какой мозг отвечает за дыхание
Какой мозг отвечает за дыхание
Величина легочной вентиляции обусловлена частотой и глубиной дыхательных движений (дыхательного ритма), происхождение которых связано с функцией дыхательного центра центральной нервной системой. Под дыхательным центром понимают ограниченный участок ЦНС, где происходит формирование дыхательного импульса, вызывающего координированную деятельность дыхательных мышц, обеспечивающих для организма необходимую величину газообмена в легких. В центральной нервной системе местом генерации дыхательного ритма, вызывающего ритмические сокращения дыхательных мышц при вдохе и выдохе, является продолговатый мозг, в котором расположен дыхательный центр. Дыхательный центр состоит из нервных клеток (дыхательных нейронов), для которых характерна периодическая электрическая активность в одну из фаз дыхания. Нейроны дыхательного центра локализованы двусторонне в продолговатом мозге в виде двух вытянутых столбов вблизи obex — точки, где центральный канал спинного мозга впадает в четвертый желудочек. Эти два образования дыхательных нейронов в соответствии с их положением относительно дорсальной и вентральной поверхности продолговатого мозга обозначают как дорсальная и вентральная дыхательные группы (рис. 10.21).
Дорсальная дыхательная группа нейронов образует вентролатеральную часть ядра одиночного тракта. Дыхательные нейроны вентральной дыхательной группы расположены в области n. ambiguus каудальнее уровня obex, n. retroambigualis непосредственно ростральнее obex и представлены комплексом Бетзингера, который находится непосредственно вблизи n. retrofacialis вентролатеральных отделов продолговатого мозга. В состав дыхательного центра входят нейроны двигательных ядер черепно-мозговых нервов (обоюдное ядро, ядро подъязычного нерва), которые иннервируют мышцы гортани и глотки.
Рис. 10.21. Схема положения нейронов дорсальной (ДРГ) и вентральной дыхательных групп (ВДГ) дыхательного центра продолговатого мозга. Слева — проекция отделов дыхательного центра на дорсальную поверхность продолговатого мозга. Справа — расположение отделов дыхательного центра на поперечном плане продолговатого мозга. Диафрагмальные мотонейроны и мотонейроны межреберных мышц являются «общим конечным путем» моторных команд дыхательного центра, обусловливающих сокращение дыхательных мышц и вентиляцию легких. NA — n. ambiguus.
Основным критерием классификации нейронов дыхательного центра является фаза дыхательного цикла, в которую они активны, т. е. инспирация или экспирация. По этому критерию дыхательные нейроны подразделяют на инспираторные и экспираторные. Дорсальная дыхательная группа состоит полностью из инспираторных нейронов. Вентральная дыхательная группа образована инспираторными и экспираторными нейронами, а комплекс Бетзингера образуют только экспираторные нейроны. По паттерну электрической активности нейронов в пределах фаз дыхательного цикла инспираторные и экспираторные нейроны подразделяют на нейроны с нарастающим, постоянным или декрементным типом активности (рис. 10.22).
По проекции аксонов дыхательные нейроны разделяют на премоторные или бульбоспинальные нейроны и проприобульбарные. Аксоны премоторных дыхательных нейронов переходят на противоположную сторону продолговатого мозга, а затем направляются к мотонейронам спинного мозга. Функция инспираторных премоторных дыхательных нейронов заключается в управлении электрической активностью инспираторных мотонейронов диафрагмы и наружных межреберных мышц во время их сокращения при вдохе. В обычных условиях экспирация осуществляется пассивно, поэтому функция экспираторных премоторных дыхательных нейронов реализуется только при увеличении глубины дыхательных движений. Премоторные нейроны комплекса Бетзингера выполняют уникальную функцию — они тормозят все типы инспираторных нейронов дыхательного центра и диа-фрагмальные мотонейроны. Поэтому их аксоны распределяются билатерально, т. е. направляются к соответствующим нейронам, расположенным как ипсилатерально, так и контралатерально.
Рис. 10.22. Образцы электрической активности основных типов нейронов дыхательного центра. Наиболее общая классификация типов дыхательных нейронов основана на связи их электрической активности с фазами вдоха и выдоха дыхательного цикла и паттерном разряда потенциалов действия. По этому критерию классифицируют: полные инспираторные с нарастающей активностью (1), экспираторные нейроны с нарастающей активностью (2), ранние инспираторные нейроны с декрементной активностью (3), поздние инспираторные нейроны с нарастающей активностью (4), экспираторные или постинспираторные нейроны с декрементной активностью (5), полные инспираторные нейроны с постоянной активностью (6).
