Потреба організму в кисні під час спокою та при роботі неоднакова; тому частота і глибина дихання повинні автоматично змінюватися, пристосовуючись до умов, що змінюються. Під час м'язової роботи споживання кисню м'язами та іншими тканинами може зрости у 4-5 разів.

Для дихання необхідно узгоджене скорочення безлічі окремих м'язів; цю координацію здійснює дихальний центр - спеціальна група клітин, що лежить в одному з відділів головного мозку, що називається довгастим мозком. З цього центру до діафрагми та міжреберних м'язів ритмічно посилаються залпи імпульсів, що викликають регулярне та координоване скорочення відповідних м'язів кожні 4-5 сек. За звичайних умов дихальні рухи відбуваються автоматично, без контролю нашої волі. Але коли нерви, що йдуть до діафрагми (діафрагмальні нерви) та міжреберних м'язів, перерізані або пошкоджені (наприклад, при дитячому паралічі), дихальні рухи відразу припиняються. Звичайно, людина може довільно змінювати частоту та глибину дихання; він може навіть деякий час зовсім не дихати, але він не в змозі затримати дихання на такий тривалий час, щоб це завдало скільки-небудь істотної шкоди: автоматичний механізм набуває чинності і викликає вдих.

Звичайно виникає питання: чому дихальний центр періодично посилає залпи імпульсів? За допомогою низки експериментів було встановлено, що якщо зв'язки дихального центру з усіма іншими частинами головного мозку перервані, тобто якщо перерізані чутливі нерви та шляхи, що йдуть від вищих мозкових центрів, то дихальний центр посилає безперервний потік імпульсів та м'язи, що беруть участь у диханні. , скоротившись, залишаються у скороченомустані. Таким чином, дихальний центр, наданий самому собі, викликає повне скорочення м'язів, що беруть участь у диханні. Якщо, проте, або чутливі нерви, або шляхи, що від вищих мозкових центрів, залишилися непошкодженими, то дихальні рухи продовжують відбуватися нормально. Це означає, що для нормального дихання необхідне періодичне гальмування дихального центру, щоб він припиняв посилку імпульсів, що викликають скорочення м'язів. Подальші експерименти показали, що пневмаксичний центр, що лежить в середньому мозку (фіг. 268), разом з дихальним центром утворюють круговий шлях, що «реверберує», який і служить основою регулювання частоти дихання. Крім того, розтягнення стінок альвеол під час вдиху стимулює нервові клітини, що знаходяться в цих стінках, чутливі до тиску, і ці клітини посилають у головний мозок імпульси, що гальмують дихальний центр, що призводить до видиху.

Дихальний центр стимулюють або гальмують також імпульси, що приходять до нього за багатьма іншими нервовими шляхами. Сильний біль у будь-якій частині тіла викликає рефлекторне почастішання дихання. Крім того, у слизовій оболонці гортані та глотки є рецептори, які при їх роздратуванні посилають у дихальний центр імпульси, що гальмують дихання. Це важливі захисні пристрої. Коли будь-який дратівливий газ, наприклад аміак або пари сильних кислот, входить у дихальні шляхи, він стимулює рецептори гортані, які посилають у дихальний центр гальмівні імпульси, і ми мимоволі «перехоплює дихання»; завдяки цьому шкідлива речовина не проникає у легені. Так само, коли в горло випадково потрапляє їжа, вона дратує рецептори в слизовій оболонці цього органу, змушуючи їх посилати гальмівні імпульси в дихальний центр. Дихання миттєвозупиняється, і їжа не входить у легені, де б вона могла пошкодити ніжний епітелій.

Для більшої надійності здійснення належної реакції на зміни концентрації в крові вуглекислоти та кисню виробився ще один регулюючий механізм. В основі кожної із внутрішніх сонних артерій (arteria carotid) знаходиться невелике здуття, зване каротидним синусом, яке містить рецептори, чутливі до змін хімічного складу крові. При підвищенні рівня вуглекислоти або зниження рівня кисню ці рецептори посилають нервові імпульси в дихальний центр у довгастому мозку і підвищують його активність.

Вплив тренування. Вправи та практика при спортивному тренуванні підвищують здатність організму до виконання того чи іншого завдання. По-перше, м'язи при тренуванні збільшуються в розмірах і стають сильнішими (внаслідок зростання окремих м'язових волокон, а не збільшення їх числа). По-друге, при багаторазовому виконанні тієї чи іншої дії людина навчається координувати роботу м'язів та скорочувати кожну з них рівно з такою силою, з якою це необхідно для досягнення бажаного результату, що веде до економії енергії. По-третє, при цьому відбуваються зміни у серцево-судинній та дихальній системах. Серце тренованого фізкультурника дещо збільшено і у спокої скорочується повільніше. Під час м'язової роботи воно перекачує більший обсяг крові, причому не стільки за рахунок збільшення скорочень, скільки за рахунок більшої сили кожного скорочення. Крім того, атлет дихає повільніше і глибше, ніж звичайна людина, і при фізичному навантаженні кількість повітря, що проходить через легкі, у нього підвищується головним чином не за рахунок почастішання дихання, а за рахунок збільшення його глибини. Це ефективніший спосіб досягнення тієї ж мети

Відповідно до метаболічних потреб дихальна система забезпечує газообмін О2 і СО2 між навколишнім середовищем та організмом. Цю життєво важливу функцію регулює мережу численних взаємопов'язаних нейронів ЦНС, розташованих у кількох відділах мозку і об'єднуються в комплексне поняття «дихальний центр». При вплив на його структури нервових і гуморальних стимулів відбувається пристосування функції дихання до умов навколишнього середовища. Структури, необхідні виникнення дихального ритму, вперше було виявлено в довгастому мозку. Перерізка довгастого мозку в ділянці дна IV шлуночка призводить до припинення дихання. Тому під головним дихальним центром розуміють сукупність нейронів специфічних дихальних ядер довгастого мозку.

Дихальний центруправляє двома основними функціями:рухової, яка проявляється у вигляді скорочення дихальних м'язів, тагомеостатичної, пов'язаної з підтриманням сталості внутрішнього середовища організму при зрушеннях у ній вмісту 02 та СО2. Двигуна, або моторна, функція дихального центру полягає у генерації дихального ритму та його патерну. Завдяки цій функції здійснюється інтеграція дихання коїться з іншими функціями. Під патерном дихання слід пам'ятати тривалість вдиху і видиху, величину дихального обсягу, хвилинного обсягу дихання. Гомеостатична функція дихального центру підтримує стабільні величини дихальних газів у крові та позаклітинній рідині мозку, адаптує дихальну функцію до умов зміненого газового середовища та інших факторів довкілля.

Локалізація та функціональні властивості дихальних нейронів

У передніх рогах спинного мозку на рівні С3 - С5 розташовуються мотонейрони,утворюють діафрагмальний нерв. Мотонейрони, що іннервують міжреберні м'язи, знаходяться в передніх рогах на рівнях Т2 – Т10 (Т2 – Т6 – мотонейрони інспіраторних м'язів, T8-T10 – експіраторних). Встановлено, що одні мотонейрони регулюють переважно дихальну, а інші – переважно пізнотонічну активність міжреберних м'язів.