Регуляция дыхания

Регуляция дыхания представляет собой процесс управления первым этапом дыхания - легочной вентиляцией путем изменения глубины и частоты дыхания. Эти параметры могут регулироваться автоматически и произвольно. Фундаментом регуляции является автоматическая саморегуляция. Доказательством этого служит тот факт, что ритмические дыхательные движения совершаются и во сне и при бодрствовании, не требуя участия нашего сознания. Однако человек может и произвольно изменять характер дыхания. Доказать это можно в простом опыте. Каждый человек может произвольно, волевым усилием, задержать дыхание. Но, выдержав чуть более 1 минуты, он будет вынужден возобновить дыхание. Заставит сделать это автоматическая регуляция, которая ограничивает возможности произвольной регуляции. Автоматическая регуляция дыхания в любых условиях жизнедеятельности обеспечивает состояние «эйпноэ», то есть «хорошего» комфортного дыхания, интенсивность которого точно соответствует метаболическим потребностям организма в кислороде и выведении углекислого газа.

Регуляцию дыхания обеспечивает дыхательный центр (ДЦ), который генерирует (задает) дыхательный ритм, то есть организует сокращение дыхательных мышц с определенной силой и частотой так, чтобы вдох плавно переходил в выдох, и чтобы частота и глубина дыханий в покое и в меняющихся условиях жизнедеятельности обеспечивала метаболические потребности организма. А это, в свою очередь, будет возможно при условии поддержания постоянства газового состава крови.

Регулируемым параметром будет МОД – минутный объем дыхания - количество воздуха, проходящее через легкие за 1 минуту. Величина МОД в покое составляет около 8 л, при физической работе и других нагрузках МОД может увеличиваться до 70-150 л. Это достигается как за счет увеличения глубины дыхания (то есть силы сокращения дыхательных мышц), так и за счет частоты дыхания (скорости или ритма их сокращения).

Управление дыхательной мускулатурой составляет основу регуляции дыхания: чередование вдоха и выдоха организуется благодаря деятельности дыхательного центра через управление работой дыхательной мускулатуры (Рис 8.3.)

Рис.8.3.Эфферентные связи дыхательного центра продолговатого мозга.

Именно в ДЦ стекается и обрабатывается вся информация от разных видов рецепторов, участвующих в регуляции дыхания, и отсюда посылаются команды, обеспечивающие координацию ритма и силы сокращения дыхательных мышц.

Дыхательный центр представляет собой совокупность нейронов, которые объединены общей функцией и расположены на разных «этажах» ЦНС. Выделяют 4 «этажа»: спинной мозг, продолговатый мозг, варолиев мост, кора больших полушарий.

Каждый из перечисленных отделов выполняет определенную функцию.

Спинальный уровень представлен альфа-мотонейронами передних рогов спинного мозга, аксоны которых образуют соматические нервы, иннервирующие дыхательные мышцы. Это диафрагмальный и межреберные нервы. Этот компонент не имеет самостоятельного значения, так как подчиняется импульсам из вышележащих отделов.

Дыхательный центр продолговатого мозга обеспечивает последовательную смену вдоха и выдоха. Он был открыт Н.А Миславским. в 1885 году В настоящее время установлено, что ДЦ расположен в ретикулярной формации продолговатого мозга и является парным. Он представляет собой сложное образование, состоящее из двух отделов - центра вдоха (инспираторный отдел) и центра выдоха (экспираторный отдел). Современные исследования показали, что в продолговатом мозге нет четкого деления на инспираторные и экспираторные отделы, т. е. точной границы между этими зонами нет, но имеются участки, где преобладают те или иные нейроны. Дыхательный центр образован несколькими группами нейронов, импульсная активность которых связана с определенными фазами дыхательного цикла. В продолговатом мозге выделяют следующие виды нейронов: ранние инспираторные, полные инспираторные, поздние инспираторные, постинспираторные, инспираторнотормозящие, экспираторные и др. Нейроны продолговатого мозга, входящие в состав ДЦ, обладают рядом особенностей:

· могут самопроизвольно генерировать нервные импульсы (обладают автоматизмом). Автоматизм ДЦ отличается от автоматизма водителя ритма сердца тем, что для автоматической деятельности ДЦ необходимо постоянное (тоническое) поступление к нему сигналов, повышающих возбудимость дыхательных нейронов. Эти сигналы поступают от хеморецепторов, а также от ретикулярной формации ствола мозга, к структурам которой принадлежит и сам ДЦ.

