Kontrol Pernapasan secara Saraf dan Kimiawi
Pernapasan adalah tindakan motorik otomatis, ritmis yang terus-menerus disesuaikan untuk menyelaraskan ventilasi dengan kebutuhan metabolisme. Area ini mencakup bagaimana jaringan neuron batang otak menghasilkan ritme pernapasan dan bagaimana ritme tersebut disesuaikan oleh sensor kimiawi yang memantau karbon dioksida, oksigen, dan pH arteri, serta oleh umpan balik mekanis dan refleks dari paru-paru dan saluran napas.
Definition
Kontrol pernapasan secara saraf dan kimiawi adalah regulasi terintegrasi dari ritme dan kedalaman pernapasan oleh sirkuit penghasil ritme batang otak bersama dengan umpan balik kemosensori dan mekanosensori, yang berfungsi untuk menjaga gas darah arteri dan pH dalam batas-batas sempit.
Scope
Area ini mengarahkan pembaca pada komponen-komponen utama sistem kontrol pernapasan: generator pola sentral di batang otak, kemoreseptor sentral yang merasakan pH/CO2 ekstraseluler otak dan cairan serebrospinal, kemoreseptor perifer yang merasakan oksigen dan CO2 arteri, umpan balik mekanoreseptor dan proprioseptif dari dinding dada dan paru-paru, serta refleks otonom yang melindungi saluran napas dan mengaitkan pernapasan dengan regulasi kardiovaskular. Ini adalah tinjauan konseptual; mekanisme yang berkontribusi dirinci dalam entri topik.
Sub-topics
Core questions
- Di mana dan bagaimana ritme pernapasan dihasilkan?
- Bagaimana kemoreseptor sentral dan perifer merasakan dan merespons perubahan CO2, O2, dan pH?
- Bagaimana umpan balik mekanis dari paru-paru dan dinding dada membentuk pola pernapasan?
- Bagaimana refleks protektif dan otonom diintegrasikan dengan pernapasan otomatis?
Key concepts
- Generator pola sentral pernapasan
- Kompleks pre-Bötzinger
- Kemoresepsi sentral
- Kemoresepsi perifer
- Refleks Hering-Breuer
- Lingkaran umpan balik kemorefleks
- Respons ventilasi terhadap CO2 dan O2
- Regulasi umpan balik negatif gas darah arteri
Mechanisms
Ritme inspirasi berasal dari jaringan neuron batang otak, dengan kompleks pre-Bötzinger dari medula ventrolateral diidentifikasi sebagai inti untuk pembangkitan ritme inspirasi. Ritme ini dibentuk oleh sirkuit pontomedular di sekitarnya dan terus-menerus dimodulasi oleh umpan balik. Kemoreseptor sentral, terkonsentrasi di nukleus retrotrapezoid dan lokasi batang otak lainnya, mendeteksi peningkatan CO2 dan penurunan pH serta membentuk dorongan dominan untuk bernapas saat istirahat. Kemoreseptor perifer di badan karotis merespons dengan cepat terhadap hipoksemia arteri dan terhadap CO2/pH, menyediakan bagian kerja cepat dari kemorefleks. Mekanoreseptor di paru-paru dan proprioseptor di dinding dada melaporkan volume paru-paru dan upaya pernapasan, mengakhiri inspirasi dan menstabilkan pola. Bersama-sama sinyal-sinyal ini diintegrasikan di batang otak sebagai sistem umpan balik negatif yang mempertahankan tekanan gas arteri dan pH.
Clinical relevance
Memahami kontrol pernapasan adalah dasar untuk menafsirkan gangguan pernapasan seperti apnea tidur sentral dan obstruktif, pernapasan periodik, dan konsekuensi ventilasi dari penyakit paru kronis. Entri ini menjelaskan fisiologi dan bagaimana mekanisme kontrol dipelajari; ini bukan panduan untuk diagnosis atau pengobatan individu mana pun.
Evidence & guidelines
Kerangka kerja yang diringkas di sini didasarkan pada neurofisiologi primer (misalnya identifikasi kompleks pre-Bötzinger) dan pada tinjauan naratif komprehensif serta teks fisiologi yang mensintesis puluhan tahun penelitian hewan dan manusia. Ini mencerminkan pemahaman mekanistik daripada pedoman praktik klinis.
History
Gagasan tentang pusat pernapasan batang otak yang diskrit berasal dari studi transek dan lesi batang otak abad kesembilan belas dan awal abad kedua puluh. Kontrol refleks pernapasan oleh inflasi paru-paru dijelaskan oleh Hering dan Breuer pada tahun 1860-an. Pekerjaan modern telah beralih dari konsep pusat tetap menuju jaringan saraf yang terdistribusi dan berinteraksi, yang dikristalisasi oleh identifikasi kompleks pre-Bötzinger sebagai inti penghasil ritme pada tahun 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
- Apa yang biasanya mendorong keinginan untuk bernapas saat istirahat?
- Saat istirahat, stimulus dominan adalah karbon dioksida arteri yang bekerja melalui kemoreseptor sentral yang merasakan pH otak; kemoreseptor perifer yang merasakan oksigen menjadi lebih penting ketika oksigen arteri menurun.
- Apakah pernapasan sepenuhnya otomatis?
- Ritme dasar bersifat otomatis dan dihasilkan di batang otak, tetapi terus-menerus disesuaikan oleh umpan balik kimiawi dan mekanis serta dapat diabaikan secara sukarela dan oleh masukan perilaku dan emosional.