В процессе дыхания кроме диафрагмы участвуют и другие мышцы, в том числе межреберные и многие мышцы груди, шеи, спины и живота, образующие мышечный корсет грудной полости. При заболевании легких на эти вспомогательные мышцы возлагается больше надежд, что они справятся с дополнительной дыхательной нагрузкой. Они же играют важную роль и при форсированном выдохе и вдохе. Например, можно выдохнуть еще сильнее, если задействовать межреберные мышцы для повышения давления в абдоминальной полости, поднятия диафрагмы и выталкивания дополнительного воздуха. При этом полностью опустошить легкие не удастся никому: даже после максимального выдоха у среднестатистического взрослого остается около 1,2 л воздуха, что называется остаточным объемом (ОО).
Функция дыхания относится к критически важным для обеспечения жизни, и контролирующий ее центр расположен в одном из самых «древних» отделов головного мозга — продолговатом мозге. Он постоянно функционирует, даже при потере сознания, поддерживая эту жизненно важную способность организма. Дыхательный центр сообщается с диафрагмой через блуждающий нерв, что позволяет мозгу ускорять или замедлять дыхание. Поэтому, даже если мы спим или без сознания, до тех пор пока этот нерв сохраняет связь между стволом головного мозга и диафрагмой, дыхание не прекращается.
Казалось бы, в этой системе нужно было бы предусмотреть сенсоры, сигнализирующие мозгу о низком уровне кислорода. Мозг мог бы посылать сигналы обратно к легким, чтобы они чаще и глубже сокращались. Однако на самом деле организм решил эту проблему более искусно: в мозге существует резервная система, а также вход от периферических рецепторов, контролирующих не только уровень кислорода, но и кислотно-щелочной баланс крови. При растворении углекислого газа в крови он соединяется с водой и превращается в бикарбонат, играющий важную роль в регуляции кислотно-щелочного баланса крови (измеряемого в единицах pH). Наш организм исполняет сложную симфонию, в которой одновременно участвуют тысячи химических реакций, и все они имеют тонкую настройку на определенный уровень pH — 7,4. При уровне 7,0 этот показатель абсолютно нейтрален, а при 7,4 становится щелочным. Когда концентрация углекислого газа существенно меняется, то же происходит с pH крови. Если он сильно повышается, то кровь становится кислой, а при снижении — щелочной.
Можно представить легкие в виде конвейера, который с каждым дыхательным циклом обеспечивает получение кислорода и избавление от углекислого газа. Хеморецепторы, расположенные в сонной артерии, контролируют уровень кислорода, углекислого газа и pH крови, что определяет, с какой частотой нужно дышать. Если все работает как надо, организм снабжен достаточным количеством кислорода и необходимый уровень углекислого газа для поддержания pH составляет 7,4. Однако при сбое системы есть только два варианта развития событий — ускорить или замедлить дыхание. Данная система может поддерживать «нормальные» отклонения, такие как физические упражнения. Когда мы тренируемся, то обычно потребляем больше кислорода, но при этом также производим больше углекислого газа, от которого необходимо избавляться. Поэтому при ускорении наш «конвейер» решает обе эти проблемы.
