А ещё мы можем его сознательно, усилием мысли притушить. Ныряем в воду - задерживаем ведь дыхание. Хочется вдохнуть, но высшая нервная деятельность против: понимает, что пока нельзя, вода вокруг. И рефлекс идёт на поводу у сознания. К счастью, так бывает с рефлексами не всегда. На некоторые мы реально не можем повлиять, никаким усилием никакой мысли. Но дыхание - это куда более сложный комплекс событий, чем просто рефлекс.

Рефлекторная составляющая тут, конечно, тоже имеется. Базовый ритм вдоха-выдоха - автономное, рефлекторное, вегетативное мероприятие. Человек может потерять сознание - ну, например, упал с края плоской Земли, ударился головой о панцирь Черепахи, на которой та стоит, и отключился. Но дышать не перестал ведь! В дыхательном центре существует автогенная ритмическая активность. Эти клетки сами по себе, без внешних сигналов, генерируют периодические импульсы, подобно водителю ритма сердца. Этот базовый ритм передается на диафрагму и межреберные мышцы, раз за разом заставляя нас делать вдох-выдох.

Что интересно, дыхательный центр ориентируется не на содержание кислорода в крови. Точнее, в первую очередь - не на него. Знаете такие штуки - "прищепки" на палец, пульсоксиметры? В разгар ковида были популярны, мерили сатурацию (насыщение) крови кислородом. Так вот, если с такой "прищепкой" задержать дыхание, вот прямо надолго, до самого "ой, не могу больше", - она покажет, что с сатурацией всё ок, кислорода хватает. (Ну, если его и до этого фокуса хватало, т.е. человек здоровый). Словом, вдох прямо НУЖЕН, а кислород в крови вроде ещё есть.

Значит, дело не в кислороде. А в чём тогда? Оказывается, тут имеет значение рост концентрации углекислого газа, CO2. Он - один из конечных продуктов окисления глюкозы, он выделяется и в конвейере цикла Кребса (там, где щуку ацетил лимонил, см. прошлый пост). Словом - знаменует собой окончание этапа вдоха и начало этапа выдоха. Механизм такой: CO2 диффундирует из клеток в кровь. И там он, взаимодействуя с водой, даёт угольную кислоту H2CO3. Неорганики, молчите. Я знаю, что в вашей системе знаний такой кислоты в водном растворе не существует. Её и правда не существует, т.к. она тут же разрушается, вы правы, конечно. Но удобнее и понятнее всего расписать это с использованием именно угольной кислоты. Примерно так: CO₂ + H₂O ⇄ H₂CO₃ ⇄ H⁺ + HCO₃⁻.

Заморочилась с нижними и верхними индексами и со стрелочками туда-сюда. Всё для вас, дорогие читатели (без иронии). В общем, главное тут вот что: чем больше CO2, тем больше в итоге протонов H(+) в крови. То есть, кислотность крови из-за этого повышается (снижается pH). А в дыхательном центре и в крупных сосудах (сонных артериях, аорте) есть особые хеморецепторы, чувствительные именно к повышению концентрации H(+), то есть к этому падению pH крови.

Когда pH крови падает даже на сотые доли (например, с 7,40 до 7,38), хеморецепторы бьют тревогу и посылают сигнал в дыхательный центр:

Алярм! Ахтунг! Виу-виу-виу, кот код красный, повторяем, код красный! Или синий! Короче, слишком много CO2! Кислотность растет!

И дыхательный центр тут же усиливает и учащает дыхательные движения. Цель их - вывести избыток CO2. Через лёгкие - какие ещё варианты-то. Как только CO2 выходит, равновесие этой реакции смещается влево (бонжур, мсье Ле Шателье и его принцип смещения равновесия) и pH крови возвращается к норме.

NB: эта норма - очень-очень узкая! Кровь надёжно защищена от метаний и шатаний в кислый или щелочной pH т.н. буферными системами. В том числе потому, что слишком много от этого точного pH зависит, это критические вопросы жизнеобеспечения. Соответственно, в частности, бредни иных диетолухов про "защелачивание" крови мясом, "подкисление" брюквой и ягодами Годжи и т.п., - махровая чушь. Ничего такого с кровью здорового человека не бывает, а уж если случается ацидоз или алкалоз - исправляют его не семенами кациуса с дефлопе, а в больнице, и зачастую - в интенсивной терапии. Чувствительны мы к этим сдвигам, очень.

Кстати, о терапии. Доврачебная помощь, сердечно-легочная реанимация, если человек без сознания, не дышит и пульса нет, в первую очередь основывается на непрямом массаже сердца. Дыхание рот-в-рот там тоже есть, но соотношение 30:2. Тридцать нажатий и только два вдоха. Почему? Да потому, что кислород в крови ещё есть, куда важнее заставить её циркулировать по организму. Да, в ней всё больше CO2, да, растёт кислотность (ацидоз), но кислород ещё есть! И продолжать разносить его по организму - главнее всего. Потому и 30 нажатий на грудную клетку. А закисление крови... Ну, будет. Потом врачи решат эту проблему.