· периодическое возбуждение ДЦ обусловлено взаимодействием многих дыхательных нейронов, входящих в его состав и образующих сети. Возбуждение циркулирует в них, вовлекая в действие разные типы нейронов, оказывающих друг на друга возбуждающее и тормозное действие (реципрокные отношения). В итоге, передавая друг другу возбуждение поэтапно как «эстафетную палочку», они возбуждаются в строго определенном порядке и координируют ритмическую смену вдоха и выдоха.

· В верхней части варолиевого моста находится так называемый пневмотаксический центр, который контролирует деятельность расположенных ниже дыхательных центров вдоха и выдоха и обеспечивает нормальные дыхательные движения. Полагают, что значение пневмотаксического центра состоит в том, что во время вдоха он вызывает возбуждение центра выдоха и, таким образом, обеспечивает ритмическое чередование фаз дыхания.

В процессах регуляции дыхания принимают участие также вышележащие отделы ЦНС, которые обеспечивают тонкие приспособительные изменения дыхания при различных видах деятельности организма. Важная роль в регуляции дыхания принадлежит большим полушариям головного мозга и их коре, благодаря которой произвольно осуществляется приспособление дыхательных движений при разговоре, пении, спорте, трудовой деятельности человека. Например, человек может задерживать дыхание, урежать или учащать его и т.д. При участии коры больших полушарий образуются дыхательные условные рефлексы. Дыхание – это, пожалуй, единственная вегетативная функция, которая подчиняется контролю сознания, поскольку эффектором в регуляции вентиляции легких являются скелетные мышцы, на которые кора может оказывать прямое воздействие через пирамидные пути.

Таким образом, в регуляции дыхательного процесса принимают участие различные структуры мозга, обеспечивая участие дыхательной системы в поведенческих реакциях, изменение дыхания при эмоциях, участие дыхания при речи, пении и т.д., но ведущую роль в регуляции легочной вентиляции играет ДЦ продолговатого мозга (Рис. 8.4.)

Рис.8.4.Структура дыхательного центра.

Основную роль в регуляции смены вдоха и выдоха и в регуляции глубины дыхания играют потоки импульсов, поступающие в дыхательный центр от хемо- и механорецепторов. Основным регулятором активности ДЦ является информация о газовом составе крови и цереброспинальной жидкости (ликвора), которая поступает соответственно от периферических (артериальных) и центральных (медуллярных) хеморецепторов. Периферические хеморецепторы находятся в каротидном и аортальном тельцах, а центральные – в продолговатом мозге, неподалеку от самого ДЦ. Они реагируют на повышение напряжения углекислого газа (СО₂) и повышение концентрации водородных ионов, на понижение напряжения кислорода, но главным стимулом, управляющим дыханием, является содержание СО₂ в крови и во внеклеточной жидкости мозга. Центральные хеморецепторы очень чувствительны к изменениям рН и напряжения СО₂. Именно поток импульсов от этих рецепторов, чутко улавливающих ничтожные изменения в концентрации водородных ионов и рСО₂, вызывает изменение характера дыхания: при накоплении угольной кислоты дыхание углубляется и учащается, а при уменьшении содержания угольной кислоты оно становится поверхностным и редким. Информация от хеморецепторов главным образом адресуется к инспираторным нейронам и активирует их, инициируя вдох. Импульсы от нейронов дыхательного центра передаются к мотонейронам спинного мозга, управляющим наружными межреберными мышцами и диафрагмой (Табл.).

Таблица 8.2. Механизм вдоха

Накопление С02 в крови и ликворе в результате ме­таболизма кле­ток и возбуждения хеморецепторов		Возбуждение инспираторных нейронов ды­хательного цен­тра		Возбуждение и сокращение мышц вдоха (диа­фрагмы и наруж­ных межреберных мышц)
Снижение ак­тивности ды­хательного цен­тра		Удаление из­бытка СО2 из крови и поступ­ление в нее О 2		Расширение грудной клетки и
		вентиляция лег­ких

Дата добавления: 2014-12-27