Физиологическое понятие дыхания
Физиологическое понятие дыхания имеет отношение в первую очередь к функции газообмена; под дыханием понимают газообмен организма. В той или иной форме обмен газообразных веществ с окружающей средой имеет место повсюду в мире живого, от одноклеточных до сложноорганизованных животных. У последних каждая ткань, каждая клетка существенно связана с газообменом. Газообмен осуществляется посредством диффузии и на клеточном уровне непрерывен; диффузия вызывается вследствие разности парциальных давлений. Под парциальным давлением газа понимают процентное отношение давления данного газа к общему давлению газовой смеси. Парциальное давление кислорода в атмосферном воздухе составляет 21,3 кПа (160 мм рт.ст.) и углекислого газа 0,04 кПа (0,3 мм рт.ст.) Обмениваемые массы кислорода и углекислого газа по 1-ому закону диффузии Фика прямо пропорциональны падению парциального давления между альвеолярным воздухом и кровью.
Как только множество клеток образует ткань, то расстояния для диффузии становятся столь велики, что эффективный газообмен более уже невозможен. Поэтому у сложноорганизованных организмов имеются транспортные системы, которые осуществляют доставку дыхательных газов из внешней среды в непосредственное окружение клеток. У человека транспорт дыхательных газов, которые в крови химически связаны в количестве, пропорциональном их парциальным давлениям, на различные расстояния осуществляет кровообращение. Газообмен между кровью и внешней атмосферой совершается в легких. При этом идет непрерывный процесс диффузии газов между наполненными воздухом альвеолами легких и кровью, текущей по легочным капиллярам. Для того, чтобы альвеолярный воздух сохранял примерно постоянный состав при непрерывном газообмене с кровью, этот воздух с каждым вдохом должен «обновляться» (вентиляция). Процесс периодического обновления воздуха в физиологии именуется внешним дыханием (процессы диффузии в тканях тела, включая окислительные процессы при обмене между средами, в отличие от внешнего называют внутренним дыханием). Итак, внешнее дыхание связано с двигательной активностью аппарата «обновления воздуха». С этими дыхательными движениями сопряжен и ряд других функций, не связанных с газообменом, которые позволяют по-иному осветить понятие дыхания.
Обеспечивая газообмен, внешнее дыхание представляет собой такой вид жизнедеятельности, который, вообще говоря, дает основание для отождествления дыхания и жизни. При дыхании количество вентилируемого воздуха соотносится с потребностью организма, и это количество поддерживается на стабильном уровне благодаря «химической регуляции дыхания» (см.ниже). Все остальные функции внешнего дыхания не зависят от количества вентилируемого воздуха, однако они зависят от формы дыхания. Внешнее дыхание выполняет следующие «недыхательные функции».
Восприятие запахов, обоняние возможно только посредством особых форм вдоха (медленный, глубокий вдох, акт принюхивания). Любая звуковая коммуникация (речь, крик, пение) становится возможной только благодаря специальным формам выдоха. Внешнее дыхание связано и с выразительными движениями невербальной коммуникации (стон, смех, рыдание, кашель) и, равным образом, с психическими переживаниями (см. ниже). Кроме того, дыханию как двигательному акту присущи некоторые вспомогательные функции, например, при сжатии, дыхание действует как сила, поддерживающая туловище при выполнении тяжелой работы или как ритмизирующий, координирующий механизм при целенаправленных движениях.
Дыхание, таким образом, жизненно важно не только с точки зрения обмена веществ, но также и с точки зрения поведения (ориентировки и коммуникации). Многообразие влияний и взаимодействий указывает на центральную роль внешнего дыхания в организме - никакой другой вид жизнедеятельности не имеет столь многосторонних взаимосвязей! - функционально дыхание лежит на стыке телесного и духовного.
Пранаяма по внешнему исполнению представляет собой произвольное управление формой дыхания, и взгляд на структуру многогранных взаимодействий дыхания с другими системами организма (рис.20) возможно укажет нам путь, где надо искать смысл «обуздания праны».
