Génération du patron respiratoire

La génération du patron respiratoire est le processus par lequel un réseau de neurones du tronc cérébral produit le patron moteur respiratoire rythmique en trois phases : inspiration, post-inspiration et expiration. Une petite région de la moelle ventrolatérale, le complexe pré-Bötzinger, est largement considérée comme un noyau essentiel à la génération du rythme inspiratoire.

Definition

La génération du patron respiratoire est la production du patron moteur respiratoire rythmique par un réseau neuronal distribué du tronc cérébral, le rythme inspiratoire prenant naissance dans le complexe pré-Bötzinger de la moelle ventrolatérale.

Scope

Cette entrée aborde l'emplacement de la génération du rythme respiratoire, les mécanismes cellulaires et de réseau proposés pour le produire, les phases du cycle respiratoire, et la manière dont le rythme est modulé par la neuromodulation. Elle se concentre sur la génération du rythme et du patron elle-même ; la modulation chimiosensorielle et réflexe est traitée dans des sujets connexes.

Core questions

• Quels neurones du tronc cérébral génèrent le rythme inspiratoire ?
• Les propriétés de pacemaker, les interactions de réseau, ou les deux, produisent-elles le rythme ?
• Comment les phases inspiratoire, post-inspiratoire et expiratoire sont-elles coordonnées ?
• Comment la neuromodulation module-t-elle le rythme et le patron ?

Key concepts

• Complexe pré-Bötzinger
• Complexe de Bötzinger
• Phases inspiratoire, post-inspiratoire et expiratoire
• Groupe respiratoire parafacial
• Neurones pacemaker
• Rythmogenèse de réseau
• Neuromodulation du rythme

Key theories

Le complexe pré-Bötzinger comme noyau rythmogène

Une population discrète de neurones de la moelle ventrolatérale, le complexe pré-Bötzinger, est nécessaire et suffisante dans les préparations réduites pour générer le rythme inspiratoire, ce qui soutient l'idée d'un noyau rythmogène localisé intégré dans un réseau plus vaste.

Rythmogenèse hybride pacemaker-réseau

Il est proposé que le rythme émerge de l'interaction entre les propriétés intrinsèques d'activité en bouffées (de type pacemaker) de certains neurones et les interactions synaptiques excitatrices et inhibitrices récurrentes au sein du réseau, plutôt que d'un seul de ces mécanismes.

Mechanisms

Le rythme inspiratoire est généré principalement dans le complexe pré-Bötzinger, où des neurones dotés de propriétés d'activité en bouffées conditionnelles interagissent via des synapses excitatrices récurrentes pour produire des bouffées inspiratoires synchronisées. Les régions environnantes contribuent au patron : le complexe de Bötzinger assure l'inhibition expiratoire, le groupe respiratoire parafacial est impliqué dans l'expiration active, et les circuits pontiques modulent les transitions de phase. Le résultat est un cycle en trois phases : inspiration, post-inspiration et expiration active ou passive. Des neuromodulateurs tels que la sérotonine, la noradrénaline et la substance P ajustent l'excitabilité et la probabilité des bouffées, reliant la génération du rythme à l'état comportemental et chimique. La compréhension actuelle tend à considérer le rythme comme une propriété émergente de la dynamique cellulaire intrinsèque combinée à la connectivité du réseau.

Clinical relevance

La perturbation des circuits générateurs de rythme est impliquée dans des troubles tels que l'apnée centrale du sommeil, l'hypoventilation centrale congénitale et la respiration anormale dans certaines maladies neurologiques. Cette entrée décrit les mécanismes et la manière dont ils sont étudiés, et ne fournit pas de conseils diagnostiques ou thérapeutiques.

Evidence & guidelines

Les preuves proviennent principalement d'études in vitro et in situ sur des préparations de rongeurs, d'études de lésion et optogénétiques, et de revues de synthèse. Il s'agit de découvertes mécanistiques plutôt que de directives cliniques, et plusieurs questions concernant le mécanisme rythmogène précis demeurent ouvertes.

History

Les premiers travaux ont localisé la fonction respiratoire dans le tronc cérébral grâce à des expériences de transection et au concept de centres respiratoires distincts. Le domaine a connu un tournant décisif en 1991 avec l'identification du complexe pré-Bötzinger comme générateur potentiel du rythme inspiratoire, après quoi la recherche s'est concentrée sur la base cellulaire et de réseau de la rythmogenèse et sur les circuits additionnels responsables de l'activité expiratoire et post-inspiratoire.

Debates

Origine du rythme : pacemaker versus réseau

La question de savoir si le rythme respiratoire dépend de neurones pacemaker à activité en bouffées intrinsèque ou s'il émerge d'interactions synaptiques de réseau a fait l'objet de débats ; les vues actuelles mettent l'accent sur un modèle hybride où les deux contribuent.

Key figures

• Jack L. Feldman
• Jeffrey C. Smith
• Diethelm W. Richter
• Christopher A. Del Negro

Seminal works

• smith-1991
• feldman-2013

Frequently asked questions

Où le rythme respiratoire est-il généré dans le cerveau ?

Le rythme inspiratoire est généré principalement dans le complexe pré-Bötzinger, une petite région de la moelle ventrolatérale, fonctionnant au sein d'un réseau plus vaste du tronc cérébral qui façonne le patron respiratoire complet.

Une seule cellule pacemaker commande-t-elle la respiration ?

Non. Bien que certains neurones possèdent des propriétés d'activité en bouffées intrinsèques, le rythme est généralement considéré comme émergeant d'une population de neurones interagissant via des connexions synaptiques, et non d'une seule cellule.