Три универсальные функции дыхательных мышц, связанные с работой внутренних органов

2.1 Гомеостазис межклеточной жидкости определяет степень «комфортности» существования клеток

Все органы человеческого тела построены принципиально по одному и тому же плану. В них имеются клетки, выполняющие специфическую для данного органа функцию. Эти клетки составляют, так называемую, паренхиму органа. Кроме того, обязательно имеются соединительнотканные структуры, образующие, так называемую, строму, как бы остов, или каркас органа. Эти структуры представлены клетками соединительной ткани и производимыми ими неклеточными элементами, коллагеновыми и эластическими волокнами, а также гелеподобным межклеточным веществом. Эластические волокна создают условия для растяжения и сжатия органа. Коллагеновые волокна определяют предельный диапазон этих растяжении и сжатии, не вызывающий повреждения входящих в состав органа элементов. В составе каждого органа находятся также кровеносные сосуды. По одним из них, артериям, в орган поступает артериальная кровь, богатая питательными веществами и кислородом. Из артерий кровь поступает в капилляры. Капилляры — самые тонкие из кровеносных сосудов. Они пронизывают все ткани организма, находясь в непосредственной близости от любой его клетки. Через стенки капилляров, в отличие от стенок артерий и вен, вода с растворенными в ней солями может свободно проходить из крови в окружающее капилляры межклеточное пространство и обратно. В артериальной части капилляров преобладают силы, выводящие воду из артериальной крови капилляров наружу в межклеточное пространство. По мере движения крови по капиллярам силы, выводящие воду из капилляров, уменьшаются, а силы, стремящиеся вернуть ее назад в кровь капилляров, возрастают. В результате в венозной части капилляров начинают преобладать силы, втягивающие воду из околокапиллярного межклеточного пространства обратно в кровь, но уже в кровь венозной части капилляров. Происходит возврат воды с растворенными в ней солями назад. Но состав этой воды уже другой. Клетки взяли из нее нужные им вещества и кислород, а возвратили воду с продуктами своего обмена веществ и с углекислым газом. Далее, уже измененная в своем составе кровь поступает в вены (венозная кровь). По венам она выносится за пределы органа и, в конечном счете, поступает в правое предсердие. В результате, между каждой клеткой любого органа, его коллагеновыми и эластическими волокнами, и кровью капилляров находится промежуточное звено — межклеточная жидкость. Именно она является средой, непосредственно окружающей клеточные и неклеточные элементы органа и именного состава и других характеристик этой жидкости зависит степень комфортности существования каждой клетки организма. Благодаря постоянному кругообороту воды с растворенными в ней веществами между кровью артериальной части капилляров, межклеточной средой снаружи капилляров и кровью венозной части капилляров происходит постоянное обновление состава жидкости, окружающей все клетки и неклеточные элементы любою органа. Понятно, что эволюцией были созданы многочисленные специальные механизмы, направленные на обеспечение оптимального для клеток состава околоклеточной жидкости вне зависимости от уровня активности отдельных клеток и в целом всего организма Оказалось, что суммарная величина сил, выводящих воду из артериального конца капилляров, превышает сумму сил, возвращающих ее назад в венозную часть капилляров. В результате из артериальной части капилляров в межклеточное пространство выходит воды больше, чем за то же время возвращается в их венозную часть. Некоторое количество воды остается в межклеточном пространстве и ее количество должно постепенно нарастать. Каждый орган окружен более или менее жесткой соединительнотканной оболочкой, непроницаемой для воды. Увеличение количества межклеточной жидкости в органе должно вызывать отек органа, повышение давления межклеточной жидкости на все входящие в состав органа структуры и нарушение их работы. Кроме того, в межклеточной жидкости постоянно появляются вещества, которые не могут покинуть ее посредством поступления в кровь через стенки капилляров. Для крупномолекулярных соединений, образующихся в результате постоянной гибели части клеток, стенка капилляров непроницаема. Из капилляров в межклеточную жидкость постоянно выходят белки плазмы крови, так как их концентрация в плазме значительно выше, чем в межклеточной жидкости, а стенки капилляров, хотя и плохо, но все же проницаемы для белков. Концентрация в межклеточной жидкости всех этих веществ должна постепенно повышаться, нарушая ее состав. Межклеточная жидкость, в отличие от крови, непосредственно контактирует с клетками. Если ее состав и другие характеристики становятся неблагоприятными для клеток органа, то для этих клеток уже не имеет значение наличие одновременно оптимальных характеристик, т. е. гомеостазиса, артериальной крови.

