Дыхательный центр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Дыхание – это неотъемлемый признак жизни. Мы дышим постоянно с момента рождения и до самой смерти, дышим днем и ночью во время глубокого сна, в состоянии здоровья и болезни. В организме человека и животных запасы кислорода ограничены, поэтому организм нуждается в непрерывном поступлении кислорода из окружающей среды. Также постоянно и непрерывно из организма должен удаляться углекислый газ, который всегда образуется в процессе обмена веществ и в больших количествах является токсичным соединением.

Дыхание – это сложный процесс, результатом которого является постоянное обновление газового состава крови, а, также, происходит биологическое окисление в тканях.

Организм человека функционирует при условии возобновления энергетического баланса организма. Энергия для организма возникает благодаря окислению органических веществ, таких как белки, жиры, углеводы. За счет этого происходит освобождение скрытой химической энергии, она является источником жизнедеятельности, развития и роста организма. Дыхание поддерживает в организме оптимальный уровень окислительно-восстановительных процессов. Состав выдыхаемого воздуха является непостоянным и зависит от скорости обмена веществ, кроме того от частоты и глубины дыхания. Если происходит задержка дыхания или наоборот глубоки дыхательные движения, в результате изменяется состав выдыхаемого воздуха.

Регуляция деятельности дыхательного центра, который расположен в продолговатом мозге, происходит гуморально, за счет рефлекторных воздействий и нервных импульсов, которые поступают из отделов головного мозга.

Целью данной работы является характеристика феномена регуляции дыхания. В связи с этим ставятся следующие задачи:

1. Дать описание дыхательного центра;
2. Охарактеризовать деятельность дыхательного центра;
3. Выявить значение рефлексов дыхательного центра и рефлекторное влияние на дыхание;
4. Отразить механизма влияния адаптации дыхания к мышечной деятельности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Дыхательный центр

Дыхательным центром – это совокупность нервных клеток, которые расположены в разных отделах центральной нервной системы. Они обеспечивают координированную ритмическую деятельность дыхательных мышц, а, также, приспособление дыхания к изменяющимся условиям внешней и внутренней среды организма. Некоторые группы нервных клеток являются необходимыми для ритмической деятельности дыхательных мышц.1 Они располагаются в ретикулярной формации продолговатого мозга, тем самым составляют дыхательный центр в узком смысле слова. Нарушение функции этих клеток ведет к прекращению дыхания в результате паралича дыхательных мышц. Дыхательный центр продолговатого мозга посылает импульсы к мотонейронам спинного мозга, которые иннервируют дыхательную мускулатуру. Мотонейроны, отростки которых образуют межреберные нервы, иннервирующие межреберные мышцы, расположены в передних рогах грудного отдела спинного мозга. Отсюда вытекает, что при перерезке спинного мозга между грудными и шейными сегментами прекращается реберное дыхание, а диафрагмальное дыхание сохраняется. В результате того, что двигательное ядро диафрагмального нерва, которое находится выше места перерезки, сохраняет связь с дыхательным центром и диафрагмой. При перерезке спинного мозга под продолговатым мозгом дыхание полностью прекращается, так как наступает гибель организма от удушения. Однако при такой перерезке мозга продолжаются в течение некоторого времени сокращения вспомогательных дыхательных мышц ноздрей и гортани, которые иннервируются нервами, которые выходят непосредственно из продолговатого мозга. Деятельность всей совокупности нейронов, которые дыхательный центр, необходима для сохранения нормального дыхания. Процессы регуляции дыхания также зависят от вышележащие отделы центральной нервной системы, 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 происходит приспособление дыхательных движений при разговоре, пении, спорте и трудовой деятельности. Регуляция деятельности дыхательного центра реализуется гуморально, за счет рефлекторных воздействий и нервных импульсов, которые поступают из вышележащих отделов головного мозга.2

Таким образом, дыхательным центром является совокупность нервных клеток, которые расположены в разных отделах центральной нервной системы. Они обеспечивают координированную ритмическую деятельность дыхательных мышц, а, также, приспособление дыхания к изменяющимся условиям внешней и внутренней среды организма.