Аксоны проприобульбарных дыхательных нейронов (ранние инспираторные, постинспираторные, поздние инспираторные, экспираторные нейроны комплекса Бетзингера) оканчиваются на мембране нейронов самого дыхательного центра, расположенных в вентральной дыхательной группе. Функция большинства проприробульбарных нейронов заключается в генерации дыхательного ритма.
Как все устроено: отделы мозга и за что они отвечают
Наш мозг — самый сложный, неизученный орган, который управляет всем организмом. Ученые не перестают изучать его строение, и сегодня мы рассмотрим основные функции различных мозговых структур.
Структура
Понятие конечного мозга объединяет оба полушария, при этом его также принято разделять на 4 доли — лобную, височную, теменную, затылочную.
Слаженная работа всех отделов направлена на работу высших психических функций — восприятия, внимания, памяти, мышления. Наша нервная система получает сигналы от органов чувств, а мозг обрабатывает их — слух, зрение, вкус, запах, чувство равновесия. Также он контролирует все жизненно важные процессы — дыхание, сердцебиение, метаболизм. Рассмотрим подробнее, где же происходит это волшебство.
Конечный мозг
Ниже приведены основные функции долей больших полушарий:
Задний мозг: мозжечок, мост
Этот отдел образуют мозжечок и варолиев мост, который находится над мозжечком и соединяет его со спинным мозгом. Здесь происходит регуляция нашего вестибулярного аппарата — это ощущение равновесия, а также координация движений. Он надежно защищен, поскольку повреждение этой зоны провоцирует шаткую, неустойчивую походку, ослабление мышц, даже тремор конечностей, в некоторых случаях — изменение почерка.
Средний
Этот отдел является частью двигательной системы и выполняет большое количество функций. Средний мозг контролирует наши движения и защитные реакции, например, в ответ на страх. Он отвечает за зрение, слух, поддерживает терморегуляцию, болевые ощущения, контролирует концентрацию внимания, биоритмы.
Промежуточный отдел
Этот отдел перерабатывает всю входящую информацию. Его основная функция — наша способность адаптироваться, приспосабливаться. Промежуточный мозг состоит из трех частей:
Продолговатый
Выполняет регуляцию систем: дыхательной, кровообращения, пищеварения. Благодаря ему у нас есть безусловные рефлексы, например, чихание, а также тонус мышц. Кроме того, там стимулируется выработка различных секретов — слюны, слез, ферментов ЖКТ.
Науке еще многое предстоит узнать об особенностях нашего самого главного органа. В наших же силах поддерживать его высокую работоспособность при помощи постоянных тренировок. Тренируйте высшие психические функции — внимание, память, мышление — на когнитивных тренажерах, чтобы работа всех отделов была продуктивной.
Головной и спинной мозг
Спинной мозг
Представляет собой нервный тяж, лежащий в образованном позвонками позвоночном канале. Тянется от затылочного отверстия до поясничного отдела позвоночника. Вверху переходит в продолговатый мозг, внизу заканчивается коническим заострением с концевой нитью.
На поперечном срезе спинной мозг (СМ) напоминает бабочку. В центре расположено серое вещество, состоящее из тел нейронов. На периферии расположено белое вещество, которое образовано отростками нейронов.
В сером веществе СМ различают два передних выступа (передние рога), два боковых (боковые рога) и два задних (задние рога). В следующей статье мы будем изучать рефлекторные дуги, так что эти знания нам очень пригодятся. В рогах серого вещества находятся нейроны, которые входят в состав рефлекторных дуг.
За счет тел нейронов, которые расположены в сером веществе спинного мозга и входят в состав рефлекторных дуг, обеспечивающих рефлексы.
За счет наличия в спинном мозге белого вещества, в состав которого входят многочисленные нервные волокна, образующие пучки и канатики вокруг серого вещества.
Головной мозг и его отделы
Мы начинаем увлекательное путешествие по отделам головного мозга. Для вас принципиально важно разделить между собой и запомнить функции различных отделов, для этого обязательно используйте воображение!)
Варолиев мост выполняет проводниковую функцию: через мост проходят все нисходящие и восходящие нервные пути. Также он контролирует работу мимических и жевательных мышц лица, слезной железы.
