Регуляция дыхания

Внешнее дыхание — это автоматический процесс, инициируемый в нервной ткани продолговатого мозга и осуществляемый органами дыхания. Общая задача этой системы — дать возможность организму постоянно и регулярно вдыхать кислородсодержащий воздух и выдыхать углекислый газ, образующийся в результате метаболических реакций.

Особенность физиологии внешнего дыхания заключается в том, что оно одновременно является как автоматическим действием, так и управляемым с помощью сознания и воли.

Дыхательный центр и регуляция дыхания

Продолговатый мозг, являющийся частью ствола головного мозга (сложной нервной структуры, соединённой со спинным мозгом), содержит дыхательный центр, контролирующий дыхание. Этот контроль обеспечивается с помощью нервных волокон, мышц и хеморецепторов — специализированных клеток, которые способны обнаруживать в организме те или иные химические вещества и передавать полученную информацию по нервам в виде импульсов.

Регуляция процесса дыхания в организме человека базируется на способности нервной системы реагировать на изменения кислотно-щелочного баланса. После того как тканевые клетки впитают из крови кислород, его парциальное давление в крови снижается. В то же время кровь получает углекислоту, являющуюся продуктом метаболизма, что приводит к повышению её парциального давления.

Периферические артериальные хеморецепторы, расположенные в аорте, воспринимают изменение парциального давления углекислого газа в крови и передают импульсы по девятому и десятому черепным нервам в дыхательный центр продолговатого мозга.

Одновременно с этим центральные хеморецепторы, расположенные в нижней части четвёртого желудочка (область ствола головного мозга), реагируют на кислотность (рН) спинномозговой жидкости, которая омывает головной и спинной мозг. рН — это величина, связанная с количеством ионов водорода, присутствующим в жидкости.

Нормальная рН организма составляет 7,4. Значения, превышающие эту цифру, указывают на защелачивание тканей организма, а значения рН меньше 7,4 говорят о смещении кислотно-щелочного равновесия в кислую сторону. Получив эту информацию, центральные хеморецепторы отправляют её в дыхательный центр для дальнейшей обработки.

После получения информации о состоянии кислотно-щелочного равновесия и парциальном давлении углекислого газа дыхательный центр отправляет импульс по эфферентным (двигательным) нервным волокнам спинного мозга к диафрагме, а также межрёберным мышцам и другим вспомогательным мышцам, участвующим в акте дыхания. Мышцы приходят в действие, а диафрагма движется вниз. Благодаря этому происходит вдох, и воздух засасывается в лёгкие. Вдох является активным процессом, в отличие от него выдох — результат мышечного расслабления и естественной эластичности тканей.

Роль коры головного мозга в процессе дыхания

Дыхание может быть произвольным процессом и в большой степени управляться корой головного мозга, отвечающей за мышление и произвольные действия. Благодаря этому человек может усилить дыхание ещё перед тем, как совершил тяжёлое физическое действие. Кроме того, к гипервентиляции могут приводить сильные эмоции. Это связано с ситуационной необходимостью улучшить снабжение нервной ткани кислородом во время стрессовых ситуаций.

Участие лёгких в механизме регуляции дыхания

В лёгких находятся различные рецепторы, которые также могут влиять на дыхание. Например, в бронхах есть рецепторы, реагирующие на раздражение, вызванное вдыханием вредных веществ. Благодаря их работе рефлекторно запускаются механизмы задержки дыхания или кашля.

Как видим, в связи со сложностью процесса регуляции дыхания, вместо понятия «дыхательный центр» более справедливо было бы использовать термин «система центральной регуляции дыхания». Эта сложная структура включает в себя кору головного мозга, отдельные участки ствола головного мозга, центральные и периферические хеморецепторы, а также чувствительные и двигательные нервные волокна.