2.2 Лимфатическая система — важный фактор обеспечения гомеостазиса межклеточной жидкости

Для постоянного удаления той части воды, на которую выход воды из капилляров превышает ее возврат в кровь, а также для удаления всех веществ, попадающих в межклеточную жидкость и не имеющих возможности покинуть ее через кровь, в организме человека существует специальная, дренажная сосудистая система, так называемая лимфатическая система. Она значительно отличается от кровеносной системы. Кровеносная система — замкнута. В ней кровь движется по большому и малом) кругу кровообращения за счет включенного в каждый круг мышечного насоса, соответственно, левого и правого желудочков сердца. Лимфатическая система не замкнута. Она начинается, гак называемыми, лимфатическими капиллярами, пронизывающими, как и кровеносные капилляры, все органы и ткани организма. Стенки лимфатических капилляров легко проходимы для веществ и целых клеток, для которых стенки кровеносных капилляров проходимы плохо или непроницаемы совсем. Поэтому по мере накопления таких веществ и клеток в межклеточном пространстве они поступают в лимфатические капилляры, а из них в лимфатические сосуды с уже непроницаемыми, хотя и очень тонкими стенками. Внутри лимфатических сосудов находятся клапаны, пропускающие ток жидкости (лимфы) только в одном направлении от периферии к сердцу. В стенках лимфатических сосудов имеются гладкомышечные клетки, обладающие автоматической сократительной активностью. Регулярно сжимая и разжимая стенки лимфатических сосудов, эти мышцы проталкивают лимфу в направлении, определяемом клапанами, т. е. выносят за пределы каждого органа избыток воды и все те вещества, которые не могут быть удалены из органа током крови. Таким образом, в лимфатической системе нет какого-то специального отдельного мышечного органа типа сердца, который бы обеспечивал движение лимфы по лимфатической системе. Единственной структурой, специально предназначенной для обеспечения движения лимфы, являются гладкие мышцы стенок лимфатических сосудов.

Лимфа от всех органов и тканей собирается в два конечных протока — правый лимфатический проток и грудной проток, которые впадают в крупные вены, чаще — во внутренние яремные. Таким образом, в конечном счете, лимфа поступает в венозную кровь и вместе с нею в правое предсердие. В результате благодаря задержке части воды капилляров в межклеточном пространстве и деятельности лимфатической системы происходит постоянное обновление межклеточной жидкости и исключено избыточное накопление воды в тканях организма, т. е. лимфатической системой осуществляется дренажная функция. При этом организм не теряет воду лимфы, так как вода возвращается назад в кровеносную систему и продолжает выполнять свои функции. Вместе с «избыточной» межклеточной водой лимфа возвращает в кровеносную систему все те полезные для организма вещества, которые вышли из крови в тканевую жидкость, показались невостребованными в данное время клетками данной ткани и при этом не смогли возвратиться назад в кровь капилляров. Их организм может использовать вновь. В тканевой жидкости вместе с полезными, нужными организму веществами могут находиться вещества и клетки, опасные для него, различные токсические вещества, вирусы, бактерии, микробы и т. д. Пока они находятся только в составе межклеточной жидкости органа и не могут проникнуть в кровь через стенки кровеносных капилляров, эти вещества и клетки опасны только для клеток органа. Свободно проникая в лимфатические капилляры, «опасные» вещества и клетки с током лимфы, казалось бы, должны неизбежно попасть в кровоток и получить возможность оказывать повреждающее воздействие уже на весь организм. Но этих неблагоприятных последствий обычно не происходит. По ходу лимфатических сосудов находятся многочисленные лимфатические узлы. Они состоят из скопления различных видов специальных клеток (лимфоцитов, макрофагов). Эти клетки очищают лимфу от токсинов, микробов, бактерий, вирусов, попадание которых в кровь опасно для организма. Всего в организме более 400 лимфатических узлов и лимфа от каждого органа и ткани проходит на своем пути в кровь через несколько из них.

