Цель и способ регуляции дыхания

Регуля­ция дыхания имеет целью - поддержание постоянства газо­вого состава артериальной крови (РаО₂, РаСО₂, рН).

Изменение этих пока­зателей от стандартных для условий покоя (соответственно около 100 мм рт. ст., 40 мм рт. ст. и 7,36), воспринимаемое по каналам обратной связи, приводит к изменению дыхания.

Этот способ регуляции по терминологии теории регулирования но­сит название регуляция по отклонению. Роль датчиков в дыхательной сис­теме несут хеморецепторы.

Существуют и другие способы регуляции дыхания, соответствующие принципам регуляции по возмущению и прогнози­рованию.

Регуляции по возмущению заключается в том, что регулирующим воздействием является не отклонение регулируемого параметра, а сигнал о происшедшем в системе возмущении, которое может повлиять на регулируемый параметр (например, начало выполнения мышечной работы – которая может изменить гомеостаз).

Регуляция дыхания обеспечивает оптимальный об­мен газов для поддержания нормального метаболизма тканей при измене­нии условий существования, то есть, газовый гомеостаз организма.

Способом регуляции дыхания является изменение основных пара­метров паттерна дыхания - его объемных и временных параметров.

При этом дыхательный центр (ДЦ) обеспечивает эффективные команды к ды­хательным мышцам, изменяющим скорость, мощность и длительность мышечных сокращений, обеспечивая не какой-либо случайный, а наиболее экономный режим.

Механизмы регуляции дыхания

Механизмы регуляции дыхания весьма сложны. В конечном итоге задача регуляции дыхания состоит в обеспечении метаболических потребностей организма. Прежде всего это касается доставки необходимого количества кислорода к тканям, в данный момент, и вывод из организма углекислого газа. Этого возможно достичь только при относительном постоянстве газового состава внутренней среды, что достигается за счет увеличения или уменьшения альвеолярной вентиляции.

В свою очередь изменение вентиляции может быть достигнуто посредством изменения как глубины, так и частоты дыхания. Это обуславливает задачу регуляции дыхания - как обеспечения наиболее экономичного соотношения между частотой и глубиной дыхания.

Кроме того, при осуществлении некоторых рефлексов (глотательного, кашлевого, чихательного), а также при пении, речи, характер дыхания должен изменяться, однако состав артериальной крови должен оставаться относительно постоянным.

Как и всякая регуляторная система - система регуляции дыхания имеет три основных отдела:

1. Афферентный отдел (или сенсорные каналы - по ним поступает информация, во-первых о газовом составе крови, как конечном результате регулирования, во-вторых о состоянии окружающей Среды и состоянии организма в меняющихся условиях). На основании информации, поступающей по сенсорным каналам, формируются те или иные “команды”, в следующем отделе - центральном.

2. Центральный отдел или дыхательные центры - основная задача дыхательных центров - это автоматическая генерация импульсов, обеспечивающих дыхательную автоматию, а также анализ, поступающей к ним афферентной информации и формирования коррегирующих команд и выдачи их к эффекторам, следующего отдела.

3. Эффекторный (исполнительный) отдел, в качестве которого выступают дыхательные мышцы, осуществляющие дыхательные движения, обуславливающие тот или иной уровень легочной вентиляции, от которой зависит газовый состав крови - конечный результат регуляции дыхания.

Как видно, система регуляции дыхания построена по классическому принципу рефлекторной дуги.

Существует два основных способа регуляции дыхания

Нервный и

Гуморальный.

Дыхательный центр

До недавнего времени считалось, что дыхательный центр один и находится он в продолговатом мозге (на дне IV желудочка) и мосту.

Действительно именно здесь находятся важнейшие структуры дыхательного центра. Это бульбарный отдел дыхательного центра, разрушение которого полностью парализует дыхание. Однако наряду с ним, обнаруживается еще несколько скоплений нейронов, участвующих в регуляции дыхания. В частности в спинном мозге - в передних рогах III и IV сегментов, в грудных сегментах.

Таким образом дыхательный центр - это понятие скорее функциональное, чем анатомическое, обеспечивающее автоматию дыхательных движений.

В организации дыхательных движений участвуют нервные клетки в варолиевом мосту, регулирующие нормальную смену вдоха и выдоха (пневмотаксический центр).

Гуморальная регуляция дыхания.

Деятельность дыхательного центра, определяющая частоту и глубину дыхания, зависит прежде всего от напряжения газов в крови, и концентрации в ней водородных ионов [Н+]. Ведущее значение в определении величины вентиляции имеет напряжение СО2 в крови (этот фактор примерно в 4 раза сильнее недостатка кислорода).

Роль хеморецепторов в регуляции дыхания.

Давно установлено, что деятельность дыхательного центра зависит от состава крови. Это было показано в опыте Фредерика с перекрестным кровообращением. У двух собак перерезали и перекрестно соединили сонные артерии. У одной собаки вызвали асфиксию. У другой при этом наблюдалось гиперноэ.

Имеются две группы хеморецепторов, воспринимающие изменение газового состава крови: переферические (артериальные) и центральные (медуллярные).

Артериальные хеморецепторы находятся в каротидных синусах и дуге аорты, они воспринимают увеличение концентрации СО₂ и снижение концентрации О₂ (только они).

Центральные хеморецепторы находятся в продолговатом мозге и воспринимают концентрацию СО₂ и снижение рН (повышение [ Н⁺]). Они оказывают более сильное влияние на дыхательный центр, чем артериальные хеморецепторы.

Нервная регуляция дыхания.

Рецепторы легких. Рефлекс Геринг-Брейера. Рефлекс прекращающий вдох и выдох, при растяжении легких и при их спадении.

Рецепторы скелетных мышц. Импульсы с рецепторов скелетных мышц повышают активность дыхательных движений.

Роль высших отделов мозга (коры) в регуляции дыхания.

РЕГУЛЯЦИЯ ДЫХАНИЯ ПРИ МЫШЕЧНОЙ РАБОТЕ.

Никаких особых механизмов регуляции при мышечной работе не существует, а происходит изме­нение их взаимодействия (И.О. Бреслав, В.Д. Глебовский, 1982, Г.Г. Исаев, 1990).

При мышечной работе, в зависимости от её интенсивности, ме­няется и реакция всей системы регуляции дыхания. Установлено, что между уровнем вентиляции, потреблением кислорода и мощностью нагрузки до определённого предела имеется линейная зависимость, которая после достижения так называемого уровня ПАНО начинает более круто возрастать. Однако, в этом линейном диапазоне ни уровень РО₂ ни уровень PCO₂ как правило не меняется, хотя венти­ляция возрастает многократно. Следовательно, регуляция по откло­нению в довольно большом диапазоне физических нагрузок не рабо­тает.

За счёт каких же механизмов изменяется вентиляция при мы­шечной работе?

Кроме того, при мышечной работе следует отметить наличие еще ряда особенностей регуляции дыхания:

1. Согласование дыхания с движением.

2. Вентиляция легких и паттерн дыхания.

3. Кислородный запрос.

4. МПК.

5. Кислородный долг.