Рис. 3. Регулятор дыхания – дыхательный центр

Изменения дыхания могут вызвать громкий звук или вспышка света, боль от ожога или эмоциональные переживания. Кроме того, к дыхательному центру постоянно приходят импульсы от специальных чувствительных клеток, расположенных в кровеносных сосудах легких, других органах и тканях. В первую очередь они реагируют на изменения состава крови (хеморецепторы). Другие клетки реагируют на сокращение и расслабление мышц или растяжение легких (механорецепторы), третьи – на охлаждение или перегревание. Вся эта многоплановая информация перерабатывается в дыхательном центре, который затем формирует команду дыхательным мышцам: изменить ритм и глубину дыхательных движений в соответствии с потребностями организма.

Таким путем, в конечном счете происходит оптимизация вентиляции легких в отношении газообмена и биомеханики дыхания. Обеспечение клеток кислородом и удаление из организма углекислого газа являются главным, но не единственным назначением системы дыхания, которая во многих звеньях связана с другими функциональными системами организма. Работа дыхательных мышц протекает в тесном взаимодействии и координации с общей моторной деятельностью. Процессы газообмена при дыхании взаимосвязаны с функционированием сердечнососудистой системы. Вентиляторный аппарат обеспечивает ра боту обонятельного анализатора, а также звуковыражение у животных и речь у человека. Регулярное ритмическое поступление импульсов от рецепторов слизистой оболочки носа и рецепторных образований дыхательного аппарата, а также распространение (иррадиация) ритмической активности из дыхательного центра оказывают огромное тонизирующее влияние на центральную нервную систему.

Дыхательная система содержит два основных механизма регулирования: хеморецепторный и механорецепторный. Механизм механорецепторного регулирования включает дыхательный центр, эфферентные (двигательные) пути, дыхательные мышцы, вентиляторный аппарат, механорецепторы легких и мышц и афферентные (механочувствительные) пути. Механизм хеморецепторного (газообменного) регулирования включает дыхательный центр, вентиляторный аппарат, систему транспорта газов, хеморецепторы и центростремительные, приносящие (хемочувствительные) пути (рис. 4).

Рис. 4. Автоматическая регуляция дыхания

Регулирование дыхательной системы происходит по двум контурам – хеморецепторному (ХРК) и механорецепторному (МРК). В некоторых органах (например, в стенке аорты и в месте разветвления общей сонной артерии) есть клетки (хеморецепторы), реагирующие на изменение состава крови – содержание кислорода и углекислого газа. От них по чувствительным нервам поступают сигналы в дыхательный центр продолговатого мозга. В ответ посылается импульс к дыхательным мышцам, обеспечивая вдох и газообмен в легких.

Налицо оптимальность регуляции дыхания в соответствии с минимизацией работы дыхания, или минимизации мышечных усилий, то есть обеспечение необходимой вентиляции легких при наименьших энергетических затратах. Минимум энергетических затрат достигается путем выбора наилучшей комбинации глубины и частоты дыхательных движений, а также посредством изменения соотношения вдоха и выдоха, то есть посредством направленных изменений в мышечной (механорецепторной) подсистеме контроля.

Здоровый человек, выполняющий минимально необходимую физическую нагрузку, обычно дышит в оптимальном (наилучшем) режиме – спокойно и ровно, без напряжения и усилий. И не только потому, что автоматическая система управления дыханием непроизвольно поддерживает такой объем вентиляции легких, который гарантирует требуемый уровень содержания кислорода и углекислого газа в крови. Но также еще и потому, что та же система обеспечивает работу дыхательных мышц с наименьшим расходом энергии. Опыты показали, что человек дышит в таком ритме и при такой глубине каждого вдоха, что затрачивает на 1 л прошедшего через легкие воздуха наименьшие усилия дыхательных мышц.