Регуляция дыхания. Охрана воздушной среды

Вспомните
1. Какие различают виды регуляции работы органов и их систем? В чем принципиальное различие в механизмах их работы?
2. Что такое рецепторы и эффекторы?

Как и на работу других систем органов, на дыхательную систему оказывают влияние механизмы гуморальной и нервной регуляции. Регуляция дыхания обеспечивает согласованную работу мышц, отвечающих за ритмическое чередование вдохов и выдохов в соответствии с энергетическими потребностями организма.

Нервная регуляция осуществляется благодаря особому дыхательному центру, расположенному в головном мозге. Этот центр был открыт русским физиологом Николаем Александровичем Миславским в 1919 г. Именно он установил, что в продолговатом мозге имеются группы нейронов, разрушение которых приводит к остановке дыхания.

Н. А. Миславский (1854-1928)
Н. А. Миславский (1854-1928)

Дыхательный центр находится в состоянии постоянной активности и обладает автоматией: в нём (как и в сердце) ритмически возникают импульсы возбуждения, которые по нервам передаются мышцам, обеспечивающим дыхательные движения. Дыхательный центр возбуждается примерно 15 раз в минуту, что соответствует средней частоте дыхательных движений у человека, находящегося в состоянии покоя.

Одна группа нервных клеток дыхательного центра отвечает за вдох, а другая за выдох. Причём вдох и выдох рефлекторно стимулируют друг друга. Нервные клетки, отвечающие за вдох, связаны через спинной мозг с теми мышцами, которые приподнимают рёбра и опускают диафрагму, что и является причиной поступления воздуха в лёгкие. Стенки лёгких расслабляются, и сигнал об этом приходит в дыхательный центр, благодаря чему начинается новый дыхательный цикл.

Для того чтобы произошёл глубокий выдох, необходимо возбуждение нейронов дыхательного центра, которые вызывают сокращение мышц, приводящих к уменьшению объёма грудной клетки.

Человек способен произвольно задерживать, урежать или учащать дыхание, менять его глубину. Это возможно потому, что деятельность дыхательного центра продолговатого мозга находится под контролем высших отделов головного мозга. Благодаря такому контролю человек может произвольно задерживать дыхание на несколько минут. Например, девушки, занимающиеся синхронным плаванием, способны оставаться под водой до 6 мин!

На активность дыхательного центра влияет целый ряд веществ, действующих гуморально. Например, в стенках многих сосудов расположены рецепторы, возбуждающиеся при повышении содержания углекислого газа в крови. От них импульсы следуют в дыхательный центр, вызывая учащение дыхания. При физических и эмоциональных нагрузках частота дыхания резко возрастает, чтобы обеспечить возросшие потребности организма в кислороде и соответственно удаление увеличенных количеств углекислого газа.

Защитные рефлексы дыхательной системы. При вдыхании паров веществ, раздражающих рецепторы слизистой оболочки дыхательных путей (хлор, аммиак), происходит мгновенный рефлекторный спазм мышц гортани, бронхов и задержка дыхания.

К защитным рефлексам следует отнести также короткие резкие выдохи - кашель и чихание. Кашель возникает при раздражении бронхов. При этом происходит глубокий вдох, за которым следует усиленный резкий выдох. Голосовая щель открывается и происходит выброс воздуха, сопровождаемый звуком кашля. Чихание возникает при раздражении слизистых оболочек носовой полости . Происходит резкий выдох, похожий на тот, который наблюдается при кашле, но, когда воздух толчком выбрасывается из лёгких, язык блокирует заднюю часть ротовой полости и для воздуха остаётся единственный путь наружу - через нос. При чихании и кашле из дыхательных путей удаляются инородные частицы, слизь и т. п.

Проявления эмоционального состояния человека (смех и плач) ничто иное, как долгие вдохи, за которыми следуют короткие, резкие выдохи. А вот зевота долгий вдох и долгий, постепенный выдох. По-видимому, зевота нужна для того, чтобы хорошо провентилировать лёгкие перед сном.

Охрана воздушной среды. Окружающий человека воздух должен быть чистым, то есть в нём не должны присутствовать инородные частицы, вредные химические примеси. В душной, давно непроветриваемой комнате содержание кислорода уменьшается незначительно, а вот уровень углекислого газа растёт довольно быстро, что приводит к снижению умственной работоспособности, быстрому утомлению, головной боли.

