Регуляция дыхания

Потребность в кислороде всех тканей и клеток организма человека обеспечивается дыханием. Потребность организма в кислороде в спокойном состоянии у человека небольшая, во время сна еще ниже, но при физических нагрузках она уве­личивается в 5-10 раз по сравнению с состоянием покоя.

Регуляция дыхания очень сложна. Акты вдоха и выдоха, глубина дыхания изменяются автоматически в зависимости от состояния человека. Мышцы, выполняющие дыхательные движения, работают в тесной взаимосвязи. Эта взаимосвязь регулируется нервными и гуморальными путями.

Дыхательный центр

Координи­рованные дыхательные движения управляются из дыхательного центра в продолговатом мозге. Он состоит из двух половин, связанных между собою перемычками. Каждая половина координирует соответствующую половину грудной клет­ки. Это можно доказать в опыте на кошке, расщепив у нее продолговатый мозг по средней линии. Тогда правая и левая половина грудной клетки начинают дышать самостоятельно и с особым ритмом.

Дыхательный центр посылает им­пульсы к дыхательным мышцам не непосредственно, а через соот­ветствующие центры спинного мозга.

С дыхательным центром связаны: двигательные нервы — ли­цевой нерв для крыльев носа, нервы для бронхов и гортани (блуж­дающим суживает бронхи, симпатический расширяет их), спинно­мозговые нервы: диафрагмальный (от шейного отдела спинного мозга) и реберные для грудных мышц (рис. 73).

Чувствительные нервы, принимающие участие в акте дыхания, идут от носа и носоглоточного пространства в тройничном и обонятельном нервах, от трахеи, бронхов и глубокой паренхимы самих легких в блуждающем нерве.

Центры вдоха и выдоха

В настоящее время в дыхательном центре различают участки, раздражение которых стимулирует вдох (так называемый центр вдоха), и участки, стимулирующие выдох (так называемый центр выдоха).

Автоматия дыхательного центра

Нервные импульсы из центра дыхания в продолговатом мозге поступают каждые 4-5 сек. в нервные центры, регулирующие движения диафрагмы и межреберных мышц, которые расположены в шейном и грудном отделе спинного мозга, и вызывают их возбуждение. Это возбуждение, передаваясь по нервным волокнам, приводит в движение диафрагму и межреберные мышцы. Таким образом осуществляется автоматическое регулирование процессов вдоха и выдоха.

Высший центр дыхания

Высший центр, который регулирует дыхание, расположен в коре больших полушарий головного мозга. При участии этого высшего центра человек может произвольно задерживать дыхание в течение определенного времени, однако избыточное накопление углекислого газа в результате задержки дыхания вызывает сильное возбуждение дыхательного центра в продолговатом мозге и дыхание автоматически возобновляется.

Высший центр дыхания координирует частоту и глубину дыхательных движений при различных состояниях человека, то есть во время разговора, пения, выполнения физических упражнений, ходьбы. Под влиянием эмоций — гнева, страха и пр.— дыхание учащается, а при испуге или боли может даже остановиться. В высшем центре коры больших полушарий образуются условные рефлексы дыхания.

Рефлекторная регуляция дыхания

Рефлекс Геринга-Брейера

Рефлекс Геринга-Брейера является одним из наиболее важный рефлексов, обеспечивающих саморегуляцию дыхательного процесса, что обеспечивает смену актов вдоха и выдоха. В паренхиме легких разветвляются чувствительные волокна блуж­дающего нерва, они участвуют в построении правильного ритма дыхания. Это волокна двух видов. Одни раздражаются при расши­рении легких во время вдоха, их возбуждение доходит до продол­говатого мозга и тормозит центр вдоха, наступает выдох. Другие волокна приходят в возбуждение при спадении легких и рефлекторно вызывают вдох.

Рефлекс Гейманса

На деятельность центра дыхания действует и раз­дражение рецепторов синокаротидного узла и аортальной зоны в результате избытка углекислоты или недостатка кислорода, что вызывает углубление и некоторое учащение дыхания.

Рефлексы с полости носа

Большое значение для нормального функционирования дыха­тельного аппарата имеют рефлексы с воздухоносных путей. В верхних дыхательных путях воздух согревается, насыщается па­рами воды и очищается от пыли и бактерий. Этому способствует узость этих путей и постоянная гиперемия слизистой оболочки. У северного оленя, вынужденного при быстром беге глубоко и сильно дышать, имеется в трахее специальное приспособление в виде желваков из кровеносных сосудов, в значительной мере со­гревающих холодный воздух.