Организация процесса внешнего дыхания
Внематочная жизнь человека начинается вдохом и заканчивается выдохом, и между ними цепь циклов вентиляции никогда не обрывается. Для того, чтобы эта цепь дыхательных циклов постоянно функционировала, необходима стимуляция в течение всей жизни. Ритмические жизненные процессы, не затухающие при жизни, а также являющиеся спонтанными и автономными, именуют автоматизмами. Источник ритмов, генератор, обычно можно локализовать в том или ином центре автоматизма. Внешнее дыхание представляет собой такого рода автоматию, центр которой находится в стволе головного мозга.
В человеческом организме имеется множество автоматизмов. Наиболее известен среди них автоматизм сердца, исходящий от пейсмейкера - «водителя ритма» - синусного узла и атриовентрикулярного (предсердно-желудочкого) узла. Кроме того, известны центры автоматизма, например, в стенках кишечника и уретры, от которых идет ритмическая перистальтика. Центры автоматизма в таламусе ответственны за ритмы ЭЭГ, но о цели их деятельности ничего неизвестно (см.5.3), наконец, для сенсомоторного тремора также предполагается наличие генератора ритма в ЦНС.
Центр автоматии дыхания нельзя ни точно ограничить, ни локализовать в одной точке. На основе нейрофизиологических исследований можно принять за дыхательный центр популяцию нейронов, которая простирается от ростральной границы на несколько миллиметров каудальнее четверохолмия до области в несколько миллиметров каудальнее обекса (данные для кошки, собаки и кролика по: Koepchen 1976). Анализ функции этой нейронной популяции проводился до сих пор экспериментально с помощью перерезки, раздражения и отведения клеточных потенциалов действия. Отсюда структура дыхательного центра реконструируется следующим образом (см.рис.21).
При отсутствии повреждений в популяции нейронов, расположенных в границах вышеописанной области, ритмическое дыхание сохраняется даже при полном хирургическом прерывании афферентных связей этого дыхательного центра, и следовательно, дыхательный ритм образуется именно здесь. В дыхательном центре расположены последовательно сверху вниз: центр пневмотаксиса (пейсмейкер нормальной частоты дыхания), затем т.н. апнейстический центр [при выключении вышерасположенного пейсмейкера наблюдается продолжительный вдох (apneusis), который в противном случае, по-видимому, регулярно прерывался бы вышерасположенным центром], и наконец, медуллярный пейсмейкер, порождающий нерегулярную «одышку».
С помощью экспериментов по электрическому раздражению и отведению клеточных потенциалов можно выделить группы клеток, деятельность которых коррелирует преимущественно с фазой вдоха (инспираторный центр), и группы клеток, связанных с выдохом (экспираторный центр). Однако это еще не ответ на вопрос о причине автоматизма: чем определяется ритмическая деятельность этих нейронов? Как уже было установлено, нейронные популяции дыхательного центра самостоятельно порождают этот ритм, хотя ритмическая деятельность также может быть навязана центру и извне, например, при произвольном дыхании. Теоретически существуют две возможности, а именно: ритм порождается либо в одной отдельной клетке, либо в сети нейронов. В первом случае причиной образования ритма были бы имманентные свойства клеточных мембран (как это происходит у клеток-пейсмейкеров в синусовом узле сердца), во втором, - колебательные контуры обратной связи, частота колебаний которых зависит от временных констант в сети нейронов. (Для обоих вариантов существуют и математические модели).
Регуляция дыхания
Автоматизм дыхания должен быть, с одной стороны, застрахован от помех и, с другой, - согласован с потребностями обмена веществ. Для этого существует несколько систем регуляции, которые фиксируют возможные помехи, стабилизируют процесс дыхания, и соответственно, согласуют его с изменениями ведущих величин (см.рис.22). Для предотвращения остановки дыхательных движений служит сенсомоторная регуляция дыхательно-двигательного аппарата, функционирующая по тем же принципам, что и любая другая сенсомоторная регуляция. Рецепторы растяжения дыхательной мускулатуры, также как и рецепторы суставов, «замеряют» степень растяжения и напряжения грудной клетки и могут через активизацию соответствующих нейронов дыхательного центра влиять на форму дыхания. Регулируются как объем, так и напряжение, соответственно, и давление в грудной клетке и легких. К сенсомоторной проприоцептивной регуляции внешнего дыхания относится также и обратная связь от рецепторов растяжения в легких. Раздувание легкого ведет к возбуждению экспираторной активности (выдох), а сжатие легкого - к инспираторной активности (вдох) (рефлекс Геринга - Брейера).
