Control neural și chimic al respirației
Respirația este un act motor automat, ritmic, care este ajustat continuu pentru a satisface ventilația nevoilor metabolice. Această secțiune prezintă modul în care o rețea de neuroni din trunchiul cerebral generează ritmul respirator și cum acest ritm este reglat de senzori chimici care monitorizează dioxidul de carbon arterial, oxigenul și pH-ul, precum și de feedback-ul mecanic și reflex din plămâni și căile respiratorii.
Definition
Controlul neural și chimic al respirației este reglarea integrată a ritmului și profunzimii respiratorii de către circuitele generatoare de ritm din trunchiul cerebral, împreună cu feedback-ul chemosenzorial și mecano-senzorial, acționând pentru a menține gazele sanguine arteriale și pH-ul în limite restrânse.
Scope
Secțiunea prezintă cititorului componentele principale ale sistemului de control respirator: generatorul central de tipare din trunchiul cerebral, chemoreceptorii centrali care detectează pH-ul/CO2-ul fluidului extracelular cerebral și al lichidului cefalorahidian, chemoreceptorii periferici care detectează oxigenul și CO2-ul arterial, feedback-ul de la mecanoreceptori și proprioceptori din peretele toracic și plămâni, și reflexele autonome care protejează căile respiratorii și cuplează respirația cu reglarea cardiovasculară. Este o prezentare conceptuală; mecanismele contributive sunt detaliate în intrările tematice.
Sub-topics
Core questions
- Unde și cum este generat ritmul respirator?
- Cum detectează și răspund chemoreceptorii centrali și periferici la modificările de CO2, O2 și pH?
- Cum modelează feedback-ul mecanic din plămâni și peretele toracic tiparul respirator?
- Cum sunt integrate reflexele protectoare și autonome cu respirația automată?
Key concepts
- Generatorul central de tipare respirator
- Complexul pre-Bötzinger
- Chemorecepția centrală
- Chemorecepția periferică
- Reflexul Hering-Breuer
- Bucla de feedback chemoreflex
- Răspunsul ventilator la CO2 și O2
- Reglarea prin feedback negativ a gazelor sanguine arteriale
Mechanisms
Ritmul inspirator provine dintr-o rețea de neuroni din trunchiul cerebral, complexul pre-Bötzinger din medulla ventrală fiind identificat ca un nucleu pentru generarea ritmului inspirator. Acest ritm este modelat de circuitele pontomedulare înconjurătoare și modulat continuu prin feedback. Chemoreceptorii centrali, concentrați în nucleul retrotrapezoid și alte situsuri din trunchiul cerebral, detectează creșterile de CO2 și scăderile de pH și formează stimulul dominant pentru respirație în repaus. Chemoreceptorii periferici din corpii carotidieni răspund rapid la hipoxemia arterială și la CO2/pH, furnizând componenta cu acțiune rapidă a chemoreflexului. Mecanoreceptorii din plămâni și proprioceptorii din peretele toracic raportează volumul pulmonar și efortul respirator, terminând inspirația și stabilizând tiparul. Împreună, aceste semnale sunt integrate în trunchiul cerebral ca un sistem de feedback negativ care apără tensiunile arteriale de gaze și pH-ul.
Clinical relevance
Înțelegerea controlului respirator este fundamentală pentru interpretarea tulburărilor de respirație, cum ar fi apneea centrală și obstructivă în somn, respirația periodică și consecințele ventilatorii ale bolii pulmonare cronice. Această intrare descrie fiziologia și modul în care sunt studiate mecanismele de control; nu este un ghid pentru diagnosticul sau tratamentul vreunei afecțiuni individuale.
Evidence & guidelines
Cadrul rezumat aici se bazează pe neurofiziologia primară (de exemplu, identificarea complexului pre-Bötzinger) și pe recenzii narative cuprinzătoare și texte de fiziologie care sintetizează decenii de muncă pe animale și oameni. Reflectă înțelegerea mecanicistă, mai degrabă decât ghidurile de practică clinică.
History
Ideea unui centru respirator discret în trunchiul cerebral datează din studiile din secolul al XIX-lea și începutul secolului al XX-lea privind transecția și leziunile trunchiului cerebral. Controlul reflex al respirației prin inflația pulmonară a fost descris de Hering și Breuer în anii 1860. Munca modernă a trecut de la conceptul de centre fixe către rețele neuronale distribuite, interconectate, cristalizată prin identificarea complexului pre-Bötzinger ca un nucleu generator de ritm în 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
- Ce determină în mod normal impulsul de a respira în repaus?
- În repaus, stimulul dominant este dioxidul de carbon arterial care acționează prin chemoreceptorii centrali care detectează pH-ul cerebral; chemoreceptorii periferici care detectează oxigenul devin mai importanți atunci când oxigenul arterial scade.
- Este respirația pur automată?
- Ritmul de bază este automat și generat în trunchiul cerebral, dar este ajustat continuu prin feedback chimic și mecanic și poate fi suprascris voluntar și prin inputuri comportamentale și emoționale.