Мозжечок имеет свои собственные полушария, соединенные друг с другом. Кора мозжечка образована серым веществом, подкорковые ядра окружены белым веществом.
Мозжечок принимает участие в координации произвольных движений, способствует сохранению положения тела в пространстве, регулирует тонус и равновесие. Благодаря мозжечку наши движения четкие и плавные.
Средний мозг также выполняет проводниковую функцию, участвует в регуляции мышечного тонуса и позы тела.
Помимо этого, гипоталамус контролирует симпатическую и парасимпатическую системы, регулирует температуру тела, отвечает за циклы сна и бодрствования. В гипоталамусе находятся центры голода и насыщения.
Кора больших полушарий
В коре имеется несколько слоев клеток, между которыми образуются многочисленные разветвленные связи. Несмотря на то, что кора функционирует как единый механизм, разные ее участки анализируют информацию от разных периферических рецепторов, которые И.П. Павлов называл корковыми концами анализаторов.
Корковое представительство зрительного анализатора располагается в затылочной доле КБП, именно в связи с этим при падении на затылок человек видит «искры из глаз», когда нейроны этой доли возбуждаются механически, вследствие удара.
Корковое представительство слухового анализатора находится в височной доле коры больших полушарий.
Количество нейронов в этих извилинах, отведенных для различных органов, неодинаково. Так зона проекции пальцев кисти занимает много места, благодаря чему становятся возможны тонкие движения пальцами. Зона проекции мышц туловища гораздо меньше зоны пальцев, так как движения туловища более однообразные и менее сложные.
Изученные нами участки мозга, в которых происходит преобразование и анализ поступающей информации, называются ассоциативными зонами КБП. Эти зоны связывают различные участки КБП, координируют ее работу, играют важнейшую роль в образовании условных рефлексов.
Заболевания
Иногда после инсульта (кровоизлияния в ткани мозга) или травмы развивается паралич (полное отсутствие движений) на одной из сторон тела. Зная анатомию, вы можете седлать вывод: если движения пропали в правой руке и ноге, то инсульт произошел слева.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Зачем мозгу кислород
Дышите глубже
Считается, что человек может обходиться без воды от 2 до 14 дней в зависимости от состояния его здоровья, погодных условий и уровня физической активности. Без воздуха — всего от 2 до 5 минут в зависимости от объема легких (фридайверы и прочие натренированные экстремалы, способные не дышать в два раза дольше, не в счет). Если кислородное голодание продолжается, происходят необратимые изменения в органе, казалось бы, вообще не имеющем отношения к процессу дыхания: гибнут нейроны головного мозга, и человек может превратиться, что называется, в овощ. Да, кислород необходим всем клеткам тела, но именно наш управляющий центр является его основным получателем.
Поскольку самостоятельно мозг дышать не может и не способен накапливать запасы «топлива», он выходит из положения, получая кислород весьма хитроумным способом — через третьи (или даже десятые) руки. Как это происходит? Сначала кислород в составе воздуха попадает в организм через верхние дыхательные пути (носовую и ротовую полость). Оттуда по нижним дыхательным путям (трахее и бронхам) достигает легких, состоящих из множества пузырьков — альвеол. С внутренней стороны они покрыты сурфактантом — особым
веществом, которое облегчает проникновение молекул кислорода в кровь. В ней он соединяется с гемоглобином — белком в составе эритроцитов. Кстати, эритроциты человека максимально приспособлены для переноса кислорода: при созревании они теряют ядра, чтобы уместить как можно больше молекул гемоглобина. Кроме того, потеря ядра дает кровяной клетке возможность приобрести двояковогнутую форму — это позволяет удобно просачиваться через стенки самых мелких кровеносных сосудов — капилляров. А вот здесь уже можно объяснить «порог 5 минут»: в крови взрослого здорового человека содержится всего около 600 граммов гемоглобина, поэтому количество кислорода, находящегося с ним в связи, небольшое. Как раз на эти 5 минут его и хватает. А потом требуется новое поступление.
Итак, кислород путешествует по организму на гемоглобине, как на «Восточном экспрессе», запуская самые разнообразные химические реакции в клетках органов и мышц, обеспечивая их энергией. Дорога достаточно длинная, тем не менее самая большая часть кислорода (около 25%) благополучно добирается до мозга.