Многие пластмассы, из которых сделаны окружающие нас вещи, постоянно выделяют в окружающую воздушную среду вредные газы, например фенол. Повышенное содержание этих газов также вредит здоровью человека. Очень опасно присутствие во вдыхаемом воздухе угарного газа (СО). Его молекулы очень активно связывают гемоглобин в эритроцитах, образуя прочное соединение карбоксигемоглобин. Если содержание угарного газа в воздушной среде составляет всего 0,02 % , то это уже смертельно для человека: гемоглобин быстро будет связан с угарным газом и не сможет переносить кислород к тканям, что повлечёт за собой потерю сознания и гибель.

В свежем чистом воздухе обязательно содержится определённое количество частиц, несущих на себе электрический заряд . Наличие этих частиц говорит о хорошем качестве воздуха. Отрицательно заряженные ионы быстро оседают на частицах пыли, и воздух теряет свои лечебные свойства.

Минимальный уровень содержания отрицательно заряженных частиц в воздухе должен находиться в пределах 500-600 частиц в 1 см3, а рекомендуемый - 4000-5000 частиц в 1см3. При этом их средний уровень следующий: городская квартира – 25-100 частиц в 1 см3; городская улица – 100-150 частиц в 1 см3; лесной воздух – 2000-50000 частиц в 1 см3; воздух после грозы – 50000-100000 частиц в 1 см3.

Вокруг нас имеется масса источников пыли: и бытовых, и производственных. В больших городах в 1 см3 воздуха взвешены сотни тысяч микроскопических частиц. За год на 1 м городской площади оседает не менее 1,5 кг пыли, в сельских районах пыли обычно меньше.

Вместе с пылью во взвешенном состоянии находятся многочисленные микроорганизмы: споры бактерий, цисты простейших, грибы, вирусы. Причём многие из этих микроорганизмов являются возбудителями болезней человека. Летом в воздухе больших городов количество бактерий может достигать 5 тыс. в 1 м3. После нескольких уроков в воздухе школьного класса количество бактерий может достигать 15000 в 1 м3. Вот почему необходимо проветривать классные помещения и часто производить в них влажную уборку.

Вред курения. Курение распространилось в Европе после того, как из недавно открытой Америки был завезён табак. К концу XVII в. табак попал и в Россию, но поскольку вред курения был очевиден, то сначала оно было запрещено и являлось уголовным преступлением. К сожалению, сейчас табакокурение распространено довольно широко. Целый ряд веществ, содержащихся в табаке, и прежде всего никотин, раздражают слизистые оболочки дыхательных путей, приводят к бронхитам, вызывают постоянный кашель, делают голос хриплым. Некоторые продукты, образующиеся при сгорании табака и бумаги, не выводятся из дыхательных путей и являются причиной возникновения раковых заболеваний.

Большой проблемой является так называемое пассивное курение. Некурящий человек, находящийся в прокуренном помещении, за 1 ч вдыхает дозу никотина и дыма, содержащуюся в трёх сигаретах. Вот почему сейчас во всём мире ведётся борьба с курением и его запрещают в общественных местах.

Моя лаборатория

Определение частоты дыхания

  1. Испытуемый садится и расслабляется в течение нескольких минут.
  2. Экспериментатор подсчитывает число вдохов в течение 1 мин.
  3. Повторите то же самое ещё 2 раза и подсчитайте среднее число вдохов. Данные запишите в тетрадь.
  4. Испытуемый осуществляет бег на месте в течение 1 мин.
  5. Повторите пп. 2 и 3 исследования.
  6. Сравните число вдохов в спокойном состоянии и после физической нагрузки.
  7. Почему увеличивается число вдохов после физической нагрузки? Сделайте выводы.
  1. Охарактеризуйте механизмы регуляции дыхательных движений.
  2. В чём выражается автоматия дыхательного центра?
  3. Какие защитные рефлексы дыхательной системы вам известны и в чём они проявляются?
  4. Какое значение для человека имеет охра на окружающей среды?
  5. Подготовьте сообщение о вреде курения.

Вспомните!
Почему после нескольких энергичных и глубоких вдохов наблюдается урежение дыхания, а иногда и его полная остановка на некоторое время?