ตัวรับเคมีส่วนปลาย

ตัวรับเคมีส่วนปลาย (peripheral chemoreceptors) เป็นอวัยวะรับความรู้สึกพิเศษในระบบไหลเวียนโลหิตของหลอดเลือดแดง ซึ่งส่วนใหญ่คือ carotid bodies และมีส่วนน้อยจาก aortic bodies ทำหน้าที่ตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ และ pH ในหลอดเลือดแดง โดยเป็นตัวรับรู้หลักของภาวะออกซิเจนในเลือดแดงต่ำ (arterial hypoxemia) และเป็นส่วนหนึ่งของ chemoreflex ที่ตอบสนองอย่างรวดเร็ว

Definition

ตัวรับเคมีส่วนปลายคือโครงสร้างรับความรู้สึกในหลอดเลือดแดง โดยหลักคือ carotid bodies ซึ่งมี glomus cells ทำหน้าที่ตรวจจับการลดลงของออกซิเจนในหลอดเลือดแดง และการเปลี่ยนแปลงของ CO2/pH และกระตุ้นให้เกิดการเพิ่มขึ้นของการหายใจและการทำงานของระบบประสาทซิมพาเทติกแบบรีเฟล็กซ์

Scope

บทความนี้ครอบคลุมตำแหน่งและโครงสร้างของ carotid และ aortic bodies สิ่งกระตุ้นที่ตรวจจับได้ กลไกระดับเซลล์ของการรับรู้ออกซิเจนใน glomus cells และการตอบสนองแบบรีเฟล็กซ์ต่อการหายใจและระบบประสาทอัตโนมัติ การรับรู้ CO2/pH ภายในสมองจะกล่าวถึงในหัวข้อ central chemoreception

Core questions

• ตัวรับเคมีส่วนปลายตั้งอยู่ที่ใดและมีการส่งเส้นประสาทอย่างไร?
• สิ่งกระตุ้นใดที่ตอบสนอง และตอบสนองเร็วแค่ไหน?
• glomus cells เปลี่ยนออกซิเจนต่ำให้เป็นสัญญาณประสาทได้อย่างไร?
• การตอบสนองแบบรีเฟล็กซ์ใดที่เกิดขึ้นหลังจากการกระตุ้น?

Key concepts

• Carotid body
• Aortic bodies
• Glomus (type I) cells
• Carotid sinus nerve
• การตอบสนองต่อการหายใจเมื่อขาดออกซิเจน
• ช่องโพแทสเซียมที่ไวต่อออกซิเจน
• ส่วนของ chemoreflex ที่ตอบสนองเร็ว

Key theories

การรับรู้ออกซิเจนของ Glomus-cell และการส่งสัญญาณแบบหลั่ง

เซลล์ชนิดที่ 1 (glomus) ของ carotid body ตรวจจับออกซิเจนในหลอดเลือดแดงต่ำ เกิดการ depolarize ผ่านการยับยั้งช่องโพแทสเซียมที่ไวต่อออกซิเจน หลั่งสารสื่อประสาท และกระตุ้นเส้นใยรับความรู้สึกของ carotid sinus nerve เปลี่ยนสัญญาณเคมีให้เป็นแรงขับเคลื่อนการหายใจและระบบประสาทอัตโนมัติแบบรีเฟล็กซ์

