"Биология (изд. «Просвещение»)", Сухорукова Л.Н., Кучменко B.C. и др.
Дыхание регулируется нервной системой и веществами, которые переносятся кровью. Дыхательный центр в продолговатом мозге задаёт ритм и глубину вдохов и выдохов, посылая импульсы дыхательным мышцам. Когда при нагрузке в крови становится больше углекислого газа, хеморецепторы сообщают об этом центру, и дыхание усиливается. Мы можем ненадолго задержать или изменить его, но автоматическая регуляция продолжает работать.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Дыхательный центр — совокупность нервных клеток продолговатого мозга, регулирующих ритм и глубину дыхательных движений. Проще говоря, он задаёт работу дыхательных мышц и поддерживает чередование вдоха и выдоха. Благодаря ему дыхание продолжается автоматически, даже когда мы о нём не думаем.
Хеморецепторы — чувствительные рецепторы, реагирующие на изменение химического состава крови, в том числе на содержание углекислого газа. Их можно представить как датчики, которые замечают, что состав крови изменился. Эта информация нужна организму, чтобы вовремя скорректировать дыхание.
Нервная регуляция дыхания — изменение дыхательных движений под действием нервных импульсов. Импульсы передают команды от дыхательного центра к мышцам, а сигналы от рецепторов — обратно к центру. Так нервная система согласует действия разных частей дыхательного аппарата.
Гуморальная регуляция дыхания — изменение дыхания под влиянием веществ, переносимых кровью. В данном случае важны изменения состава крови, например повышение содержания углекислого газа. Регуляция помогает организму приспособить дыхание к потребностям тканей.
Нервные клетки дыхательного центра в продолговатом мозге регулярно посылают импульсы к дыхательным мышцам. Когда мышцы сокращаются, грудная клетка меняет объём и происходит вдох; затем характер импульсов и работа мышц меняются, и наступает выдох. Чередование поддерживается автоматически, потому что клеткам и тканям постоянно нужен газообмен. Поэтому дыхательные движения продолжаются и без сознательных команд.
При физической нагрузке мышцам требуется больше энергии, поэтому обмен веществ в них ускоряется. Одновременно образуется больше углекислого газа, который поступает в кровь, и её химический состав меняется. Хеморецепторы обнаруживают это изменение и передают информацию дыхательному центру. Так организм получает сигнал, что прежней интенсивности дыхания уже недостаточно.
Получив сигнал, дыхательный центр усиливает и учащает импульсацию к дыхательным мышцам. Более частые и глубокие дыхательные движения увеличивают вентиляцию лёгких, то есть обновление воздуха в них. Благодаря этому углекислый газ быстрее удаляется из организма с выдохом. Такой ответ помогает поддерживать подходящий состав крови во время нагрузки.
Рецепторы, расположенные в лёгких и дыхательных путях, тоже сообщают нервной системе о происходящих там изменениях. Их сигналы поступают в дыхательный центр, где учитываются при управлении дыхательными мышцами. Благодаря обратной связи вдох и выдох согласуются, а дыхательные движения соответствуют состоянию органов дыхания. Значит, регуляция опирается не только на состав крови, но и на нервные сигналы от дыхательных путей.
Человек может сознательно изменить глубину и частоту дыхания или ненадолго задержать его. Но такая команда не отменяет автоматическую работу дыхательного центра. Во время задержки меняется состав крови, и хеморецепторы продолжают передавать сигналы. В итоге центр усиливает дыхательные импульсы, поэтому произвольное управление имеет предел.
| Способ регуляции | Что воспринимает изменение | Как сигнал достигает дыхательного центра | Результат |
|---|---|---|---|
| Нервная: рецепторы лёгких и дыхательных путей | Изменения в лёгких и дыхательных путях | Нервные импульсы поступают от рецепторов к дыхательному центру | Согласуются вдох и выдох, корректируются дыхательные движения |
| Гуморальная: изменение состава крови, особенно содержания углекислого газа | Хеморецепторы обнаруживают изменения химического состава крови | От рецепторов информация передаётся нервными импульсами к дыхательному центру | При повышении углекислого газа дыхание усиливается |
| Произвольный контроль: команды головного мозга | Сознательное намерение изменить дыхание | Команды из головного мозга направляются к дыхательным мышцам и центрам регуляции | Дыхание можно временно изменить или задержать, но автоматическая регуляция сохраняется |
Чтобы прочитать таблицу, сначала определите, какое изменение воспринимается, а затем проследите путь сигнала к дыхательному центру. В последнем столбце показано, к чему приводит каждый способ регуляции. Гуморальное изменение крови обнаруживают рецепторы, но сигнал к центру передаётся нервным путём.