Мозг дирижирует всем в организме, в том числе и жизненно важным для него процессом дыхания. Как это происходит? Побочный продукт химических реакций (во время них клетки преобразуют кислород в энергию) — углекислый газ, который затем «сбрасывается» в венозную кровь. Его процентное соотношение с кислородом отслеживается специальными рецепторами. Информация в режиме онлайн передается в дыхательный центр продолговатого мозга. Избыток углекислого газа сигнализирует о том, что пора выдохнуть, а недостаток кислорода — вдохнуть.
Когда мы дышим, то не отдаем себе отчета в том, как именно это делаем, — все происходит автоматически. При этом подавляющее большинство людей (исключая разве что приверженцев йоги) дышат неправильно. Считается, что полезнее всего делать это, максимально задействовав диафрагму. Такой способ можно наблюдать у новорожденных: на вдохе брюшная полость расширяется, грудная клетка поднимается, и воздух поступает через нос в легкие, а на выдохе мышцы живота сокращаются. Почему же по мере взросления мы начинаем делать все с точностью до наоборот: на вдохе втягиваем живот, на выдохе — расслабляем? Непонятно. Есть версия, что причина — в постоянных стрессах и волнениях: дыхание становится в основном поверхностным, и организм подстраивает под него общую схему, хотя она и выходит «корявая».
gidfon.com
Тут помню, там не помню
В том, как именно мы дышим и что при этом происходит, есть масса интересных нюансов, о которых обычные люди не догадываются. Например, недавно ученым (соответствующее исследование опубликовано в Journal of Neuroscience) удалось проследить закономерность между ритмами дыхания и способностью мозга к запоминанию. Выяснилось, что люди лучше фиксируют в памяти лица и предметы, если видят их на вдохе носом. На выдохе (тоже носом) — гораздо хуже. А самые слабые показатели запоминания — при дыхании через рот.
Казалось бы, полный бред. Какая вообще разница? Но тут есть объяснение: именно вдох через нос стимулирует мозговую активность в гиппокампе. А этот отдел мозга в числе прочего отвечает за механизмы формирования эмоций и консолидации памяти (то есть перехода кратковременной памяти в долговременную). Вроде как логика есть. Но за какой надобностью матушке-эволюции нужно было придумывать такую заковыристую схему, физиологи пока не разобрались.
Мозг ужасно не любит грязный воздух, поскольку из него очень хлопотно добывать кислород. Поэтому начинает выказывать недовольство. Днем у нас просто болит голова, а ночью еще и ухудшается качество сна. Ученые из Вашингтонского университета провели исследование и выяснили, что хуже всего мозг реагирует на два компонента: диоксид азота (NO2 — самый распространенный загрязнитель атмосферы на сегодняшний день) и мелкодисперсную пыль. Чем выше их процентное содержание в воздухе, тем беспокойнее люди ведут себя по ночам — часто просыпаются и видят кошмарные сны.
Итак, грязный воздух мозгу категорически не нравится, что в конечном счете отражается (кто бы мог подумать) даже на общественной морали. Исследователи из Колумбийского университета вместе с коллегами из Гарварда и Университета Мичигана обнаружили любопытную связь между загрязненностью городского воздуха и количеством преступлений. Сбор информации проводился в более чем 9 тысячах населенных пунктов США и занял девять лет. Оказалось, что чем хуже воздух в городе, тем опаснее в нем жить. Экологическую обстановку оценивали по концентрации в воздухе диоксида серы, угарного газа, мелкодисперсных частиц и еще некоторых известных загрязнителей. Криминальную — по количеству убийств, ограблений, нападений и так далее. Что любопытно, связь с мозгом тут самая прямая: при недостатке кислорода (а в грязном воздухе его катастрофически мало) у людей постоянно болит и кружится голова, понижается умственная работоспособность и повышается раздражительность. В таких условиях даже самый позитивный человек начинает вести себя неадекватно.
Мозговая ткань потребляет в 20 раз больше кислорода, чем мышечная, и в 5 раз больше, чем отдельная сердечная мышца.
Главное — не переборщить
Приезжая на горные курорты, мы замечаем, что настроение улучшается и даже кровь как будто бежит быстрее. Секрет прост: воздух в горах разреженный, кислорода в нем меньше. Мозг начинает приспосабливаться к существованию в таких условиях. Он передает соответствующий сигнал от дыхательного центра мышцам, усиливая работу грудной клетки, — человек начинает дышать чаще, соответственно улучшается вентиляция легких. Рост сердечных сокращений усиливает кровообращение — происходит выброс в кровь новых эритроцитов, а следовательно, и содержащегося в них гемоглобина. Таким образом, кислород быстрее доходит к тканям, и мы чувствуем себя способными свернуть горы. Ну или прыгнуть выше головы.
