心跳不能自行停止,但呼吸可以。
你可以主动地选择深呼吸,或是长叹一口气。
呼吸显然比心跳更有自主性。
然而,我们并不能完全按自己的想法来控制呼吸,也没人在呼吸时会想“今天一分钟呼吸18次”吧。
在大多数情况下,呼吸是无意识的。虽然存在个体差异,但人类呼吸次数为每分钟12~20次,每天约2.5万次,一年约1000万次,一生约8亿次。即使你可以主动屏住呼吸,也只能停止很短的时间。大约1分钟后,你就会难以忍受,然后再次开始呼吸。另外,在剧烈运动时,呼吸也会在不知不觉中加快。
呼吸中枢位于脑干。这一中枢调节呼吸的节律,使血液中氧气和二氧化碳的量(分压)以及pH值(酸碱度)保持恒定。
即使你屏住呼吸……
紧邻心脏的主动脉弓和起始处略为膨大的颈总动脉内含有一些感受器,可以监测血氧、二氧化碳分压和pH值的变化。它们分别被称为“主动脉体”和“颈动脉体”,可以说是前线的侦察小组。
这个侦察小组向指挥官——脑干通报“战况”。阐明这一机制的是比利时生理学家柯奈尔·海门斯,他于1938年获得了诺贝尔生理学或医学奖。
另外,当我们“想要呼吸”时,起作用的是大脑皮层,它可以让我们随心所欲地屏住呼吸或深呼吸,因为大脑皮层也可以控制呼吸运动,这称为“随意呼吸调节”。
你之所以无法屏住呼吸太长时间,是因为身体默认呼吸中枢的命令优先于大脑皮层的命令。呼吸中枢关乎性命,而“靠不住”的大脑皮层可不能担此大任。
肺就像个气球
那么,空气又是怎样进出肺部的呢?
人们很容易认为肺本身具有扩张的能力,但事实并非如此。肺就像气球一样,自身没有主动变形的能力。
想象这样一个模型——将塑料瓶从中间切开,再在切口覆盖一张薄膜,将上方的瓶嘴打开,放入两个气球并插上可以进出空气的小管。这个模型中的气球就是肺,通向气球的分叉管是气管,底膜是横膈膜,塑料瓶内的空间对应的是胸腔。
向下牵拉底膜时,塑料瓶内的气压降低,空气从外部进入气球,气球会膨胀,直到气球内的气压与塑料瓶内的气压相等,这就是吸入空气时肺的运动。反之,如果松开底膜,塑料瓶内的气压就会恢复到原来的状态,气球内的空气会顺势排出去,这就对应呼气时肺的运动。
换句话说,肺本身不会自行调整大小,但肺会随着胸腔内的气压变化而膨胀或收缩。
在这个模型中,只有底膜调节内部容积,但对于人体来说,参与其中的不只有膈膜,构成胸廓的肌肉也可以调节胸腔的容积。以图中的模型来说的话,就是塑料瓶本身的壁面也可以大幅扩展。如果你深吸一口气,会发现肋骨向上、向外扩张,前胸隆起。
呼吸的原理
剧烈运动时,肩部肌肉也能对胸廓起扩张作用。回想一下运动员奔跑时抬起和放下肩膀的情形,是不是就很容易理解了。
呼吸运动的信息通过神经传递到呼吸中枢,中枢根据这些信息实时判断“此时吸入或呼出了多少气体”,并发出适当的命令,调节呼吸节律。
横膈膜在图中是一层薄薄的“膜”,而且名称中也包含“膜”这个字,但它实际上是一块厚厚的肌肉。相信不少人在烤肉的时候见过它。就像里脊和肋条一样,从外观上看无疑就是肌肉。
就像之前所说,在想象一个器官的形态时,烤肉的菜单可以帮上很大的忙。人类不过是种类繁多的脊椎动物之一,人体器官的形状自然与其他动物的器官非常相似。
我们外科医生经常会让做手术的患者和他的家人看一眼切除的器官(实物或照片)。尤其是那些看到切开的小肠或大肠的人,会莫名其妙地联想到“牛肚”——它们的形状简直一模一样。
哪怕是第一次看到人体器官,你也还是会有似曾相识的感觉。