На дыхательный центр в медуллярной области головного мозга (продолговатый мозг) влияют изменения в концентрации нескольких химических веществ в крови. Эти вещества могут стимулировать или подавлять дыхательный центр, в зависимости от их уровней. Рассмотрим влияние каждого из предложенных вариантов:
а) Кислорода (O₂)
Дыхательный центр может реагировать на изменения концентрации кислорода, но это влияние не является основным регуляторным механизмом. Хеморецепторы, которые чувствительны к уровню кислорода, расположены в каротидных и аортальных телах. Когда уровень кислорода в крови снижается (гипоксия), эти хеморецепторы стимулируют дыхательный центр, заставляя человека дышать глубже и чаще. Однако, этот механизм становится более важным в условиях хронического дефицита кислорода, таких как высокогорье или хронические заболевания лёгких.
б) Азота (N₂)
Азот не играет значительной роли в регуляции дыхания. Азот является инертным газом и его концентрация в крови обычно не изменяется при нормальных физиологических условиях. Поэтому он не оказывает влияния на дыхательный центр.
в) Углекислого газа (CO₂)
Концентрация углекислого газа в крови является одним из наиболее важных факторов, влияющих на дыхательный центр. CO₂ растворяется в крови и образует угольную кислоту (H₂CO₃), которая диссоциирует, образуя ионы водорода (H⁺) и бикарбоната (HCO₃⁻). Повышение уровня CO₂ (гиперкапния) приводит к увеличению концентрации ионов водорода, что снижает pH крови (ацидоз). Хеморецепторы в продолговатом мозге и периферические хеморецепторы в каротидных и аортальных телах чувствительны к изменениям в pH и концентрации CO₂. При повышении уровня CO₂ дыхательный центр стимулируется, что приводит к увеличению частоты и глубины дыхания для выведения избытка CO₂.
г) Водорода (H⁺)
Концентрация ионов водорода в крови напрямую влияет на дыхательный центр через изменения в pH крови. Повышение концентрации H⁺ (снижение pH) стимулирует дыхательный центр, вызывая учащение дыхания. Это помогает восстановить нормальный уровень pH путем выведения CO₂, который, как уже упоминалось, связан с ионами водорода через образование угольной кислоты.
Таким образом, наиболее значимое влияние на дыхательный центр оказывает изменение концентрации углекислого газа (в) и ионов водорода (г), поскольку они напрямую влияют на pH крови и, следовательно, на активность хеморецепторов, регулирующих дыхание.