Вернёмся к дыханию. Где вообще находится дыхательный центр? Он расположен в отделе мозга под названием "продолговатый мозг" (medulla oblongata). Это самый древний и жизненно важный отдел мозга, управляющий базовыми функциями организма. Там выделяют две ключевые группы нейронов: дорсальная (главным образом отвечает за вдох, посылая те самые сигналы диафрагме и межреберным мышцам) и вентральная (управляет как вдохом, так и выдохом. Над ними в структуре под названием "Варолиев мост" находится пневмотаксический центр, который "подстраивает" ритм, плавно и мягко переключая фазу вдоха на выдох. Судорожное, дёрганое дыхание - это результат либо какой-то проблемы с организмом, либо опять-таки сознательный акт. Мы можем на какое-то время осознанно включать рваный ритм дыхания, хотя физиологически это не требуется. Но в обычном состоянии мы мягко вдыхаем и выдыхаем воздух - благодаря этому центру.

И вот это всё ориентируется главным образом на CO2, а не O2, как я сказала выше. Круто же придумано? А то! Блин, одна из целей, которую я вижу в своих текстах, - это вызвать у читателя чувство восхищения, восторга от того, как потрясающе тонко и сложно организован живой организм. Надеюсь, удаётся иногда.

Так о кислороде этот ваш/наш дыхательный центр вообще не думает? Только о CO2? Почему не из-за нехватки кислорода (O₂)?

Хех. Как правило, дыхательный центр и правда практически "не замечает" умеренного снижения содержания O2. Его главный триггер - это CO2/H(+). Но при сильной гипоксии (сатурация падает ниже ~90%) срабатывают специальные периферические хеморецепторы, чувствительные именно к O2. Так что, всё имеет значение. В таких обстоятельствах дыхательный центр всё замечает. Но если дело дошло до сигналов от этих рецепторов - это уже реально аварийный режим работы организма.

А за сознательный контроль дыхания отвечает кора больших полушарий головного мозга. Когда надо (как в примере с нырянием), она посылает мощный тормозящий сигнал в дыхательный центр, подавляя его автоматическую активность. Да и просто, на ровном месте может так сделать. Захотели задержать дыхание просто так, без физиологической необходимости, - а пожалста! *голосом К. Ларина*

Но всё, конечно, имеет свои пределы. Не получится произвольно задержать дыхание на "сколько угодно" времени. Рано или поздно случится "срыв": сигнал от хеморецепторов насчёт уменьшения pH крови станет настолько мощным, что преодолеет сознательный запрет от коры. Дыхательный центр решительно "взламывает" её контроль: поигрались - и хватит! Плевать, что там вокруг: вода, метан или неблагоприятная политическая обстановка! Происходит императивный вдох и выдох.

А как же ныряльщики?

А что ныряльщики? Профессионалы тренируют не лёгкие, а толерантность к высокому уровню CO2. Ну и умение сознательно расслабляться, отодвигая момент срыва рефлекса. Ещё они используют гипервентиляцию (глубокое частое дыхание перед нырком), чтобы "вымыть" как можно больше CO2 из крови и отсрочить момент его критического накопления. Кстати, это - такое себе упражнение. Оно может привести к гипоксии и потере сознания под водой ещё до того, как сработает рефлекс на CO2. И, когда рефлекс таки прорывается, такой ныряльщик вдыхает воду, со всеми понятными и печальными последствиями.

А почему нам иногда требуется глубокий вдох? (Из комментариев)

Хороший вопрос. Как правило - не для повышения насыщения кислородом. А для того, чтобы побольше выдохнуть, вывести как можно больше углекислого газа. Для того, чтобы... в общем, см. выше, описала этот феномен. Так что, не стесняйтесь выдыхать: организм устроен умно, тут он знает, что ему надо.

Вроде про дыхание всё, что хотелось сказать, сказала. В списке следующих (обещанных!) текстов: причины СД2, шалфей-зверобой-чабрец-чага и связь тупых шуток с когнитивистикой. Помню-помню.

Я - Злобная Биохимичка. Дзен вот. Донам как всегда большое спасибо!

А, песня про дыхание! Вот:

Физиология пауков

Пауки — хищники, питающиеся насекомыми. Они охотятся с помощью паутины или подстерегают добычу, убивая её ядом и высасывая жидкую пищу.

Кровеносная система открытая, состоит из сердца и сосудов. Кровь движется за счёт сокращений сердца.

Нервная система включает головной мозг и брюшную цепочку. Головной мозг контролирует поведение, а узлы передают сигналы.

Дыхание осуществляется через лёгкие или трахеи.