2. Регуляция деятельности  дыхательного центра

Дыхательный центр служит функцией ритмического чередования вдоха и выдоха, кроме того он способен изменять глубину и частоту дыхательных движений, в результате чего происходит легочная вентиляция. Факторы внешней среды, например состав и давление атмосферного воздуха, окружающая температура, и изменения состояния организма при мышечной работе, эмоциональном возбуждении и др., оказывают влияние на интенсивность обмена веществ. В результате чего, происходит потребление кислорода и выделение углекислого газа, таким образом происходит воздействие на функциональное состояние дыхательного центра. Как результат изменение объема легочной вентиляции.

Как и все другие процессы авторегуляции физиологических функций, регуляция дыхания происходит в организме на основе принципа обратной связи. Деятельность дыхательного центра, который регулирует снабжение организма кислородом и удаление образующегося в нем углекислого газа, определяется состоянием регулируемого им процесса. Накопление в крови углекислоты, а также недостаток кислорода являются причинами, которые вызывают возбуждение дыхательного центра. Функция дыхания, возможна лишь при ритмическом чередовании вдоха и выдоха, который регулируется сложным нервным механизмом. При его изучении обращает на себя внимание множественное обеспечение работы этого механизма. Возбуждение центра вдоха возникает как под влиянием увеличения концентрации водородных ионов (повышения напряжения СО2) в крови, который вызывает возбуждение хеморецепторов продолговатого мозга и хеморецепторов сосудистых рефлексогенных зон, так и в результате влияния пониженного напряжения кислорода на аортальные и каротидные хеморецепторы. Возбуждение центра выдоха зависит от рефлекторных импульсов, которые приходят к нему по афферентным волокнам блуждающих нервов, так и влиянием центра вдоха, которое осуществляется через центр пневмотаксиса.

Возбудимость дыхательного центра изменяется при действии нервных импульсов, поступающих по шейному симпатическому нерву. Раздражение этого нерва повышает возбудимость центра дыхания, что усиливает и учащает дыхание. Также влияние симпатических нервов на дыхательный центр отчасти объясняются изменения дыхания при эмоциях.

Регуляция активности дыхательного центра сложна. По М.В. Сергиевскому,3 данная регуляции включает три уровня. Первый уровень регуляции представлен спинным мозгом. Здесь располагаются центры диафрагмальных и межреберных нервов. Эти центры являются источником сокращения дыхательных мышц. Однако этот уровень регуляции дыхания не может обеспечить ритмичную смену фаз дыхательного цикла, так как огромное количество афферентных импульсов от дыхательного аппарата, минуя спинной мозг, направляется непосредственно в продолговатый мозг.

Второй уровень регуляции связан с функциональной активностью продолговатого мозга. Здесь находится дыхательный центр, который воспринимает разнообразные афферентные импульсы, которые идут от дыхательного аппарата, а также от основных рефлексогенных сосудистых зон. Этот уровень регуляции представляет собой ритмичную смену фаз дыхания.

Третий уровень регуляции – это верхние отделы головного мозга, которые включат и корковые нейроны. Только при наличии коры полушарий головного мозга возможно нормальное приспособление реакций системы дыхания к изменяющимся условиям жизнедеятельности организма.

3. Механизм адаптации дыхания к мышечной деятельности

Интенсивность дыхания тесно связана с интенсивностью окислительных процессов.  Глубина и частота дыхательных движений уменьшаются при покое и увеличиваются при работе. Имеется определенная закономерность,  чем сильнее глубина и частота дыхательных движений, тем напряженнее работа. Так, у физически здоровых людей при напряженной мышечной работе объем легочной вентиляции возрастает до 50 и даже до 100 л в минуту.

Одновременно с усилением дыхания во время работы происходит усиление деятельности сердца, которое приводит к увеличению минутного объема кровотока. В результате чего происходит вентиляция легких, а, минутный объем кровотока нарастает в соответствии с величиной выполняемой работы и увеличивающейся интенсивностью окислительных процессов.

У человека потребление О2 составляет в покое 250…350 мл в минуту, а во время работы может достигать 4500…5000 мл. Транспорт такого большого количества кислорода возможен потому, что при работе систолический объем может увеличиваться втрое (с 70 до 200 мл), а частота сердечных сокращений в 2 и даже 3 раза (с 70 до 150 и даже 200 сокращений в минуту).

В результате этого происходит увеличение коэффициента утилизации О2. Из каждого литра крови, которая протекает по большому кругу, клетки организма утилизируют в покое 60…80 мл кислорода, а во время работы – до 120 мл (кислородная емкость 1 л крови равна около 200 мл О2).

