Дыхательные движения. Регуляция дыхания

Углекислый газ непрерывно поступает из крови в альвеолы, а кислород, наоборот, поглощается кровью и доставляется ко всем клеткам организма. Для газообмена организма с окружающей средой необходима постоянная смена воздуха в альвеолах – вентиляция лёгких. Она обеспечивается регулярными движениями грудной клетки при вдохе и выдохе. На протяжении всей жизни человека вдох и выдох ритмично сменяют друг друга.

Для осуществления вдоха и выдоха нужна согласованная работа многих мышц нашего тела. Вдох происходит активно за счёт сокращения наружных косых межрёберных мышц и диафрагмы.

Диафрагма – это куполообразная мышечная перегородка, которая отделяет грудную полость от брюшной.

Межрёберные мышцы приподнимают рёбра и слегка отводят их в стороны. Передними концами рёбра отодвигают грудину вперёд, в результате чего происходит увеличение объёма грудной полости. При сокращении купол диафрагмы уплощается и смещает органы брюшной полости вниз и вперёд, что дополнительно увеличивает объём грудной полости.

Ткань лёгких способна растягиваться, поэтому они следуют за грудной клеткой. Этому способствует ещё большее понижение давления в плевральной полости и увеличение присасывающей силы. Когда объём лёгких увеличивается, в альвеолах давление падает и в них засасывается атмосферный воздух.

Выдох при спокойном дыхании происходит пассивно, без помощи мышц туловища. Он является следствием прекращения вдоха.

При расслаблении наружных косых межрёберных мышц и диафрагмы рёбра возвращаются в исходное положение, и объём грудной полости уменьшается.

Так как лёгкие обладают упругостью, они принимают первоначальную форму. Вследствие этого давление воздуха в альвеолах становится выше атмосферного, и он выходит наружу.

При физической нагрузке выдох становится активным. В его осуществлении принимают участие внутренние косые межрёберные мышцы, грудные мышцы и мышцы живота.

Дыхание у женщин и мужчин немного различается. У мужчин брюшной тип дыхания, то есть они дышат главным образом за счёт сокращения диафрагмы. А у женщин грудной тип дыхания – они в основном дышат за счёт сокращения межрёберных мышц.

Взрослый человек делает в среднем 16 – 18 дыхательных движений в минуту. За сутки он совершает около 23000 дыхательных движений. При физической работе дыхание может учащаться в 2–3 раза. Интенсивность дыхания меняется и в зависимости от эмоционального состояния человека. Если человек волнуется, его дыхание становится прерывистым, ему трудно говорить.

При гневе дыхание шумное и частое. Дыхание тренированных людей отличается от дыхания обычного человека: оно у них редкое и глубокое.

При глубоком дыхании воздух успевает проникнуть в большее количество альвеол и растянуть их. В результате улучшаются условия газообмена и кровь дополнительно насыщается кислородом.

Когда человек спокойно дышит, в его лёгкие поступает и выводится 500 сантиметров кубических воздуха, или 500 миллилитров. Это так называемый дыхательный объём. После спокойного выдоха при волевом напряжении человек может выдохнуть ещё примерно 1500 миллилитров воздуха – это резервный объём выдоха. После спокойного вдоха человек может дополнительно вдохнуть ещё 1500 миллилитров воздуха. Это резервный объём вдоха.

Сумма трёх указанных объёмов составляет жизненную ёмкость лёгких, которая в среднем равна 3500 миллилитров.

Жизненная ёмкость лёгких – максимальное количество воздуха, которое можно выдохнуть после самого глубокого вдоха. Жизненная ёмкость лёгких зависит от возраста человека, его пола и степени тренированности.

На жизненную ёмкость лёгких влияют занятия спортом. Например, у пловцов она может достигать 6000 миллилитров.

После максимального выдоха в лёгких остаётся ещё около 1000 миллилитров остаточного воздуха, поэтому лёгкие полностью не спадаются и находятся в расправленном виде.

Воздух, находящийся в самих дыхательных путях, заполняет так называемое мёртвое пространство. Его объём равен примерно 140 миллилитров.

Величину жизненной ёмкости лёгких можно измерить с помощью специального прибора – спирометра, а представить графически в виде спирограммы. Данный прибор измеряет количество воздуха, перемещаемого дыхательным аппаратом человека. Спирометрия определяет объём дыхательного воздуха, резервный объём вдоха, резервный объём выдоха, жизненную ёмкость лёгких и остаточный объём.

Нервная регуляция дыхания. Основные структуры, которые регулируют дыхание в организме человека, находятся в продолговатом мозге. Здесь располагается дыхательный центр. Этот центр был открыт русским физиологом Николаем Александровичем Миславским в 1919 году. Именно он установил, что дыхательный центр представлен совокупностью нервных клеток – нейронов, которые обеспечивают ритмическую деятельность дыхательных мышц (их сокращение и расслабление), вызывая поочерёдно вдох и выдох. 

От нейронов дыхательного центра возбуждение передаётся на нервные клетки спинного мозга, под контролем которых находится сокращение наружных косых межрёберных мышц и диафрагмы. Увеличение объёма лёгких сопровождается возбуждением рецепторов воздухоносных путей и альвеол.  Импульсы от этих рецепторов поступают в продолговатый мозг, вызывая торможение нейронов вдоха. В результате дыхательные мышцы расслабляются и происходит выдох.

Дыхательный центр подчиняется вышележащим отделам головного мозга, которые расположены в коре больших полушарий. Благодаря их влиянию можно изменять ритм и глубину дыхания.

Раздражение рецепторов слизистой оболочки носа пылью или резко пахнущими веществами вызывает поток нервных импульсов в продолговатый мозг, а оттуда и к мышцам. В результате происходит остановка дыхания и смыкание голосовой щели. Затем начинается интенсивный, или форсированный, выдох.  При этом давление в грудной полости резко нарастает, и наступает момент, когда воздух с силой вырывается через сомкнутые голосовые связки, – возникает характерный звук чиханья. Струя воздуха направляется в нос, вместе с воздухом и слизью выделяются и раздражители слизистой оболочки.

Кашель очень похож на чиханье, с той лишь разницей, что основной поток воздуха выходит через рот.

При поражениях дыхательного центра происходит расстройство дыхательных движений.

На дыхательный центр также влияют гуморальные факторы. При мышечной работе в крови накапливается углекислый газ и недоокисленные продукты обмена, например молочная кислота. Кровь с избытком углекислого газа доходит до дыхательного центра и раздражает его.

В результате возрастает ритмическая активность дыхательного центра, и, как следствие, усиливается вентиляция лёгких. Человек начинает глубоко дышать, и в итоге избыток углекислого газа удаляется из организма, а недостаток кислорода восполняется.

Когда происходит снижение концентрации углекислого газа в крови, тонус дыхательного центра снижается, и наступает непроизвольная временная задержка дыхания. Когда содержание углекислого газа в крови восстанавливается до нормы, самопроизвольно восстанавливается и дыхание. 

Регуляция дыхания осуществляется нервным и гуморальным механизмами, благодаря которым концентрация углекислого газа и кислорода в крови поддерживается на определённом уровне.