Дихальні рухи та їх нейрогуморальна регуляція

Ми не помічаємо рухів кишечника, помічаємо, але не можемо контролювати скорочення свого серця, помічаємо і можемо робити довільні дихальні рухи — але свідомий контроль над ними є досить обмеженим. Ви дізнаєтесь, чому саме так відбувається.

Якщо легені можуть розширюватися і спадатися, то може вони мають власні м'язи? Коли саме скорочується діафрагма — під час вдиху, чи під час видиху? Як наш організм знає, як часто і глибоко нам потрібно вдихати і видихати повітря? Чому якщо вдихнути речовину з різким запахом, то перехоплює дихання? На медогляді необхідно глибоко вдихнути і видихнути — що визначають таким чином?

Яким чином легені змінюють свій об'єм?

Тканина легенів губчаста, м’яка й еластична. Легені вкриті двома листками плеври, яка утворена сполучною тканиною. Внутрішній листок плеври покриває кожну легеню, а зовнішній — зростається зі стінкою грудної порожнини. Між двома листками плеври є герметичний простір — плевральна порожнина. У нормі вона містить невелику кількість рідини й не містить повітря. Тиск у плевральній порожнині дещо менший, ніж атмосферний тиск, і тому легені завжди тісно прилягають до грудної стінки.

Рідина плевральної порожнини виконує функцію «мастила», що полегшує ковзання поверхні легенів всередині грудної стінки. У випадку запалення легенів ця функція порушується, і хворих турбує біль в грудях, що посилюється під час глибокого вдиху. Якщо з тих чи тих причин герметичність плевральної порожнини порушується (наприклад, внаслідок проникного поранення грудної клітки або руйнування легеневої тканини), то у плевральну порожнину потрапляє повітря і виникає пневмоторакс. Тоді значною мірою порушується вентиляція легенів, що потребує невідкладної медичної допомоги.

Дихальні м'язи

Розтягування і стискання легенів дещо нагадує гру на гармошці, оскільки легені не мають окремих м’язів і просто пасивно повторюють форму грудної клітки. Які ж м’язи розтягують і стискають цю «гармошку», тобто викопують дихальні рухи? Знизу грудна порожнина відокремлена від черевної порожнини діафрагмою (від грец. diaphragma — перегородка). Діафрагма утворена посмугованими м'язами, скорочення яких насамперед і приводить до розширення легенів. У такому разі діафрагма опускається донизу, а одночасні скорочення зовнішніх міжреберних м’язів піднімають ребра, що веде до збільшення об’єму грудної клітки. Вдих відбувається таким чином, що тиск повітря в альвеолах ніби весь час «доганяє» атмосферний тиск, тобто повітря начебто всмоктується в легені внаслідок їх розширення (лшл. 3.11). Навпаки, під час видиху діафрагма розслаблюється й пасивно піднімається в своє вихідне положення, а розслаблення зовнішніх і скорочення внутрішніх міжреберних м’язів (останнє в основному відбувається лише при глибокому видиху) стискає грудну клітину. У результаті об'єм легенів зменшується, і повітря з них виштовхується через дихальні шляхи. Якщо серце іпколи порівнюють з насосом для перекачування крові, то дихальні рухи можна порівняти з роботою насоса для всмоктування і виштовхування повітря з легенів!

Оскільки повітря під час дихальних рухів переміщується за рахунок досить невеликої різниці тиску, важливо, щоб дихальні шляхи не чинили цьому процесу значного опору. Під час деяких захворювань (наприклад, бронхіальна астма, запалення дихаль-

них шляхів) їхній просвіт може звузитися настільки, що це перешкоджає вільному проходженню повітря — дихання людини утруднюється.

Легеневі об'єми та ємності

Під час вдиху розмір альвеол збільшується, і вони наповнюються свіжим повітрям. Під час видиху, навіть дуже сильного, стінки альвеол повністю не спадаються, тому що в них завжди залишається повітря — це так званий залишковий об’єм (ма.і. 3.12).

Об’єм повітря, яке ми вдихаємо і видихаємо, називається дихальним об’ємом. Його можна визначити за допомогою спеціального приладу — спірометра (від лат. нрігаге — дихати). Такі виміри — спірометрія — важливі для діагностики захворювань дихальної системи. Під час спокійного дихання дихальний об’єм складає приблизно 0,5 л [мил. 3.12). Після спокійного видиху людина здатна ще максимально видихнути 1—1,4 л повітря — це резервний об’єм видиху, а після спокійного вдиху — додатково вдихнути до

1.5— 1,8 л — це резервний об’єм вдиху. Дихальний об’єм разом з цими двома резервами складає життєву ємність легенів — один з основних показників нормальної функції легенів. Він становить

3.5- 5 л у чоловіків і 3—4 л у жінок. Важливо підкреслити, що розподіл загального об’єму' на ці частки є умовним, адже легені завжди працюють як єдине ціле.

Як бачимо, у стані спокою ми використовуємо лише невеличку частину життєвої ємності легенів, але під час фізичних вправ, коли значно зростає потреба в кисні, ми маємо великі резерви для збільшення дихального об’єму'.

