Дыхательный центр. 
Кровообращение, дыхание, выделительные процессы, размножение, лактация, обмен веществ

Дыхательный центр — это совокупность нейронов, расположенных во всех отделах ЦНС и принимающих то или иное участие в регуляции дыхания. Главная часть, или как принято говорить, «ядро» дыхательного центра, находится, как доказал экспериментально Миславский, в продолговатом мозге, в области ретикулярной формации на дне четвертого мозгового желудочка. Без этого отдела дыхание невозможно, повреждение продолговатого мозга приводит неминуемо к смерти из-за остановки дыхания.

Четкий морфологический раздел между центрами вдоха и выдоха в продолговатом мозге отсутствует, но существует распределение функций между нейронами: одни нейроны — инспираторные — генерируют потенциалы действия, возбуждающие инспираторные мышцы, другие — экспираторные — возбуждают выдыхательные мышцы.

В инспираторных нейронах электрическая активность включается быстро, постепенно нарастает частота импульсации (до 70… 100 импульсов в 1 с) и резко падает к концу вдоха. Эта импульсация приводит к сокращению диафрагмы, межреберных и других инспираторных мышц. «Выключение» инспираторных нейронов приводит к расслаблению инспираторных мышц и выдоху. Активность экспираторных нейронов при нормальном спокойном дыхании имеет меньшее значение. Но при усиленном дыхании, особенно при форсированном выдохе, экспираторные нейроны определяют сокращение выдыхательных мышц.

Бульбарный отдел дыхательного центра головного мозга обладает автоматией. Эта уникальная особенность дыхательного центра заключается в том, что его нейроны могут спонтанно, т. е. самопроизвольно, без каких-либо внешних воздействий деполяризовываться, или разряжаться. Впервые спонтанные колебания электрической активности дыхательного центра обнаружил И. М. Сеченов. Природа автоматии дыхательного центра до сих пор не выяснена. Вероятно, она зависит от специфики обмена веществ нейронов этой области головного мозга и особой чувствительности инспираторных нейронов к окружающей среде, составу цереброспинальной жидкости. Автоматия дыхательного центра сохраняется после почти полной его деафферентации, т. е. после прекращения воздействий со стороны различных рецепторов.

Благодаря автоматии дыхательный центр продолговатого мозга обеспечивает ритмичные чередования вдоха и выдоха и определяет частоту дыхания в условиях физиологического покоя.

Бульбарный отдел дыхательного центра является самым устойчивым отделом ЦНС к действию наркотических препаратов. Даже при глубоком наркозе, когда рефлекторные реакции отсутствуют, самостоятельное дыхание сохраняется. В арсенале фармакологических препаратов имеются вещества, избирательно повышающие возбудимость дыхательного центра,—лобелии, цититон, воздействующие на дыхательный центр рефлекторно, через рецепторы синокаротидной зоны.

И. П. Павлов говорил, что дыхательный центр, который раньше представляли величиной с булавочную головку, необычайно разросся: он спустился вниз в спинной мозг и поднялся вверх до коры больших полушарий.

Какую же роль играют другие отделы дыхательного центра? В спинном мозге находятся нейроны (мотонейроны), иннервирующие дыхательные мышцы (рис. 7.7). Возбуждение к ним передается от инспираторных и экспираторных нейронов продолговатого мозга по нисходящим проводящим путям, лежащим в белом веществе спинного мозга. В отличие от бульбарного центра мотонейроны спинного мозга не обладают автоматией. Поэтому после перерезки спинного мозга сразу за продолговатым дыхание останавливается, так как дыхательные мышцы не получают команды к сокращениям. Если же спинной мозг перерезать на уровне 4…5-го шейного позвонка, то самостоятельное.

Рис. 7.7. Схема организации центрального аппарата регуляции дыхания

дыхание сохраняется за счет сокращений диафрагмы, потому что центр диафрагмального нерва расположен в 3…5-М шейных сегментах спинного мозга.

Выше продолговатого мозга, прилегая к нему, находится варолиев мост, в котором расположен «пневмотаксический центр». Он не обладает автоматией, но благодаря непрерывной активности обеспечивает периодическую деятельность дыхательного центра, увеличивает скорость развития инспираторной и экспираторной импульсаций в нейронах продолговатого мозга.

Средний мозг имеет большое значение в регуляции тонуса поперечнополосатых мышц. Поэтому при сокращении различных мышц афферентная импульсация от них поступает в средний мозг, который соответственно мышечной нагрузке изменяет характер дыхания. Средний мозг ответствен также за координацию дыхания с актами глотания, рвоты и отрыгивания. Во время глотания дыхание задерживается на фазе выдоха, надгортанник закрывает вход в гортань. При рвоте, отрыгивании газов происходит «холостой вдох» — вдох при закрытой гортани. При этом сильно снижается внутриплевральное давление, что и способствует поступлению содержимого из желудка в грудную часть пищевода.

Гипоталамус — отдел промежуточного мозга. Значение гипоталамуса в регуляции дыхания заключается в том, что в нем содержатся центры, контролирующие все виды обмена веществ (белковый, жировой, углеводный, минеральный), и центр теплорегуляции. Поэтому усиление обмена веществ, повышение температуры тела ведут к усилению дыхания. Например, при повышении температуры тела дыхание учащается, что способствует увеличению отдачи теплоты вместе с выдыхаемым воздухом и предохраняет организм от перегревания (тепловая одышка).

Гипоталамус принимает участие в изменении характера дыхания при болевых раздражениях, при различных поведенческих актах (прием корма, обнюхивание, спаривание и др.). Помимо регуляции частоты и глубины дыхания гипоталамус через вегетативную нервную систему регулирует просвет бронхиол, спадение нефункционирующих альвеол, степень расширения легочных сосудов, проницаемость легочного эпителия и стенок капилляров.

