การตอบสนองของระบบทางเดินหายใจต่อภาวะเครียดทางสรีรวิทยา

ส่วนนี้ครอบคลุมถึงวิธีการที่ระบบทางเดินหายใจปรับการหายใจเพื่อรักษาสมดุลของการแลกเปลี่ยนก๊าซและสมดุลกรด-ด่างเมื่อร่างกายเผชิญกับความท้าทาย ไม่ว่าความเครียดนั้นจะเป็นความต้องการเมแทบอลิซึมที่เพิ่มขึ้นจากการออกกำลังกาย ออกซิเจนในอากาศที่หายใจเข้าไปต่ำในที่สูง สภาวะการควบคุมที่เปลี่ยนแปลงไปขณะนอนหลับ หรือความผิดปกติของสมดุลกรด-ด่างเบื้องต้น ตัวควบคุมการหายใจจะให้น้ำหนักกับปัจจัยทางเคมีและระบบประสาทที่เข้ามา เพื่อรักษาระดับออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ และ pH ในหลอดเลือดแดงให้อยู่ในขีดจำกัดที่ยอมรับได้

Definition

การตอบสนองของระบบทางเดินหายใจต่อภาวะเครียดทางสรีรวิทยาคือการปรับเปลี่ยนการระบายอากาศและรูปแบบการหายใจที่ถูกควบคุมโดยระบบควบคุมการหายใจ เพื่อรักษาระดับก๊าซในเลือดแดงและ pH เมื่อความต้องการทางเมแทบอลิซึม สิ่งแวดล้อม หรือสารเคมีเบี่ยงเบนไปจากสภาวะพัก

Scope

บทความนี้จะนำผู้อ่านไปสู่การตอบสนองต่อความเครียดแบบบูรณาการสี่ประการที่กล่าวถึงในรายละเอียดโดยหัวข้อหลัก: ภาวะหายใจเกินจากการออกกำลังกาย, การปรับตัวของระบบหายใจต่อความสูงและภาวะขาดออกซิเจน, การปรับเปลี่ยนการควบคุมการหายใจในระหว่างการนอนหลับ, และการชดเชยและการตอบสนองของระบบหายใจต่อความผิดปกติของสมดุลกรด-ด่าง นี่คือแผนที่แนวคิดของสรีรวิทยาการหายใจแบบบูรณาการ ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิก

Sub-topics

• ความสูงและการปรับตัว
• ภาวะหายใจเกินขณะออกกำลังกาย
• การตอบสนองของระบบทางเดินหายใจต่อความผิดปกติของสมดุลกรด-ด่าง
• การนอนหลับและการควบคุมการหายใจ

Core questions

• การระบายอากาศจะปรับให้เข้ากับความต้องการเมแทบอลิซึมที่เพิ่มขึ้นจากการออกกำลังกายได้อย่างแม่นยำได้อย่างไร จนกระทั่งก๊าซในหลอดเลือดแดงเกือบจะถูกรักษาไว้?
• ร่างกายปรับตัวเข้ากับออกซิเจนในอากาศที่หายใจเข้าไปต่ำในที่สูงได้อย่างไรในช่วงหลายชั่วโมงถึงหลายสัปดาห์?
• การควบคุมการหายใจเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรระหว่างการตื่นและการนอนหลับ และเหตุใดสิ่งนี้จึงมีความสำคัญต่อความเสถียรของการหายใจ?
• การหายใจชดเชยความผิดปกติของสมดุลกรด-ด่างเมแทบอลิซึมเบื้องต้นได้อย่างไร และจะรับรู้ถึงการมีส่วนร่วมของตัวเองต่อความผิดปกติได้อย่างไร?

Key concepts

• การควบคุมการสะท้อนกลับของเคมี (ตัวรับเคมีส่วนกลางและส่วนปลาย)
• การควบคุมการระบายอากาศแบบ Feedforward และ Feedback
• Loop gain และความเสถียรของการระบายอากาศ
• การปรับตัวของระบบหายใจต่อภาวะขาดออกซิเจน
• การชดเชยของระบบหายใจสำหรับความผิดปกติของสมดุลกรด-ด่าง
• การควบคุมการหายใจที่ขึ้นอยู่กับสภาวะ

