Регуляция внешнего дыхания

Дыхательный центр.

Непроизвольную регуляцию дыхания осущест­вляет дыхательный центр, находящийся в про­долговатом мозге.

Вентральная часть дыхательного центра ответственна за стимуля­цию вдоха; ее называют центром вдоха (инспираторным центром). Стимуляция этого центра уве­личивает частоту и глубину вдоха. Дорсальная часть и обе латеральные тормозят вдох и стимулируют выдох; они носят собирательное название центра выдоха (экспира­торного центра).

Ритмично повторяющиеся исходящие нервные импульсы дыхательного центра идут к двигательным нейронам диафрагмальных и межреберных мышц, расположенным в спин­ном мозге, а от них – к соответствующей дыхательной мускулатуре и вызы­вают ее сокращения. Бронхи­альное дерево легких иннервируется блуждающим нервом (входящие сигналы от рецепторов).

Основной ритм дыхания поддерживается ды­хательным центром продолговатого мозга, даже если все входящие в него нервы перерезаны (автоматия). Од­нако в обычных условиях на этот основной ритм накладываются различные влияния, поэтому деятельность дыхательного центра регулируется нервным и гуморальным путем, благодаря чему достигается соответствие легочной вентиляции потребностям организма в кислороде.

Рецепторы вдоха.

Главным фактором, регулирующим частоту дыхания, слу­жит не концентрация кислорода в крови, а кон­центрация СО₂. Когда уровень СО₂ повышается (например, при физической нагрузке), имеющи­еся в кровеносной системе хеморецепторы каротидных (у места разветвления сонных арте­рий) и аортальных (в области дуги аорты) телец посылают нервные импульсы в инспираторный центр. В самом продолговатом мозге также имеются хе­морецепторы. От инспираторного центра через диафрагмальные и межреберные нервы поступа­ют импульсы в диафрагму и наружные межре­берные мышцы, что ведет к их более частому со­кращению, а следовательно, к увеличению час­тоты дыхания. Накапливающийся в организме СО₂ может причинить большой вред организму. При соединении СО₂ с водой образуется кисло­та, способная вызвать денатурацию ферментов и других белков. Поэтому в процессе эволюции у организмов выработалась очень быстрая реак­ция на любое повышение концентрации СО₂. Если концентрация СО₂ в воздухе увеличивается на 0,25%, то легочная вентиляция удваивается. Чтобы вызвать такой же результат, концентра­ция кислорода в воздухе должна снизиться с 20% до 5%.

Концентрация кислорода тоже влияет на дыхание, однако в обычных условиях кислорода всегда бывает достаточно, и потому его влияние относительно невелико, Хеморецепторы, реаги­рующие на концентрацию кислорода, распола­гаются в продолговатом мозге, в каротидных и аортальных тельцах, так же, как и рецепторы CO₂.

Повышение напряжения (парциального давления) СО₂ в крови приво­дят к углублению дыхания, понижение напряжения О₂ – к учащению его. Если путем усиленного дыхания произвести гипервентиля­цию легких и таким образом снизить в крови напряжение СО₂ и несколько повысить напряжение О₂, то наступит временная остановка дыхания. Этим приемом пользуются ныряльщики. Перед погружением в воду они делают искус­ственную гипервентиляцию легких и после этого могут за­держать дыхание и находиться под водой до 80с.

У родившегося ребенка после перевязки пуповины прекращается газообмен через пупоч­ные сосуды, контактирующие в плаценте с кровью матери. В крови новорожденного происходит накопление СО₂, кото­рый возбуждает его дыхательный центр и вызывает первый вдох.

Регуляция вдоха при помощи рецепторов растяжения и хеморецепторов представляет со­бой пример отрицательной обратной связи. Произвольная активность полушарий головного мозга способна преодолеть действие этого меха­низма.

Рецепторы выдоха.

Расширение легких при вдохе стимулирует находящиеся в бронхиальном дереве механорецепторы растяжения (проприоцепторы) и они посылают через блуждающий нерв все больше и больше импульсов в экспираторный центр. Это на время подавляет инспираторный центр и вдох. После выдоха рецеп­торы растяжения в бронхиальном дереве более уже не подвергаются стимуляции. Поэтому экс­пираторный центр отключается и вдох может на­чаться снова. Весь этот цикл непрерывно и рит­мично повторяется на протяжении всей жизни организма.

В известных пределах частота и глубина ды­хания могут регулироваться произвольно, о чем свидетельствует, например, наша способность «затаить дыхание». К произвольной регуляции дыхания мы прибегаем при форсированном ды­хании, при разговоре, пении, чихании и кашле. В этом случае импульсы, возникающие в полу­шариях головного мозга, передаются в дыхатель­ный центр, который и выполняет соответствую­щие действия.

Дыхательные рефлексы.

Рефлекторные изменения дыхания возникают при раз­дражении любых рецепторов:

- болевые раздражения усиливают и углубляют дыхание,

- холодовые вызывают временную остановку, что наблюдается, например, при погружении в холодную воду.

Защитные дыхательные рефлексы – кашель, чиханье. При воздействии раздражителей на слизистые оболочки воздухоносных путей, например при попадании в трахею инородных частиц или скоплении слизи в верхней части гортани, у человека рефлекторно происходит короткий глубокий выдох — кашлевой толчок, при котором сильной струей воздуха удаляются инородные тела.

При раздражении слизистой оболочки носа пылевыми частицами возникает рефлекторный акт — чиханье. Оно состоит из первоначального глубокого вдоха, а затем рез­кого короткого выдоха. Кроме того, чиханье может возни­кать как сигнал неравномерного охлаждения, например при соприкосновении босых ног с холодным полом.