Однако во всем нужна мера. Чем выше в горы, тем кислорода становится меньше. Если его не хватает для поддержания работы мозга, человек теряет сознание. А сильная гипоксия (кислородное голодание) может привести даже к смерти.
«Ни один из вдохов не похож на другой»: как мозг регулирует работу легких
Теории и практики
Сердечный ритм, терморегулирование, секреция желез и работа многих других систем организма не зависит от нашего сознательного участия. Но, в отличие от всех этих процессов, дыхание бывает как произвольным, так и автономным, и отвечают за это разные участки мозга. Иногда даже в одном конкретном цикле дыхания происходит разделение труда: автономный вдох и произвольный выдох. С дыханием связаны и другие интересные вопросы. Почему выдох почти в два раза длиннее, чем вдох? Для чего мы зеваем и отчего икаем? Каковы причины синдрома внезапной детской смерти? И зачем дышать в пакет, если у вас паника? Обо всем этом — в отрывке из книги «Захватывающий мир легких» пульмонолога Кая-Михаэля Бе.
Захватывающий мир легких
Кай-Михаэль Бе
Попурри. 2019
пока больной находился в сознании, у него было регулярное глубокое дыхание, а стоило ему уснуть, как оно останавливалось, словно кто-то выдернул шнур из розетки.
Но следующего ночного эпизода и очередной комы пациент уже не перенес. На фоне кислородного голодания у него случился инфаркт, и вскоре он умер. Поразило его «проклятие Ундины».
Американские врачи впервые описали этот редкий и загадочный случай в 1962 году. Вскоре феномен повторился у трех пациентов, перенесших операцию на мозге: в состоянии бодрствования все они дышали совершенно нормально, но, как только наступала ночь и они засыпали, дыхание останавливалось. Если их вовремя не будили, возникал серьезный дефицит кислорода, угрожавший жизни. Такая непроизвольная потеря организмом своих функций напомнила врачам легенду о русалке Ундине: для обеспечения верности любимого, жившего на суше, она заколдовала его таким образом, чтобы в случае измены он утрачивал контроль над вегетативными жизненными функциями. Поэтому врачи, описывавшие случаи непроизвольной ночной остановки дыхания, назвали это заболевание «проклятием Ундины». Персонаж Ундины вдохновил Ханса Кристиана Андерсена на написание сказки «Русалочка», а Уолт Дисней снял на ее основе мультфильм. Разумеется, в нем не было ни смертей, ни остановок дыхания и все жили счастливо до скончания веков!
Что же кроется за этим «проклятием»?
Мозг управляет как произвольным, так и автономным дыханием, но отвечают за это разные его участки.
Главный дыхательный центр человека находится в глубине головного мозга неподалеку от его перехода в спинной мозг. Это так называемый продолговатый мозг, а точнее говоря, его часть, носящая название «мост». Здесь находятся нервные клетки, которые, подобно метроному, регулярно посылают импульсы, активизирующие дыхание, что обеспечивает спокойный равномерный ритм дыхания, составляющий от 10 до 15 вдохов в минуту, в том числе и во сне. Командный центр в продолговатом мозге связан нервными волокнами спинного мозга с дыхательными мышцами. Эти волокна на уровне третьего шейного позвонка отходят от спинномозгового канала, образуя правый и левый диафрагмальные нервы, которые спускаются через грудную полость к диафрагме. Поэтому повреждения шейного отдела позвоночника всегда несут в себе угрозу для жизни. В отличие от поперечного поражения спинного мозга в грудном или шейном отделе, при котором наступает паралич, здесь речь идет о полном отказе дыхания. Неконтролируемое возбуждение этих нервов выражается в таком неприятном явлении, как икота. Ее причиной становятся внезапные подергивания диафрагмы под влиянием случайных нервных импульсов.