Задача. Объясните, почему после задержки дыхания возникает желание вдохнуть. Нужно связать ощущение с изменением состава крови, а не только с самим прекращением вдохов. Проследим, какие звенья регуляции при этом включаются.
Ответ: при задержке дыхания меняется состав крови, хеморецепторы сообщают об этом дыхательному центру, и тот усиливает работу дыхательных мышц. Поэтому появляется желание вдохнуть.
Задача. При беге дыхание становится чаще и глубже. Опишите последовательность изменений, приводящих к этому. Важно показать не только результат, но и причину, которая запускает ответ организма. Разберём процесс от работы мышц до усиления дыхательных движений.
Ответ: усиление обмена веществ при беге повышает содержание углекислого газа в крови; хеморецепторы передают сигнал дыхательному центру, и тот усиливает дыхательные движения.
Задача. Человек старается надолго задержать дыхание. Почему ему не удаётся бесконечно подавлять дыхательные движения? Сравним команды сознания с автоматической регуляцией. Для объяснения нужно проследить, как меняющийся состав крови влияет на дыхательный центр.
Ответ: изменение состава крови активирует хеморецепторы и дыхательный центр. Автоматическая регуляция в итоге преодолевает произвольную задержку дыхания.
Ошибка — считать, что дыханием управляют только лёгкие. Так думают, потому что лёгкие непосредственно участвуют в газообмене, но они не заменяют нервный центр. Проверь себя: проследи путь сигнала от изменения крови до дыхательных мышц — он проходит через дыхательный центр.
Ошибка — объяснять учащение дыхания только недостатком кислорода. При нагрузке важно учитывать повышение содержания углекислого газа, которое обнаруживают хеморецепторы. Проверь себя: назови конкретное изменение крови, передающее сигнал дыхательному центру.
Ошибка — думать, что дыхание полностью подчиняется воле. Возможность задержать дыхание создаёт такое впечатление, но произвольный контроль действует лишь временно. Проверь себя: объясни, почему изменение состава крови продолжает влиять на дыхательный центр.
Ошибка — считать, что вдох и выдох происходят без участия нервной системы. Их чередование кажется незаметным, потому что обычно поддерживается автоматически. Проверь себя: вспомни, кто посылает импульсы к дыхательным мышцам и регулирует ритм дыхания.
Для понимания регуляции дыхания нужно знать строение органов дыхания, роль дыхательных мышц и путь газов между лёгкими и кровью. Тема связана с кровообращением и газообменом: кровь переносит углекислый газ, а изменения её состава становятся сигналом для регуляции. Эти знания помогают объяснить, как физическая нагрузка и условия среды влияют на работу организма.
Где находится дыхательный центр?
Дыхательный центр находится в продолговатом мозге. Его нервные клетки регулируют ритм и глубину дыхательных движений.
Почему при физической нагрузке дыхание учащается?
При работе мышц обмен веществ усиливается, и в крови возрастает содержание углекислого газа. Хеморецепторы обнаруживают это изменение, а дыхательный центр учащает и углубляет дыхание.
Какую роль в регуляции дыхания играет углекислый газ?
Изменение содержания углекислого газа в крови служит сигналом для регуляции дыхания. При его повышении хеморецепторы передают информацию дыхательному центру, который усиливает работу дыхательных мышц.
Можно ли полностью управлять дыханием сознательно?
Сознательно можно на некоторое время изменить дыхание или задержать его. Но это управление ограничено: изменение состава крови активирует дыхательный центр и вновь усиливает дыхательные движения.
Какие рецепторы участвуют в регуляции дыхания?
В регуляции участвуют хеморецепторы, реагирующие на химический состав крови, и рецепторы лёгких и дыхательных путей. Первые сообщают об изменениях в крови, а сигналы от вторых помогают согласовывать вдох и выдох.
30. Регуляция дыхания
