Contrôle nerveux et chimique de la respiration
La respiration est un acte moteur automatique et rythmique qui est continuellement ajusté pour adapter la ventilation aux besoins métaboliques. Ce domaine aborde la manière dont un réseau de neurones du tronc cérébral génère le rythme respiratoire et comment ce rythme est modulé par des capteurs chimiques qui surveillent le dioxyde de carbone, l'oxygène et le pH artériels, ainsi que par des rétroactions mécaniques et réflexes provenant des poumons et des voies respiratoires.
Definition
Le contrôle nerveux et chimique de la respiration est la régulation intégrée du rythme et de la profondeur respiratoires par des circuits générateurs de rythme du tronc cérébral, conjointement avec des rétroactions chimiosensorielles et mécanosensorielles, agissant pour maintenir les gaz du sang artériel et le pH dans des limites étroites.
Scope
Ce domaine oriente le lecteur vers les principales composantes du système de contrôle respiratoire : le générateur central de rythme (central pattern generator) dans le tronc cérébral, les chimiorécepteurs centraux qui détectent le pH/CO2 extracellulaire cérébral et du liquide céphalorachidien, les chimiorécepteurs périphériques qui détectent l'oxygène et le CO2 artériels, les rétroactions mécanoréceptives et proprioceptives de la paroi thoracique et des poumons, et les réflexes autonomes qui protègent les voies respiratoires et couplent la respiration à la régulation cardiovasculaire. Il s'agit d'une vue d'ensemble conceptuelle ; les mécanismes contributifs sont détaillés dans les entrées thématiques.
Sub-topics
Core questions
- Où et comment le rythme respiratoire est-il généré ?
- Comment les chimiorécepteurs centraux et périphériques détectent-ils et répondent-ils aux changements de CO2, d'O2 et de pH ?
- Comment la rétroaction mécanique des poumons et de la paroi thoracique façonne-t-elle le schéma respiratoire ?
- Comment les réflexes protecteurs et autonomes sont-ils intégrés à la respiration automatique ?
Key concepts
- Générateur central de rythme respiratoire
- Pre-Bötzinger complex
- Chimioréception centrale
- Chimioréception périphérique
- Réflexe de Hering-Breuer
- Boucle de rétroaction chimioréflexe
- Réponse ventilatoire au CO2 et à l'O2
- Régulation par rétroaction négative des gaz du sang artériel
Mechanisms
Le rythme inspiratoire émane d'un réseau de neurones du tronc cérébral, le complexe pré-Bötzinger de la moelle ventrolatérale étant identifié comme un noyau pour la génération du rythme inspiratoire. Ce rythme est modelé par les circuits pontomédullaires environnants et continuellement modulé par des rétroactions. Les chimiorécepteurs centraux, concentrés dans le noyau rétrotrapézoïde et d'autres sites du tronc cérébral, détectent les augmentations de CO2 et les diminutions de pH et constituent le principal stimulus respiratoire au repos. Les chimiorécepteurs périphériques des corps carotidiens répondent rapidement à l'hypoxémie artérielle et au CO2/pH, fournissant la branche à action rapide du chimioréflexe. Les mécanorécepteurs pulmonaires et les propriocepteurs de la paroi thoracique informent sur le volume pulmonaire et l'effort respiratoire, mettant fin à l'inspiration et stabilisant le schéma. Ensemble, ces signaux sont intégrés dans le tronc cérébral comme un système de rétroaction négative qui maintient les pressions partielles des gaz artériels et le pH.
Clinical relevance
La compréhension du contrôle respiratoire est fondamentale pour l'interprétation des troubles respiratoires tels que l'apnée centrale et obstructive du sommeil, la respiration périodique et les conséquences ventilatoires des maladies pulmonaires chroniques. Cette entrée décrit la physiologie et la manière dont les mécanismes de contrôle sont étudiés ; elle ne constitue pas un guide pour le diagnostic ou le traitement d'un individu.
Evidence & guidelines
Le cadre résumé ici repose sur la neurophysiologie primaire (par exemple, l'identification du complexe pré-Bötzinger) et sur des revues narratives complètes et des textes de physiologie qui synthétisent des décennies de travaux animaux et humains. Il reflète une compréhension mécanistique plutôt que des lignes directrices de pratique clinique.
History
L'idée d'un centre respiratoire discret dans le tronc cérébral remonte aux études de transection et de lésion du tronc cérébral des XIXe et début du XXe siècles. Le contrôle réflexe de la respiration par l'inflation pulmonaire a été décrit par Hering et Breuer dans les années 1860. Les travaux modernes sont passés du concept de centres fixes à celui de réseaux neuronaux distribués et interactifs, cristallisé par l'identification du complexe pré-Bötzinger comme noyau générateur de rythme en 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
- Qu'est-ce qui stimule normalement l'envie de respirer au repos ?
- Au repos, le stimulus dominant est le dioxyde de carbone artériel agissant via les chimiorécepteurs centraux qui détectent le pH cérébral ; les chimiorécepteurs périphériques sensibles à l'oxygène deviennent plus importants lorsque l'oxygène artériel diminue.
- La respiration est-elle purement automatique ?
- Le rythme de base est automatique et généré dans le tronc cérébral, mais il est continuellement ajusté par des rétroactions chimiques et mécaniques et peut être volontairement supplanté ainsi que par des influences comportementales et émotionnelles.