Но дыхательный центр представляет собой не только передающую, но и принимающую станцию, которая также важна для регулирования дыхания. В частности, он должен реагировать на изменения потребности организма в воздухе в зависимости от физической нагрузки и соответствующим образом регулировать частоту дыхания. Эту информацию дыхательный центр в первую очередь получает от так называемых хеморецепторов — датчиков, которые расположены на стенках аорты и в самом продолговатом мозге и которые реагируют на изменения содержания углекислого газа и кислорода в крови. Кроме того, в крупных группах мышц существуют датчики растяжения, передающие в мозг сигналы об усиленной деятельности мышц, чтобы тот повысил частоту дыхания. Возникает своего рода замкнутая цепь автоматического регулирования. При повышении активности мышц увеличивается расход кислорода для восполнения энергии, а за счет этого растет выработка углекислого газа. Совместно с другими отходами производства в мышцах, такими, например, как соединения молочной кислоты, углекислый газ вызывает повышение кислотности крови. Оба фактора — высокое содержание углекислого газа и изменение показателя рН — активизируют датчики в аортах и мозге, а тот, в свою очередь, увеличивает частоту импульсов дыхания. Диафрагма совершает более глубокие и частые движения, вследствие чего из организма выводится больше углекислого газа, а в него поступает больше кислорода. Уровень рН нормализуется. Регулирующая цепь замыкается, и частота дыхания вновь снижается.
Как ни странно, дыхательный центр буквально помешан на углекислом газе.
Как бы ни был важен кислород для выработки энергии и поддержания жизнедеятельности органов, все датчики центра дыхания заботятся исключительно об удалении отходов, реагируют только на изменения концентрации углекислого газа и показателей кислотности крови. Колебания содержания кислорода их абсолютно не волнуют, и на это есть веская причина: почти все процессы обмена веществ в организме протекают только при определенных показателях рН. Так что поддержание их стабильности — главная задача продолговатого мозга.
Кроме того, дыхательный центр получает нервные импульсы от других областей мозга, в частности от гипоталамуса. Это приводит к тому, что характер дыхания непроизвольно меняется под влиянием таких эмоций, как грусть, радость, возбуждение, гнев, агрессия, влюбленность. Произвольное управление дыханием осуществляется в коре головного мозга. Она способна вносить изменения в основной ритм, задаваемый продолговатым мозгом, когда дыхание требуется для других процессов, обычно для речи. Но если кора мозга отдыхает (например, во сне), то командование автоматически берет на себя продолговатый мозг.
Иногда даже в одном конкретном цикле дыхания происходит разделение труда: автономный вдох и произвольный выдох.
Ведь, в отличие от вдоха, который осуществляется за счет активного сокращения диафрагмы и расширения грудной клетки, выдох почти всегда является чисто пассивным процессом: легкие, грудная клетка и диафрагма просто возвращаются в исходное состояние, словно растянутая пружина, с которой сняли нагрузку. На этот возврат мозг отводит определенное время. У здоровых людей выдох длится примерно вдвое дольше, чем вдох. Если процесс затягивается (например, из-за снижения эластичности легких вследствие заболевания), мозг включает режим активных усилий для выдоха, чтобы оставаться «в графике». То же самое происходит и при высокой частоте дыхания, когда организм работает под нагрузкой, — в этой ситуации продолжительность обычного пассивного выдоха была бы слишком большой. Однако при всей гармонии бесспорным остается одно: автономная составляющая контроля дыхания играет доминирующую роль. Попробуйте сами задержать дыхание, насколько возможно. В итоге все равно победит продолговатый мозг.
Нарушения в работе дыхательного центра — это всегда тяжелейшие заболевания.
У пациентов с «проклятием Ундины» структуры продолговатого мозга, контролирующие непроизвольное дыхание во сне, полностью или частично разрушены, например в результате инсульта.
Могут сказаться также травмы, новообразования и инфекции. Существует и врожденная форма «проклятия». Если кора мозга исправно выполняет свои функции, то в состоянии бодрствования она подменяет продолговатый мозг. Чтобы не лишать пациентов сна, по ночам их приходится подключать к аппарату искусственной вентиляции легких или устанавливать электрический стимулятор работы диафрагмы.
Бесперебойная работа продолговатого мозга важна еще и потому, что он не только управляет вегетативными функциями во сне, но и контролирует их. Едва возникают экстренные ситуации (снижение артериального давления, болевые импульсы из различных частей тела, изменение содержания углекислого газа в крови), он тут же поднимает по тревоге кору головного мозга, и человек моментально просыпается. К сожалению, эта хитроумная система «сдержек и противовесов» не всегда работает идеально. Как и все сложные процессы управления центральной нервной системой, она нуждается в развитии и обучении.
Особенно трагичным примером сбоя в системе является синдром внезапной детской смерти. У малышей по неизвестной причине оказывается нарушена система аварийной сигнализации при отказе дыхания.
