Propriozeptives Feedback und Kontrolle

Die Atmung wird kontinuierlich durch mechanisches Feedback von Lunge, Atemwegen und Brustwand geformt. Langsam adaptierende pulmonale Dehnungsrezeptoren signalisieren die Lungeninflation, und Propriozeptoren in den Atemmuskeln und Gelenken melden die mechanische Belastung, wodurch die Atemkontrolle die motorische Ausgabe an den mechanischen Zustand des Systems anpassen kann.

Definition

Propriozeptives Feedback und Kontrolle ist die Regulation der Atmung durch mechanosensorische Afferenzen, die Lungenvolumen und die Mechanik der Atemmuskulatur/Brustwand melden und die das Timing und die Tiefe der Atmung an die mechanische Belastung anpassen.

Scope

Dieser Eintrag behandelt die Mechanorezeptoren, die dem Atmungssystem propriozeptives und Dehnungs-Feedback liefern – pulmonale Dehnungsrezeptoren und Propriozeptoren der Atemmuskulatur – ihre afferenten Bahnen und wie ihre Signale das Atemmuster stabilisieren und anpassen. Protektive Atemwegsreflexe werden unter autonomen Atemreflexen behandelt.

Core questions

• Welche Rezeptoren liefern mechanisches Feedback während der Atmung?
• Wie beeinflusst die Lungeninflation das Timing des Atemzyklus?
• Wie tragen Brustwand- und Atemmuskel-Propriozeptoren dazu bei?
• Wie kompensiert dieses Feedback Änderungen der mechanischen Belastung?

Key concepts

• Pulmonale Dehnungsrezeptoren
• Langsam adaptierende Rezeptoren
• Hering-Breuer-Inflationsreflex
• Interkostale Muskelspindeln
• Vagale Afferenzen
• Lastkompensation
• Inspiratorischer Off-Switch

Key theories

Hering-Breuer-Inflationsreflex

Die Lungeninflation stimuliert langsam adaptierende pulmonale Dehnungsrezeptoren, deren vagale Afferenzen die Inspiration hemmen und die Exspiration verlängern, wodurch die Inspiration beendet und eine Überblähung begrenzt wird; der Reflex ist bei großen Atemzugvolumina ausgeprägt.

Lastkompensation der Atemmuskulatur

Propriozeptive Afferenzen von Interkostalmuskelspindeln und Brustwandrezeptoren signalisieren Atemarbeit und -last und unterstützen die reflexartige Anpassung der Muskelleistung, wenn sich die mechanische Anforderung an die Atmung ändert.

Mechanisms

Langsam adaptierende pulmonale Dehnungsrezeptoren, die in der glatten Atemwegsmuskulatur lokalisiert sind, werden durch Lungeninflation erregt und leiten über den Vagusnerv zum Nucleus tractus solitarius. Ihre Aktivität trägt zum inspiratorischen Off-Switch bei, beendet die Inspiration und verlängert die Exspiration, wenn das Lungenvolumen ansteigt – die Grundlage des Hering-Breuer-Inflationsreflexes, der bei großen Atemzugvolumina und bei Neugeborenen am deutlichsten ist. Parallel dazu melden Muskelspindeln in den Interkostalmuskeln und Rezeptoren in der Brustwand die Länge und Anstrengung der Atemmuskulatur; ihre Afferenzen ermöglichen spinalen und supraspinalen Reflexen, eine Kompensation zu bewirken, wenn die Belastung der Atempumpe zunimmt. Zusammen stabilisieren diese mechanorezeptiven Signale das Atemmuster und stimmen die motorische Ausgabe auf den mechanischen Zustand der Lunge und Brustwand ab.

Clinical relevance

Mechanisches Feedback beeinflusst die Anpassung des Atemmusters unter Bedingungen, die die Lungen- oder Brustwandmechanik verändern, und ist Teil der Art und Weise, wie das System auf zusätzliche Atemlast reagiert. Dieser Eintrag beschreibt die Physiologie und wie sie untersucht wird, und bietet keine diagnostische oder Behandlungsanleitung.

Evidence & guidelines

Die Mechanismen leiten sich aus der klassischen Reflexphysiologie, Einzel-Faser-Ableitungen von vagalen und Muskelspindel-Afferenzen sowie integrativen Übersichten ab. Es handelt sich hierbei um mechanistische Erkenntnisse und nicht um klinische Leitlinien, und die Stärke des Inflationsreflexes unterscheidet sich je nach Spezies und Alter.

History

Hering und Breuer beschrieben 1868, dass die Lungeninflation die Inspiration reflexartig hemmt, und etablierten damit einen der frühesten bekannten Feedback-Reflexe in der Physiologie. Einzel-Faser-Ableitungen des 20. Jahrhunderts charakterisierten die verantwortlichen langsam adaptierenden Dehnungsrezeptoren, und Studien an Interkostalmuskelspindeln erweiterten das Konzept des mechanischen Feedbacks auf die Atempumpe.

Debates

Physiologische Rolle des Hering-Breuer-Reflexes bei erwachsenen Menschen

Es wurde diskutiert, wie stark der Inflationsreflex die Ruheatmung bei erwachsenen Menschen formt, im Gegensatz zu großen Atemzugvolumina oder bei Neugeborenen und anderen Spezies.

Key figures

• Ewald Hering
• Josef Breuer
• Leszek Kubin
• Donald R. McCrimmon

Seminal works

• feldman-2013
• kubin-2006

Frequently asked questions

Was ist der Hering-Breuer-Reflex?

Es ist ein Reflex, bei dem die Inflation der Lunge Dehnungsrezeptoren stimuliert, die über den Vagusnerv eine weitere Inspiration hemmen und die Exspiration verlängern, wodurch eine Überblähung verhindert wird.

Haben die Atemmuskeln Propriozeptoren?

Ja. Die Interkostalmuskeln enthalten Muskelspindeln und die Brustwand besitzt Mechanorezeptoren, die Atemarbeit und -last signalisieren und zur reflexartigen Anpassung der Atmung beitragen.