Функционирование дыхательного аппарата для обеспечения обмена веществ должно обладать качествами, позволяющими поддерживать непрерывный обмен кислорода и CO2 и предохранять дыхание от нарушений. Этот аспект стабилизирования деятельности дыхания называют химической регуляцией дыхания ( O2 и CO2 содержатся в крови в химически связанной форме). Для этого существуют хеморецепторы, которые замеряют парциальное давление газов крови и в зависимости от результата изменяют степень «стимуляции» дыхательных движений.
Для количественной характеристики химической регуляции дыхания принято рассматривать количество провентилированного в единицу времени воздуха как функцию парциального давления дыхательных газов в крови, что воспроизводят т.н. характеристические кривые регуляции дыхания (рис.23).
Эти характеристические кривые отражают характер химической регуляции дыхания. Они показывают, каким изменением минутного объема дыхания компенсируется отклонение парциальных давлений дыхательных газов от нормальных значений; в рамках общей теории регуляции они представляют характеристики химической регуляции дыхания в виде кривой. Крутизна этих характеристических кривых выражает усиление регуляции, коэффициент активации выше у более крутых кривых. Изменение должных значений в зависимости от нехимических величин выражается в параллельном смещении характеристических кривых. Возможно, что химическая стимуляция может быть причиной поддержания автоматизма вентиляции, но она не может объяснить адаптацию дыхания к работе мышц, так как, во-первых, в параллельном смещении характеристических кривых при мускульной работе отражается нехимическая стимуляция, и во-вторых, дыхательные величины меняются вслед за изменениями энергетических потребностей без задержки и пропорционального отклонения (Waurick 1981). Другие влияния на дыхательный центр, помимо проприоцептивных и химических обратных связей, проводятся через высшие отделы ЦНС. Дыхательная моторика включена во всю совокупность скелетной моторики, так что некоторая часть дыхательной реакции при мышечной работе (рабочая гипервентиляция) объясняется «содружественной активацией» дыхательного центра и других двигательных центров. В системе терморегуляции и в рамках реакции «борьбы и бегства» (emergency state, см. гл.5.4) реализуется, по-видимому, влияние гипоталамуса. Имеет место также стимуляция обмена веществ через обратные связи (метаборецепторы) в мышце и, равным образом, влияние прессорецепторов кровообращения (повышение давления приводит к угнетению дыхания). Далее, ощущение боли может действовать как стимулятор дыхания, наконец, психика в какой-то степени может оказывать как бессознательное, так и произвольное влияние на дыхание (обобщающую схему см. рис.20).
Психические влияния затрагивают при этом более форму дыхания, нежели объемные параметры дыхания. Дыхательный аппарат здесь действует среди прочего также (как, равным образом, вся моторика) и в качестве сигнальной системы коммуникации, или иначе, как механическая среда для выражения переживаний. Психическая деятельность может непосредственно выражаться в акте дыхания; примером могут служить результаты спирографических исследований Minnemann (1905, цит. по Wyss 1931): «...при весельи дыхание было поверхностным и ускоренным..., при радости дыхание было более равномерным, но опять-таки немного ускореным и поверхностным..., при эмоции надежды обнаружилось несколько неравномерное резкое дыхание, а при разочаровании - замедленное, более глубокое... Страх препятствует дыханию; в состоянии возбуждения дыхание немедленно становится более резким, глубоким... и т.д.».
