Нервная регуляция дыхания со стороны продолговатого мозга осуществляется через несколько ключевых структур, среди которых важнейшими являются дыхательные центры — ритмический центр, находящийся в дыхательном центре, а также другие нейронные сети, которые обеспечивают координацию и адаптацию дыхательных движений в ответ на различные физиологические потребности организма.
1. Дыхательный центр в продолговатом мозге
Продолговатый мозг, часть ствола мозга, включает два основных дыхательных центра:
Дorsal respiratory group (DRG) — дорсальная группа дыхательных нейронов.
Ventral respiratory group (VRG) — вентральная группа дыхательных нейронов.
Дorsal respiratory group (DRG)
Это главный центр, регулирующий вдох. Он располагается в дорсальной части продолговатого мозга и отвечает за генерирование вдоха через активность нейронов, которые контролируют мышцы дыхания, такие как диафрагма. Нейроны DRG активируются, вызывая сокращение диафрагмы, что приводит к расширению грудной клетки и втягиванию воздуха в легкие. Этот процесс запускается автоматически, но может корректироваться в зависимости от внешних факторов (например, физической активности или концентрации углекислого газа в крови).
Ventral respiratory group (VRG)
Этот центр активируется, когда необходимо усилить дыхательную активность, например, при физической нагрузке или при стрессе. VRG отвечает за более интенсивное дыхание и включает нейроны, которые регулируют дополнительные дыхательные мышцы, такие как межреберные и грудные мышцы. Он также участвует в выдохе при активной дыхательной деятельности.
2. Процесс регулирования дыхания
Основное регулирование дыхания происходит через циклическую активность нейронов дыхательных центров, что приводит к чередующемуся вдоху и выдоху.
Вдох начинается, когда нейроны в DRG начинают посылать сигналы в дыхательные мышцы. Эти нейроны активируются с определенной частотой, что вызывает ритмичные сокращения диафрагмы.
После вдоха наступает пауза, затем нейроны DRG снижаются в активности, и начинается выдох, регулируемый нейронами VRG. Выдох может быть как активным (например, при кашле), так и пассивным.
Сигналы от нейронов VRG усиливают активность мышц, вовлеченных в выдох, что способствует сокращению грудной клетки и выбросу воздуха из легких.
3. Регуляция через хеморецепторы
Продолговатый мозг также получает информацию о химическом составе крови через хеморецепторы, расположенные в разных частях организма:
Центральные хеморецепторы, расположенные в продолговатом мозге, чувствительны к изменениям концентрации углекислого газа (CO2) в крови. Повышение уровня CO2 стимулирует дыхание, заставляя дыхательные центры увеличивать частоту и глубину вдохов.
Периферические хеморецепторы, расположенные в сонных артериях и аорте, также чувствуют уровень кислорода (O2) и CO2 в крови. Когда уровень кислорода снижается или углекислого газа повышается, эти рецепторы посылают сигналы в дыхательные центры для увеличения частоты дыхания.
4. Регуляция со стороны высших отделов мозга
Продолговатый мозг не действует в изоляции. Важным звеном в нервной регуляции дыхания является мозговая кора. При волевом контроле (например, при намеренном удерживании дыхания) кора головного мозга может подавлять или модифицировать сигналы, исходящие от дыхательных центров. Однако, когда уровень углекислого газа в крови становится слишком высоким, продолговатый мозг снова берет на себя контроль, автоматически усиливая дыхание.
5. Рефлекторные механизмы
Продукция дыхательных движений также регулируется через различные рефлексы:
Рефлекс Хенделя: повышение частоты дыхания при растяжении легких.
Рефлекс Вальсальвы: повышение давления в грудной клетке при напряжении, что может временно подавить дыхание.
6. Дыхание при изменении состояния организма
Продолговатый мозг может изменять ритм дыхания в ответ на различные физиологические состояния организма, такие как:
Физическая активность — дыхание становится более частым и глубоким.
Эмоциональные изменения — при стрессе или страхе частота дыхания может увеличиваться.
Сон — в фазе глубокого сна дыхание может стать более медленным и ритмичным.
Заключение
Нервная регуляция дыхания в продолговатом мозге представляет собой сложную и высокоорганизованную систему, где взаимодействуют различные группы нейронов, хеморецепторы и высшие центры мозга. Это позволяет организму поддерживать оптимальный уровень кислорода и углекислого газа в крови и адаптировать дыхание к изменяющимся условиям внешней среды.
