В стенках бронхов располагаются слизистые железы, которые покрыты мерцательным эпителием. Совместная деятельность слизистых желёз, бронхов, мерцательного эпителия и мускулатуры способствует увлажнению поверхности слизистой оболочки, разжижению и выведению наружу вязкой мокроты при патологических процессах, а также выведению частиц пыли и микробов.

Воздух, пройдя путь по вышеописанным воздухоносным путям, очищенный и нагретый до температуры тела, попадает в альвеолы, смешивается с имеющимся там воздухом и приобретает близкую к 100-процентной относительную влажность.

Газообмен между внешним воздухом и кровью при выдохе и вдохе лёгких происходит в основном в альвеолах, которых насчитывается свыше 700 миллионов; они покрыты густой сетью кровеносных капилляров.

Воздух попадает в альвеолы благодаря изменению объёма легких из-за дыхательных движений грудной клетки. Так, при вдохе объем лёгких увеличивается, давление воздуха в них становится ниже атмосферного воздуха и последний засасывается в лёгкие. При выдохе объём легких уменьшается, давление в них воздуха становится выше атмосферного и воздух устремляется наружу. Во время вдоха давление в воздухоносных путях на 10–25 мм водного столба ниже атмосферного; во время выдоха оно на 20–40 мм водного столба выше атмосферного. Чем интенсивнее дыхание, тем сильнее падение давления воздуха в лёгких при вдохе и повышение его при выдохе.

Если говорить о клеточном дыхании, то в живом организме все клетки задействованы в том или ином виде дыхания. Процесс дыхания позволяет клетке переносить химическую энергию, запасённую в углеводородах, липидах и некоторых белках в молекулы-носители, такие как аденозинтрифосфат (АТФ). Затем при необходимости клетки используют хранящуюся АТФ для различных реакций, которые происходят внутри клетки – в первую очередь для образования клеточных белков.

Таким образом, по мере распада пищевых молекул из них высвобождается энергия, которая может быть использована для поддержания функций клетки. Этот процесс зависит от наличия кислорода. Заметим, что при отсутствии кислорода в организме может развиваться анаэробное дыхание или ферментация (брожение), но оно не представляет какого-либо значения для дыхательной системы человека и здесь не рассматривается.

Кислород играет основополагающую роль в обеспечении клетки энергией, – если его добавить к молекуле глюкозы (простой сахар), то получится углекислый газ и вода – с полным выходом 36 молекул аденозинтрифосфата (АТФ). Клетки расходуют АТФ в качестве энергетического средства для проведения большинства энергозатратных реакций. Химическая реакция жизнедеятельности клетки описывается следующим уравнением:

(с типичным выходом энергии в 36 АТФ).

Этот клеточный процесс известен как гликолиз.

Рассмотрим анатомические особенности дыхательной системы человека. Основной задачей её является газообмен. Однако, дыхательная система выполняет множество и других функций, таких как насыщение лёгких воздухом (механическое дыхание), использование кислорода (его обработка) и удаление углекислого газа и воды из организма. Основными структурами, задействованными в этом процессе, являются: полость носа, глотка, гортань, трахея, бронхи, бронхиолы и альвеолы лёгких (смотри рисунок № 1).

Функционально дыхательная система обычно делится на проводящий отдел и дыхательный отдел. Проводящий отдел состоит из всех проходов и структур, которые проводят газы к дыхательному отделу. Газообмен происходит в дыхательном отделе, который состоит из бронхиол и альвеол.

Наружный воздух попадает в наш организм через два отверстия: рот и нос.

После входа в полость носа он согревается с помощью разветвлённой сети кровеносных сосудов, покрывающих полость носа. Полость носа покрыта волосками, называемыми вибриссами, которые обычно располагаются в ноздрях для задержания микрочастиц от попадания в лёгкие. Мелкие частицы, такие как пыль, пыльца растений или дым, задерживаются на влажной слизистой оболочке, которая выстилает полость носа.