Повышенное поступление О2 в ткани при мышечной работе зависит от того, как понижается напряжение О2 в работающих мышцах, происходит увеличение напряжения углекислого газа и концентрации Н+-ионов в крови. Это способствует увеличению диссоциации оксигемоглобина. Особенно значителен прирост утилизации кислорода у тренированных людей. Одной из причин увеличения легочной вентиляции при интенсивной мышечной работе является накопление молочной кислоты в тканях и переход ее в кровь. Содержание молочной кислоты в крови может достигать при этом 50…100 и даже 200 мг % вместо 5…22 мг % в условиях мышечного покоя. Молочная кислота вытесняет угольную кислоту из ее связей с ионами натрия и калия, что приводит к повышению напряжения углекислого газа в крови и к возбуждению дыхательного центра.4

Таким образом, усиление вентиляции при мышечной работе обусловлено, с одной стороны, химическими изменениями, которые происходят в организме. Это, в первую очередь, накопление углекислоты и недоокисленных продуктов обмена. А другая причина, это рефлекторные влияния. Таким образом, условной рефлекторный механизм – один из важных нервных механизмов адаптации организма к изменяющихся условиях внешней среды. Системы кровообращения и крови, перестраиваясь на новый функциональный уровень, способствуют транспорту О2 к тканям и углекислого газа к легким.

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Как и остальные процессы автоматической регуляции физиологических функций, регуляция дыхания реализуется в организме посредством принципа обратной связи. Таким образом деятельность дыхательного центра, который регулирует снабжение организма О2 и удалением образующегося в нем СО2, определяется состоянием регулируемого им процесса. Накопление в крови углекислоты, а также недостаток О2 являются факторами, которые вызывают возбуждение дыхательного центра. В регуляции дыхания определенное значение имеет газовый состав крови. Пониженное напряжение О2 в крови вызывает рефлекторное усиление дыхательных движений, которое действует на хеморецепторы сосудистых рефлексогенных зон. Деятельность дыхательного центра регулируется воздействием повышенной концентрации Н+-ионов и увеличенного напряжения СО2 на хеморецепторы продолговатого мозга и на хеморецепторы каротидного и аортального телец, а также действием на хеморецепторы указанных сосудистых рефлексогенных зон понижения напряжения кислорода в артериальной крови.

Дыхательный центр получает афферентные импульсы не только от хеморецепторов, но и от прессорецепторов сосудистых рефлексогенных зон, а также от механорецепторов легких, дыхательных путей и дыхательных мышц. Кроме того значение в регуляции дыхания имеют импульсы, которые поступают к дыхательному центру по блуждающим нервам от рецепторов легких. От них в значительной степени зависит глубина вдоха и выдоха.

Помимо механорецепторов легких, в регуляции дыхания принимают участие механорецепторы межреберных мышц и диафрагмы. Они возбуждаются растяжением при выдохе и рефлекторно стимулируют вдох.

Таким образом, жизненно важная функция дыхания, возможна только при ритмическом чередовании вдоха и выдоха, который регулируется сложным нервным механизмом.

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Анатомия, физиология, психология человека. Краткий иллюстрированный словарь / Под ред. А.С. Петрова. – СПб: Питер, 2010. – 256 с.
2. Атлас по нормальной физиологии. Пособие для студ. мед. и биол. спец. вузов / Под ред. Н.А. Агаджаняна. – М.: Высш. шк., 1986. – 351 с.
3. Бабский Е.Б., Забков А.А., Косицкий Г.И., Ходоров Б.И. Физиология человека / Под ред. Е.Б. Бабского. – М.: Издательство «Медицина», 1972. – 656 с.
4. Сапин М.Р. Анатомия и физиология человека: Уч. Для студ. Образоват.учреждений / М.Р. Сапин, В.И.Сивоглазов. – 6-е изд., стер. –М.: Издательский центр «Академия», 2011. – 384 с.
5. Физиология человека /С.А. Георгиева, Н.В. Белинина, Л.И. Прокофьева, Г.В. Коршунов, В.Ф. Киричук, В.М. Головченко, Л.К.Токарева. – М.: Медицина, 1989. – 480 с.
6. Фомин Н.А. Физиология человека: 3-ое изд. Уч. пособие для студентов фак. физ. воспитания пед. ин-тов. – М.: Просвещение, 2010. – 320 с.