کنترل عصبی و شیمیایی تنفس
تنفس یک عمل حرکتی خودکار و ریتمیک است که به طور مداوم تنظیم میشود تا تهویه با نیاز متابولیکی مطابقت یابد. این بخش به چگونگی تولید ریتم تنفسی توسط شبکهای از نورونهای ساقه مغز و نحوه تنظیم این ریتم توسط حسگرهای شیمیایی که دیاکسید کربن، اکسیژن و pH شریانی را پایش میکنند، و همچنین بازخورد مکانیکی و رفلکسی از ریهها و مجاری هوایی میپردازد.
Definition
کنترل عصبی و شیمیایی تنفس، تنظیم یکپارچه ریتم و عمق تنفس توسط مدارهای تولیدکننده ریتم در ساقه مغز همراه با بازخورد شیمیایی و مکانیکی است که برای حفظ گازهای خون شریانی و pH در محدوده باریک عمل میکند.
Scope
این بخش خواننده را با اجزای اصلی سیستم کنترل تنفسی آشنا میکند: مولد الگوی مرکزی در ساقه مغز، گیرندههای شیمیایی مرکزی که pH/CO2 خارج سلولی مغز و مایع مغزی نخاعی را حس میکنند، گیرندههای شیمیایی محیطی که اکسیژن و CO2 شریانی را حس میکنند، بازخورد مکانیکی و حس عمقی از دیواره قفسه سینه و ریهها، و رفلکسهای خودمختار که از مجاری هوایی محافظت کرده و تنفس را با تنظیم قلبی عروقی مرتبط میسازند. این یک مرور مفهومی است؛ مکانیسمهای مشارکتکننده در مدخلهای موضوعی به تفصیل شرح داده شدهاند.
Sub-topics
Core questions
- ریتم تنفسی کجا و چگونه تولید میشود؟
- گیرندههای شیمیایی مرکزی و محیطی چگونه تغییرات CO2، O2 و pH را حس کرده و به آنها پاسخ میدهند؟
- بازخورد مکانیکی از ریهها و دیواره قفسه سینه چگونه الگوی تنفس را شکل میدهد؟
- رفلکسهای محافظتی و خودمختار چگونه با تنفس خودکار یکپارچه میشوند؟
Key concepts
- مولد الگوی مرکزی تنفسی
- کمپلکس پیشبوتزینگر
- حسگر شیمیایی مرکزی
- حسگر شیمیایی محیطی
- رفلکس هرینگ-برویر
- حلقه بازخورد شیمیایی
- پاسخ تهویهای به CO2 و O2
- تنظیم بازخورد منفی گازهای خون شریانی
Mechanisms
ریتم دم از شبکهای از نورونهای ساقه مغز نشأت میگیرد، که کمپلکس پیشبوتزینگر (pre-Bötzinger complex) در بصلالنخاع شکمی-جانبی به عنوان هسته تولید ریتم دم شناسایی شده است. این ریتم توسط مدارهای پونتومدولاری اطراف شکل گرفته و به طور مداوم توسط بازخورد تعدیل میشود. گیرندههای شیمیایی مرکزی، که در هسته رتروتراپزوئید (retrotrapezoid nucleus) و سایر نقاط ساقه مغز متمرکز هستند، افزایش CO2 و کاهش pH را تشخیص داده و محرک غالب تنفس در حالت استراحت را تشکیل میدهند. گیرندههای شیمیایی محیطی در اجسام کاروتید (carotid bodies) به سرعت به هیپوکسمی شریانی و CO2/pH پاسخ میدهند و بخش سریعالاثر رفلکس شیمیایی را فراهم میکنند. مکانورسپتورها در ریهها و پروپریوسپتورها در دیواره قفسه سینه حجم ریه و تلاش تنفسی را گزارش میدهند، دم را خاتمه داده و الگو را تثبیت میکنند. این سیگنالها با هم در ساقه مغز به عنوان یک سیستم بازخورد منفی یکپارچه میشوند که فشارهای گاز شریانی و pH را حفظ میکند.
Clinical relevance
درک کنترل تنفسی برای تفسیر اختلالات تنفسی مانند آپنه خواب مرکزی و انسدادی، تنفس دورهای، و پیامدهای تهویهای بیماری مزمن ریوی اساسی است. این مدخل فیزیولوژی و نحوه مطالعه مکانیسمهای کنترل را شرح میدهد؛ این یک راهنما برای تشخیص یا درمان هیچ فردی نیست.
Evidence & guidelines
چارچوب خلاصه شده در اینجا بر فیزیولوژی عصبی اولیه (به عنوان مثال شناسایی کمپلکس پیشبوتزینگر) و بر مرورهای روایی جامع و متون فیزیولوژی که دههها کار حیوانی و انسانی را ترکیب میکنند، استوار است. این چارچوب منعکسکننده درک مکانیکی است تا دستورالعملهای بالینی.
History
ایده یک مرکز تنفسی مجزا در ساقه مغز به مطالعات قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم در مورد برش و ضایعه ساقه مغز بازمیگردد. کنترل رفلکسی تنفس توسط اتساع ریه توسط هرینگ و برویر در دهه ۱۸۶۰ توصیف شد. کار مدرن از مفهوم مراکز ثابت به سمت شبکههای عصبی توزیع شده و تعاملی حرکت کرده است، که با شناسایی کمپلکس پیشبوتزینگر به عنوان هسته تولیدکننده ریتم در سال ۱۹۹۱ متبلور شد.
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
- چه چیزی به طور معمول محرک اصلی میل به تنفس در حالت استراحت است؟
- در حالت استراحت، محرک غالب دیاکسید کربن شریانی است که از طریق گیرندههای شیمیایی مرکزی که pH مغز را حس میکنند، عمل میکند؛ گیرندههای شیمیایی محیطی حساس به اکسیژن زمانی که اکسیژن شریانی کاهش مییابد، اهمیت بیشتری پیدا میکنند.
- آیا تنفس کاملاً خودکار است؟
- ریتم اصلی خودکار است و در ساقه مغز تولید میشود، اما به طور مداوم توسط بازخورد شیمیایی و مکانیکی تنظیم میشود و میتواند به صورت ارادی و توسط ورودیهای رفتاری و احساسی نادیده گرفته شود.