Глотку, представляющую также элемент проводящей системы организма, выстилает слизистая оболочка, покрытая выделяющими слизь клетками. Слизь помогает задерживать пыль, пыльцу и другие инородные частицы. Без подобного специального покрытия эти чужеродные частицы попадали бы в места, где происходит газообмен и мешали бы физиологическим обменным процессам. Но слизь сама по себе не решает всех проблем удаления «биологического мусора». Если бы она оставалась на стенках глотки, то, в конечном счёте, высыхала бы и не могла бы выполнять защитную очистительную функцию. Наше тело должно быть в состоянии постоянно удалять старый слой слизи и производить новый. Для этого существует особая группа пальцевидных выростов, известных как реснички. Эти особые выросты удаляют старую слизь и наносят новый “свежий” слой слизи, поддерживая глотку во влажном состоянии.

«Реснички [5] представляют собой крошечные волосоподобные выросты размером приблизительно 0.25µм в диаметре, в центре которых находится пучок микротрубочек. Их функцией является передвижение жидкости по поверхности клеток или проталкивание отдельной клетки через жидкость. На эпителиальных клетках, которые выстилают дыхательные пути человека, огромное число ресничек (10⁹ на каждом см²) удаляют слои слизи вместе с задержанными частицами пыли и мёртвых клеток, и продвигают их по направлению ко рту, где они проглатываются или выплёвываются и таким образом удаляются».

По мере продвижения воздуха к альвеолам в лёгкие он проходит через глотку в гортань, обычно называемую голосовой камерой. В голосовой камере находятся несколько маленьких, расположенных строго по парам констрикторных (сжимающих) мышц, которые помогают менять длину, положение и напряжение голосовых связок, и имеют специфическую иннервацию [6]. Гортань выполняет две функции: предохраняет попадание пищи (в основном жидкостей) в трахею и участвует в образовании звуков.

Отмечается [2] замечательное свойство гортани в передаче речевых сообщений, причём она обладает анатомическими особенностями, которые можно обнаружить только у людей. Ни среди современных живых существ, ни среди тех, которые принадлежат к летописи окаменелостей, нет ни одного, кто обладал бы чем-либо напоминающим гортань (“голосовую камеру”), которая обнаруживается только у людей. Отметим, что птицы и животные производят звуки для общения, не используя гортань.

Речь осуществляется речевым аппаратом человека, который состоит из набора органов. Они представляют собой механизм по извлечению звука. Этот механизм управляется волей человека и сам по себе не издает никаких произвольных осмысливаемых звуков, а только по воле человека. По сути дела весь механизм речеобразования человека образно можно представить духовым инструментом наподобие волынки, где лёгкие – это мехи подающие воздух, а ротовые и носовые полости – резонаторы, язык и губы – клавиши переключения звуков, а голосовые связки – резонаторные усилители звуков. Всё очень наглядно и конкретно.

Лёгкие создают первичное давление воздуха, необходимое для создания речевого сигнала. Полость глотки, полость рта и полость носа придают форму окончательному исходящему звуку, который воспринимается как речь. Может ли эволюция объяснить существование гортани, и почему у других животных не развилась способность говорить? Наши знания не позволяют пока ответить на эти вопросы [2].

Дыхательный отдел лёгких

Ещё болеё сложно и совершенно устроены трахея и бронхи человека. Из гортани воздух поступает прямо в трахею или дыхательное горло. В работе [9] даётся такой комментарий: «Ниже глотки дыхательные пути состоят из трахеи – трубки, которая доходит почти до середины груди; бронхов (бронхиального дерева), образованных разделением трахеи, где затем каждая трахея делиться ещё раз; и бронхиол – тонких и коротких эластичных дыхательных путей, вновь многократно разделяющихся и образовывающих альвеолярные ходы, от которых отходят альвеолы».