§34. Дыхательные движения. Регуляция дыхания

Определения и обозначения

Дыхательные движения — ритмические вдох и выдох, благодаря которым воздух поступает в лёгкие и удаляется из них. Иначе говоря, это повторяющиеся движения дыхательной системы, обеспечивающие обновление воздуха в лёгких. Без них организм не мог бы постоянно получать кислород из окружающей среды и удалять углекислый газ.

Вдох — поступление воздуха в лёгкие при увеличении объёма грудной полости и снижении давления в ней. Грудная полость — пространство внутри грудной клетки, где находятся лёгкие. Когда она расширяется, давление в лёгких становится ниже атмосферного, и воздух направляется внутрь.

Выдох — удаление воздуха из лёгких при уменьшении объёма грудной полости и повышении давления в ней. При спокойном выдохе мышцы расслабляются, грудная клетка возвращается к исходному положению, а давление в лёгких возрастает. Это помогает понять, почему воздух выходит без того, чтобы лёгкие самостоятельно выталкивали его мышцами.

Дыхательный центр — совокупность нервных клеток продолговатого мозга и моста, регулирующих ритм дыхания. Он посылает сигналы мышцам и помогает согласованно чередовать вдох с выдохом. Его работа позволяет поддерживать дыхание автоматически, даже когда человек не следит за ним сознательно.

Как это устроено

При вдохе диафрагма, мышца в нижней части грудной полости, сокращается и уплощается, то есть опускается. Одновременно наружные межрёберные мышцы поднимают рёбра. Из-за этих движений грудная полость становится больше, а лёгкие следуют за её стенками и расширяются. Давление в лёгких падает ниже атмосферного, поэтому воздух поступает внутрь, туда, где давление ниже.

При спокойном выдохе дыхательные мышцы расслабляются. Диафрагма поднимается, а рёбра опускаются; объём грудной полости уменьшается. Лёгкие при этом тоже становятся меньше, и давление воздуха в них повышается по сравнению с атмосферным. Воздух выходит наружу, потому что движется из области более высокого давления в область более низкого.

Когда дыхание становится усиленным, обычных движений грудной клетки может быть недостаточно. В выдохе, например при сильном выдувании воздуха, участвуют мышцы брюшной стенки и внутренние межрёберные мышцы. Их сокращение сильнее уменьшает объём грудной полости и помогает быстрее вытолкнуть воздух. Поэтому форсированный выдох отличается от спокойного активной работой дополнительных мышц.

Чередование вдоха и выдоха организует дыхательный центр, расположенный в продолговатом мозге и мосте. Нервные импульсы от него поступают к дыхательным мышцам и вызывают их сокращение или расслабление. На работу центра влияют сигналы от рецепторов — чувствительных клеток, сообщающих об изменениях в организме. Благодаря этой регуляции дыхательный ритм меняется в ответ на потребности тела.

Особенно значимым сигналом становится повышение содержания углекислого газа в крови. Рецепторы воспринимают изменения и передают информацию дыхательному центру, который усиливает сигналы мышцам. В результате дыхательные движения становятся чаще и глубже, а углекислый газ быстрее удаляется с выдыхаемым воздухом. Регуляцию, при которой на организм влияют вещества, переносимые кровью, называют гуморальной.

Изменения при вдохе и выдохе

Сравнивай изменения в строках сверху вниз: движение диафрагмы и рёбер меняет объём грудной полости, а вслед за ним — давление. По разнице давления можно объяснить направление движения воздуха. Таблица показывает спокойный выдох; при усиленном выдохе дополнительно сокращаются другие мышцы.

Разбор задач

Задача 1. Укажите, что происходит с диафрагмой, рёбрами и воздухом при спокойном вдохе. Чтобы ответить, не перечисляй признаки вразнобой: проследи, как работа мышц приводит к изменению грудной полости и движению воздуха.

