Нервная и гуморальная регуляция дыхательных движений

Цель занятия - рассказать об автоматии дыхательного центра и нервных и гуморальных факторах, обеспечивающих регуляцию дыхательных движений. При этом важно показать учащимся метод перекрестного кровообращения, который употребляется для выявления веществ, участвующих в гуморальной регуляции органов. Вполне понятно, что этот метод научного исследования школьники могут увидеть только в кино.

Опыты и самонаблюдения, выполняемые учащимися на уроке, не преследуют цели доказать гуморальное влияние углекислого газа на дыхательный центр, а служат для проверки следствий, вытекающих из этого уже установленного факта.

При изучении рефлекторной регуляции дыхательных движений надо разъяснить суть автоматии дыхательных центров продолговатого мозга.

Автоматия дыхательного центра состоит в том, что нейроны посылают к мышцам ритмические возбуждения, следующие через определенные интервалы времени, благодаря которым происходит правильная ритмическая работа дыхательных мышц и последовательное чередование вдоха и выдоха. Далее учитель рассказывает, что высшие нервные центры способны регулировать этот ритм, делать его сильнее, слабее, менять продолжительность вдоха и выдоха и даже останавливать дыхание на какое-то время. Последнее чрезвычайно важно для речевой функции, при которой фазы дыхания значительно меняются: короткий вдох чередуется с продолжительным выдохом.

Начать новый материал целесообразно с просмотра фильма "Регуляция дыхания". Из него школьники получат всю информацию, необходимую для урока.

Далее можно перейти к рассмотрению дыхательных рефлексов, хорошо известных учащимся из личного опыта. Можно, например, рассмотреть рефлекс, описанный в учебнике: вхождение в холодную воду рефлекторно останавливает дыхание на фазе вдоха. Чтобы восьмиклассники поняли биологический смысл этого рефлекса, им надо напомнить, что, кроме воздуха, богатого углекислым газом, человек выделяет водяные пары. Они испаряются стенками альвеол и содействуют охлаждению организма. (Сведения о теплоте парообразования учащимся известны из курса физики.) Прекращение дыхания задерживает испарение со стенок легочных альвеол и уменьшает потери тепла. Происходит некоторый выигрыш во времени, в течение которого завершается адаптация организма к новым условиям.

Рефлекторные процессы, происходящие при кашле и насморке, можно показать на соответствующих кинокольцовках. Далее целесообразно вспомнить материал фильма "Регуляция дыхания", где показывался опыт перекрестного кровообращения, разобрать с учащимися, как экспериментально было доказано гуморальное воздействие углекислого газа, содержащегося в крови, на дыхательный центр, а затем перейти к самонаблюдениям.

Задание 1. Сделать глубокий вдох. Задержать дыхание в положении глубокого вдоха на максимальное время. Измерить, через сколько секунд произойдет непроизвольное восстановление дыхания.

Задание 2. Сделать глубокий выдох. Задержать дыхание в положении глубокого выдоха на максимальное время. Измерить, через сколько секунд произойдет непроизвольное восстановление дыхания.

Перед выполнением опыта школьники вычерчивают в тетради следующую таблицу, которую заполняют в ходе работы:

Таблица 13. Время максимальной задержки дыхания на глубоком вдохе и глубоком выдохе

После этого они отвечают на следующие вопросы:

1. Почему в обоих случаях дыхание восстанавливается непроизвольно? (При задержке легочного дыхания тканевое дыхание продолжается, продолжается распад и окисление органических веществ с освобождением энергии. Образовавшийся углекислый газ поступает в кровь. Когда концентрация этого газа в крови достигнет предела, дыхание восстановится благодаря гуморальному воздействию углекислого газа на дыхательный центр. То, что на дыхание влияет избыток углекислого газа, а не недостаток кислорода, было установлено с помощью опыта перекрестного кровообращения.)

Ответ на этот вопрос можно оформить в виде таблицы (табл. 14).

Таблица 14. Восстановление дыхания после его задержки

2. Почему на глубоком вдохе удалось задержать дыхание на более продолжительное время, чем на глубоком выдохе? (При глубоком выдохе объем легких становится небольшим и через короткое время воздух в альвеолах насыщается углекислым газом и последний больше туда не поступает. Вследствие этого концентрация углекислого газа в крови начинает быстро нарастать и гуморально воздействует на дыхательный центр. При задержке дыхания на вдохе'объем легких больше и насыщение углекислым газом воздуха в альвеолах происходит медленнее, поэтому и концентрация углекислого газа в крови не нарастает так быстро.)

На факультативных занятиях можно рассказать, как осуществляется произвольная задержка дыхания. Из коры больших полушарий идут нервные импульсы к мышцам вдоха и к мышцам выдоха. Одновременное сокращение мышц противоположного действия вызывает остановку движений грудной клетки до тех пор, пока возбуждение дыхательных центров продолговатого мозга не станет сильнее и не затормозит нейроны коры больших полушарий. После этого восстанавливается правильное чередование вдоха и выдоха. Чем больше в крови углекислого газа, тем сильнее возбужден дыхательный центр и тем труднее задерживать дыхание.