Біологія. 8 клас. Страшко

§ 15. Легенева вентиляція. Регуляція дихання

ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ І ТЕРМІНИ: легенева вентиляція, вдих, видих, діафрагма, об’ємні показники дихання, життєва ємність легенів, газообмін, нервова регуляція дихання, гуморальна регуляція дихання.

Фізіологічна основа легеневої вентиляції. Легенева вентиляція (з латин. провітрювати, зміна повітря) — це та ланка газообміну, завдяки якій повітря обмінюється між легенями та навколишнім середовищем. Зовнішнє дихання відбувається в результаті зміни об’єму грудної порожнини під час вдиху й видиху.

Рис. 32. Зміна об’ємів легенів залежно від глибокого видиху та глибокого вдиху: 1 — глибокий видих; 2 — спокійний вдих, спокійний видих; 3 — глибокий вдих

Під час вдиху об’єм легень збільшується, при видиху — зменшується. Вдих і видих — це дихальний цикл, що триває в середньому 3-5 с.

Рух грудної клітки (рис. 32). Вдих і видих у людини можливі завдяки злагодженій діяльності міжреберних м’язів, діафрагми та м’язів передньої черевної стінки під контролем ритмічної діяльності центру дихання довгастого мозку.

Вдих — це активний процес скорочення зовнішніх міжреберних м’язів і розслаблення внутрішніх. Ребра в цей момент піднімаються вгору й випинаються вперед, віддаляючись від хребта. Водночас скорочуються посмуговані м’язи діафрагми. Вона стає плоскішою та опускається на 2-4 см. При цьому об’єм грудної клітки збільшується, і в ній утворюється від’ємний (щодо атмосферного) тиск. Атмосферне повітря наче всмоктується грудною кліткою й заповнює альвеоли доти, доки тиск повітря в легенях не зрівняється з атмосферним.

Видих відбувається переважно пасивно в результаті скорочення еластичних стінок альвеол, розтягнутих під час вдиху, і розслаблення м’язів, що його забезпечували. При глибокому видиху скорочуються внутрішні міжреберні м’язи, що зменшує об’єм грудної порожнини, і тиск в альвеолах стає вищим за атмосферний. Повітря виштовхується з легень і спричиняє видих. При фізичному навантаженні або кисневому голодуванні для підсилення дихання починають працювати додаткові м’язи грудної клітки та черевної стінки.

Рис. 33. Спірограма — графічне відображення дихальних об’ємів, яке записується на спеціальному приладі — спірографі

Об’ємні показники дихання (рис. 32, 33). У стані спокою доросла людина здійснює за хвилину 12-16 дихальних циклів, під час сну — 10-12, а при фізичному навантаженні, хвилюванні, тяжкій хворобі — до 30-35 дихальних циклів. У маленьких дітей та осіб старшого віку частота дихання в стані спокою вища (20-25 дихальних циклів за хвилину).

Під час спокійного вдиху до легень потрапляє приблизно 500 мл (300-800 мл) повітря. Це називають дихальним об’ємом. Глибоко вдихнувши, людина може набрати ще 1500-3000 мл повітря — це додатковий, або резервний, об’єм вдиху.

Після спокійного видиху людина може додатково видихнути ще 1300-1500 мл повітря — резервний об’єм видиху.

Якщо складемо ці показники, отримаємо величину життєвої ємності легень. Наприклад: 500 + 2500 + 1300 = 4300 мл.

Навіть після глибокого видиху в альвеолах і повітроносних шляхах залишається 1000-1500 мл повітря — залишковий об’єм повітря.

Життєва ємність легень — це максимальний об’єм повітря, який можна видихнути після максимального вдиху. У жінок вона становить 3000-4500 мл, а в чоловіків — 4000-5500 мл.

Здоровий спосіб життя й фізичні тренування значно підвищують життєву ємність легень. І навпаки: у людей нетренованих, зі шкідливими звичками ця величина може знизитися до двох літрів. Такі легені вже не здатні забезпечувати нормальний газообмін не тільки за найменшого фізичного навантаження, а й у стані спокою. Виникає стан дихальної недостатності.

Газообмін у легенях. Склад повітря в легенях. Повітря, що вдихає людина, містить 21 % кисню, майже 79 % азоту та 0,03 % вуглекислого газу; невелику кількість інертних газів і водяної пари. Повітря, що людина видихає, містить приблизно 16 % кисню та 4 % вуглекислого газу. Склад повітря в альвеолах унаслідок змін частоти й глибини дихання в різних функціональних станах організму (у спокої, при фізичному навантаженні, при розумовій роботі тощо) підтримується відносно стабільним (14,2 % кисню і 5,2 % вуглекислого газу, а також багато водяної пари). Вміст азоту й інертних газів у вдихуваному, видихуваному й альвеолярному повітрі залишається майже незмінним.

