Regulacja oddychania

Zapotrzebowanie organizmu na tlen podczas odpoczynku i pracy nie jest takie samo; dlatego częstotliwość i głębokość oddechu muszą się automatycznie zmieniać, aby dostosować się do zmieniających się warunków. Podczas pracy mięśni zużycie tlenu przez mięśnie i inne tkanki może wzrosnąć 4-5 razy. Oddychanie wymaga skoordynowanych skurczów wielu pojedynczych mięśni; koordynacją tą zajmuje się ośrodek oddechowy – specjalna grupa komórek zlokalizowana w jednej z części mózgu zwana rdzeniem przedłużonym.

Z tego ośrodka salwy impulsów są rytmicznie wysyłane do przepony i mięśni międzyżebrowych, powodując regularne i skoordynowane skurcze odpowiednich mięśni co 4-5 sekund. W normalnych warunkach ruchy oddechowe zachodzą automatycznie, bez kontroli naszej woli. Kiedy jednak nerwy prowadzące do przepony (nerwy przeponowe) i mięśni międzyżebrowych zostaną przecięte lub uszkodzone (na przykład w przypadku paraliżu dziecięcego), ruchy oddechowe natychmiast ustają.

Oczywiście dana osoba może dowolnie zmieniać częstotliwość i głębokość oddechu; może nawet przez jakiś czas w ogóle nie oddychać, ale nie jest w stanie wstrzymać oddechu na tak długo, aby wyrządzić mu to jakąś poważną krzywdę: uruchamia się automatyczny mechanizm i powoduje wdychanie. Naturalnie pojawia się pytanie: dlaczego ośrodek oddechowy okresowo wysyła salwy impulsów? Seria eksperymentów wykazała, że ​​jeśli połączenia ośrodka oddechowego ze wszystkimi innymi częściami mózgu zostaną przerwane, to znaczy, jeśli zostaną przecięte nerwy czuciowe i ścieżki wychodzące z wyższych ośrodków mózgu, wówczas ośrodek oddechowy wysyła ciągły strumień impulsów, a mięśnie biorące udział w oddychaniu, po skurczeniu, pozostają w stanie skurczonym.

W ten sposób ośrodek oddechowy pozostawiony sam sobie powoduje całkowity skurcz mięśni biorących udział w oddychaniu. Jeśli jednak nerwy czuciowe lub ścieżki dochodzące z wyższych ośrodków mózgowych pozostaną nienaruszone, wówczas ruchy oddechowe będą nadal przebiegać normalnie. Oznacza to, że normalne oddychanie wymaga okresowego hamowania ośrodka oddechowego, aby przestał on wysyłać impulsy powodujące skurcz mięśni.

Dalsze eksperymenty wykazały, że ośrodek pneumotaktyczny zlokalizowany w śródmózgowiu (ryc. s. 268) tworzy wraz z ośrodkiem oddechowym „rozbrzmiewającą okrągłą ścieżkę”, która służy jako podstawa regulacji częstości oddechów.

Dodatkowo rozciąganie ścian pęcherzyków płucnych podczas wdechu pobudza wrażliwe na nacisk komórki nerwowe znajdujące się w tych ścianach, a komórki te wysyłają do mózgu impulsy, które hamują ośrodek oddechowy, co prowadzi do wydechu. Ośrodek oddechowy jest również stymulowany lub hamowany przez impulsy dochodzące do niego wieloma innymi drogami nerwowymi. Silny ból w dowolnej części ciała powoduje odruchowe zwiększenie oddychania.

Ponadto w błonie śluzowej krtani i gardła znajdują się receptory, które pod wpływem podrażnienia wysyłają do ośrodka oddechowego impulsy utrudniające oddychanie. Są to ważne urządzenia zabezpieczające. Kiedy do dróg oddechowych dostanie się drażniący gaz, np. amoniak lub opary mocnego kwasu, pobudza on receptory w krtani, które wysyłają impulsy hamujące do ośrodka oddechowego, a my mimowolnie „zapieramy dech”; Dzięki temu szkodliwa substancja nie przedostaje się do płuc.

Podobnie, gdy pokarm przypadkowo dostanie się do krtani, podrażnia receptory znajdujące się w błonie śluzowej tego narządu, powodując wysłanie przez nie impulsów hamujących do ośrodka oddechowego. Oddech natychmiast ustaje, a pokarm nie przedostaje się do płuc, gdzie mógłby uszkodzić delikatny nabłonek. Podczas pracy mięśni należy zwiększyć częstotliwość i głębokość oddechów, aby zaspokoić zwiększone zapotrzebowanie organizmu na tlen i zapobiec gromadzeniu się dwutlenku węgla.

Głównym czynnikiem regulującym oddychanie jest stężenie dwutlenku węgla we krwi. Zwiększona zawartość węgla