Mechanisms

ภายใต้ความเครียดเหล่านี้ มีตัวควบคุมร่วมกันทำงานอยู่: ตัวรับเคมีส่วนกลางที่รับรู้ pH ของของเหลวคั่นระหว่างเซลล์ในสมองและน้ำไขสันหลัง (ซึ่งขับเคลื่อนโดยคาร์บอนไดออกไซด์ในหลอดเลือดแดง), ตัวรับเคมีส่วนปลายใน carotid bodies ที่รับรู้ระดับออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ และ pH ในหลอดเลือดแดง, และสัญญาณประสาทจากศูนย์ควบคุมที่สูงขึ้นและแขนขาที่ออกกำลังกาย ภาวะหายใจเกินจากการออกกำลังกายจะเชื่อมโยงการระบายอากาศเข้ากับอัตราการเผาผลาญผ่านสัญญาณแบบ feedforward และ feedback; การสัมผัสกับความสูงจะกระตุ้นการตอบสนองการระบายอากาศแบบขาดออกซิเจนเฉียบพลัน ซึ่งจะถูกขยายให้มากขึ้นในอีกหลายวันโดยการปรับตัว; การนอนหลับจะลดแรงกระตุ้นจากการตื่นตัวและเพิ่มการพึ่งพาสัญญาณ feedback ทางเคมีของระบบ ซึ่งจะเปลี่ยนแปลงความเสถียร; และความผิดปกติของสมดุลกรด-ด่างจะกระตุ้นตัวรับเคมีเพื่อเปลี่ยนการระบายอากาศและด้วยเหตุนี้จึงเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ในหลอดเลือดแดง หัวข้อหลักแต่ละหัวข้อจะพัฒนาการส่งสัญญาณเฉพาะสำหรับความเครียดนั้นๆ

Clinical relevance

ความเข้าใจในการตอบสนองแบบบูรณาการเหล่านี้เป็นพื้นฐานสำหรับการตีความก๊าซในหลอดเลือดแดง การทดสอบการออกกำลังกาย การสัมผัสกับความสูง และภาวะหยุดหายใจขณะหลับ เนื้อหานี้อธิบายสรีรวิทยาปกติและสรีรวิทยาภายใต้ความเครียด รวมถึงกลไกเบื้องหลังอาการทางคลินิก เป็นเนื้อหาอ้างอิงและเพื่อการศึกษา และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

สรีรวิทยาการหายใจแบบบูรณาการที่สรุปไว้ที่นี่อ้างอิงจากการทบทวนอย่างครอบคลุมเกี่ยวกับการควบคุมการระบายอากาศขณะออกกำลังกาย ภาวะขาดออกซิเจนเรื้อรัง พยาธิสรีรวิทยาของภาวะหยุดหายใจขณะหลับ และการประเมินสมดุลกรด-ด่าง ในกรณีที่การตอบสนองต่อความเครียดมีการนำไปใช้ทางคลินิกโดยตรง เช่น ภาวะเจ็บป่วยจากความสูงเฉียบพลัน จะมีแนวทางปฏิบัติทางคลินิกที่เป็นทางการและมีการอ้างอิงไว้ในหัวข้อหลักที่เกี่ยวข้อง

History

สรีรวิทยาการหายใจแบบบูรณาการเติบโตมาจากการศึกษาการควบคุมการหายใจด้วยสารเคมีในศตวรรษที่ 19 และ 20 และจากการสำรวจในที่สูงที่บันทึกการปรับตัว งานวิจัยในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 ได้กำหนดให้ carotid bodies และตัวรับเคมีส่วนกลางเป็นเซ็นเซอร์ของการสะท้อนกลับของเคมี และงานวิจัยในภายหลังได้ขยายกรอบแนวคิดนี้ไปสู่การออกกำลังกาย การนอนหลับ และการควบคุมสมดุลกรด-ด่าง โดยถือว่าสิ่งเหล่านี้เป็นรูปแบบที่แตกต่างกันของระบบควบคุมร่วมกัน

Key figures

• John B. West
• Jerome A. Dempsey
• Hubert V. Forster

Seminal works

• forster-2012
• west-2017
• dempsey-2010
• berend-2014

Frequently asked questions

อะไรคือสิ่งที่เชื่อมโยงการตอบสนองต่อความเครียดของระบบทางเดินหายใจที่แตกต่างกันเข้าด้วยกัน?

พวกมันมีตัวควบคุมการหายใจร่วมกันที่รวมสัญญาณจากตัวรับเคมีส่วนกลางและส่วนปลายเข้ากับสัญญาณประสาท โดยให้น้ำหนักกับปัจจัยเหล่านี้เพื่อรักษาระดับออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ และ pH ในหลอดเลือดแดงภายใต้ความเครียดแต่ละชนิด

ส่วนนี้เกี่ยวกับโรคหรือไม่?

ไม่ มันเกี่ยวกับสรีรวิทยาปกติและสรีรวิทยาภายใต้ความเครียด และกลไกที่อธิบายว่าการหายใจปรับตัวอย่างไร สภาวะทางคลินิกจะถูกอ้างอิงเพื่อแสดงให้เห็นถึงสรีรวิทยาเท่านั้น