"Биология", Драгомилов А.Г., Маш Р.Д.
Дыхание обычно происходит автоматически, но его частота и глубина меняются в зависимости от потребностей организма. Ритм задаёт дыхательный центр в продолговатом мозге: он посылает импульсы дыхательным мышцам и чередует вдохи с выдохами. При нагрузке мышцы образуют больше углекислого газа, и его повышение в крови служит сигналом для усиления дыхания. Кора больших полушарий позволяет ненадолго задержать дыхание или изменить его, однако автоматическая регуляция продолжается.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Дыхательный центр — совокупность нервных клеток в продолговатом мозге, задающих ритм дыхательных движений. Он посылает команды дыхательным мышцам, поэтому вдохи и выдохи чередуются. Без такой работы организму было бы трудно автоматически поддерживать дыхание во время сна и обычных дел.
Хеморецепторы — чувствительные клетки, реагирующие на изменение содержания углекислого газа и других веществ в крови. Они сообщают нервной системе, что состав крови изменился. Благодаря этому дыхание может подстроиться под потребности организма, например при движении.
Нервная регуляция дыхания — управление дыхательными мышцами с помощью нервных импульсов. Импульсы передают команду быстро, от дыхательного центра к мышцам. Так нервная система задаёт работу мышц, участвующих во вдохе и выдохе.
Гуморальная регуляция дыхания — изменение дыхания под действием веществ, переносимых кровью. Слово «гуморальная» означает, что сигнал связан с жидкостями организма, прежде всего с кровью. Эта регуляция помогает учитывать изменения состава крови и тем самым менять активность дыхательного центра.
Дыхательный центр находится в продолговатом мозге и посылает импульсы к дыхательным мышцам. Когда мышцы получают эти команды, они сокращаются и обеспечивают движение грудной клетки, а затем расслабляются. Чередование сигналов создаёт повторяющийся ритм вдохов и выдохов. Такой механизм нужен, чтобы вентиляция лёгких продолжалась автоматически, а не требовала сознательной команды на каждый вдох.
При физической нагрузке мышцам требуется больше энергии, поэтому в них усиливаются процессы обмена веществ и образуется больше углекислого газа. Он попадает в кровь, а хеморецепторы воспринимают изменение её состава. Рецепторы передают информацию дыхательному центру, потому что именно он может изменить работу дыхательных мышц. Так организм получает сигнал, что газообмен нужно усилить.
В ответ дыхательный центр чаще и сильнее посылает импульсы к дыхательным мышцам. Более частая работа мышц ускоряет дыхательные движения, а усиленная — делает их глубже. В результате через лёгкие проходит больше воздуха и организм может быстрее удалять избыток углекислого газа. Это объясняет, почему во время бега или другой нагрузки дыхание становится заметно интенсивнее.
Когда содержание углекислого газа в крови снижается, воздействие на хеморецепторы и дыхательный центр ослабевает. Центр посылает дыхательным мышцам импульсы реже, поэтому дыхание постепенно замедляется. Такая обратная связь помогает поддерживать подходящий уровень газообмена: изменение состава крови вызывает ответ, который уменьшает это изменение. Значит, частота дыхания не остаётся постоянной, а подстраивается под состояние организма.
Кора больших полушарий позволяет человеку на короткое время изменить дыхание по собственному желанию: например, сделать вдох глубже или задержать дыхание. Однако эта возможность не отменяет автоматическую работу дыхательного центра. Пока человек задерживает дыхание, углекислый газ продолжает образовываться и накапливаться в крови. Его повышение вновь усиливает сигналы центра, поэтому долго удерживать дыхание не получается.
| Признак | Нервная регуляция | Гуморальная регуляция |
|---|---|---|
| Что воздействует на дыхательный центр | Нервные импульсы от чувствительных клеток и других нервных структур | Изменение содержания углекислого газа и других веществ в крови |
| Как передаётся сигнал | По нервным волокнам в виде импульсов | С током крови в виде растворённых веществ |
| Что вызывает изменение дыхания | Команды центра меняют работу дыхательных мышц | Изменение состава крови влияет на активность дыхательной регуляции |
| Пример | Импульсы заставляют дыхательные мышцы сокращаться и расслабляться | Рост содержания углекислого газа усиливает дыхание |
Сравнивайте механизмы по тому, что служит сигналом и каким путём он передаётся. Нервная регуляция передаёт команды импульсами, а гуморальная связана с веществами, переносимыми кровью. В организме эти механизмы работают согласованно, а не изолированно друг от друга.