Итак, каждый орган представляет собой образование, имеющее определенную форму и размер, задаваемые и поддерживаемые соединительнотканными коллагеновыми и эластическими волокнами, образующими каркас органа и его оболочку. Внутри этого каркаса расположены клетки паренхимы, обеспечивающие ту функцию, для выполнения которой орган предназначен. В орган входят артериальные кровеносные сосуды и нервы, а из него выходят венозные кровеносные сосуды и лимфатические сосуды. Пространство между клетками, нервами, сосудами и волокнами заполнены межклеточной жидкостью. Она же находится между волокнами и клетками стенок сосудов, а также между отдельными нервными волокнами внутри нервов. Сама жидкость не сжимаема, но каждый орган при сжатии может уменьшать свой объем за счет выдавливания крови из кровеносных и лимфатических сосудов за пределы органа. При растяжении оболочки, как бы капсулы, каждого органа он может увеличить свой объем за счет расширения находящихся внутри органа кровеносных и лимфатических сосудов и увеличения объема поступающей в них крови и лимфы. В этом смысле любой орган напоминает губку, находящуюся в воде. При сжатии губки вода из нее выдавливается, при прекращении сжатия губка в силу эластичности восстанавливает свой исходный объем, насасывая воду внутрь себя.

Стенки лимфатических сосудов чрезвычайно тонкие, количество находящихся в них гладкомышечных клеток незначительно, развиваемое ими мышечное давление на находящуюся в лимфатических сосудах лимфу также невелико. Поэтому самими лимфатическими сосудами, их гладкомышечными элементами, дренажная функция осуществляется полноценно лишь при минимальной скорости образования тканевой жидкости и при минимальном противодействии движению лимфы в направлении к сердцу. Даже незначительное давление на лимфатические сосуды снаружи может прекратить отток лимфы. Так, в положении сидя или лежа некоторые области тела человека, испытывают значительное дополнительное давление на них. От этих областей прекращается отток лимфы и уменьшается их снабжение кровью. В этих условиях постепенно ухудшается состав межклеточной жидкости и может наступить гибель клеток и образование пролежней.

При длительном стоянии человека неподвижно лимфатические сосуды ног не справляются с дренажной функцией. При стоянии лимфа образует внутри лимфатических сосудов, несущих лимфу от тканей ног, вертикальный столб, вес которого мышцам лимфатических сосудов необходимо преодолевать. Скорость оттока лимфы от тканей ног уменьшается. Одновременно вырастает давление крови в венах ног и в венозной части капилляров, противодействуя возврату' воды из тканей в кровь. В результате, количество воды в тканях в области голено-стопных суставов возрастает. Возникает отек тканей ног и ухудшение характеристик межклеточной жидкости.

2.3 При ритмических сокращениях скелетные мышцы становятся «сердцем» собственных лимфатических сосудов

При увеличении функциональной активности любого органа интенсивность обмена веществ в нем возрастает. Кровоток через орган увеличивается за счет, прежде всего, раскрытия ранее закрытых капилляров. В результате количество воды, остающейся в тканях работающего органа, возрастает пропорционально нагрузке на него. Соответственно, должна возрастать дренажная функция лимфатической системы, а возможности ее мышечного аппарата таковы, что они с трудом обеспечивают удаление избытка воды даже в состоянии физиологического покоя. При динамической, наиболее распространенной в природе активности скелетных мышц, т. е. при ритмических сокращениях и расслаблениях, скелетная мышца превращается в «губку», которая при сокращении «выжимает» воду из себя через лимфатические пути, а при расслаблении «насасывает» новую порцию из питающих скелетную мышцу капилляров. Таким образом, при ритмических сокращениях скелетной мышцы она сама становится основным двигателем лимфы по находящимся в ней лимфатическим сосудам. Фактически, при ритмических сокращениях скелетная мышца приобретает еще одну функцию. Эта функция направлена на поддержание гомеостазиса жидкости, окружающей клетки самой этой мышцы. Чем сильнее и чаще сокращения мышцы, тем выше скорость оттока лимфы и скорость обновления состава межклеточной жидкости в этой мышце. Само усиление работы скелетных мышц выступает как положительная обратная связь, пропорционально усиливающая поступление к работающим мышцам питательных веществ и удаление от них возросшего количества продуктов обмена. Увеличение активности скелетных мышц предполагает обязательное увеличение функциональной активности ряда внутренних органов, т. е. увеличение в них интенсивности обмена веществ. Однако, внутренние органы лишены поперечно-полосатых скелетных мышц. В стенках полых внутренних органов имеются гладкие мышцы, как правило, обладающие ритмической автоматической активностью. Однако, строение гладких мышц внутренних органов и характер их сократительной активности исключает участие этих мышц в продвижении лимфы. В этих условиях отсутствие поперечно-полосатой мускулатуры и ее ритмических сокращений, способствующих продвижению лимфы, казалось бы, лишает внутренние органы важного механизма поддержания гомеостазиса среды, окружающей их клетки.

