मस्तिष्क में श्वास लय कहाँ उत्पन्न होती है?

प्रेरणा लय मुख्य रूप से प्री-बोट्ज़िंगर कॉम्प्लेक्स में उत्पन्न होती है, जो वेंट्रोलेटरल मेडुला का एक छोटा क्षेत्र है, जो एक बड़े मस्तिष्क स्टेम नेटवर्क के भीतर काम करता है जो पूर्ण श्वास पैटर्न को आकार देता है।

क्या एक एकल पेसमेकर कोशिका श्वास को संचालित करती है?

नहीं। हालांकि कुछ न्यूरॉन्स में आंतरिक बर्स्टिंग गुण होते हैं, लय को आम तौर पर सिनैप्टिक कनेक्शन के माध्यम से परस्पर क्रिया करने वाले न्यूरॉन्स की आबादी से उत्पन्न होने के रूप में समझा जाता है, न कि एक कोशिका से।

श्वसन पैटर्न उत्पादन

श्वसन पैटर्न उत्पादन वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा मस्तिष्क स्टेम न्यूरॉन्स का एक नेटवर्क प्रेरणा (inspiration), पश्च-प्रेरणा (post-inspiration) और समाप्ति (expiration) के लयबद्ध, त्रि-चरण श्वास मोटर पैटर्न का उत्पादन करता है। वेंट्रोलेटरल मेडुला का एक छोटा क्षेत्र, प्री-बोट्ज़िंगर कॉम्प्लेक्स (pre-Bötzinger complex), व्यापक रूप से प्रेरणा लय उत्पन्न करने के लिए एक केंद्र के रूप में माना जाता है।

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Definition

श्वसन पैटर्न उत्पादन एक वितरित मस्तिष्क स्टेम न्यूरोनल नेटवर्क द्वारा लयबद्ध श्वसन मोटर पैटर्न का उत्पादन है, जिसमें प्रेरणा लय वेंट्रोलेटरल मेडुला के प्री-बोट्ज़िंगर कॉम्प्लेक्स में उत्पन्न होती है।

Scope

यह प्रविष्टि बताती है कि श्वास लय कहाँ उत्पन्न होती है, इसे उत्पन्न करने के लिए प्रस्तावित सेलुलर और नेटवर्क तंत्र, श्वसन चक्र के चरण, और न्यूरोमॉड्यूलेशन (neuromodulation) द्वारा लय को कैसे आकार दिया जाता है। यह लय और पैटर्न उत्पादन पर केंद्रित है; कीमोसेंसरी (chemosensory) और रिफ्लेक्स मॉड्यूलेशन (reflex modulation) संबंधित विषयों में शामिल हैं।

Core questions

कौन से मस्तिष्क स्टेम न्यूरॉन्स प्रेरणा लय उत्पन्न करते हैं?
क्या पेसमेकर गुण, नेटवर्क इंटरैक्शन, या दोनों लय उत्पन्न करते हैं?
प्रेरणा, पश्च-प्रेरणा और समाप्ति चरणों का समन्वय कैसे किया जाता है?
न्यूरोमॉड्यूलेशन लय और पैटर्न को कैसे आकार देता है?

Key concepts

प्री-बोट्ज़िंगर कॉम्प्लेक्स
बोट्ज़िंगर कॉम्प्लेक्स
प्रेरणा, पश्च-प्रेरणा और समाप्ति चरण
पैराफेशियल रेस्पिरेटरी ग्रुप
पेसमेकर न्यूरॉन्स
नेटवर्क लयजनन
लय का न्यूरोमॉड्यूलेशन

Key theories

लयजनक केंद्र के रूप में प्री-बोट्ज़िंगर कॉम्प्लेक्स: वेंट्रोलेटरल मेडुला में न्यूरॉन्स की एक अलग आबादी, प्री-बोट्ज़िंगर कॉम्प्लेक्स, लयजनन के लिए एक स्थानीयकृत केंद्र का समर्थन करते हुए, एक बड़े नेटवर्क में अंतर्निहित प्रेरणा लय उत्पन्न करने के लिए कम तैयारियों में आवश्यक और पर्याप्त है।
हाइब्रिड पेसमेकर-नेटवर्क लयजनन: यह प्रस्तावित है कि लय कुछ न्यूरॉन्स के आंतरिक बर्स्टिंग (पेसमेकर-जैसे) गुणों और नेटवर्क में पुनरावर्ती उत्तेजक और अवरोधक सिनैप्टिक इंटरैक्शन के परस्पर क्रिया से उत्पन्न होती है, न कि केवल किसी एक तंत्र से।