Паузы в дыхании, которые у младенцев возникают регулярно и являются признаком «обучения» дыхательного центра, внезапно перестают давать мозгу сигнал к пробуждению, и ребенок умирает во сне без видимых причин. Это кошмар для любого родителя.
Источник: A24 / giphy.com
Другое, значительно более частое, но в большинстве своем не опасное нарушение контрольных функций дыхания носит название гипервентиляционного синдрома. Эмоциональное или психическое возбуждение, вызванное, к примеру, страхом либо паникой, приводит к чрезмерной стимуляции дыхательного центра в продолговатом мозге.
Глубокое ускоренное дыхание снижает уровень углекислого газа в крови, а показатель рН растет, создавая щелочную реакцию. Следствием становятся судороги, головокружение и помрачение сознания.
Эти симптомы дополнительно усиливают ощущение страха в гипоталамусе, и возникает заколдованный круг. Если пациент не может успокоиться самостоятельно, то нормализовать его состояние помогает повторное вдыхание выдыхаемого углекислого газа (для этого достаточно приложить ко рту полиэтиленовый пакет и подышать из него). Симптомы исчезают, и эмоциональное возбуждение затихает. Таким образом, если у вашей начальницы опять начинается «гипервентиляция», отнеситесь к этому снисходительно — возможно, все дело в гипоталамусе. В таких случаях достаточно энергичного возгласа: «Задержи дыхание!» Подобный приказ должен восприниматься не как неуместная дерзость, а как ценная медицинская рекомендация, заменяющая применение полиэтиленового пакета: благодаря этому углекислый газ временно перестает удаляться из организма, его содержание в крови нормализуется, а состояние опять приходит в норму. Кора мозга вмешивается в процесс, разрывая цепь между гипоталамусом и продолговатым мозгом. Данный пример демонстрирует, что, когда речь идет о вегетативных последствиях эмоционального всплеска, не надо безучастно наблюдать за происходящим. Вы можете взять на себя командные функции нервной системы и повлиять на ситуацию. Тесная связь эмоций, автономной нервной системы и произвольного контроля дыхания открывает широкие возможности. По крайней мере, один из элементов этой цепи находится под вашим личным контролем! Необходимо только освоить приемы, с помощью которых можно влиять на собственное самочувствие, сознательным усилием успокаивать вегетативную нервную систему. […]
Что же передают легкие по своим каналам? Пустые сплетни? Или мы имеем дело с неиспользуемыми избыточными мощностями? Отнюдь, от легких поступает не меньше информации, чем от органов чувств, но все эти сведения перерабатываются мозгом в подсознании. Правда, есть исключение: раздражение, приводящее к рефлекторному кашлю, или нехватка воздуха воспринимаются напрямую, как и сигналы от органов чувств. Но информация, обрабатываемая подсознанием, влияет на другие автономные функции организма, например на артериальное давление, сердечный ритм, пищеварение, потоотделение, проявление эмоций… А также на психические процессы.
Какую же информацию посылают легкие, если речь не идет об оптических и акустических сигналах, болевых либо тактильных ощущениях? Почти все эти сигналы имеют химическую или физическую природу. Хотя процесс дыхания и выглядит монотонным, ни один из 15 вдохов, которые мы делаем в минуту, не похож на другой, ведь каждый литр вдыхаемого воздуха особенный. Легкие относятся к воздуху не как потребитель, а как тонкий ценитель. Подобно сомелье, который находит в крошечном глотке вина привкусы дубовой бочки, земли, абрикоса, персика, сигары и мокрой кожи, легкие во вдыхаемом воздухе выделяют такие параметры, как температура, влажность, содержание солей, показатель рН, состав газов. Кроме того, воздух может содержать раздражающие и вредные вещества, чужеродные частицы, аллергены.
В легких, как и на языке и в носу, имеются вкусовые сосочки и рецепторы запахов.
Они могут выявлять продукты бактериального обмена веществ и определять на вкус многие яды. У них есть такие же рецепторы, которые в носу и во рту воспринимают, к примеру, освежающий аромат растительных эфирных масел. Но поскольку обработка сигналов от этих рецепторов в легких происходит без участия сознания, то мы можем только догадываться, какой эффект раздражители оказывают на дыхательные пути и автономную нервную систему. Бесспорно лишь то, что для распознавания, различения и измерения всех этих компонентов нужны очень чувствительные нервы. А их в легких хватает.
