Механизм и регуляция дыхания

Акт дыхания (см. рис. 29) состоит из ритмично повторяющихся вдоха и выдоха. У взрослого человека в спокойном состоянии в минуту происходит 16—20 дыхательных движений, у детей дыхание учащено (так, например, в периоде новорожденное оно составляет примерно 40 дыханий в минуту, затем, с возрастом, постепенно оно снижается).

При вдохе под влиянием нервных импульсов сокращается диафрагма, а также наружные межреберные и другие мышцы. При этом увеличивается объем грудной клетки, легкие расширяются, давление внутри них снижается, и атмосферный воздух устремляется по дыхательным путям в легкие. Затем мышцы, участвующие в акте вдоха, расслабляются, ребра в результате сокращения внутренних межреберных и других мышц и вследствие своей тяжести опускаются. При этом объем грудной клетки уменьшается, легкие сжимаются, давление в них повышается, и воздух по воздухоносным путям устремляется наружу (происходит выдох).

Различают грудной (реберный) и брюшной (диафрагмальный) типы дыхания. В первом случае дыхание осуществляется преимущественно за счет межреберных мышц, а во втором — за счет диафрагмы и мышц брюшного пресса. Возможен также смешанный (грудобрюшной) тип дыхания. При усиленном дыхании в дыхательных движениях участвуют вспомогательные мышцы груди: трапециевидная, большая грудная и др.

Дыхание регулируется нервной системой. Дыхательный центр, состоящий из двух отделов — центра вдоха и выдоха, — находится в продолговатом мозге. Через спинной мозг и соответствующие спинномозговые нервы этот центр связан с двигательными мышцами, а при помощи блуждающего нерва — с легкими. При возбуждении центра вдоха центр выдоха тормозится — происходит вдох, и, наоборот, возбуждение центра выдоха сопровождается торможением центра вдоха и наступает выдох.

В регуляции дыхания участвуют и другие отделы головного мозга, важная роль в этой регуляции принадлежит коре больших полушарий (человек может произвольно изменять ритм и глубину дыхания). Специфическим раздражителем центра вдоха является углекислый газ. Повышение содержания этого газа в крови сопровождается возбуждением центра вдоха.

У разных людей легкие развиты неодинаково. Для функциональной характеристики легких пользуются определением их жизненной емкости при помощи специального прибора — спирометра. Для этого после максимально глубокого вдоха производят максимальный же выдох в спирометр. Жизненная емкость легких, т. е. то количество воздуха, которое человек способен выдохнуть после глубокого вдоха, в среднем равна 3, 5 л. она зависит от возраста, пола, дыхательной тренировки. Систематическое занятие физкультурой и спортом способствует увеличению жизненной емкости легких (у некоторых спортсменов она достигает 7 л).

Дыхание человека изменяется при различных условиях. Так, при мышечной работе возрастает потребление кислорода в тканях, в связи с чем дыхание учащается и становится более глубоким. Если в покое в ткани организма за одну минуту поступает 250 — 300 мл кислорода, то при мышечной работе потребление кислорода увеличивается вдвое. Одновременно в организме увеличивается содержание углекислого газа и недоокисленных продуктов обмена, что, в свою очередь, оказывает влияние на дыхательный центр.

Рис. 29. Прохождение кислорода по организму

Резко изменяется дыхание человека в условиях пониженного и повышенного атмосферного давления.

В условиях пониженного атмосферного давления (высокогорные восхождения, высотные полеты) парциальное давление кислорода в легочных альвеолах становится ниже нормы, вследствие этого уменьшается диффузия кислорода в кровь, а из крови в ткани; наступает гипоксия кислородная недостаточность (патологическое состояние, называемое горной, высотной болезнью). При этом резко учащается дыхание и пульс, развивается мышечная слабость, может наступить потеря сознания. В целях профилактики горной болезни применяется тренировка в барокамерах, а современные летательные и космические аппараты снабжены кислородными приборами.

В условиях повышенного атмосферного давления (кессонные, водолазные работы) в крови растворяется большое количество азота. При быстрой декомпрессии (быстром подъеме водолаза) может развиться кессонная болезнь, причиной которой является образование в крови газовых пузырьков, закупоривающих сосуды. При этом появляются резкие боли в суставах, рвота, одышка, может наступить потеря сознания.