Особенности дыхания в различных условиях

Кроме афферентации, поступающей по блуждающим нервам, актив­ность дыхательного центра определяется рядом других факторов: темпера­турой крови, импульсацией, поступающей от сосудистых барорецепторов и от мышечных проприорецепторов, болевыми стимулами, а также влияния­ми, связанными с эмоциями и речью. В целом эти влияния отражают меж­системные взаимоотношения с другими функциональными системами ор­ганизма.

Дыхание при разных температурах среды. Повышение температуры тела вызывает учащение дыхания. У ряда животных, в частности у собак, учащение дыхания, спо­собствующее испарению влаги с языка, является одним из путей стабилиза­ции температуры тела. Охлаждение организма, вызывающее мышечную дрожь, также влияет на дыхание, нарушая его регулярность.

Дыхание на большой высоте. По мере подъема на высоту парциальное давление кислорода падает параллельно снижению атмосферного давления.

При вдыхании атмосферного воздуха с уменьшенным парциальным давлением кислорода в организме возникает гипоксия, дыхательным отве­том на которую является усиление легочной вентиляции. В результате ги­первентиляции из организма в избытке удаляется двуокись углерода, разви­вается гипокапния и появляется связанный с ним сдвиг рН в основную сторону (алкалоз). Этот процесс в определенной степени тормозит прирост легочной вентиляции и снижает участие внешнего дыхания в компенсации гипоксии. Дыхание становится поверхностным и частым. При нарастании гипоксии человек теряет сознание, а затем погибает.

Негативное влияние гипоксии на больших высотах (при подъеме в ус­ловиях высокогорья) усугубляется тем, что человек не в состоянии объек­тивно оценить опасность, так как развитие гипоксии сопровождается эйфорией.

Для предотвращения гипоксических нарушений необходимо контроли­ровать подъем и продолжительность пребывания человека на высоте. Эф­фективным средством профилактики гипоксических нарушений при подъ­еме на высоту является использование кислорода для дыхания. Для этого применяют специальные кислородные аппараты.

Дыхание при повышенном давлении (кессонная болезнь). Под водой человек вынужден ды­шать воздухом, подаваемым в легкие из баллона под избыточным давлени­ем, нарастающим по мере погружения. При повышении парциального давления газов физическая раствори­мость их в плазме крови и других жидкостях организма увеличивается. Осо­бенно это касается азота, который в наибольшем количестве содержится во вдыхаемом воздухе, следовательно, и парциальное давление будет при этом наивысшим. При пребывании человека в течение продолжительного времени на большой глубине азот, находящийся при высоком парциальном давлении во вдыхаемом воздухе, в избытке растворяется в плазме крови (явление компрессии). При бы­стром подъеме на поверхность растворенный в крови азот быстро возвращается в газообразное состояние, мелкие его пузырьки закупоривают кро­веносные сосуды, особенно капилляры и артериолы (явление декомпрессии). В результате газовой эмболии нарушается кровообращение в различных органах, которое сопро­вождается резкими болями в мышцах, головокружением, потерей созна­ния, нервными расстройствами, парезами и параличами; в первую очередь страдают функции ЦНС. Такие явления называют кессонной болезнью. Кессонная болезнь может развиваться также при быстром подъеме в горы.

Для предотвращения кессонной болезни необходим медленный подъем человека на поверхность для того, чтобы азот мог постепенно выйти из ор­ганизма без образования пузырьков газа. Сразу после подъема проводят по­степенную декомпрессию человека в барокамере, в которой создано повы­шенное давление, имитирующее давление вдыхаемого воздуха при погру­жении. Постепенно в течение нескольких часов производят снижение дав­ления, позволяющее медленно вывести из организма избыток растворенно­го газа. В ряде случаев при работе на больших глубинах используют газовые смеси, лишенные азота (например, гелио-кислородную), которые наряду со снижением опасности развития кессонной болезни снимают токсическое действие азота (азотное опьянение) на глубине.

Влияние артериального давления. Деятельность сосудодвигательного и дыхательного центров носит сопряженный характер и координируется влияниями блуждающих нервов. Депрессорная активность, возникающая в барорецепторных зонах, способна влиять на величину артериального давления и на характер дыхания, одновременно затрагивая деятельность сосудодвигательного и дыхательного центров. Повышение артериального давления может сочетаться с урежением дыхания.

Сигнализация от мышц. При изменении мышечного тонуса и при появ­лении моторной активности мышечные проприорецепторы (мышечные ве­ретена) посылают по у-афферентным волокнам импульсацию к дыхатель­ному центру, которая вызывает активацию дыхания. Благодаря этому меха­низму активация дыхания возникает задолго до того, как появляется нару­шение кислородно-углекислотного баланса в организме, например при мы­шечной работе.

Болевые реакции. Отчетливые изменения дыхания возникают при болевых реакциях. Как показали опыты, даже у наркотизированных нембуталом кошек незначительное раздражение в виде укола кожи живота вызывает изменение в ритмической деятельности дыхательного центра.

Эмоциональные влияния. Эмоциональное возбуждение, охватывающее структуры лимбико-ретикулярного комплекса и в первую очередь гипота­ламус, распространяется в нисходящем направлении и также вызывает из­менение деятельности дыхательного центра.

Речь и дыхание. Речь, относящаяся к высшим мозговым функциям человека, а также голосовые реакции животных возникают на основе дыха­тельных движений, вызывающих прохождение воздуха через голосовой аппарат. Внешнее дыхание становится эффекторной функцией сразу двух систем: функциональной системы дыхания, обеспечивающей оптимальный газовый баланс в организме, и функциональной системы речи, осущест­вляющей построение слов, фраз и контролирующей смысловое содержание речи. Поэтому во время речи к дыхательному центру приходят влияния, подстраивающие его деятельность для необходимых речевых реакций. В то же время дыхательный центр управляет тем объемом легочной вентиляции, который необходим для поддержания дыхательного гомеостаза. Поэтому дыхание в этих условиях становится апериодическим, одновременно удов­летворяя двум необходимым условиям.

Произвольный контроль дыхания в отдельных случаях может иметь самостоятельное значение в регуляции дыхательных показателей организ­ма. Например, предварительная гипервентиляция перед подводным погру­жением и задержка дыхания под водой могут служить компенсаторными механизмами для предотвращения неблагоприятных для организма послед­ствий. Гипервентиляция перед погружением в воду способствует увеличе­нию запаса кислорода в организме и уменьшению содержания двуокиси уг­лерода, что позволяет удлинить время задержки дыхания под водой.