§ 22. Регуляция дыхания. Охрана воздушной среды

Определения и обозначения

Дыхательный центр — нервные структуры, которые управляют ритмом дыхательных движений; основная их часть находится в продолговатом мозге. Центр посылает импульсы к дыхательным мышцам и согласует вдох с выдохом. Благодаря этому дыхание происходит автоматически и может меняться при изменении потребностей организма.

Гуморальная регуляция дыхания — изменение дыхания под влиянием веществ, переносимых кровью. Особенно важен углекислый газ: если его содержание увеличивается, дыхательный центр активируется. Такая реакция помогает быстрее удалить избыток газа и поддержать подходящий состав крови.

Рефлекторная регуляция дыхания — изменение дыхательных движений в ответ на нервные импульсы от рецепторов, то есть чувствительных клеток и окончаний нервов. Рецепторы воспринимают, например, раздражение дыхательных путей или растяжение лёгких. Эта регуляция нужна для быстрой настройки дыхания и защитных реакций.

Загрязнение атмосферного воздуха — присутствие в воздухе вредных примесей, поступающих, например, с выбросами предприятий, транспорта и при сжигании топлива. Среди них могут быть пыль, дым и вредные газы, причём некоторые примеси не видны глазом. Они способны раздражать дыхательные пути, вредить здоровью людей и влиять на другие организмы.

Как это устроено

Дыхательные движения возникают не потому, что лёгкие сами задают себе ритм: их ткань не выполняет эту команду. Дыхательный центр посылает нервные импульсы к диафрагме и межрёберным мышцам. Когда мышцы сокращаются, грудная клетка меняет объём, и воздух входит в лёгкие; при расслаблении мышц происходит выдох. Согласованная работа центра и мышц поддерживает чередование дыхательных движений.

Состав крови помогает организму оценивать, насколько эффективно идёт газообмен. Если углекислого газа становится больше, это служит сигналом для дыхательного центра. Центр усиливает дыхание, и человек начинает дышать чаще или глубже. Так через лёгкие быстрее удаляется избыток углекислого газа, а его содержание в крови снижается.

Рецепторы дыхательных путей и лёгких замечают изменения внутри дыхательной системы и передают информацию нервными импульсами. Если дыхательные пути раздражены пылью, сигналы могут запустить кашель — он помогает удалить раздражитель. При вдохе лёгкие растягиваются, и рецепторы сообщают об этом нервной системе. Эти сигналы участвуют в переключении вдоха на выдох, поэтому дыхательные движения не продолжаются бесконечно в одном направлении.

Человек способен по своей воле ненадолго задержать дыхание, сделать вдох глубже или изменить частоту дыхания. Для этого мозг временно вмешивается в привычный автоматический ритм. Однако содержание газов в крови продолжает меняться, и дыхательный центр по-прежнему реагирует на эти изменения. Поэтому рано или поздно автоматическая регуляция восстанавливает дыхание, необходимое организму.

Вредные примеси попадают в атмосферу с промышленными выбросами, выхлопами транспорта и дымом от сжигания топлива. Они могут раздражать дыхательные пути и причинять вред человеку и другим организмам; отсутствие заметного дыма не означает, что воздух чист. Чтобы уменьшить загрязнение, сокращают выбросы и очищают отходящие газы. Озеленение помогает улучшать городскую среду, но не отменяет необходимости уменьшать загрязнение у его источников.

Механизмы регуляции дыхания

Таблица сопоставляет два способа, которыми организм изменяет дыхание. Сначала выясните, какой сигнал воспринимается, а затем проследите, как он влияет на дыхательный центр и дыхательные движения. Оба механизма помогают приспосабливать дыхание к условиям, но используют разные источники информации.

Чтобы различить механизмы, спросите себя, откуда пришла информация: из изменений крови или от рецепторов по нервам. В реальном организме оба способа могут действовать одновременно и дополнять друг друга.

Разбор задач

Задача 1. После задержки дыхания человек начинает дышать чаще и глубже. Объясните причину.

