Нам не приходится заботиться о том, чтобы межреберные мышцы и диафрагма 16 раз в минуту производили дыхательные движения. Этими мышцами управляет дыхательный центр, лежащий в продолговатом мозгу рядом с центрами, которые ведают сердцем и сосудами. В дыхательном центре ритмично с определенной частотой возникают возбуждения, идущие к мышцам. Дыхательный центр подвержен многим рефлекторным влияниям.
Так, если на слизистую оболочку трахеи или бронхов попадает крупная инородная частица (кусочек пищи при поперхивании и т. п.), частица эта, раздражая слизистую, посылает импульсы к дыхательному центру, который в ответ вызывает резкий выдох при сближенных голосовых связках. Струя воздуха, с силой проносясь через узкую щель, увлекает с собой вредную частицу. Так возникает кашель — важный защитник организма, противодействующий засорению дыхательных путей. При их воспалении кашель удаляет накапливающуюся слизь с мертвыми телами микробов. Если раздражению подвергается слизистая носа, струя воздуха при таком же усиленном выдохе направляется через нее — происходит чихание. Группы нервных клеток, управляющие этими сложными рефлексами, называются центрами кашля и чихания. Они связаны с дыхательным центром.
Важное влияние на деятельность дыхательного центра оказывают сигналы, идущие от легких. На высоте вдоха сигналы о растяжении легких бегут по блуждающему нерву в мозг, в результате этого вдох прекращается и начинается выдох. Чем менее растянутым становится легкое, тем меньше сигналов идет в мозг, и в конце выдоха вновь возбуждается та группа клеток дыхательного центра, которая ведает вдохом.
Особенно большое влияние на работу дыхательного центра оказывает содержание в крови углекислого газа, т. е. здесь видную роль играет гуморальная регуляция. Каждый из нас по опыту знает, что если попытаться задержать дыхание, то через несколько десятков секунд появляется непреодолимое желание дышать. В конце концов мы уже не в силах сдержать движений дыхательных мышц, и дыхание возобновляется. Что же так сильно возбуждает дыхательный центр при задержке дыхания?
Если привязать на операционном столе рядом двух собак, перерезать у них сонные артерии (питающие мозг) и скрепить их накрест, т. е. так, чтобы кровь одной собаки питала голову другой, можно найти ответ на наш вопрос. Когда вы зажимаете нос и рот одной из собак, задыхаться начинает другая. У нее появляется учащенное дыхание. Значит, здесь основную роль играет изменение состава крови. Бедная кислородом и богатая углекислотой кровь первой собаки поступает в сонную артерию другой. Здесь она раздражает чувствительные нервные окончания, от которых бегут импульсы к дыхательному центру. Далее кровь омывает непосредственно область дыхательного центра. У второй собаки начинается одышка — учащенное дыхание.
Другой, гораздо более простой опыт также покажет нам, что важнейшим раздражителем дыхательного центра является состав крови. Проверьте, сколько секунд вы сможете не дышать после обычного глубокого вдоха. Затем усиленно, чрезмерно дышите в течение 30—40 секунд; такое избыточное дыхание называется гипервентиляцией. Теперь повторите опыт с задержкой дыхания. Вы увидите, что длительность ее более чем удвоится. Путем гипервентиляции вы удаляете из крови больше углекислоты, чем обычно, а кроме того, настолько обогащаете 3 литра альвеолярного воздуха кислородом, что при последующей задержке дыхания первая половина времени уходит на то, чтобы восстановить обычный уровень углекислоты крови и использовать тот избыток кислорода, какой имеется в легких. Лишь после этого начинается изменение газового состава крови в неблагоприятную сторону, заставляющее в конце концов возобновить дыхание. Указанным способом — гипервентиляцией — пользуются искатели жемчуга в южных странах, доводящие путем тренировки длительность пребывания под водой до 5 минут. Такой метод существовал с древнейших времен и действовал надежнее акваланга.