Гуморальная регуляция дыхания. Хеморецепторы.
Основной задачей вентиляции является поддержание нормального газового состава крови, то есть содержания в ней кислорода и углекислого газа. Для решения этой задачи дыхательный центр должен постоянно получать информацию о концентрации этих газов в крови. Изменение активности дыхательного центра в ответ на повышение или снижение уровня кислорода и углекислого газа называется гуморальной регуляцией дыхания.
Существует два типа рецепторов, чувствительных к содержанию О2 и СО2 (хеморецепторов) – центральные и периферические.
Периферические рецепторы находятся в каротидных тельцах – специальных клубочках, расположенных в месте разветвления общей сонной артерии на наружную и внутреннюю. Эти рецепторы возбуждаются при снижении концентрации кислорода.
Центральные хеморецепторы находятся на поверхности продолговатого мозга. Они косвенно реагируют на повышение содержания углекислого газа в крови.
Информация с этих рецепторов поступает в дыхательный центр. При снижении концентрации кислорода и повышении содержания углекислого газа происходит увеличение вентиляции (глубины и частоты дыхания), направленное на нормализацию уровня этих газов (углекислый газ выводится, кислород поступает) (Слайд 7). Следует отметить, что дыхательный центр в большей степени чувствителен к изменению концентрации СО2, чем О2. В экспериментах было показано, что увеличение содержания СО2 в альвеолах на 0,2% ведет к увеличению вентиляции легких на 100%; а снижение в воздухе кислорода с 21 до 12% увеличивает дыхательную функцию лишь на 44%.
Рефлекторная регуляция дыхания
Кроме газового состава крови на дыхание влияет также информация, поступающая с механорецепторов. В дыхательных путях выделяют следующие типы механорецепторов:
Ирритантные – рецепторы слизистой оболочки дыхательных путей – воспринимают действие пыли, едких веществ, реагируют на изменение объема легких. В ответ на раздражение ирритантных рецепторов происходит сужение бронхов и увеличение частоты дыхания.
Рецепторы растяжения гладких мышц дыхательных путей и бронхов, реагируют на увеличение объема легких при вдохе. Информация с этих рецепторов поступает по волокнам блуждающего нерва в дыхательный центр, при этом происходит смена фаз дыхания (с вдоха на выдох). Этот рефлекс (смена вдоха на выдох при растяжении лёгких) называется рефлексом Геринга-Брейера.
J-рецепторы («юкстакапиллярные» рецепторы) залегают в стенках альвеол около капилляров. Они реагируют на введение различных химических веществ в лёгочные сосуды. Кроме того юкстакапиллярные рецепторы реагируют на переполнение кровью легочных капилляров и повышение объема интерстициальной жидкости стенок альвеол. Импульсы от этих рецепторов идут по волокнам блуждающих нервов, вызывая частое поверхностное дыхание. При сильном раздражении J-рецепторов возможна полная остановка дыхания (Слайд 7).
Особенности функционирования системы дыхания при мышечной работе
При мышечной работе, под влиянием повышенного содержания углекислого газа в крови, а также образующихся кислых продуктов обмена (лактат) происходит активация дыхательного центра, что вызывает усиление вентиляции. Происходит увеличение как глубины, так и частоты дыхания. Максимальная вентиляция лёгких (минутный объём дыхания) может достигать 80 – 100 л/мин, а у тренированных спортсменов – ещё больших значений.
При физической нагрузке существенно возрастает потребность в питательных веществах и в кислороде, поскольку окислительные процессы в работающих мышцах протекают намного более интенсивно. Количество кислорода, необходимое для полного совершения выполняемой работы, называется кислородным запросом. Как правило, при интенсивной физической нагрузке дыхательная и сердечно-сосудистая системы не в состоянии доставить количество кислорода, достаточное, чтобы полностью покрыть кислородный запрос. В крови накапливаются промежуточные продукты обмена (в первую очередь, молочная кислота, лактат), поэтому даже после прекращения мышечной работы потребность в кислороде остаётся повышенной по сравнению с состоянием покоя. Количество кислорода, необходимое для окисления накопившихся при нагрузке промежуточных продуктов обмена, называется кислородным долгом (Слайд 8).
Максимальное потребление кислорода
Интегральным (общим) показателем мощности аэробной системы энергообеспечения является максимальное потребление кислорода (МПК). Это максимальное количество кислорода, которое может потребить и усвоить организм во время наиболее интенсивной работы. Величина МПК зависит целого ряда факторов, каждый из которых определяет способность транспортировать или утилизировать О2:
состояние дыхательной системы (в первую очередь, вентиляции) – обеспечивает поступление кислорода в организм;
состояние системы крови (её количество, вязкость, содержание гемоглобина) – обеспечивает транспорт кислорода тканям
состояние сердечно-сосудистой системы (работа сердца, способность сосудов расширяться, состояние системы микроциркуляции) – обеспечивает транспорт кислорода тканям;
количество активных мышечных волокон и плотность в них митохондрий – обеспечивает утилизацию кислорода (Слайд 9).