2.4 Дыхательные мышцы — важнейший канал связи между органами анимальной (животной) и органами вегетативной (растительной) жизни

Все органы человеческого тела условно делятся на те, функции которых есть и у растений, и на те, функции которых присущи только животным. Первую группу составляют органы пищеварения, дыхания, мочеотделения, размножения, сосуды и эндокринные железы. Их называют органами вегетативной, растительной (от латинского vegetare — расти) жизни. Опорно-двигательный аппарат, органы чувств и нервная система составляют вторую группу. Их называют органами анимальной, животной (animal — животное) жизни, т.к. этот комплекс органов обеспечивает передвижение, присущее почти исключительно животным. Это, казалось бы, условное деление по формальным признакам реализуется в виде определенных анатомических взаимоотношений. Органы вегетативной жизни находятся внутри полостей — грудной, брюшной и тазовой, почему и называются внутренними органами, внутренностями. Полости образованы так называемой «сомой» — телом, которая составляет их стенки. Под «сомой» понимают опорно-двигательный аппарат, покрытый кожей. В свою очередь, опорно-двигательный аппарат состоит из рычагов — костей (костная система), их соединений (суставы и связки) и приводящих их в движение поперечнополосатых (скелетных) мышц (мышечная система).

Комплекс анимальных органов обеспечивает животному добывание пищи. Комплекс вегетативных органов перерабатывает пишу, превращая ее в вещества, которые могут быть использованы всеми органами, в том числе и органами анимальной жизни, для получения энергии и для построения новых структур взамен состарившихся. В свою очередь, большая часть созданных вегетативными органами из пищи веществ используется анимальными органами как источник энергии для добывания пищи. Таким образом, органы вегетативной и анимальной жизни только вместе могут выполнять задачи, для решения которых они существуют — создать единый организм и обеспечить поддержание его жизни. При этом их деятельность должна быть согласована, скоординирована Чем интенсивнее мышечные усилия по добыванию пищи, тем больше они требуют энергии, тем большее количество пищи должно поступать и перерабатываться органами вегетативной жизни и тем большее количество веществ для получения энергии должно поставляться ими в работающие скелетные мышцы. Считается, что функциональное объединение вегетативных и анимальных органов в единый организм обеспечивается специальными анатомическими структурами — сосудами, несущими кровь и лимфу, и нервной системой.

На самом деле между органами анимальной и вегетативной жизни существует, кроме широко известных и общепризнанных видов связи, а именно, нервного и сосудистого, еще один важнейший вид связи — через поперечно-полосатую дыхательную мускулатуру. Дыхательная мускулатура одновременно может быть отнесена к органам анимальной и вегетативной жизни. Она входит в состав скелетных поперечно-полосатых мышц опорнодвигательного аппарата, подчиняется сознанию, волевым командам, участвует в удержании различных поз и в перемещении тела. В то же время дыхательная мускулатура обслуживает один из процессов вегетативной жизни, а именно, дыхание. Ее сокращения и расслабления при дыхании осуществляются автоматически, без участия сознания. Интенсивность сократительной активности дыхательных мышц находится в прямой зависимости от интенсивности работы скелетных мышц, обеспечивающих перемещение тела. В свою очередь интенсивность дыхания находится в прямой зависимости от интенсивности работы дыхательной мускулатуры. Таким образом, дыхательная мускулатура выступает, как бы, в качестве приводного ремня, через который органы анимальной жизни связаны с органами вегетативной жизни.