Многогранно значение коры больших полушарий головного мозга в регуляции дыхания. В коре расположены центральные отделы всех анализаторов, информирующих как о внешних воздействиях, так и о состоянии внутренней среды организма. Поэтому наиболее тонкое приспособление дыхания к сиюминутным потребностям организма осуществляется при обязательном участии высших отделов нервной системы.

Особое значение имеет кора больших полушарий при мышечной работе. Известно, что учащение дыхания начинается за несколько секунд до начала работы, сразу после команды «приготовиться». Аналогичное явление наблюдается у спортивных лошадей наряду с тахикардией. Причиной подобных «опережающих» реакций у людей и животных являются выработавшиеся в результате повторных тренировок условные рефлексы. Только влиянием коры больших полушарий можно объяснить произвольные, волевые изменения ритма, частоты и глубины дыхания. Человек может произвольно задержать дыхание на несколько секунд или усилить его. Несомненна роль коры в изменении паттерна дыхания во время подачи голоса, при нырянии, обнюхивании.

Итак, в регуляции внешнего дыхания участвует дыхательный центр. Ядро этого центра, находящееся в продолговатом мозге, посылает ритмичные импульсы через спинной мозг к дыхательным мышцам. Сам же бульбарный отдел дыхательного центра находится под постоянным воздействием со стороны вышележащих отделов ЦНС и различных рецепторов — пульмональных, сосудистых, мышечных и др.

Значение рецепторов легких в регуляции дыхания. В легких имеются три группы рецепторов: растяжения и спадения; ирритантные; юкстакапиллярные.

Рецепторы растяжения расположены между гладкими мышцами в воздухоносных путях — вокруг трахеи, бронхов и бронхиол, а в альвеолах и плевре отсутствуют. Растяжение легких при вдохе вызывает возбуждение механорецепторов. Возникающие потенциалы действия передаются по центростремительным волокнам блуждающего нерва в продолговатый мозг. К концу вдоха частота импульсации нарастает от 30 до 100 импульсов в 1 с и становится пессимальной, вызывая торможение центра вдоха. Начинается выдох. Рецепторы спадения легких изучены недостаточно. Возможно, при спокойном дыхании их значение невелико.

Рефлексы с механорецепторов легких названы по имени открывших их ученых — рефлексы Геринга — Брейера. Назначение этих рефлексов заключается в следующем: информировать дыхательный центр о состоянии легких, их наполненности воздухом и в соответствии с этим регулировать последовательность вдоха и выдоха, ограничивать чрезмерное растяжение легких при вдохе или спадение легких при вьшохе. У новорожденных рефлексы с механорецепторов легких играют большую роль; с возрастом значение их уменьшается.

Таким образом, значение блуждающего нерва в регуляции дыхания заключается в передаче афферентных импульсов от механорецепторов легких в дыхательный центр. У животных после перерезки вагуса информация от легких не попадает в продолговатый мозг, поэтому дыхание становится медленным, с коротким вдохом и очень продолжительным выдохом (рис. 7.8). При раздражении вагуса наблюдается задержка дыхания в зависимости от того, в какую фазу дыхательного.

Рис. 7.8. Влияние двусторонней перерезки блуждающего нерва на дыхание:

/—до перерезки; //—после перерезки.

Рис. 7.9. Влияние раздражения блуждающего нерва кролика на дыхание. Остановка дыхания в стадии вдоха:

а — пневмограмма; б — момент раздражения цикла действует раздражение. Если раздражение поступает во время вдоха, то вдох преждевременно прекращается и сменяется выдохом, а если совпадает с фазой выдоха, то, наоборот, выдох сменяется вдохом (рис. 7.9).

Ирритантные рецепторы расположены в эпителиальном и субэпителиальном слоях всех воздухоносных путей. Они раздражаются при попадании в воздухоносные пути пыли, ядовитых газов, а также при достаточно больших изменениях объема легких. Некоторая часть ирритантных рецепторов возбуждается при обычных вдохах и выдохах. Рефлексы с ирритантных рецепторов носят защитный характер — чихание, кашель, глубокий вдох («вздох»). Центры данных рефлексов расположены в продолговатом мозге.

Юкстакапиллярные рецепторы (юкста — вокруг) находятся вблизи капилляров малого круга кровообращения. По функциям они сходны с рецепторами спадения, для них раздражителем является увеличение интерстициального пространства легких, например при отеке. Раздражение юкстакапиллярных рецепторов вызывает одышку. Возможно, при интенсивной мышечной работе кровяное давление в легочных сосудах повышается, это увеличивает объем интерстициальной жидкости и стимулирует активность юкстакапиллярных рецепторов. Раздражителем пульмональных рецепторов может быть гистамин, синтезирующийся в базофилах и тучных клетках. В легких этих клеток довольно много, и при аллергических заболеваниях они выделяют гистамин в таком количестве, что это приводит к отеку и одышке.

Значение рецепторов дыхательных мышц. В дыхательных мышцах имеются рецепторы растяжения — мышечные веретена, сухожильные рецепторы. Особенно велика плотность их размещения в межреберных мышцах и мышцах стенок живота. Механорецепторы дыхательных мышц возбуждаются при их сокращении или растяжении при вдохе или выдохе. По принципу обратной связи они регулируют возбуждение мотонейронов спинного мозга в зависимости от их исходной длины и сопротивления, которое они встречают при сокращении. Сильное раздражение механорецепторов грудной клетки (например, при ее сжатии) вызывает торможение инспираторной деятельности дыхательного центра.