почему при определенной концентрации углекислого газа в крови дыхание восстанавливается непроизвольно?

Потому что углекислый газ — главный «рулевой» дыхательного центра в стволе мозга, и когда его становится слишком много, срабатывает мощный автоматический рефлекс поддержания кислотно-щелочного равновесия крови.

Что происходит по шагам:

1. CO₂ в крови быстро проходит гематоэнцефалический барьер и в спинномозговой жидкости превращается (через угольную кислоту) в ионы H⁺. Снижение pH улавливают центральные хеморецепторы продолговатого мозга. Они дают основной вклад в дыхательный ответ на гиперкапнию.

2. Параллельно периферические хеморецепторы в каротидных и аортальных тельцах чувствуют рост PaCO₂ и падение pH (а при выраженной гипоксии — ещё и падение PaO₂). От них импульсы по афферентным волокнам идут в дыхательные нейросети ствола — прежде всего в комплекс пре-Бёцингера, который задаёт ритм вдоха.

3. Суммарный вход возбуждает дыхательные центры сильнее порогового уровня. Это увеличивает частоту и глубину дыхания (гипервентиляцию), даже если кора больших полушарий «держит» произвольную задержку дыхания. Иначе говоря, при определённой концентрации CO₂ автоматическая регуляция просто перешибает волевое усилие: мозг защищает pH крови (≈7,35–7,45) и уровень PaCO₂ (около 40 мм рт. ст.).

Ключевые следствия:

• При задержке дыхания именно накопление CO₂, а не дефицит O₂, первым вызывает «нестерпимое» желание вдохнуть.

• Если CO₂ искусственно снизить гипервентиляцией, позыв к вдоху временно ослабевает (отсюда риск «чёрноутопления» у дайверов на задержке: гипоксия наступает до того, как CO₂ поднимется до порога).

• Около 70% вентиляционного ответа на изменения CO₂ обеспечивают центральные хеморецепторы; периферические действуют быстрее, но их вклад меньше — кроме ситуаций выраженной гипоксии (PaO₂ < ~60 мм рт. ст.).

Итог: «непроизвольное» восстановление дыхания при достижении определённой концентрации CO₂ — это встроенный хеморефлекс, который автоматически усиливает дыхание, чтобы вывести излишек CO₂ и вернуть pH в безопасные пределы.