Задачи управления дыханием и мишень регуляции

Мишень и исполнитель регуляторных влияний — дыхательные мышцы. Одна из главных задач регуляции дыхания — это организация сокращения дыхательных мышц с определенно силой, частотой и продолжительностью так, чтобы возникали ритмические дыхательные движения с частотой 16 в одну минуту, чтобы вдох плавно переходил в выдох и при каждом дыхательном цикле обменивалась 1\7 объема альвеолярного воздуха, поддерживая постоянство его состава. Это механизм рефлекторной саморегуляции дыхательного ритма. В результате в артериальной крови поддерживается нормальный уровень напряжения кислорода и углекислого газа. Потребление клетками кислорода и выделение углекислого газа широко меняется в процессе жизнедеятельности организма. Несмотря на это напряжение, соотношение кислорода и углекислого газа в артериальной крови остается на достаточно постоянном уровне. Это достигается управлением легочной вентиляцией — изменением частоты и глубины дыхания. Дыхание осуществляется в разных условиях окружающей среды, например, в высокогорных районах. Существуют и защитные дыхательные рефлексы. Все эти многочисленные задачи выполняются системой регуляции дыхания, включающей и механизм саморегуляции дыхательного ритма.

Система регуляции дыхания состоит из трех основных элементов. Это, во-первых, рецепторы, воспринимающие информацию и передающие дальше. Это, во-вторых, центральный регулятор, или дыхательный центр, получающий эту информацию. Наконец, это эффекторы — дыхательные мышцы, непрерывно осуществляющие вентиляцию легких.

Дыхательный центр — это совокупность нейронов, расположенных в центральной нервной системе, начиная от спинного мозга и включая кору больших полушарий. Здесь происходит обработка информации и отсюда посылаются команды, обеспечивающие координированную ритмическую деятельность мышц в целях приспособления дыхания к изменяющимся условиям внешней и внутренней среды организма. Разные отделы центральной нервной системы вносят различный вклад в организацию работы дыхательного центра, главный жизненно важный отдел которого расположен в продолговатом мозге и состоит из двух отделов — центра вдоха и центра выдоха. Нейроны этого отдела дыхательного центра обладают автоматией, то есть, они периодически возбуждаются или приходят в состояние ритмической активности.

Нервные импульсы от нейронов центра вдоха передаются по специальным нисходящим внутрицентральным путям в спинной мозг, где в передних рогах соответствующих грудных сегментов расположены нейроны, аксоны которых идут к дыхательным мышцам и образуют диафрагмальные и межреберные нервы. Импульсы, идущие по этим нервам, вызывают возбуждение и сокращение дыхательных мышц — происходит вдох. В нормальных условиях выдох осуществляется пассивно, без участия мышц выдоха. Поэтому организация нормального выдоха заключается не в возбуждении нейронов спинного мозга, иннервирующих мышцы выдоха, а в прекращении возбуждения нейронов центра вдоха. При возбуждении нейронов центра вдоха, нервные импульсы из него поступают не только в спинной мозг, но и по сложным нейронным цепям идут к другим структурам центральной нервной системы и в первую очередь к пневмотаксическому центр центру, расположенному в верхних отделах варолиева моста.

.Пневматический центр регулирует работу центров вдоха и выдоза. В упрощенном виде механизм работы пневмотаксического центра можно представить следующим образом. При возбуждении центра вдоха нервные импульсы передаются и к центру выдоха — частично по прямым путям, но в основном через пневмотаксический центр, который усиливает и передает возбуждение вновь к центру вдоха через специальные тормозные структуры прекращая процесс возбуждения нейронов центра вдоха. Возбуждение центра вдоха приводит не только к возбуждению и сокращению дыхательных мышц, но и запускает механизм собственного выключения. Дыхательные мышцы, не получая приказа к сокращению, расслабляются и происходит выдох. Вышерасположенные отделы центральной нервной системы, включая и кору больших полушарий головного мозга, обеспечивают участие главных структур дыхательного центра в поведенческих реакциях, изменяют дыхание при речи, пении и т.п.