3. Регуляция дыхания

Дыхание при различных условиях

Дыхание человека меняется в зависимости от его состояния. Оно спокойное, редкое во время сна, частое и глубокое при физических нагрузках, прерывистое, неровное во время эмоций. Бывает, что у человека и "дух захватывает", например при погружении в холодную воду.

Дыхательный центр

Русский физиолог Н. А. Миславский установил, что в продолговатом мозге имеется груша клеток, разрушение которых ведет к остановке дыхания. Так было положено начало изучению дыхательного центра. Дыхательный центр - сложное образование; он состоит из центра вдоха и центра выдоха. Позже удалось показать, что дыхательный центр имеет более сложную структуру и в процессах регуляции дыхания принимают участие также вышележащие отделы центральной нервной системы, которые обеспечивают приспособление органов дыхания к различной деятельности организма. Важная роль в регуляции дыхания принадлежит коре больших полушарий.

Миславский Николай Александрович (1854-1928) - выдающийся советский физиолог. Занимался главным образом исследованием механизмов нервной регуляции функций организма. В 1919 г. установил местоположение дыхательного центра в продолговатом мозге. Ряд работ Миславского посвящен изучению рефлекторной регуляции кровообращения. Им было доказано влияние коры больших полушарий головного мозга на деятельность некоторых внутренних органов.

В дыхательном центре ритмически возникают импульсы возбуждения. Эти импульсы возникают автоматически. Даже после полного выключения приходящих к дыхательному центру центростремительных импульсов в нем можно зарегистрировать ритмическую активность. Автоматизм дыхательного центра связывают с процессами обмена веществ в нем. Ритмические импульсы передаются из дыхательного центра по центробежным нейронам к дыхательным мышцам и диафрагме, обеспечивая чередование вдоха и выдоха.

Рефлекторная регуляция дыхания

Изменение дыхания происходит рефлекторно. Оно меняется при болевом раздражении, при раздражении органов брюшной полости, рецепторов кровеносных сосудов, кожи, рецепторов дыхательных путей. При вдыхании паров аммиака, например, раздражаются рецепторы слизистой оболочки носоглотки, что приводит к рефлекторной задержке дыхания. Это важное приспособление, препятствующее попаданию в легкие ядовитых и раздражающих веществ.

Особое значение в регуляции дыхания имеют импульсы, идущие от рецепторов дыхательных мышц и от рецепторов самих легких. От них в большой степени зависит глубина вдоха и выдоха. Это происходит так: при вдохе, когда легкие растягиваются, раздражаются рецепторы в их стенках. Импульсы от рецепторов легких по центростремительным волокнам достигают дыхательного центра, тормозят центр вдоха и возбуждают центр выдоха. В результате дыхательные мышцы расслабляются, грудная клетка опускается, диафрагма принимает вид купола, объем грудной клетки уменьшается и происходит выдох. Поэтому говорят, что вдох рефлекторно вызывает выдох. Выдох, в свою очередь, рефлекторно стимулирует вдох.

В регуляции дыхания принимает участие кора головного мозга, обеспечивая тончайшее приспособление дыхания к потребностям организма в связи с изменениями условий внешней среды и жизнедеятельности организма.

Вот примеры влияния коры больших полушарий на дыхание. Человек может на время задержать дыхание, по своему желанию менять ритм и глубину дыхательных движений. Влияниями коры головного мозга объясняются предстартовые изменения дыхания у спортсменов - значительное углубление и учащение дыхания перед началом соревнования. Возможна выработка условных дыхательных рефлексов. Если к вдыхаемому воздуху добавить около 5-7% углекислого газа, который в такой концентрации учащает дыхание, и сопровождать вдох стуком метронома или звонком, то через несколько сочетаний один только звонок или стук метронома вызовет учащение дыхания.

Гуморальные влияния на дыхательный центр

Большое влияние на состояние дыхательного центра оказывает химический состав крови, в частности ее газовый состав. Впервые это было показано в опыте с перекрестным кровообращением. У двух собак, находящихся под наркозом, перерезали сонные артерии, несущие кровь к голове, и через трубки соединяли так, что кровь от туловища первой собаки поступала к голове второй, а кровь от туловища второй собаки поступала к голове первой (рис. 42). Вторые сонные артерии у собак зажимали. Зажатие трахеи у первой собаки вызывало одышку у второй, и наоборот. Происходило это потому, что в крови собаки, у которой пережималась трахея, накапливалось большое количество углекислого газа. Такая кровь, насыщенная углекислым газом, поступала к голове другой собаки, омывала дыхательный центр и возбуждала его к активной деятельности. Потому у второй собаки и наблюдались частые дыхательные движения (одышка).

Рис. 42. Схема опыта с перекрестным кровообращением

Последующие опыты с введением в определенный участок продолговатого мозга раствора, содержащего углекислоту, подтвердили это положение.

В настоящее время установлено, что углекислый газ оказывает не только прямое возбуждающее действие на дыхательный центр. Накопление углекислого газа в крови вызывает раздражение рецепторов в кровеносных сосудах, несущих кровь к голове, и рефлекторно возбуждает дыхательный центр. Подобным образом действуют и другие кислые продукты, поступающие в кровь, например молочная кислота, содержание которой в крови увеличивается во время мышечной работы. Кислоты увеличивают концентрацию водородных ионов в крови, что вызывает возбуждение дыхательного центра.

Опыт 18

Соберите установку для регистрации дыхательных движений у человека (см. опыт 16).

Зарегистрируйте дыхательные движения у человека, находящегося в состоянии покоя. Затем испытуемому предложите задержать дыхание на возможно больший промежуток времени. Продолжайте регистрировать дыхание. Обратите внимание, что после задержки дыхания глубина и частота дыхательных движений изменились. Чем это можно объяснить?

После непродолжительного отдыха предложите испытуемому сделать 8-10 глубоких и частых дыхательных движений, которые бы хорошо вентилировали легкие. Как теперь изменится характер кривой дыхательных движений?

В результате деятельности механизмов регуляции обеспечивается приспособление дыхания к потребностям организма, поддерживается постоянство газового состава и реакции внутренней среды организма. Таким образом, и деятельность дыхательной системы направлена на поддержание гомеостаза.

Вопросы и задания к главе "Дыхание"

1. Сантиметровой лентой измерьте окружность грудной клетки у вашего товарища при самом глубоком выдохе и самом сильном вдохе. Объясните полученные данные.

2. Положите руку на грудь и посчитайте количество дыхательных движений за 1 мин. Теперь задержите дыхание 40-50 сек. Как изменится частота дыхания после задержки дыхания?

3. Почему после усиленной вентиляции легких дыхание становится редким, а иногда на некоторое время наблюдается даже остановка дыхания?

4. Почему у спортсменов жизненная емкость легких больше, чем у людей, не занимающихся спортом?

5. Чем вызывается затруднение дыхания на больших высотах?