Регуляция дыхания (Лекция 5)

Регуляция дыхания - это процесс управления вентиляцией легких, направленный на поддержание дыхательных констант внутренней среды организма и приспособление дыхания к изменяющимся условиям внешней и внутренней среды.

В процессе регуляции дыхания его частота, глубина, минутный объем и кровообращение приспосабливаются к изменяющимся потребностям метаболизма и к осуществлению некоторых других функций организма (речь, плач, крик, кашель, глотание).

Нервная регуляция

Главная роль принадлежит дыхательному центру, который представляет собой совокупность клеток, расположенных в разных отделах ЦНС и обеспечивающих координированную ритмическую деятельность дыхательных мышц для приспособления дыхания к изменениям внешней и внутренней среды организма.

Дыхательный центр головного мозга представлен инспираторным центром (группа нервных клеток, управляющих вдохом), экспираторным центром (центр выдоха) и пневмотаксическим центром, который регулирует работу инспираторного и экспираторного центров. Центры вдоха и выдоха расположены в продолговатом мозге, а пневмотаксический центр — в верхней части варолиева моста среднего мозга.

Нервные импульсы, возникающие в дыхательном центре продолговатого мозга, передаются к подчиненным двигательным центрам спинного мозга или двигательным центрам блуждающих и лицевых нервов. При нормальном дыхании регулирующие импульсы из центра вдоха поступают к межреберным мышцам и диафрагме, вызывая их сокращение, что приводит к увеличению объема грудной клетки и поступлению воздуха в легкие. Увеличение объема легких возбуждает рецепторы растяжения, расположенные в стенках легких, импульсы от них по центростремительным нервам поступают в центр выдоха. Раздражение нейронов этого центра подавляет активность нейронов центра вдоха, и поток нервных импульсов к дыхательным мышцам прекращается. Межреберные мышцы расслабляются, объем грудной полости уменьшается и воздух из легких вытесняется наружу.

Гуморальная регуляция

Определяющим фактором, влияющим на уровень дыхательных движений в организме, служит концентрация диоксида углерода в крови. Повышение содержания СО₂, увеличивает возбудимость структур дыхательного и пневмотаксического центров, в результате чего усиливается дыхание. Первый вдох у новорожденных также связан с увеличением концентрации С0₂ в крови после отделения от пуповины. Концентрация С0₂, достигнув порогового значения, активизирует нервные структуры дыхательного центра, и новорожденный начинает дышать атмосферным воздухом.

Различаются две группы хеморецепторов, регулирующих дыхание: периферические (артериальные) и центральные (медуллярные). Артериальные хеморецепторы находятся в каротидных синусах и дуге аорты. Центральные (медуллярные) хеморецепторы расположены непосредственно в ростральных отделах вентральной дыхательной группы, в структурах голубого пятна, в ретикулярных ядрах шва ствола мозга и реагируют на водородные ионы в окружающей их межклеточной жидкости мозга.

Особенности дыхания при мышечной работе

Потребности мышц в кислороде и удалении из них углекислого газа находятся в прямой зависимости от интенсивности выполняемой физической работы.

При умеренной физической работе вентиляция легких практически не возрастает, а высокий уровень газообмена в сокращающейся мускулатуре обеспечивается перераспределением крови (усиливается кровообращение в наиболее активных структурах и снижается в тканях находящихся в состоянии покоя) и увеличением утилизации кислорода из нее.

При тяжелой физической работевозникает гипервентиляция легких и усиление системного кровообращения. У тренированных эти показатели изменяются за счет увеличения дыхательного объёма и сердечного выброса, а у нетренированных - учащения дыхания и сердечных сокращений.

Потребление кислорода и кислородный долг

Потребление кислорода - это количество О₂, поглощенное организмом в течение определенного отрезка времени (обычно в течение 1 минуты).

В покое и при умеренной мышечной деятельности потребление О₂ соответствует кислородному запросу организма. По мере увеличения интенсивности деятельности (например, при повышении мощности мышечной работы) для достаточно эффективного ресинтеза АТФ включаются анаэробные процессы. В основном это связано с тем, что окислительное фосфорилирование относительно медленный процесс и он не успевает при напряженной мышечной деятельности обеспечить достаточную скорость ресинтеза АТФ. Поэтому и необходима активация более быстрых анаэробных процессов.

Кислородный запрос при работе, таким образом, состоит из суммы потребления О₂ во время работы и кислородного долга.

Необходимость в анаэробных процессах возникает почти всегда в начале мышечной работы, так как расходование АТФ увеличивается более быстро, чем развертывается окислительное фосфорилирование. Поэтому ресинтез АТФ в самом начале мышечной работы обе­спечивается за счет анаэробных процессов. Это приводит к кислородному дефициту в начале работы, который необходимо покрыть за счет дополнительного усиления окислительных процессов после окончания работы или же во время самой работы. Последнее возможно при длительной работе умеренной мощности.

Кислородный долг включает два компонента:

а) алактатный кислородный долг — это количество О₂, которое необходимо затратить для ресинтеза АТФ и КФ и пополнения тканевого резервуара кислорода (кислород, связанный в мышечной ткани с миоглобином);

б) лактатный кислородный долг — это количество О₂, которое необходимо для устранения накопленной во время работы молочной кислоты. Устранение молочной кислоты заключается в окислении одной ее части до Н₂О и СО₂ и в ресинтезе гликогена из остальной части.

Алактатный кислородный долг устраняется на первых минутах после окончания работы. Устранение лактатного кислородного долга может продолжаться 30 минут и больше.

Максимальное потребление кислорода — это то наибольшее количество кислорода, которое человек способен потреблять в течение 1 минуты.

Для здорового человека, не занимающегося спортом, МПК составляет 3200 — 3500 мл/мин, у тренированных лиц МПК достигает 6000 мл/мин.

Абсолютным критерием достижения испытуемым уровня максимального потребления кислорода является наличие «плато» на графике зависимости величины потребления кислорода от мощности физической нагрузки.

Косвенные критерии достижения МПК:

· увеличение содержания лактата в крови свыше 100 мг;

· увеличение дыхательного коэффициента (отношения количества выделенного углекислого газа к количеству потребленного кислорода в единицу времени) свыше 1;

· повышение ЧСС до 180—200 уд/мин.

Максимальное потребление кислорода зависит от массы работающей мускулатуры и состояния системы транспорта кислорода и отражает общую физическую работоспособность.

До 20 лет происходит увеличение величины МПК, с 25 до 35 лет — стабилизация и с 35 лет — постепенное снижение МПК. К 65 годам максимальное потребление кислорода уменьшается примерно на треть.