Слизистая оболочка носа очень чувствительна. Чувствитель­ность в ней разнообразная — термическая, болевая, тактильная, давления и пр. и более высокая, чем на коже. При раздражении слизистой оболочки носа вызывается ряд рефлексов секреторных, сосудистых, двигательных. Механическое раздражение слизистой оболочки носа ведет к рефлексу чихания, но сильное ее раздраже­ние может привести к остановке дыхания. Рефлексы, возникаю­щие при раздражении слизистой оболочки носа, оказывают боль­шое влияние на организм, так как незатрудненное, свободное носовое дыхание обеспечивает нормальное течение многих процес­сов.

Кашлевой рефлекс

Большое значение имеют рефлексы, идущие с гортани, чув­ствительным нервом которой является передний гортанный нерв. Слизистая оболочка дыхательных путей выстлана мерцатель­ным эпителием, который переносит случайно попавшие туда час­тицы к гортани. Раздражение гортани грубыми частицами вызывает рефлекс кашля — сильным выдох при одновременном сужении голосовой щели. При кашле сильной струей воздуха удаляются из трахеи раздражающие ее частицы.

Содержание углекислого газа в крови играет важную роль в регуляции дыхания. Увеличенное или уменьшенное содержание в крови углекислого газа, воздействуя на дыхательный центр гуморальным путем, принимает участие в регуляции дыхания.

Показателен в этом отношении опыт с перекрестным кровообра­щением. Сонные артерии двух собак перерезают и соединяют между собой так, чтобы кровь от тела первой собаки текла в голову другой, а кровь второй — в голову первой. Если теперь создать препятствие для нормального дыхания первой собаки (например, зажав трахею), то у нее в крови будет накапливаться углекислота. Это будет усиливать дыхание у второй собаки. В результате усилен­ного дыхания содержание углекислоты у нее в крови понизится, что сможет привести первую собаку в состояние апноэ.

Гиперкапния

Гиперкапния – это увеличение содержания углекислого газа в крови.

Раздражителем центра дыхания является сдвиг реакции крови в кислую сторону, что наступает при недостатке кислорода или при избытке углекислого газа в крови – гиперкапнии.

Гиперкапния приводит к возбуждению дыхательного центра в продолговатом мозге, в результате чего дыхание учащается. Материал с сайта http://wiki-med.com

Отличным примером воздействия гиперкапнии на дыхательный центр может служить механизм возникновения первого вдоха. Плод в утробе матери находится в состоянии апноэ, так как углекислота у него в крови не накапливается, а непрерывно пере­ходит в кровь матери. Прекращение плацентарного кровообращения ведет к первому вдоху, первопричиной которого является недостаток кислорода в крови новорожденного и накопление в ней углекислоты.

Гиперкапния может возникнуть, если большое количество людей будут находиться в помещении с закрытыми дверями и окнами долгое время, в результате чего в воздухе увеличится содержание углекислого газа. При дыхании этим воздухом в крови учащихся будет увеличиваться содержание углекислого газа, что приведет к сильному возбуждению дыхательного центра и учащению дыхания. Если класс немедленно не проветрить, то у учеников могут появиться головокружение, сонливость, зевота, общая слабость, одышка и другие нежелательные явления.

Так же, например, если задержать дыхание на 20-30 секунд, наступит гиперкапния, возбудимость дыхательного центра сильно повысится, что повлечет за собой учащение и усиление дыхания. Это так называемое диспноэ.

Гипокапния

Гипокапния – это снижение содержания углекислого газа в крови. Гипокапния приводит к уменьшению раздражения дыхательного центра, что выражается в урежении дыхания.

Гипокапнию можно вызвать, если с помощью нескольких глубоких выдохов снизить насыщенность крови углекислотой и тем самым понизить возбудимость центра дыхания, то дыхание прекращается на 20-30 секунд. Это состояние называют апноэ.

При выполнении физических упражнений человеком происходит увеличение в его крови содержания углекислого газа, который, возбуждая дыхательный центр, вызывает учащение дыхания. Чем выше скорость выполнения упражнений, тем больше учащается дыхание. Как только содержание углекислого газа в крови приходит к норме, наступает урежение дыхания.