Периферические хеморецепторы

Периферические хеморецепторы — это специализированные сенсорные органы в артериальном кровотоке, главным образом каротидные тельца, с меньшим вкладом аортальных телец, которые обнаруживают изменения уровня кислорода, углекислого газа и pH в артериальной крови. Они являются основными датчиками артериальной гипоксемии в организме и обеспечивают быстро реагирующее звено хеморефлекса.

Definition

Периферические хеморецепторы — это артериальные сенсорные структуры, главным образом каротидные тельца, гломусные клетки которых обнаруживают падение уровня кислорода в артериальной крови и изменения CO2/pH, вызывая рефлекторное увеличение вентиляции и симпатического оттока.

Scope

Эта статья охватывает расположение и структуру каротидных и аортальных телец, стимулы, которые они воспринимают, клеточный механизм восприятия кислорода в гломусных клетках, а также возникающие вентиляционные и вегетативные рефлексы. Восприятие CO2/pH внутри мозга рассматривается в разделе «Центральная хеморецепция».

Core questions

• Где расположены периферические хеморецепторы и как они иннервируются?
• На какие стимулы они реагируют и как быстро?
• Как гломусные клетки преобразуют низкий уровень кислорода в нервный сигнал?
• Какие рефлекторные реакции следуют за их активацией?

Key concepts

• Каротидное тельце
• Аортальные тельца
• Гломусные (I типа) клетки
• Каротидный синусовый нерв
• Гипоксический вентиляционный ответ
• Кислород-чувствительные калиевые каналы
• Быстрое звено хеморефлекса

Key theories

Восприятие кислорода гломусными клетками и секреторная трансдукция

Клетки I типа (гломусные) каротидного тельца обнаруживают низкий уровень кислорода в артериальной крови, деполяризуются за счет ингибирования кислород-чувствительных калиевых каналов, высвобождают нейротрансмиттеры и возбуждают афферентные волокна каротидного синусового нерва, преобразуя химический сигнал в рефлекторный дыхательный и вегетативный стимул.

Mechanisms

Каротидные тельца расположены в месте бифуркации общих сонных артерий и обильно перфузируются. Их клетки I типа (гломусные) воспринимают снижение парциального давления кислорода в артериальной крови, а также реагируют на повышение CO2 и снижение pH. Гипоксия ингибирует кислород-чувствительные калиевые каналы, деполяризуя гломусные клетки и вызывая приток кальция и высвобождение нейротрансмиттеров, таких как АТФ и ацетилхолин, на афферентные окончания каротидного синусового нерва. Сигналы передаются через языкоглоточный нерв к ядру одиночного пути, вызывая быстрое увеличение вентиляции и симпатической активности. Благодаря своему расположению и высокому кровотоку, периферические хеморецепторы реагируют в течение секунд, дополняя более медленный центральный ответ на CO2 и обеспечивая практически весь вентиляционный стимул, когда уровень кислорода в артериальной крови опасно низок.

Clinical relevance

Функция периферических хеморецепторов лежит в основе вентиляционного ответа на высокогорье и на гипоксемические заболевания, а измененная активность каротидного тельца была связана с состояниями, включающими повышенный симпатический тонус. Эта статья представляет собой описательную физиологию и не содержит диагностических или лечебных рекомендаций.

Evidence & guidelines

Механизмы установлены на основе клеточной электрофизиологии, исследований изолированных органов и экспериментов по гипоксии у человека, синтезированных в комплексных обзорах. Они представляют собой механистические данные, а не клинические рекомендации.

History

Корней Хейманс в 1920-х и 1930-х годах продемонстрировал, что каротидные и аортальные области рефлекторно контролируют дыхание в ответ на химический состав крови, работа, отмеченная Нобелевской премией 1938 года. Последующие исследования идентифицировали гломусные клетки как сенсорные элементы и постепенно прояснили молекулярную основу восприятия кислорода.

Debates

Идентификация первичного датчика кислорода

Точный молекулярный датчик кислорода в гломусных клетках — и относительные роли митохондриальной сигнализации, активных форм кислорода и специфических калиевых каналов — обсуждался в различных лабораториях.

Key figures

• José López-Barneo
• Nanduri R. Prabhakar
• Prem Kumar
• Corneille Heymans

Seminal works

• kumar-prabhakar-2012
• guyenet-2014

Frequently asked questions

Что в основном воспринимают периферические хеморецепторы?

Они являются основными датчиками низкого уровня кислорода в артериальной крови в организме, а также реагируют на повышенный CO2 и пониженный pH, обеспечивая быстрое рефлекторное увеличение дыхания.

Почему они важны на большой высоте?

На высоте падение уровня кислорода в артериальной крови стимулирует каротидные тельца, которые вызывают увеличение вентиляции, что помогает поддерживать доставку кислорода.