Тыныс алу орталығы. Тыныс алудың реттелуі
Ал ұлпалар мен мүшелердің оттегіне сұраысынан және денедежиналған көмір қышқыл газдың организмге әсерінен тыныс алуға мұқтаждық туындап отырады. Бұл қүбылыстың мәнін үғыну үшінтыныс алу процесінің реттелу механизмін талдап өткен жөн.
Жоғары сатыдағы омыртқалылардың тыныс алу процесі үш түрлі рецепторлық (сезімтал) құрылымдардың қатысуымен атқарылады. Оның бірі — тыныс орталығына өкпенің керілу және солу деңгейі жайлы ақпарат жіберіп отыратын өкпедегі сезімтал нерв үштары — рецепторлар.
Мида тыныс орталығының болатыны жайлы алғашқы болжамды 1812 жылы Легалуа айтқан. Осыдан отыз жыл өткен соң 1842 жылы Флуранс сопақша миға ине қадау арқылы тәжірибе үстінде тынысты тоқтатып, малды өлтіруге болатынын дәлелдеген. Сопақша мидың осы нүктесі «өмір түйіні» деген атқа ие болған. 1885 жылы орыс физиологы Н. А. Миславский тыныс орталығының сопақша мидың торлы құрылымының (ретикулярлы формация) төртшші қарыншасының түбінде орналасатынын анықтады. Бұл орталық дем алуды және дем шығаруды реттейтін бөлімдерден тұрады. Олардың әрекетін ми көпірінде орналасқан Лумеден ашқан пневмотаксистік орталық реттейді. Бұл орталық дем алынған кезде дем шығару орталығын, ал дем шығарылған кезде — дем алу орталығын қоздырып, дем алу және дем шығару процестерінің ырғақты түрде алмасып отыруына мүмкіндік береді.
Өкпе ұлпасынан тыныс орталығына рефлекстік әсер болатынын 1868 жылы Э. Геринг пен И. Брейер дәлелдеді. Кезеген нерв өкпеде екі түрлі механорецепторлар түзеді. Олардың бір түрі өкпе ұлпасы керілгенде, екінші түрі — солғанда тітіркенеді. Олар орталыққа қай кезде дем алу немесе дем шығару процесін тоқтатып, оларды қарама-қарсы әрекетпен алмастыру қажеттігін хабарлап отырады. Дем алу кезеңінде өкледегі механорецепторлар қозу толқынын орталықтың экспирациялық бөліміне бағыітайды, сондықтан инспираторлар әрекеті токтап, дем шығару кезеңі басталады. Ал дем шығарылған кезде механорецепторлардың екінші түрі тітіркеніп, қозу орталықтың инспирациялық бөліміне бағытталады да, экспирация тоқтап, инспирация басталады. Сонымен, дем алу рефлекстік жолмен дем шығаруды, ал дем шығару — дем алуды тудырады. Тынысты рефлекспен реттеуде плевра, көкірек және құрсақ еттерінің механорецепторлары да қатысады.
Тынысты рефлекстік жолмен реттеуде күре тамыр мен қолқатүйіндеріндегі хеморецепторлар да маңызды рөл атқарады. Бұл хеморецепторлар қанның газдық құрамын бақылал отырады, қанда оттегі мөлшерінің азаюы саддарынан қозады. Сондықтан қанда оттегі мөлшері төмендесе, тыныс рефлекс түріңде жиілейді.
Хеморецепторлар тыныс орталығының өзінде де болады. Олар қан құрамындағы көмір қышқыл газ мөлшерін қадағалап отырады. Егер қанда көмір қышқыл газының мөлшері кебейсе, орталықтың қызметі күшейіп, тыныс тереңдеп, жиілейді. Керісінше көмір қышқыл газының мөлшері азайса, тыныс сирейді, кейде аз уақытқа тоқтап та қалады (апноэ). Демек, тыныс орталығының негізгі гуморальды реттеушісі — көмір қышқыл газы.
Тынысты реттеуде қанның газдық құрамының маңызын Л. Фредерик айқас қан айналым жасаған тәжірибесімен дәлелдеген. Бұл тәжірибеде арнаулы операция арқылы екі иттің күре тамырлары мен ойыс веналары айқастырылып жалғастырылады. Оның нәтижесінде бірінші иттің денесінен қан екінші иттің басына, ал екінші иттің денесінен — бірінші иттің басына баратын болады (15-сурет). Егер бірінші иттің кеңірдегін қысып, оны тұншықтырса (асфиксия), екінші иттің тынысы жиілейді, ол ентіге бастайды (диспноэ). Оның себебі, тұншықтырудың әсерінен бірінші иттің қанында СО2 көбейіп (гиперкапния), оттегі азаяды (гипоксемия).Осындай құрамды қан екінші иттің тыныс орталығына әсер етеді де, оның тынысы жиілейді, өкпенің желдетілуі күшейеді. Демек, екінші иттің қанында оттегі көбейіп, көмір қышқыл газы азаяды. Бұл қан бірінші иттің басын қоректендіретіңдіктен, оның тыныс орталығының қозғыштығы төмендеп, тыныс сирейді, немесе тоқтайды. Сонымен оттегінің жетіспеуі жәнекөмір қышқыл газының қанда жиналуы тыныс орталығын қоздыратын факторлар болып табылады. Тыныс орталығының қозғыштығына қандағы сутегі иондарының концентрациясы да әсер етеді.