1. Во время задержки газообмен в лёгких временно уменьшается.
2. Кровь продолжает переносить углекислый газ от клеток, поэтому его содержание в крови повышается.
3. Изменение состава крови активирует дыхательный центр.
4. Центр усиливает импульсы к дыхательным мышцам, дыхание становится чаще и глубже.

Ответ: избыток углекислого газа возбуждает дыхательный центр, и усиленное дыхание помогает вывести этот газ.

Задача 2. При попадании пыли в дыхательные пути человек кашляет. Какой механизм регуляции участвует в этой реакции?

1. Пыль раздражает рецепторы дыхательных путей.
2. Рецепторы превращают раздражение в нервные импульсы.
3. Импульсы поступают в нервную систему и запускают ответную реакцию.
4. Возникает кашель, который помогает удалить раздражитель из дыхательных путей.

Ответ: это защитная рефлекторная реакция, потому что её вызывает цепочка «раздражение рецепторов — нервные импульсы — ответ».

Задача 3. В городе установили очистные устройства на предприятии, сократили выбросы транспорта и высадили деревья. Объясните, как эти меры влияют на воздушную среду и здоровье населения.

1. Очистные устройства уменьшают количество вредных примесей в газах, поступающих от предприятия.
2. Сокращение транспортных выбросов снижает загрязнение у одного из его источников.
3. Деревья помогают улучшать городскую среду, но сами по себе не устраняют промышленные и транспортные выбросы.
4. Чем меньше вредных примесей в воздухе, тем ниже воздействие загрязнителей на органы дыхания жителей.

Ответ: очистка и сокращение выбросов уменьшают поступление загрязнителей, а озеленение дополняет эти меры. Вместе они помогают сделать воздух безопаснее для здоровья людей и других организмов.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что дыханием управляют только лёгкие. Лёгкие обеспечивают газообмен, но ритм дыхательных движений задаёт нервная система, а мышцы выполняют команды. Такое заблуждение возникает потому, что именно грудная клетка заметно движется при дыхании. Проверьте себя: назовите, кто посылает импульсы мышцам, а кто обеспечивает обмен газов.

Ошибка: путать гуморальную и рефлекторную регуляцию. Первая связана с изменением состава крови, вторая — с нервными импульсами от рецепторов. Их смешивают, потому что в обоих случаях дыхательный центр меняет работу. Чтобы проверить ответ, спросите, что стало исходным сигналом: изменение крови или раздражение, замеченное рецепторами.

Ошибка: думать, что дыхание можно задержать сколько угодно. Произвольный контроль способен временно изменить дыхание, но автоматически действующий центр продолжает следить за состоянием организма. Часто кажется, что задержка зависит только от силы воли. Проверка проста: вспомните, почему при долгой задержке возникает сильное желание вдохнуть.

Ошибка: считать опасным только воздух с видимым дымом. Некоторые вредные газы и мелкие примеси нельзя заметить без приборов, хотя они могут воздействовать на дыхательные пути. Видимость дыма кажется удобным признаком чистоты, но она не показывает полный состав воздуха. Проверьте себя: отсутствие запаха или дыма не доказывает, что вредных веществ нет.

Связь с другими темами

Для понимания регуляции дыхания нужно знать строение органов дыхания, роль диафрагмы и межрёберных мышц, а также различия между вдыхаемым и выдыхаемым воздухом. Эти сведения помогают связать работу мышц с движением воздуха и газообменом. Позже тема пригодится при изучении кровообращения, влияния курения и загрязнения среды на организм. Она также помогает понять, почему охрана природы важна для здоровья людей.

Что запомнить

• Работу дыхательных мышц координирует дыхательный центр.
• Избыток углекислого газа в крови усиливает дыхание.
• Рецепторы передают нервной системе сигналы, меняющие дыхательные движения.
• Произвольная задержка дыхания не отменяет автоматическую регуляцию.
• Загрязнённый воздух может вредить здоровью даже без заметного дыма.
• Охрана воздуха включает сокращение выбросов и очистку загрязняющих газов.