Чувствительные нервные волокна легких начинаются там, где можно собрать максимум информации: в бронхиальных мышцах, железах, альвеолах и, прежде всего, в эпителии. Здесь происходят главные события. Зачем же прокладывать линии передач от клеток соединительной ткани, в которых ничего не случается, если рядом бурлит жизнь? Эпителий дыхательных путей предлагает самую лучшую и разнообразную программу. Там регулярно происходят неприятности и скандалы, обеспечивающие самый высокий зрительский рейтинг! Не все волокна передают сенсации из эпителия, некоторым приходится довольствоваться скучной, но важной работой датчиков растяжения тканей. Их сигналы имеют большое значение, потому что они в буквальном смысле защищают легкие от разрывов. Когда легкие под воздействием диафрагмы достигают определенной степени растяжения, датчики посылают в дыхательный центр продолговатого мозга сигнал стоп. Мозг в свою очередь прекращает сокращение диафрагмы и подает сигнал на начало выдоха. Главное — ничего не порвать.
Спортсмены знают, насколько важна растяжка как средство профилактики травм. Легкие тоже время от времени осуществляют спонтанную растяжку — во время зевания.
Если дыхание на протяжении длительного времени носит спокойный и поверхностный характер, то датчики растяжения начинают скучать и вызывают зевательный рефлекс. Точно так же как мы устраиваем дома сквозняк, чтобы быстро проветрить комнаты.
Но вернемся к нервным окончаниям эпителия дыхательных путей. Здесь размещается густая сеть рецепторов, реагирующих на химические и физические раздражители, которыми могут быть частицы пыли, вещества, растворенные в водяных парах, продукты жизнедеятельности бактерий, соляная кислота, капсаицин, отвечающий за жгучий вкус перца чили, слизь, а также сигнальные вещества иммунной системы, выделяемые при воспалениях, и даже холод и тепло. Нервы сообщают обо всем, что оказывает на них воздействие. В здоровом состоянии их чувствительные окончания защищены эпителием дыхательных путей, но, если он поврежден, окончания лишаются защиты, выступают над поверхностью и начинают реагировать на раздражения. Самыми частыми причинами повреждений эпителия являются простудные вирусы и воспаления, возникающие, к примеру, в результате аллергии, инфекции или контакта с вредными веществами. В этом случае чувствительные нервные окончания посылают мозгу сигналы тревоги, который отвечает на них защитными рефлексами бронхов, устраняющими причину раздражения или предотвращающими его распространение на более глубокие участки дыхательных путей. К таким рефлекторным реакциям относятся кашель, выработка слизи и спазм бронхиальных мышц.
Чувствительные нервные окончания эпителия особенно интересны в плане изучения хронических заболеваний дыхательных путей. По своим функциям в бронхах они удивительно напоминают рецепторы, фиксирующие повреждения кожи, — ноцицепторы. Задача последних заключается в том, чтобы предупреждать мозг о грозящих повреждениях кожи в результате внешнего воздействия. Создавая болевое ощущение, они провоцируют немедленную реакцию, например отдергивание руки от горячей кухонной плиты. В дыхательных путях в таких случаях вместо боли возникает кашель.
Как и болевые рецепторы кожи, чувствительные нервные окончания в легких могут подвергаться постоянному раздражению. Если в первом случае отмечаются хронические боли, то во втором — хронический нескончаемый кашель, который может продолжаться несколько месяцев.
Пока неясно, каким образом можно нормализовать нарушенный рефлекс кашля. Но то, что существует принципиальная возможность манипулировать степенью возбудимости нервных окончаний, доказывают курильщики. Первоначальный рефлекторный кашель со временем исчезает, в противном случае все бы закончилось уже на первой сигарете. Обращает на себя внимание и еще один аспект, наблюдаемый у начинающих курильщиков: несмотря на сильный кашель, возникающий при курении первой сигареты, спазматического сужения бронхов практически не бывает. Таким образом, необязательно могут появляться все три рефлекторные реакции, иногда они делят обязанности между собой. Это подтверждается и повседневными наблюдениями практикующих врачей: лишь немногие астматики наряду с сужением бронхов страдают и сильным кашлем. При заболевании бронхитом у одних пациентов отмечается сухой кашель, а у других происходит чрезмерное образование слизи. Почему так бывает, нам пока неизвестно. […]
В рубрике «Открытое чтение» мы публикуем отрывки из книг в том виде, в котором их предоставляют издатели. Незначительные сокращения обозначены многоточием в квадратных скобках.
Мнение автора может не совпадать с мнением редакции.