В научной физиологической и медицинской литературе и, особенно, в популярных изданиях дыхательную систему связывают почти исключительно с выполнением важнейшей для существования организма функции обеспечения клеток и тканей кислородом, поскольку в обеспечении этой функции ей в организме больше нет конкурентов. В меньшей степени принято говорить о значимости функции удаления углекислого газа, т.к. дыхательная система является лишь одним из органов выделительной системы и одним из органов, участвующих в поддержании кислотно-щелочного равновесия. Обычно только в специальной научной литературе упоминается о некоторых функциях легких, не имеющих отношения к газообмену в них. И. практически, отсутствует обсуждение роли дыхательной мускулатуры в обеспечении каких-либо процессов, кроме вентиляции легких. Всю смысловую сторону постоянной на протяжении всей жизни человека ритмической активности дыхательной мускулатуры сводят, в конечном счете, только к изменению объема легких, обеспечивающему газообмен организма с атмосферой. На самом деле через дыхательную мускулатуру анимальная система связана не только с легкими, но со всеми органами вегетативной жизни. Все они находятся в 3-х полостях, образованных сомой. В результате такого анатомического расположения органов вегетативной жизни во всех 3-х полостях — грудной, брюшной и тазовой происходят при дыхании на протяжении всей жизни ритмические колебания давления с частотой дыхания. Эти изменения давления воздействуют на все структуры, находящиеся в полостях тела, в той или иной степени ритмически растягивая и сжимая их. Кроме того, органы вегетативной жизни связаны между собой и со стенками полостей соединительнотканными структурами, фиксирующими органы в определенных участках полостей, а также связаны с проходящими внутри полостей сосудами и нервами. При дыхании изменяется не только величина давления в полостях, но и их объем. Это означает, что все, находящиеся в полостях тела структуры на протяжении всей жизни подвергаются еще одному дополнительному растяжению и сжатию в ритме дыхания в результате смещения органов по отношению друг к друг)' и по отношению к стенкам полостей. Вызываемые дыханием, работой дыхательных мышц, ритмические изменения длины стенок всех полых органов вегетативной жизни, их сосудов и нервов, изменение объема полых органов, растяжение и сжатие неполых органов, печени, селезенки, почек, поджелудочной железы являются фактором, обеспечивающим решение в каждом из органов вегетативной жизни нескольких важнейших для поддержания структуры и функции органа задач.

2.5 Дыхательные мышцы — «сердце» лимфатической системы внутренних органов

Скелетная мышца оказывает помощь проходящим в ней лимфатическим сосудам в обеспечении гомеостазиса окружающей мышечные клетки жидкости только при ритмических сокращениях этой скелетной мышцы. Дыхательная мускулатура участвует в обеспечении гомеостазиса межклеточной жидкости всех внутренних органов постоянно днем и ночью на протяжении всей жизни человека. Степень этого участия определяется величиной перепадов давления в полостях при вдохе и выдохе и напрямую связанной с ней величиной изменения объемов полостей тела. Чем глубже дыхание с участием в нем как диафрагмы, так и дыхательных мышц грудной клетки, тем значительнее растяжение и сжатие всех внутренних органов, интенсивнее противодействие увеличению в них жесткости коллагена, интенсивнее дренажная функция лимфатической системы, более эффективно обновление состава межклеточной жидкости с приближением его к оптимальному для всех клеток всех внутренних органов. Глубокое дыхание, сжимая и растягивая внутренние органы, как бы. прополаскивает, как губку, каждый из них «чистой» водой крови, удаляя всю «грязь», накопившуюся за время между «чистками».

У первобытного человека такие «чистки» происходили регулярно при каждой интенсивной физической нагрузке. У современного человека, ведущего малоподвижный образ жизни, такое обновление состава околоклеточной среды внутренних органов может вообще отсутствовать. При дыхательном объеме 500 мл колебания давления в полостях тела минимальны, растяжение и сжатие внутренних органов, а также их смещение при дыхании также минимальны. В этих условиях во внутренних органах интенсивно нарастает жесткость коллагена. Увеличение жесткости коллагена означает снижение кровои лимфотока через органы, разрастание соединительной ткани (склерозирование органа), уменьшение в структуре органа доли эластических элементов и ослабление функциональных возможностей клеток паренхимы (их атрофию). Очевидно, данное воздействие дыхания на органы вегетативной жизни, включая и сам дыхательный комплекс — грудную клетку, дыхательные мышцы и сами легкие, носит универсальный характер, касающийся в том числе кровеносной и лимфатической системы, а также иннервирующих внутренние органы нервов. Вызываемые дыханием ритмические изменения длины происходят и в центральной нервной системе, в спинном и головном мозге. Везде это воздействие дыхания направлено, фактически, на противодействие старению всех этих органов и тканей через противодействие «старению» входящего в их состав коллагена и через участие в обеспечении гомеостазиса межклеточной жидкости каждого внутреннего органа усилением дренажной функции лимфатической систем, а также дренажной функции спинно-мозговой жидкости.

Третья задача, которую решают дыхательные мышцы при дыхании, заключается в помощи полым внутренним органам в обеспечении их функций или в полном ее осуществлении, как это происходит с вентиляцией легких. Эта задача тоже носит универсальный характер, т.к. касается всех полых органов. Однако, ее реализация по отношению к разным внутренним органам имеет свою специфику.