Життєва ємність легенів (ЖЄЛ) залежить від зросту людини, віку, статі, фізичної тренованості.

Регулярні фізичні вправи, гра на духових музичних інструментах, заняття вокалом збільшу-ють ЖЄЛ і загалом покращу'ють функцію дихання. Тютюнопалін-ня, навпаки, веде до ц зменшення, особливо якщо починати палити у молодому віці.

Нейрогуморальна регуляція дихальних рухів

Дихальні рухи є настільки природними, що ми зазвичай навіть не замислюємося, чому вони відбуваються. Втім, ці рухи є дуже складними, впорядкованими. Доросла здорова людина в стані спокою робить у середньому 15—17 вдихів і видихів за одну хвилину. Частота дихальних рухів може значно зростати під час фізичної активності та у разі деяких захворювань, зокрема коли підвищується температура тіла. Частота дихання є вищою у новонароджених дітей та в перший рік життя — 30-50 за хвилину, а у віці 6—12 років вона поступово зменшується до 20-30 за хвилину.

Людина на деякий час здатна затримати дихання або навпаки довільно почати дихати частіше або глибше. Під час фізичних вправ ми дихаємо частіше і сильніше, а коли спимо — повільніше і спокійніше. Як саме паш організм «дізнається», як часто і глибоко нам потрібно вдихати і видихати повітря? Дихання перебуває під контролем нейрогуморальної регуляції. Відбувається це таким чином, щоб в кожний момент не тільки максимально задовольнялися потреби організму в 0₂, а, передусім, щоб в тканинах не накопичувався шкідливий С0₂.

Центр, що контролює наше дихання, міститься у нижній частині головного мозку, у його стовбурі (мал. 3.13). Цей регулятор дихання — дихальний центр — містить дві ділянки: збудження однієї відповідає за вдих, а іншої — за видих. Як саме дихальний центр контролює наше дихання? Основним сигналом для збудження (активації) дихального центру, що, своєю чергою, стимулює дихальні рухи, є підвищення вмісту С0₂ в плазмі крові. Саме зростання вмісту вуглекислого газу в крові спричинює перший вдих новонароджених! Також, якщо ви вирішили затримати дихання, то саме зростання вмісту вуглекислого газу в крові до певного критичного значення активує дихальний центр і запустить механізм вдиху, незважаючи на ваше бажання затримати його.

У разі деяких захворювань, травм, під час хірургічних операцій людина не може дихати самостійно. Апарати штучного дихання качають повітря в легені та у зворотному напрямку й таким чином імітують функцію зовнішнього дихання.

1.    Об'єм легенів завжди повторює об’єм грудної порожнини, тому що герметичний простір між легенями І поверхнею грудної порожнини — плевральна порожнина — заповнений рідиною.

2.    Дихальні рухи виникають за рахунок скорочень І розслаблень діафрагми І міжреберних м'язів, а йсню силу І частоту контролює дихальний центр за принципом негативного зворотного зв'язку.

3.    Основним сигналом для активації дихального центру, що, своєю чергою стимулює дихальні рухи, є підвищення вмісту СО, в плазмі крові.

4.    Життєва ємність легенів — це один з основних показників IX нормальної функції. Вона складається з дихального об'єму та резервних об'ємів вдиху І видиху.

Висновки

Терміни і поняття

Плевральна порожнина, пневмоторакс, діафрагма, спірометрія, залишковий об'єм, дихальний об'єм, резервний об'єм вдиху, резервний об'єм видиху, життєва ємність легенів, дихальний центр.

Контрольні запитання

1.    Яка будова І функції плевральної порожнини?

2.    Чому пневмоторакс може загрожувати життю настільки, що він потребує невідкладної медичної допомоги?

3.    Що таке діафрагма? Як вона працює під час вдиху І видиху?

4.    Яка роль в дихальних рухах міжреберних м'язів?

5.    Що таке життєва ємність легенів? Які об'єми входять до складу ЖЄЛ?

6.    Які чинники впливають на показники життєвої ємності легенів?

7.    Як відбувається нейрогуморальна регуляція дихальних рухів?

Завдання

1.    Як відомо, у плевральній порожнині тиск нижчий за атмосферний на 5-6 мм рт. ст. Як зміниться тиск при пневмотораксі у плевральній порожнині? Змоделюйте зміни об'єму легені в такому випадку? Чому ускладниться процес вентиляції легені?

2.    У 1890 р. бельгійський фізіолог Л. Фредерік провів свій знаменитий дослід з перехресним кровообігом. У двох собак, які перебували під наркозом, він перерізав, а потім перехресно з'єднав окремо сонні артерії (великі судини, що відповідно постачають артеріальну кров до мозку) та окремо яремні вени (судини, які збирають венозну кров від мозку). Таким чином, голова першої собаки отримувала кровопостачання від тіла другої собаки І навпаки. Одній із тварин він тимчасово перекривав дихальні шляхи. Спробуйте намалювати схему цього експерименту та запропонуйте, як саме Л. Фредерік зміг експериментальним шляхом продемонструвати роль хімічних факторів в регуляції дихання.

Це матеріал з підручника Біологія 8 клас Жолос