Какую роль, таким образом, могут играть различные пранаямы в системе регуляции внешнего дыхания? Прежде всего, надо уяснить себе в принципе, что произвольные манипуляции формой дыхания с целью получить определенные изменения минутных объемов дыхания все же не составляют непосредственной цели пранаямы. Что касается глубины и частоты дыхания, то они находятся в обратных соотношениях: быстрые пранаямы выполняются с относительно меньшим объемом вдоха, чем медленные, а там, где на первом плане стоит глубина дыхания, падает его частота («великое дыхание», уджайи, мурча). При всех пранаямах с углубленным вдохом (по аналогии с процессами в скелетной моторике при асанах) до предела своих функциональных возможностей должны быть задействованы проприорецепторы, что ведет к аналогичным эффектам, а именно к усилению афферентации с увеличением специфической и неспецифической репрезентации в ЦНС (см.3.6). В условиях покоя это означает также «сознательное» противодействие рефлексу Геринга-Брейера. Во всех случаях экстремально замедленного дыхания (кумбхака, уджайи, мурча, бхрамари, кевали, а также ритмическое дыхание) следовало бы ожидать гипоксию и гиперкапнию, но, к сожалению, до сих пор не проводилось соответствующих измерений парциальных давлений газов крови. Медленные пранаямы зачастую выполняются очень долго, в экспериментах по самопогребению до 9 часов (см.5.3.2). Такие практики, по-видимому, ведут также и к адаптивным процессам химической регуляции дыхания. При исполнении и вследствие уджайи меняется крутизна характеристических кривых регуляции дыхания по CO2 (Stanescu и др. 1981), что равным образом означает снижение активности системы химической регуляции дыхания, а стало быть, в перспективе становление нечувствительности регулятора. На рис.24 показано различие средних кривых регуляции дыхания по CO2 для восьми испытуемых с многолетним опытом хатха-йоги (асаны, уджайи и кумбхака) и кривых регуляции по CO2 восьми членов контрольной группы. При дыхательном тестировании в замкнутом объеме было обнаружено при сравнении спонтанного дыхания и уджайи (рис.25), что ответная зависимость дыхания от напряжения CO2 при уджайи понижается.
Здесь находит свое выражение непосредственное воздействие формы дыхания уджайи (сознательно измененной) на величину дыхания, т.о. «преодолевается» химическая регуляция дыхания. К сожалению, это единственное исследование в своем роде, и было бы показательно исследовать также воздействие других пранаям. Bhole (1967, см.5.3.2) сообщает, что йоги учили подавлять непроизвольную реакцию химической регуляции дыхания на раздражение углекислым газом. Это указание следует также и из экспериментов по самопогребению медитирующих йогов (см.5.3.2), в которых хотя и было установлено увеличение в выдыхаемом воздухе углекислого газа, но не замерялась ни форма дыхания, ни даже парциальные давления дыхательных газов в крови. У последовательных йогов, которые соблюдают также и рекомендации по диете (см.2.3), можно было бы предположить «изменение должных значений» химической регуляции дыхания вследствие манипуляций с условиями метаболизма, как например, ощелачивание крови, изменение буфрных систем из-за сдвигов в йонном фонде и т.п. Хотя исследований на эту тему не проводилось. Неизвестно, каких размеров при таких практиках достигает гипоксия. Впрочем, при кратковременном исполнении уджайи вновь было обнаружено повышение потребления кислорода (Miles 1964, Ebert, Waurik 1980).
Существенная проблема пранаямы, которую вообще-то не принято обсуждать в физиологической литературе, - характер психического влияния на форму дыхания. С одной стороны, все упражнения пранаямы выполняются произвольно в том смысле, что они реализуются лишь при желании практикующего - в иных случаях он дышит спонтанно. С другой стороны, при исполнении пранаям требуется некоторая психическая дистанция к процессу дыхания в смысле пассивной концентрации (см.5.1). Следует по возможности без эмоций наблюдать как «вообще дышится» и глубину дыхания изменять потому, что «оно» дышит глубже, но не потому, что «я» глубже дышу. Это выглядит так, как если бы процесс дыхания полностью передавался центру автоматизма и форма дыхания менялась бы не произвольно, но как если бы занимающийся лишь наблюдал за тем, как она меняется. Для того, чтобы дать этому приемлимое объяснение, необходимо сперва, до выдвижения каких-бы то ни было психофизиологических гипотез, психологически более точно сформулировать понятия «я», «оно» (не в психоаналитическом смысле), «произвольно», «сознательно» и т.д.
