У новорожденного животного. Нервно-гуморальная регуляция
Во внутриутробном периоде легкие не содержат воздуха и их спавшиеся альвеолы заполнены небольшим количеством жидкости. В утробе матери газообмен плода происходит через пупочные сосуды, тесно контактирующие с материнской кровью в плаценте. Продукты обмена веществ посредством диффузии попадают в кровь матери. Кровь плода и матери не смешивается. В этот период возбудимость дыхательного центра низкая. Но еще задолго до рождения появляются дыхательные движения, которые необходимы для нормального развития легких.
Рождение вызывает резкие изменения состояния дыхательного центра, приводящие к началу вентиляции. Первый вдох наступает через 15–70 сек после рождения, обычно после пережатия пуповины, иногда – до него, сразу после рождения. Для наступления первого вдоха важно, чтобы прекращение плодного дыхания произошло внезапно, при медленном зажатии пуповины дыхательный центр не возбуждается и плод погибает, не совершив ни одного вдоха.
Существует несколько факторов стимулирующих первый вдох.
Важнейший из них – наличие в крови гуморальных раздражителей дыхания: избыток углекислого газа и недостаток кислорода. Как только связь с кровеносной системой матери прекращается, в крови новорожденного накапливаются продукты обмена, которые возбуждают дыхательный центр, и происходит первый вдох.
Не менее важный фактор, стимулирующий первый вдох, – резкое усиление потока афферентных импульсов от рецепторов кожи (холодовых, тактильных), проприорецепторов, вестибулорецепторов, наступающее в процессе родов и сразу после рождения. Эти импульсы активируют ретикулярную формацию ствола мозга, которая повышает возбудимость нейронов дыхательного центра.
Дыхательный центр можно возбудить и при приливе крови к голове, путем поднятия задних конечностей или при поступлении по афферентным нервам потока импульсов к дыхательному центру (искусственное дыхание).
Так же стимулирующим фактором является устранение источников торможения дыхательного центра. Раздражение жидкостью рецепторов, расположенных в области ноздрей, сильно тормозит дыхание (рефлекс «ныряльщика»). Поэтому сразу при рождении, слизь и околоплодные воды удаляют из воздухоносных путей.
Таким образом, возникновение первого вдоха – результат одновременного действия ряда факторов.
Возбуждаясь, дыхательный центр передает импульс дыхательным мышцам. Дыхательные мышцыподразделяются на осуществляющие вдох (инспираторные, мышцы вдоха) и выдох (экспираторные, мышцы выдоха). Первый вдох новорожденного характеризуется сильным возбуждением инспираторных мышц, прежде всего диафрагмы. Вследствие сокращения мышц инспираторов голосовая щель раскрывается, грудная клетка расширяется, в грудной полости создается отрицательное давление, и воздух устремляется в нижние дыхательные пути и далее – в альвеолы легких, расправляя их. Окончания блуждающего нерва, заложенные в стенках бронхов, реагируют на степень их растяжения. Возбуждаясь, они вызывают торможение центра вдоха и возбуждение центра выдоха.
При выдохе головки ребер фиксируются в позвонках, и грудная клетка не может полностью спадаться. Объем грудной полости уменьшается, давление в плевральном пространстве несколько увеличивается, растянутая легочная ткань сжимается; в легких повышается давление, и воздух выходит из легких. Первый выдох сопровождается возникновением характерного крика новорожденного. На выдохе альвеолы уже не слипаются, так как этому препятствует сурфактант. Сурфактант – особое вещество, которым изнутри выстланы альвеолы. Он вызывает снижение поверхностного натяжения. Сурфактант начинает вырабатываться на последних месяцах беременности.
С первым вдохом и выдохом у новорожденных начинают функционировать лёгочный круг кровообращения и правая половина сердца, что приводит к снижению кровяного давления в аорте, и это, в свою очередь, способствует прекращению кровотечения из сосудов пуповины.
Дыхательные движения регулируются нервным и гуморальным путём.
Нервная регуляция процесса дыхания осуществляется благодаря особому дыхательному центру, расположенному в головном мозге. Дыхательный центр имеет сложную структуру и в процессах регуляции дыхания принимают участие также вышележащие отделы центральной нервной системы. Которые обеспечивают приспособительные изменения в системе органов дыхания к различной деятельности организма. На изменения дыхательных движений оказывают влияние нейтроны спинного, продолговатого, среднего, промежуточного мозга и коры больших полушарий. В верхней части воролиева моста находится так называемый пневмотоксический центр, который контролирует центр продолговатого мозга. Важная роль в регуляции дыхания принадлежит коре больших полушарий. Дыхательный центр находится в состоянии постоянной активности: в нем ритмически возникают импульсы возбуждения. Эти импульсы возникают автоматически. Автоматизм дыхательного центра связывают с процессом обмена веществ в нем.
В организме происходит саморегуляция дыхания (Приложение рис. 2).
В легких, плевре, грудных и брюшных мышцах имеются окончания афферентных нервных волокон, которые возбуждаются во время вдоха и выдоха. Возбуждение передается в дыхательный центр продолговатого мозга и вызывает возбуждение центра вдоха или выдоха.
Во время вдоха, когда легкие в достаточной степени растягиваются, возникает механическое раздражение нервных окончаний в легких и плевре, возбуждение передается в продолговатый мозг, где центр вдоха тормозится, а центр выдоха возбуждается – вдох прекращается и начинается выдох.
При выдохе, когда легкие спадаются, раздражаются нервные окончания в легких и плевре, возбуждение передается в продолговатый мозг, где центр выдоха тормозит, а центр вдоха возбуждается, в результате чего выдох прекращается, наступает вдох. Следовательно, вдох рефлекторно регулирует выдох, а выдох регулирует вдох
Ритмические импульсы передаются из дыхательного центра по центробежным нейронам к дыхательным мышцам и диафрагме. Обеспечивая чередование вдоха и выдоха.
Большое влияние на состояние дыхательного центра оказывает химический состав крови, то есть ряд веществ, действующих гуморально. Например, в стенках многих кровеносных сосудов, несущих кровь к голове, расположены рецепторы, возбуждающиеся при повышении содержания углекислого газа в крови. От них импульсы передаются в дыхательный центр, вызывая учащение и углубление дыхания. Подобным образом действуют и другие кислые продукты, поступающие в кровь: например молочная кислота, содержание которой в крови увеличивается во время мышечной работы.
Также на деятельность дыхательного центра влияют уровень артериального давления, температурные, болевые и другие раздражители.
Чем больше физическая и умственная нагрузка на организм, тем больше ему нужно энергии, а значит, и кислорода для её получения. Поэтому при активной деятельности одновременно увеличивается частота и глубина дыхания, а также учащается ритм сердцебиений и объём крови, выбрасываемый из сердца в круги кровообращения.