Нервова регуляція дихання. У довгастому мозку є безумовно-рефлекторний центр регуляції дихання, або дихальний центр. У ньому є дві ділянки — одна керує вдихом, а інша — видихом. Приблизно кожні 3-4 с виникає збудження в центрі вдиху. Воно через спинний мозок передається до дихальних міжреберних м’язів і діафрагми. М’язи скорочуються, об’єм грудної клітки збільшується — здійснюється вдих. При цьому нервові імпульси від м’язів і легень надходять до довгастого мозку. Вони викликають збудження центру видиху, водночас гальмуючи центр вдиху. Дихальні м’язи розслаблюються, об’єм грудної клітки зменшується — здійснюється видих. Після цього дихальний цикл починається знову.

Дихання може прискорюватися або уповільнюватися під впливом вищих відділів головного мозку (кори) на дихальний центр довгастого мозку. Тому людина може довільно на певний час (45-300 с) затримати дихання, прискорити або уповільнити його. Прикладом керування своїм диханням є спів або гра на духових музичних інструментах. Однак вплив кори на дихальний центр обмежений. При різкому підвищенні концентрації СО2 в крові відбувається мимовільний вдих.

Якщо певні ситуації, що регулярно повторюються, супроводжуються змінами дихання, то в людини можуть вироблятися умовні рефлекси. Наприклад, під час дії стрес-факторів людина починає хвилюватися, і це завжди супроводжується поглибленням і прискоренням дихання. Такий стан забезпечує готовність організму до вирішення проблем, що виникли.

Захисні рефлекси дихальних шляхів. Чхання — це безумовний рефлекс, за допомогою якого з порожнини носа видаляються різні подразнювальні агенти — пил, сторонні тіла, слиз, пари їдких хімічних речовин тощо. Так організм запобігає потраплянню їх до інших дихальних шляхів. Рецептори цього рефлексу містяться в носовій порожнині, а його центр — у довгастому мозку.

Чхання може бути також симптомом інфекційного захворювання, що супроводжується нежитем. Зі струменем повітря з носа при чханні викидається безліч вірусів і бактерій, і це звільняє організм від інфекційних чинників, але сприяє поширенню інфекції серед інших людей. Тому, коли ви чхаєте, обов’язково прикривайте ніс хустинкою.

Кашель — це також захисний безумовний рефлекс, спрямований на видалення ротовою порожниною пилу, сторонніх часток, якщо вони потрапили до гортані, глотки, трахеї або бронхів, грудочок харкотиння, що утворюється при запаленні дихальних шляхів. Чутливі кашлеві рецептори містяться в слизовій оболонці дихальних шляхів. Центр його — теж у довгастому мозку.

Гуморальна регуляція дихання. Подразником, що спричиняє збудження дихального центру, є вуглекислий газ, зокрема його концентрація в крові. У стані спокою доросла людина робить приблизно 16 дихальних рухів за хвилину. Якщо рівень СО2 в крові збільшується, відповідні рецептори сприймають це й надсилають нервові імпульси в центр вдиху, збільшуючи його активність. Унаслідок цього частота й глибина дихальних рухів збільшується (наприклад, при фізичному навантаженні або при перебуванні в непровітреному приміщенні).

Думаємо, розуміємо, відповідаємо. 1. Поясніть поняття «легенева вентиляція». Що є її основою? 2. Поясніть механізм вдиху та видиху. 3. Що називають дихальним і додатковим об’ємами? 4. Визначте показник життєвої ємності легень. 5. З’ясуйте, як здоровий спосіб життя та фізичні тренування підвищують життєву ємність легень. Обґрунтуйте, чому. 6. До яких рефлексів належать чхання та кашель? 7. Від чого залежить об’єм споживання кисню організмом?

Запитання для допитливих. 1. Чому на морозі з рота йде пара? 2. Чому за складом видихуваного повітря автоінспектор може з’ясувати, чи вживав алкоголь водій-порушник? 3. Для чого до рота людини, що видається неживою, підносять дзеркальце?

Домашнє завдання. Обґрунтуйте, чому плавець перед тим, як пірнути, робить кілька глибоких вдихів і видихів.

Це треба знати. У курців захисний кашлевий рефлекс спочатку підсилюється через подразнення його рецепторів тютюновим димом. Тому протягом дня вони постійно кашляють. Однак через деякий час ці рецептори гинуть разом із війковими та секреторними клітинами. Кашель зникає, а харкотиння, що безперервно утворюється в курців, затримується в дихальних шляхах, позбавлених захисту. Це призводить до тяжких запальних уражень усієї дихальної системи. Виникає хронічний бронхіт курця. Людина, яка курить, голосно хропе під час сну через накопичення слизу в бронхах.