Задача 1. Во время бега дыхание стало чаще и глубже. Нужно объяснить изменение, проследив путь сигнала от работающих мышц к дыхательным движениям. Решение строится не на предположении о сознательной команде, а на изменении состава крови и ответе нервной системы.
Ответ: при беге мышцы образуют больше углекислого газа, хеморецепторы сигнализируют об этом дыхательному центру, а тот усиливает работу дыхательных мышц. Поэтому дыхание учащается и становится глубже.
Задача 2. Человек ненадолго задержал дыхание. Требуется объяснить, почему задержку трудно продолжать. Здесь нужно учесть, что даже без вдохов и выдохов обмен веществ в организме не прекращается и углекислый газ продолжает поступать в кровь.
Ответ: задержку трудно продолжать, потому что углекислый газ накапливается в крови и стимулирует дыхательный центр. Автоматическая регуляция усиливает потребность дышать, несмотря на сознательное усилие.
Задача 3. После быстрого дыхания содержание углекислого газа в крови снизилось. Предскажите, что станет с дыханием, и обоснуйте прогноз. Для ответа проследите обратную связь: важно не только то, что дыхание меняется, но и направление изменения состава крови.
Ответ: дыхание замедлится, потому что снижение содержания углекислого газа ослабляет стимуляцию дыхательного центра. В результате тот реже посылает импульсы дыхательным мышцам.
Считать, что дыханием управляет только кора больших полушарий, — значит путать временное сознательное влияние с основным автоматическим управлением. Так думают, потому что человек умеет задерживать дыхание по собственной воле. Проверь себя вопросом: кто поддерживает дыхание, когда человек спит? Ритм задаёт дыхательный центр, а кора может лишь временно влиять на него.
Утверждать, что вдох начинается только по воле человека, неверно: дыхательные движения обычно регулируются автоматически. Ошибка возникает из-за того, что вдох легко заметить и иногда можно сознательно сделать. Проверь себя: дыхание продолжается во время сна, значит, для каждого вдоха не нужна команда сознания.
Считать главным сигналом учащения дыхания нехватку кислорода — упрощение. При нагрузке важную роль играет увеличение содержания углекислого газа в крови, на которое реагируют хеморецепторы. Чтобы проверить объяснение, проследи причинную цепочку от работы мышц к изменению дыхания и не подменяй один газ другим.
Путать хеморецепторы с дыхательным центром — значит смешивать обнаружение изменения и организацию ответа. Рецепторы воспринимают изменения состава крови, а центр управляет ритмом и посылает импульсы мышцам. Проверь себя: если в объяснении рецепторы сами задают вдохи, роли перепутаны; сигнал обнаруживает рецептор, ответ организует центр.
Чтобы понять регуляцию дыхания, нужно знать строение дыхательной системы, роль дыхательных мышц и газообмен в лёгких и тканях. Эти знания объясняют, как воздух обновляется в лёгких и как газы связаны с кровью и клетками. Тема также связана с нервной и гуморальной регуляцией функций организма: один ответ передаётся нервными импульсами, другой зависит от веществ в крови. При изучении крови и физической нагрузки можно проследить, как работа мышц меняет состав крови и влияет на дыхание.
Где находится дыхательный центр?
Дыхательный центр находится в продолговатом мозге. Его нервные клетки задают ритм дыхательных движений и посылают импульсы дыхательным мышцам.
Почему при физической нагрузке дыхание учащается?
Работающие мышцы образуют больше углекислого газа, и его содержание в крови повышается. Хеморецепторы воспринимают это изменение, а дыхательный центр усиливает и учащает импульсы к дыхательным мышцам.
Что заставляет дыхательный центр изменять работу?
На его работу влияют нервные сигналы от чувствительных клеток и изменения состава крови. В частности, повышение содержания углекислого газа обычно усиливает дыхание.
Можно ли полностью управлять дыханием сознательно?
Кора больших полушарий позволяет временно менять дыхание или задерживать его. Но полностью отменить автоматическую регуляцию нельзя: при накоплении углекислого газа дыхательный центр усиливает свою работу.
Почему человек не может надолго задержать дыхание?
Во время задержки дыхания организм продолжает образовывать углекислый газ, поэтому его содержание в крови растёт. Это стимулирует дыхательный центр, и потребность вдохнуть становится всё сильнее.
§ 26. Регуляция дыхания