Пищеварительная система состоит из трёх отделов: передняя, средняя и задняя кишка. В желудке пища измельчается, в средней кишке всасываются питательные вещества, в задней формируются и выводятся отходы.

Выделительная система включает мальпигиевы сосуды и коксальные железы.

Половая система включает семенники, яичники, семяпроводы и яйцеводы. После оплодотворения самка откладывает яйца.

Линька пауков

Линька паука — это естественный процесс замены старого экзоскелета на новый. Во время линьки паук избавляется от старой кутикулы, которая становится ему мала, и формирует новую, более подходящую по размеру.

Процесс линьки у паука проходит в три этапа:

Подготовка к линьке. Паук перестаёт есть и ведёт пассивный образ жизни, плетёт коврик, на который ляжет после линьки.

Сама линька. Паук ложится на коврик спиной или брюшком, выделяет смазку, которая размягчает старую шкурку. Затем шкурка лопается в районе головогруди, и паук начинает вылезать. Когда он полностью освободится, то начнёт разминать конечности.

Послелинька. Паук поднимается на лапы и начинает разминать новый экзоскелет. Ему нужно подождать, пока он затвердеет, чтобы продолжить расти.

Частота линьки зависит от вида паука и его возраста. Молодые пауки линяют чаще, так как они растут быстрее. Взрослые пауки могут линять раз в несколько месяцев или даже лет.

Как пауки охотятся и питаются

Пауки — хищники, охотящиеся на насекомых и мелких животных. Их методы охоты и питания зависят от вида, размера и среды обитания. Пауки не пережёвывают пищу, а используют внешнее пищеварение: впрыскивают яд, выделяют ферменты, расщепляющие внутренности до жидкости, и поглощают её. Основные жертвы — членистоногие, иногда мелкие позвоночные.

Спасибо, что прочитали до конца эту скучную статью.

Всем добра

Панамка с пауком в углу

Почему же мы чувствуем усталость после интеллектуальной нагрузки? Частично — из-за стрессовой реакции. Например, в исследовании шахматистов (Troubat et al., 2009) наблюдалось кратковременное повышение частоты сердечных сокращений и дыхания, но не реальный рост энергозатрат мозга.

Кроме того, умственная работа влияет на пищевое поведение. В исследовании Chaput et al. (2008) участницы после 45 минут когнитивных заданий съедали на 200–250 ккал больше, чем после отдыха, несмотря на одинаковые энергозатраты. Вероятно, переедание — это реакция на стресс, а не компенсация «сожжённых калорий».

Также умственная усталость действительно снижает мотивацию и чувство внутреннего запаса сил. По данным Marcora et al. (2009), после 90 минут когнитивной нагрузки участники быстрее уставали при физических тестах, хотя физиологические показатели не менялись.

Вывод: мозг расходует много энергии, но делает это стабильно. Мыслительная работа почти не увеличивает калорийные траты, зато может вызывать усталость и желание есть больше.

Источники:

1. McClave SA, Snider HL. Dissecting the energy needs of the body. Curr Opin Clin Nutr Metab Care. 2001 Mar;4(2):143–7.

2. Jamadar SD, Behler A, Deery H, Breakspear M. The metabolic costs of cognition. Trends Cogn Sci. 2025 Jun;29(6):541–55.

3. Troubat N, Fargeas-Gluck MA, Tulppo M, Dugué B. The stress of chess players as a model to study the effects of psychological stimuli on physiological responses: an example of substrate oxidation and heart rate variability in man. Eur J Appl Physiol. 2009 Feb;105(3):343–9.

4. Chaput JP, Drapeau V, Poirier P, Teasdale N, Tremblay A. Glycemic instability and spontaneous energy intake: association with knowledge-based work. Psychosom Med. 2008 Sep;70(7):797–804.

   5.  Marcora SM, Staiano W, Manning V. Mental fatigue impairs physical performance in humans. J Appl Physiol (1985). 2009 Mar;106(3):857–64.

• Медиаторы взаимодействуют с рецепторами на поверхности мышечной клетки

• Это взаимодействие запускает новый электрический сигнал в мышечной ткани

• В результате запускается процесс сокращения мышечных волокон

1. Двигательная реакция становится возможной благодаря:

• Сокращению скелетных мышц

• Координации работы различных мышечных групп

• Управлению этими процессами нервной системой

Важно отметить, что все эти процессы происходят чрезвычайно быстро и точно регулируются организмом. При этом каждый этап может модулироваться различными факторами:

• Гормонами

• Нейромедиаторами

• Внешними воздействиями

• Состоянием организма

Таким образом, последовательность «электрический импульс — химическая реакция — мышечная реакция — движение» является фундаментальным механизмом, обеспечивающим все виды двигательной активности живых организмов, от простейших рефлексов до сложных целенаправленных движений.