1. При вдохе диафрагма сокращается, уплощается и опускается.
2. Наружные межрёберные мышцы поднимают рёбра, поэтому объём грудной полости увеличивается.
3. Давление в лёгких становится ниже атмосферного, и воздух входит в лёгкие.

Ответ: диафрагма опускается, рёбра поднимаются, а воздух поступает в лёгкие. Последовательность важна: сначала работают мышцы, затем меняются объём и давление, после чего движется воздух.

Задача 2. Объясните, почему при выдохе воздух выходит из лёгких, хотя сами лёгкие не имеют собственных дыхательных мышц. Здесь нужно отделить причину движения воздуха от работы самих лёгких: их объём меняется вслед за движениями грудной клетки.

1. При спокойном выдохе диафрагма и межрёберные мышцы расслабляются.
2. Грудная полость уменьшается в объёме, а лёгкие становятся меньше вместе с ней.
3. Давление в лёгких повышается и становится выше атмосферного, поэтому воздух выходит наружу.

Ответ: воздух выходит из-за уменьшения объёма грудной полости и повышения давления в лёгких. Собственные дыхательные мышцы для этого лёгким не нужны: работу выполняют диафрагма и мышцы грудной клетки.

Задача 3. После физической нагрузки дыхание становится чаще и глубже. Объясните, как изменение состава крови влияет на дыхательные движения. Проследи путь сигнала от изменения в организме до ответа дыхательных мышц.

1. При нагрузке в крови возрастает содержание углекислого газа.
2. Рецепторы воспринимают это изменение и передают сигнал дыхательному центру.
3. Центр усиливает импульсы к дыхательным мышцам, поэтому вдохи и выдохи становятся чаще и глубже.

Ответ: избыток углекислого газа служит сигналом для усиления дыхания. Так гуморальное влияние состава крови приводит через дыхательный центр к более активной работе мышц.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что воздух сам по себе втягивается в лёгкие. Так можно подумать, потому что при вдохе движение воздуха ощущается как приток внутрь, но его причина — разность давления. Проверь себя: при вдохе объём грудной полости увеличивается, давление в лёгких падает, и воздух движется внутрь.

Ошибка — путать движения диафрагмы при вдохе и выдохе. Направление движения трудно запомнить, если учить только слова, не связывая их с объёмом грудной полости. Проверь себя: при вдохе диафрагма сокращается и опускается, при спокойном выдохе расслабляется и поднимается.

Ошибка — утверждать, что лёгкие расширяются благодаря собственным мышцам. Такое объяснение может казаться логичным, потому что лёгкие увеличиваются при вдохе, но дыхательных мышц в них нет. Проверь себя: назови мышцы, которые обеспечивают движение грудной клетки, — диафрагму и межрёберные мышцы.

Ошибка — считать, что дыхание регулируется только произвольно. Человек действительно может ненадолго изменить дыхание сознательно, но его обычный ритм поддерживается автоматически. Проверь себя: дыхательный центр постоянно посылает импульсы мышцам, а на его работу влияют нервные сигналы и изменения состава крови.

Связь с другими темами

Чтобы понять дыхательные движения, нужно знать строение органов дыхания, расположение диафрагмы и межрёберных мышц. Также пригодятся понятия объёма и давления: именно их изменение объясняет направление потока воздуха. Эта тема подготавливает к изучению газообмена и переноса кислорода и углекислого газа кровью. Связь с физической нагрузкой показывает, как потребности организма влияют на работу дыхательной системы.

Что запомнить

• Вдох и выдох обеспечиваются изменением объёма грудной полости.
• При вдохе диафрагма сокращается и опускается, рёбра поднимаются.
• При вдохе давление в лёгких становится ниже атмосферного.
• При спокойном выдохе дыхательные мышцы расслабляются.
• Ритм дыхательных движений регулирует дыхательный центр.
• Повышение содержания углекислого газа в крови усиливает дыхание.