Mechanisms

प्रेरणा लय मुख्य रूप से प्री-बोट्ज़िंगर कॉम्प्लेक्स में उत्पन्न होती है, जहाँ सशर्त बर्स्टिंग (bursting) गुणों वाले न्यूरॉन्स पुनरावर्ती उत्तेजक सिनैप्स (recurrent excitatory synapses) के माध्यम से परस्पर क्रिया करके सिंक्रनाइज़्ड प्रेरणा बर्स्ट (synchronized inspiratory bursts) उत्पन्न करते हैं। आसपास के क्षेत्र पैटर्न में योगदान करते हैं: बोट्ज़िंगर कॉम्प्लेक्स समाप्ति अवरोध प्रदान करता है, पैराफेशियल रेस्पिरेटरी ग्रुप (parafacial respiratory group) सक्रिय समाप्ति में शामिल है, और पोंटाइन सर्किट (pontine circuits) चरण संक्रमणों को आकार देते हैं। इसका परिणाम प्रेरणा, पश्च-प्रेरणा और सक्रिय या निष्क्रिय समाप्ति के त्रि-चरण चक्र में होता है। सेरोटोनिन (serotonin), नॉरएड्रेनालाईन (noradrenaline) और पदार्थ पी (substance P) सहित न्यूरोमॉड्यूलेटर उत्तेजना और बर्स्ट संभावना को समायोजित करते हैं, जिससे लय उत्पादन व्यवहारिक और रासायनिक स्थिति से जुड़ता है। वर्तमान समझ आंतरिक सेलुलर गतिशीलता के साथ-साथ नेटवर्क कनेक्टिविटी के एक उभरते हुए गुण के रूप में लय का समर्थन करती है।

Clinical relevance

लय-उत्पादक सर्किटों का विघटन केंद्रीय स्लीप एपनिया (central sleep apnea), जन्मजात केंद्रीय हाइपोवेंटिलेशन (congenital central hypoventilation), और कुछ न्यूरोलॉजिकल रोगों में असामान्य श्वास जैसे विकारों में निहित है। यह प्रविष्टि तंत्रों का वर्णन करती है और उनका अध्ययन कैसे किया जाता है, और नैदानिक या उपचार संबंधी मार्गदर्शन प्रदान नहीं करती है।

Evidence & guidelines

साक्ष्य मुख्य रूप से इन विट्रो (in vitro) और इन सीटू (in situ) कृंतक तैयारियों, घाव (lesion) और ऑप्टोजेनेटिक (optogenetic) अध्ययनों, और संश्लेषित समीक्षाओं से आते हैं। ये नैदानिक दिशानिर्देशों के बजाय यांत्रिक निष्कर्ष हैं, और सटीक लयजनक तंत्र के बारे में कई प्रश्न अभी भी खुले हैं।

History

प्रारंभिक कार्य ने विच्छेदन प्रयोगों और विशिष्ट श्वसन केंद्रों की अवधारणा के माध्यम से मस्तिष्क स्टेम में श्वसन कार्य को स्थानीयकृत किया। 1991 में प्री-बोट्ज़िंगर कॉम्प्लेक्स की एक उम्मीदवार प्रेरणा लय जनरेटर के रूप में पहचान के साथ क्षेत्र निर्णायक रूप से बदल गया, जिसके बाद अनुसंधान लयजनन के सेलुलर और नेटवर्क आधार पर और समाप्ति और पश्च-प्रेरणा गतिविधि के लिए जिम्मेदार अतिरिक्त सर्किटों पर केंद्रित था।

Debates

लय की पेसमेकर बनाम नेटवर्क उत्पत्ति: क्या श्वसन लय आंतरिक रूप से बर्स्टिंग पेसमेकर न्यूरॉन्स पर निर्भर करती है या नेटवर्क सिनैप्टिक इंटरैक्शन से उत्पन्न होती है, इस पर बहस हुई है; वर्तमान विचार एक हाइब्रिड पर जोर देते हैं जिसमें दोनों योगदान करते हैं।

Key figures

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

Seminal works

smith-1991
feldman-2013

Frequently asked questions

मस्तिष्क में श्वास लय कहाँ उत्पन्न होती है?: प्रेरणा लय मुख्य रूप से प्री-बोट्ज़िंगर कॉम्प्लेक्स में उत्पन्न होती है, जो वेंट्रोलेटरल मेडुला का एक छोटा क्षेत्र है, जो एक बड़े मस्तिष्क स्टेम नेटवर्क के भीतर काम करता है जो पूर्ण श्वास पैटर्न को आकार देता है।
क्या एक एकल पेसमेकर कोशिका श्वास को संचालित करती है?: नहीं। हालांकि कुछ न्यूरॉन्स में आंतरिक बर्स्टिंग गुण होते हैं, लय को आम तौर पर सिनैप्टिक कनेक्शन के माध्यम से परस्पर क्रिया करने वाले न्यूरॉन्स की आबादी से उत्पन्न होने के रूप में समझा जाता है, न कि एक कोशिका से।