Потреба організму в кисні під час спокою і 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 в 4-5 разів.
Для здійснення дихання необхідно узгоджене скорочення безлічі окремих м'язів; цю координацію здійснює дихальний центр - спеціальна група клітин, що лежить в одному з відділів головного мозку, званому довгастим мозком. З цього центру до діафрагми і міжреберних м'язів ритмічно надсилаються залпи імпульсів, що викликають регулярне і координоване скорочення відповідних м'язів кожні 4-5 сек. При звичайних умовах дихальні рухи здійснюються автоматично, без контролю з боку нашої волі. Але коли нерви, що йдуть до діафрагми (діафрагмальні нерви) і міжреберних м'язів, перерізані або пошкоджені (наприклад, при дитячому паралічі), дихальні руху негайно припиняються. Звичайно, людина може довільно змінювати частоту і глибину дихання; він може навіть деякий час зовсім не дихати, але він не в змозі затримати дихання на таке тривале зремя, щоб це завдало скільки-небудь істотної шкоди: автоматичний механізм вступає в дію і викликає вдих.
Рис .3.Форма грудної клітки при вдиху (а) і видиху (б).
Природно виникає питання: чому дихальний центр періодично посилає залпи імпульсів? За допомогою ряду експериментів було встановлено, що якщо зв'язку дихального центру з усіма іншими частинами головного мозку перервані, т. Е. Якщо перерізані чутливі нерви і шляхи, що йдуть від вищих мозкових центрів, то дихальний центр посилає безперервний потік імпульсів і м'язи, які беруть участь в диханні , скоротившись, залишаються в скороченому стані. Таким чином, дихальний центр, наданий самому собі, викликає повне скорочення м'язів, що беруть участь в диханні. Якщо, проте, або чутливі нерви, або шляхи, що йдуть від вищих мозкових центрів, залишилися неушкодженими, то дихальні руху продовжують відбуватися нормально.
Це означає, що для нормального дихання необхідно періодичне пригнічення дихального центру, з тим щоб він припиняв посилку імпульсів, що викликають скорочення м'язів. Подальші експерименти показали, що пневмаксіческій центр, що лежить в середньому мозку, разом з дихальним центром утворюють «реверберірующій кругової шлях», який і є основою регулювання частоти дихання. Крім того, розтягнення стінок альвеол під час вдиху стимулює знаходяться в цих стінах чутливі до тиску нервові клітини, і ці клітини посилають в головний мозок імпульси, які гальмують дихальний центр, що призводить до видиху.
Дихальний центр стимулюють або гальмують також імпульси, що приходять до нього по багатьом іншим нервових шляхах. Сильний біль в будь-якій частині тіла викликає рефлекторне почастішання дихання. Крім того, в слизовій оболонці гортані і глотки є рецептори, які при їх подразненні посилають в дихальний центр імпульси, які гальмують подих. Це важливі захисні пристосування. Коли будь-якої дратівливий газ, наприклад аміак або пари сильних кислот, входить в дихальні шляхи, він стимулює рецептори гортані, які посилають в дихальний центр гальмують імпульси, і у нас мимоволі «перехоплює подих»; завдяки цьому шкідлива речовина не проникає в легені. Точно так же, коли в гортань випадково потрапляє їжа, вона дратує рецептори в слизовій оболонці цього органу, змушуючи їх посилати гальмівні імпульси в дихальний центр. Дихання миттєво припиняється, і їжа не входить в легені, де вона могла б зашкодити ніжний епітелій.
Для більшої надійності здійснення належної реакції на зміни концентрації в крові вуглекислоти і кисню виробився ще один регулюючий механізм. У підстави кожної з внутрішніх сонних артерій (arteria carotid) знаходиться невелике здуття, зване каротидного синусів, яке містить рецептори, чутливі до змін хімічного складу крові. При підвищенні рівня вуглекислоти або зниженні рівня кисню ці рецептори посилають нервові імпульси в дихальний центр в довгастому мозку і підвищують його активність.
Вплив тренування. Вправи і 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 того чи іншого дії людина навчається координувати роботу м'язів і 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 в серцево-судинної і дихальної системах. Серце тренованого фізкультурника кілька збільшено і в спокої скорочується повільніше. Під час м'язової роботи воно перекачує більший обсяг крові, причому не стільки за рахунок почастішання скорочень, скільки за рахунок більшої сили кожного скорочення. Крім того, атлет дихає повільніше і глибше, ніж звичайна людина, і при фізичному навантаженні кількість проходить через легені повітря у нього підвищується головним чином не за рахунок почастішання дихання, а за рахунок збільшення його глибини. Це більш ефективний спосіб досягнення тієї ж мети.