Тыныс орталығы орталықтан тебетін нерв талшықтары арқылы жұлынның мотонейрондарымен байланысады. Жұлынның көкірекбөлігінің вентральды мүйізінде қабырғааралық еттердің, ал мойынбөлігінің 3-4 омыртқа деңгейінде көк еттің (диафрагма) қызметін реттетін нейроңдар орналасады. Танау еттерінің жиырылуын реттейтін нерв талшықтары беттік нерв құрамында, көмекей еттерінің қызметін реттейтін талшықтар — кезеген ңерв құрамында өтеді. Сондықтан жұлынды мойын мен көкірек бөліктерінің арасын ала қиса, қабырғааралық еттердің жиырылуы тоқтап калады да, көк еттің қызметі жалғаса береді. Оның себебі бұл жағдайда көк ет нервінің ядросы мен тыныс орталығы арасындағы байланыс үзілмейді. Ал жұлынды сопақша мидан бөліп тастаса, онда тыныс тоқтап, организм тұншығып өледі. Бұл жағдайда танау мен көмекей еттері біраз уақыт әрекет ете береді, себебі олардың қызметін реттейтін нервтер тікелей сопақша мидан басталады.
Өкпеге келетін кезеген нерв қиылса, тыныс алу процесі тоқтамайды, бірақ ол тереңдеп сирейді. Оның себебі тыныс орталығына өкпеніңмеханорецепторларынан қозу толқыны келмей қалады. Ал мойынның екі жағында орналасқан симпатикалық нерв талшықтарын тітіркендіргенде тыныс жиілейді. Осыған байланысты әр түрлі сезім процесі (үрей, қуаныш т.б.) тыныс ырғағын өзгертетін факторлар болып табылады,
Тыныс аппаратының негізгі қызметі организмді оттегімен қамтамасыз етіп, көмір қышқыл газынан тазарту. Ал газдардың алмасуы олардың үлес қысымының айырмасына сәйкес жүреді, сондықтан оттегіні молырақ сіңіріп, көмір қышқыл газын көбірек бөлу үшін организмге ағыңды жүйе тиімді болған болар еді. Бірақ мұндай жүйеде қажетті деңгейде ылғалдық тудыру мүмкін болмай қалар еді. Ал газ алмасу процесі қалыпты атқарылу үшін тыныс аппаратында ылғалдық сақталатындай жағдай тудыру керек. Қанға оттегі альвеоланың ішкі беткейі дымқыл болған жағдайда ғана өтеді. Осыған байланысты жоғары сатыда дамыған жануарларда газ алмасу беткейі сыртқы ортамен тікелей жанаспай, дененің ішінде орналасады.
Дене жұмысы кезінде өкпенің желдетілуі алдымен проприорецепторлардың (бұл шық ет, сіңір, буын рецепторлары) тітіркенуінің салдарынан рефлекстік тұрде күшейеді, қанның оттектік сиымдылығы артып, ұлпалар мен мүшелердің оттегімен қамтамасыз етілуі жақса газын оның натрий және калий иондарымен қосылыстарынан ығыстырып шығарады. Осының саддарынан қан құрамында көмір қышқыл газының мөлшері арта түседі де, ол хеморецепторлар мен тынысорталығына әсер етеді, сондықтан тыныс жиілеп, терендейді.
Қалыпты жағдайда сүт қышқылы оттегінің қатысуымен соңғы өнімдер — Н2О мен СО2 -ге ыдырайды. Жұмыс үстінде бұл процесті жүргізуте оттегі жетіспейді, себебі жұмыс кезінде оттегіге сұраныс 30-50 есе артады, ал организмді оттегімен қамтамасыз ету және оттегіні сіңіру қабілеті бар болғаны 20 есе ғана өсе алады. Осыдан денеде сүт қышқылы жиналып, оны тотықтырута қажет оттегіге мұқтаждық арта түседі.
Дене торшалары оттегіні қарқынды сіңіреді. Торшаға өткен оттегі тотығу процесінде пайдаланылады да, ұлпаларда бұл газдың үлес қысымы нольге дейін төмеңдейді. Ал ұлпа сүйықтығындағы оттегінің үлес қысымы с.б. 20-40 мм аралығында қалыптасады. Оттегінің қаннан ұлпалық сүйыққа өтуінің нәтижесінде оның вена қанындағы үлес қысымы с.б. 40 мм дейін төмендейді. Демек, артерия қанындағы оттегі түгелімен ұлпаға өтлейді, оның тек 40 пайызы ғана ұлпаларға беріліп, вена қанында 12 көлем пайыз оттегі сақталады.
