Регуляция дыхания. Дыхательный центр. Генез дыхательного ритма

Дыхательные движения грудной клетки и диафрагмы управляются ритмической активностью особых нейронов в ЦНС. Ритмичные разряды этих нейронов осуществляются автоматически (ритмогенез),но в то же время их активность постоянно подстраивается к изменяющимся потребностям организма: под влиянием информации, поступающей от периферических рецепторов и центральных структур, она модулируется таким образом, что изменяются глубина и частота дыхания.

Главная цель регуляции дыхания состоит в том, чтобы легочная вентиляция соответствовала метаболическим потребностям организма. Так, при физической нагрузке требуется больше кислорода, и соответственно должен возрасти объем дыхания. Кроме того, при осуществлении некоторых рефлексов (например, глотательного, кашлевого, чихательного), а также определенных видов деятельности (речи, смеха, пения и т. д.) характер дыхания должен изменяться. Для оптимального приспособления дыхания ко всем этим условиям необходимы сложные регуляторные механизмы с многочисленными сенсорными каналами.

Центральный ритмогенез

Расположение дыхательных центров.В течение длительного периода времени считали, что дыхательный центр расположен в продолговатом мозгу. При этом исследователи исходили из предположения, что за генерацию импульсов, запускающих дыхательные движения, отвечает небольшая, четко очерченная ядерная область («жизненный центр»). Однако в дальнейшем эти представления об отдельном «дыхательном центре» не подтвердились: было показано, что ритмичное чередование вдоха и выдоха обусловлено взаимодействием различных групп нервных клеток ствола мозга. Важные данные были получены в опытах на животных (собаках, кошках, кроликах и т. д.), у которых производили перерезку нервных структур и вели запись активности нейронов.

Первые, весьма приблизительные данные о локализации структур, отвечающих за дыхание, были получены в классических опытах с перерезкой ствола мозга на различных уровнях. При нанесении перерезки выше моста самопроизвольное дыхание сохраняется, а отделение продолговатого мозга от спинного приводит к полной остановке дыхания. Соответствующим образом нанесенные перерезки в области между этими двумя уровнями, т.е. в районе моста и продолговатого мозга, приводят к изменению характера дыхания. Примером такого измененного типа дыхания является апнейзис–длительная задержка на высоте вдоха, периодически прерываемая короткими выдохами. При перерезках на другом уровне может возникнуть гаспинг–длительная задержка дыхания на выдохе с редкими короткими вдохами.

Основной вклад в изучение центральных механизмов генеза дыхательного ритма в последние годы вносят эксперименты по регистрации активности нейронов, когда в ствол мозга вводят внутриклеточные или внеклеточные микроэлектроды, регистрируют активность отдельных нейронов и сопоставляют ее с одновременной записью дыхательных движений. Исследуя таким образом те отделы ЦНС, которым приписывается определенная роль в организации дыхания, можно обнаружить группы клеток, активность которых соответствует дыхательному ритму.

Рефлекторная регуляция дыхания

Дыхательныйцентррасположенвпродолговатом мозге.

Примерно через каждые 4 секунды к мышцам вдоха идут нервные импульсы, заставля­ющие поднимать грудную клеткуиопускать диафрагму. Благодаря этому про­исходит вдох.

Выдох же в состоянии покоя самопроизволен: грудная клетка опускается под действием силы тяжести. Лишь при глубоком дыхании вклю­чается центр выдоха, который заставляет работать мышцы, осуществляющие глубокий выдох.

На работу дыхательных центров оказывают влияние и высшие дыха­тельные центры в коре больших полушарий- благодаря им дыхание изменяется при разговоре и пении; и созна­тельное изменение ритма дыхания во время физических упражнений.

В регуляции дыхания участвуют и такие защитные рефлексы, как чихание и кашель:

раздражение рецепторов слизистой носа пылью → поток нервных импульсов → в продолговатый мозг → к мышцам → дыхание останавливается и голо­совая щель смыкается → начинается интенсивный (форсированный) выдох → давле­ние воздуха нарастает, и наступает момент, когда он с силой прорывается через сомкнутые голосовые связки → струя воздуха направляется в нос, человек чихает, воздух прорывается наружу, а вместе с ним удаляется слизь, меша­ющая дыханию.

То же самое происходит и при кашле, только поток воздуха при выдохе выходит через ротовое отверстие.

Причиной кашля может стать раздраже­ние бронхов, трахеи, гортани или легочной оболочки- плевры.

Интенсивность дыхания меняется не только при физической нагрузке, но и в зависимости от эмоционального состояния человека.При волнении дыхание становится прерывистым, человеку трудно говорить, при гневе оно шумное и частое. Приятные эмоции могут сопровождаться снижением интен­сивности дыхания («он слушал затаив дыхание»). При смехе происходит пре­рывистое открывание голосовой щели на выдохе, при плаче к судорожным движениям голосовых связок на выдохе присоединяются аналогичные движе­ния на вдохе (всхлипывания).

При входе в холодную воду дыхание останавливается на вдохе. Биологиче­ский смысл этого рефлекса в том, что при этом сокращается испарение воды с поверхности легких, а следовательно, и потеря тепла, связанная с парообра­зованием. Дыхание прекращается лишь на несколько секунд, но за это время организм успевает приспособиться к новым температурным условиям.

Периодичность непроизвольногодыханияопределяется дыхатель­ным центром.

Произвольная регуляция дыханияв момент речи, пения, дыхательных упражнений осуществляется корой больших полушарий головного мозга.

2)Гуморальная регуляция дыхания

Увеличение С02в крови (мышечной работе) → когда такая кровь доходит до дыхательного центра и его раздражает → человек начинает дышать глубже → избыток С02 удаляется, а недоста­ток 02восполняется.

=> углекислый газ непосредственно влияет на дыхательный центр через кровь т. е. происходит гуморальная регуляция дыха­ния.

При снижении С02 в крови → работа дыха­тельного центра также снижается→наступает задержка дыхания на неболь­шой срок. Когда содержание С02в крови восстановится до нормы, самопро­извольно восстановится и дыхание.

Благодаря регуляции дыхания концентрация С02 и 02в крови поддерживается на определенном уровне.

Особенно это важно для головного мозга: слишком большое содержание 02в крови вызывает спазмы сосу­дов мозга, что приводит его к кислородному голоданию. Этим, кстати, объясняется, что горожане, выехавшие в лес, на природу, в первое время могут испытывать головокружение, головную боль и другие неприятные состоянии. По мере привыкания к новой обстановке эти неприятные ощущения проходят.