Mechanisms

carotid bodies ตั้งอยู่ที่จุดแยกของหลอดเลือดแดง common carotid และมีการไหลเวียนโลหิตสูง เซลล์ชนิดที่ 1 (glomus) ของ carotid bodies รับรู้การลดลงของความดันออกซิเจนในหลอดเลือดแดง และยังตอบสนองต่อ CO2 ที่สูงขึ้นและ pH ที่ลดลง ภาวะขาดออกซิเจนจะยับยั้งช่องโพแทสเซียมที่ไวต่อออกซิเจน ทำให้ glomus cells เกิดการ depolarize และกระตุ้นการไหลเข้าของแคลเซียมและการหลั่งสารสื่อประสาท เช่น ATP และ acetylcholine ไปยังปลายประสาทรับความรู้สึกของ carotid sinus nerve สัญญาณจะเดินทางผ่าน glossopharyngeal nerve ไปยัง nucleus tractus solitarius ทำให้เกิดการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของการหายใจและการทำงานของระบบประสาทซิมพาเทติก เนื่องจากตำแหน่งและการไหลเวียนโลหิตที่สูง ตัวรับเคมีส่วนปลายจึงตอบสนองภายในไม่กี่วินาที ซึ่งเสริมการตอบสนองส่วนกลางที่ช้ากว่าต่อ CO2 และให้แรงขับเคลื่อนการหายใจเกือบทั้งหมดเมื่อออกซิเจนในหลอดเลือดแดงอยู่ในระดับที่อันตราย

Clinical relevance

การทำงานของตัวรับเคมีส่วนปลายเป็นพื้นฐานของการตอบสนองต่อการหายใจเมื่ออยู่ในที่สูงและต่อโรคที่มีภาวะออกซิเจนในเลือดต่ำ และกิจกรรมของ carotid body ที่เปลี่ยนแปลงไปมีความเชื่อมโยงกับภาวะที่เกี่ยวข้องกับการทำงานของระบบประสาทซิมพาเทติกที่เพิ่มขึ้น บทความนี้เป็นสรีรวิทยาเชิงพรรณนาและไม่ได้ให้คำแนะนำในการวินิจฉัยหรือการรักษา

Evidence & guidelines

กลไกต่างๆ ได้รับการยืนยันจากการศึกษาทางสรีรวิทยาไฟฟ้าของเซลล์ การศึกษาอวัยวะที่แยกออกมา และการทดลองภาวะขาดออกซิเจนในมนุษย์ ซึ่งสังเคราะห์ขึ้นในบทวิจารณ์ที่ครอบคลุม สิ่งเหล่านี้แสดงถึงหลักฐานเชิงกลไกมากกว่าแนวทางปฏิบัติทางคลินิก

History

Corneille Heymans ได้แสดงให้เห็นในช่วงทศวรรษที่ 1920 และ 1930 ว่าบริเวณ carotid และ aortic ควบคุมการหายใจแบบรีเฟล็กซ์เพื่อตอบสนองต่อเคมีในเลือด ซึ่งเป็นผลงานที่ได้รับการยอมรับด้วยรางวัลโนเบลในปี 1938 การวิจัยต่อมาได้ระบุว่า glomus cells เป็นองค์ประกอบรับความรู้สึกและได้ชี้แจงพื้นฐานระดับโมเลกุลของการรับรู้ออกซิเจนอย่างต่อเนื่อง

Debates

การระบุตัวรับออกซิเจนหลัก

ตัวรับออกซิเจนระดับโมเลกุลที่แม่นยำใน glomus cells — และบทบาทที่เกี่ยวข้องของการส่งสัญญาณของไมโทคอนเดรีย สารออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยา และช่องโพแทสเซียมเฉพาะ — ได้รับการถกเถียงกันในห้องปฏิบัติการต่างๆ

Key figures

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

Seminal works

• kumar-prabhakar-2012
• guyenet-2014

Frequently asked questions

ตัวรับเคมีส่วนปลายส่วนใหญ่รับรู้อะไร?

เป็นตัวรับรู้หลักของภาวะออกซิเจนในหลอดเลือดแดงต่ำ และยังตอบสนองต่อ CO2 ที่สูงขึ้นและ pH ที่ลดลง ทำให้เกิดการเพิ่มขึ้นของการหายใจแบบรีเฟล็กซ์อย่างรวดเร็ว

ทำไมจึงมีความสำคัญเมื่ออยู่ในที่สูง?

เมื่ออยู่ในที่สูง ออกซิเจนในหลอดเลือดแดงที่ลดลงจะกระตุ้น carotid bodies ซึ่งจะขับเคลื่อนการเพิ่มขึ้นของการหายใจที่ช่วยรักษาระดับการส่งออกซิเจน