Ұлпалардың оттегіні сіңіру қабілеті ағзалардың физиологиялықжағдайына байланысты өзгеріп отырады. Әрекет үстіндегі ағзаларданшыққан қан құрамында тыныштықтағы мүшелерге қарағанда оттегі мөлшері азырак болады. Артерия қанындағы оттегінің пайызбен өлшегенде ұлпаларға өткен мөлшерін оттегіні пайдалану (сіңіру) коэффициентідеп атайды. Оны анықтау үшін артерия қаны мен вена қанындағы оттегі мөлшерінің айырмасын есептеп тауып, оны 100-ге көбейтеді де, оттегінің артерия қанындағы мөлшеріне бөледі. Бұл коэффициент тыныштық жағдайда 30-40 пайыз, ауыр жұмыс атқарғанда — 50-60 пайыз құрайды. Ағзалардың оттегіні сіңіру қабілеті іске қосылған капиллярлар санына қарай өзгеріп отырады. Әрекет барысында түзілетін сүт қышқылы, көмір қышқылы сияқты өнімдер мен температураның жоғарылауы ағзалардың оттегіні сіңіру қабілетін күшейтіп, оның пайдалану коэффициентін жоғарылатады.
Организмде немесе оның жеке ұлпаларыңда оттегінің жетіспеуінгипоксия деп атайды. Көп жағдайда гапоксия қан құрамында оттегініңжетіспеуінің (гипоксемия) салдарынан туындайды.
Гипоксия, оны тудырған себептерге қарай, бірнеше түрге бөлінеді.
Тыныстық гипоксия қанның өкпеде оттегімен толық қанықпауыныңсалдарынан туындаңды. Оған тыныс ауасында оттегінің жетіспеуі, өкпеніңқабынуы, тынысты реттеу тетіктерінің бұзылуы себеп болады.
Айналымдық гипоксия жеке ағзалар мен ұлпалардағы қан айналымы бұзылған жағдайда байқалады. Гипоксияның бұл түрі жүрек пен тамыр ауруларының салдарынан капиллярлардағы кан айналымы бұзылғанда қальпттасады.
Анемиялық гипоксия эритроциттер саны азайғанда, қандағыгемоглобиннің мөлшері төмендегенде байқалады.
Гистотоксикалық гипоксия ұллалар мен торшалардың оттегіні сіңіруқабілеті төмендегенде, мысалы, цианидтермен уланғанда туындайды.
Қүстардың тыныс мүшелеріне көптеген құрылым дық және функционалдық ерекшеліктер тән. Олардың тыныс жүйесі мұрын қуысынан, жоғарғы және төменгі көмекейлерден, кеңірдектен, бронхылардан, өкпе мен ауа қапшықтарынан тұрады. Тыныс жолдарының күрделілігімен байланысты олардың тыныс жүйесінің жалпы сиымдылығы салмағы жағьнан өздерімен шамалас сүт керектілер жүйесінің салмағынан 3 еседей көп. Құс өкпесінде альвеола болмайды, газ алмасу процесі ауа капиллярлары мен қан капиллярлары арасында жүреді. Өкпе эктобронхылар кілегей қабығының есінділері болыптабылатын ауа қапшықтарымен жалғасады. Құстарда 9 ауа қапшығы болады (4 жұп, бір тақ қапшықтар). Олар алдыңғы және артқы қапшықтар болып жіктеледі. Құстарда көк ет (диафрагма) және плеврааралық қуыс болмайды, өкпе қабырғаларға жабыса орналасады.Құстар дем алғанда ауа өкпе арқылы артқы қапшықтарға өтеді, алдыңғы қапшықтарға бармайды. Дем шығарылған кезде артқы қапшықтардағы ауа өкпеге ығысады. Келесі дем алу кезінде өкпедегі ауа алдынғы қапшықтарға өтіп, одан кейінгі дем шығару кезеңінде алдынғы қапшықтардан сыртқа шығады. Демек, ауа тыныс аппаратынан өтіп шығу үшін екі тыныс айналымы қажет. Осьщан ауа өкпе арқылы дем алу кезінде де, дем шығару кезіңде де өтіп отырады.
Құстардың өкпесінде газ алмасу процесі сүт қоректілермен салы-стырғанда қарқындырақ жүреді. Оған өкпеде қан мен ауа ағынының бір-біріне қарама-қарсы бағытта жүруі мүмкіндік туғызады. Осының нәтижесіңде капиллярлардың жанасу беткейінің ұзына бойында газдардың үлес қысымының айырмасы сақталып, оттегі қанға, ал көмір қышқыл газ — өкпеге толассыз өтіп отырады.