Neuronální a chemická regulace dýchání
Dýchání je automatický, rytmický motorický akt, který je nepřetržitě upravován tak, aby odpovídal ventilaci metabolické potřebě. Tato oblast pokrývá, jak síť neuronů v mozkovém kmeni generuje respirační rytmus, a jak je tento rytmus laděn chemickými senzory, které monitorují arteriální oxid uhličitý, kyslík a pH, a mechanickou a reflexní zpětnou vazbou z plic a dýchacích cest.
Definition
Neuronální a chemická regulace dýchání je integrovaná regulace respiračního rytmu a hloubky dýchání obvody mozkového kmene generujícími rytmus spolu s chemosenzorickou a mechanosenzorickou zpětnou vazbou, která působí na udržení arteriálních krevních plynů a pH v úzkých mezích.
Scope
Tato oblast seznamuje čtenáře s hlavními složkami systému řízení dýchání: centrálním generátorem vzorců v mozkovém kmeni, centrálními chemoreceptory, které snímají pH/CO2 v mozkovém extracelulárním prostoru a mozkomíšním moku, periferními chemoreceptory, které snímají arteriální kyslík a CO2, mechanoreceptorovou a proprioceptivní zpětnou vazbou z hrudní stěny a plic a autonomními reflexy, které chrání dýchací cesty a spojují dýchání s kardiovaskulární regulací. Jedná se o koncepční přehled; přispívající mechanismy jsou podrobně popsány v tematických heslech.
Sub-topics
Core questions
- Kde a jak je generován respirační rytmus?
- Jak centrální a periferní chemoreceptory snímají a reagují na změny CO2, O2 a pH?
- Jak mechanická zpětná vazba z plic a hrudní stěny formuje dýchací vzorec?
- Jak jsou ochranné a autonomní reflexy integrovány s automatickým dýcháním?
Key concepts
- Centrální generátor respiračního rytmu
- Pre-Bötzingerův komplex
- Centrální chemorecepce
- Periferní chemorecepce
- Heringův-Breuerův reflex
- Chemoreflexní zpětnovazební smyčka
- Ventilační odpověď na CO2 a O2
- Regulace arteriálních krevních plynů negativní zpětnou vazbou
Mechanisms
Inspiratorní rytmus vzniká ze sítě neuronů mozkového kmene, přičemž pre-Bötzingerův komplex ventrolaterální míchy byl identifikován jako jádro pro generování inspiratorního rytmu. Tento rytmus je formován okolními pontomedulárními obvody a je nepřetržitě modulován zpětnou vazbou. Centrální chemoreceptory, koncentrované v retrotrapezoidním jádře a dalších místech mozkového kmene, detekují vzestup CO2 a pokles pH a představují dominantní podnět k dýchání v klidu. Periferní chemoreceptory v karotidových tělíscích rychle reagují na arteriální hypoxemii a na CO2/pH, čímž poskytují rychle působící část chemoreflexu. Mechanoreceptory v plicích a proprioceptory v hrudní stěně hlásí objem plic a respirační úsilí, čímž ukončují inspiraci a stabilizují vzorec. Tyto signály jsou společně integrovány v mozkovém kmeni jako systém negativní zpětné vazby, který brání arteriálním tenzím plynů a pH.
Clinical relevance
Pochopení řízení dýchání je základem pro interpretaci poruch dýchání, jako je centrální a obstrukční spánková apnoe, periodické dýchání a ventilační následky chronického plicního onemocnění. Toto heslo popisuje fyziologii a způsob studia kontrolních mechanismů; není průvodcem pro diagnostiku nebo léčbu jakéhokoli jednotlivce.
Evidence & guidelines
Rámec zde shrnutý vychází z primární neurofyziologie (například identifikace pre-Bötzingerova komplexu) a z komplexních narativních přehledů a fyziologických textů, které syntetizují desetiletí práce na zvířatech i lidech. Odráží mechanistické pochopení, nikoli pokyny pro klinickou praxi.
History
Myšlenka na diskrétní respirační centrum v mozkovém kmeni pochází ze studií transekce a lézí mozkového kmene z devatenáctého a počátku dvacátého století. Reflexní řízení dýchání plicní inflací popsali Hering a Breuer v 60. letech 19. století. Moderní práce se posunula od konceptu fixních center k distribuovaným, interagujícím neuronálním sítím, krystalizovaným identifikací pre-Bötzingerova komplexu jako jádra generujícího rytmus v roce 1991.
Key figures
- Jack L. Feldman
- Jeffrey C. Smith
- Patrice G. Guyenet
- Eugene Nattie
Related topics
Seminal works
- smith-1991
- feldman-2013
- guyenet-2014
Frequently asked questions
- Co normálně pohání nutkání dýchat v klidu?
- V klidu je dominantním stimulem arteriální oxid uhličitý působící prostřednictvím centrálních chemoreceptorů, které snímají pH mozku; periferní chemoreceptory snímající kyslík se stávají důležitějšími, když arteriální kyslík klesá.
- Je dýchání čistě automatické?
- Základní rytmus je automatický a generovaný v mozkovém kmeni, ale je nepřetržitě upravován chemickou a mechanickou zpětnou vazbou a může být dobrovolně potlačen a ovlivněn behaviorálními a emočními vstupy.