеток, которые живут прямо внутри альвеол. Они ползают по внутренним стенкам и ищут всё, чему здесь не место.

Сделай медленный вдох и представь, как воздух приходит в альвеолы. Сотни миллионов крошечных шариков наполняются вместе. Кислород проскальзывает сквозь тонкие стенки в кровь, а углекислый газ выходит наружу, чтобы его выдохнули. А в уголках этих крошечных шариков усердно трудятся уборщики. В следующей главе ты познакомишься с этими уборщиками и увидишь, как они берегут самую глубокую часть лёгких.

Ключевые слова

Альвеолы: крошечные круглые воздушные мешочки на концах самых мелких дыхательных путей, где кислород попадает в кровь, а углекислый газ выходит из неё. Каждый такой мешочек называется альвеолой.

Капилляры: самые тонкие кровеносные сосуды в теле. Они оплетают каждую альвеолу, как сеточка, и красные клетки крови проходят по ним гуськом.

Кислород: газ в воздухе, который нужен каждой клетке тела, чтобы использовать энергию из еды.

Углекислый газ: ненужный газ, который производят клетки тела. Кровь доставляет его в лёгкие, и ты его выдыхаешь.

Диффузия: распространение чего-либо из места, где этого много, туда, где этого меньше, как запах, который расходится по дому.

Площадь поверхности: общий размер наружной части чего-либо. У лёгких огромная площадь поверхности, потому что они состоят из сотен миллионов крошечных альвеол.

Сурфактант: похожая на мыло жидкость, которая вырабатывается в альвеолах. Он не даёт крошечным воздушным мешочкам слипаться, а некоторые его белки помогают склеивать микробов в комочки.

Пневмония: инфекция глубоко в лёгких, при которой некоторые альвеолы наполняются не воздухом, а жидкостью, и дышать становится труднее.

Стетоскоп: инструмент, с помощью которого врачи через грудь слушают звуки лёгких и сердца.