Merkezi Kemoresepsiyon
Merkezi kemoresepsiyon, asit-baz dengesini korumak amacıyla ventilasyonu ayarlayan, başlıca beyin sapı olmak üzere beyin içindeki nöronlar tarafından karbondioksit ve pH'ın algılanmasıdır. Dinlenim halinde nefes alma için baskın itici gücü sağlamakta olup, arteriyel CO2'deki değişiklikleri takiben hücre dışı ve beyin omurilik sıvısı ortamındaki değişikliklere yanıt vermektedir.
Tanım
Merkezi kemoresepsiyon, intrakraniyal (ağırlıklı olarak beyin sapı) nöronlar tarafından CO2 ve pH değişikliklerinin algılanmasıdır; bu nöronlar arteriyel CO2 ve pH'ı stabilize etmek için ventilasyonda kompanzatuvar değişiklikleri tetiklemektedir.
Kapsam
Bu madde, merkezi kemoreseptörlerin ne algıladığını, nerede bulunduklarını, CO2/H+ algılamasının hücresel mekanizmalarını ve çıktılarının CO2'ye karşı ventilasyon yanıtına nasıl katkıda bulunduğunu kapsamaktadır. Ayrı olarak ele alınan periferik kemoresepsiyondan ayrılmaktadır.
Temel sorular
- Merkezi kemoreseptörler aslında hangi uyaranı algılamaktadır — CO2, H+ veya her ikisini?
- Hangi beyin sapı bölgeleri merkezi kemoresepsiyona katkıda bulunmaktadır?
- Hangi moleküler mekanizmalar nöronların CO2 ve pH'taki değişiklikleri algılamasına olanak tanımaktadır?
- CO2'ye karşı ventilasyon yanıtına merkezi katkının büyüklüğü ne kadardır?
Anahtar kavramlar
- CO2/H+ algılama
- Retrotrapezoit çekirdek
- Medüller rafe nöronları
- Lokus seruleus
- Beyin omurilik sıvısı pH'ı
- CO2'ye ventilasyon yanıtı
- Asit-baz homeostazı
Temel kuramlar
- Retrotrapezoit çekirdeğin başlıca kemosensitif bölge olarak rolü
- Retrotrapezoit çekirdekteki CO2/H+'a duyarlı nöron popülasyonunun, merkezi kemoresepsiyon için önemli bir merkez olduğu, yerel pH sinyallerini entegre ettiği ve solunum ritim devrelerine yansıdığı öne sürülmektedir.
- Dağılmış çok bölgeli kemoresepsiyon
- Tek bir bölgeden ziyade, merkezi kemosensitivitenin, retrotrapezoit çekirdek, rafe ve lokus seruleus dahil olmak üzere, her birinin katkıda bulunduğu ve davranışsal duruma göre farklılık gösterebilen çeşitli beyin sapı bölgelerinden kaynaklandığı kabul edilmektedir.
Mekanizmalar
Arteriyel CO2, kan-beyin bariyerini geçerek difüze olmakta ve karbonik aside hidrate olarak beyin hücre dışı sıvısı ile beyin omurilik sıvısının pH'ını düşürmektedir. Kemosensitif nöronlar, ortaya çıkan pH düşüşünü (H+ artışını) algılamakta olup, CO2'nin kendisi ve bikarbonat tamponlama sinyali şekillendirmektedir. Aday moleküler sensörler arasında pH'a duyarlı potasyum kanalları ve pH düştüğünde nöronal ateşlemeyi artıran diğer asit algılama mekanizmaları bulunmaktadır. Retrotrapezoit çekirdek (retrotrapezoid nucleus) başlıca kemosensitif bölge olarak kabul edilmekte olup, medüller rafe serotonerjik nöronlarından ve lokus seruleus'tan (locus coeruleus) ek katkılar gelmektedir. Entegre sinyal, CO2 düzeltilene kadar solunum itici gücünü artırmakta, tidal hacmi ve frekansı yükseltmekte, böylece arteriyel pH ve CO2'yi koruyan bir negatif geri bildirim döngüsü oluşturmaktadır.
Klinik önem
Küntleşmiş veya değişmiş merkezi kemosensitivite, konjenital santral hipoventilasyon (congenital central hypoventilation) gibi durumlar ve uyku sırasındaki ventilasyon anormallikleri ile ilişkilidir. Bu madde fizyolojiyi ve kemoresepsiyonun nasıl incelendiğini açıklamaktadır; bireysel tanı veya tedavi için bir temel oluşturmamaktadır.
Kanıt ve kılavuzlar
Anlayış, hayvan elektrofizyolojisi, genetik ve lezyon modelleri ile kapsamlı derlemelerde sentezlenen insan ventilasyon çalışmalarına dayanmaktadır. Farklı kemosensitif bölgelerin kesin ağırlığı, yerleşik bir kılavuzdan ziyade aktif bir araştırma sorusu olmaya devam etmektedir.
Tarihçe
Solunumun kan ve beynin kimyası tarafından yönetildiği fikri, Haldane ve diğerlerinin CO2'nin güçlü ventilasyon etkisi üzerine yirminci yüzyılın başlarındaki çalışmalarına dayanmaktadır. Yüzyıl ortası çalışmalar, kemosensitiviteyi ventral medüller yüzeye lokalize etmiş, daha sonraki çalışmalar ise bunu, retrotrapezoit çekirdek (retrotrapezoid nucleus) başta olmak üzere belirli nöronal popülasyonlara indirgemiş, aynı zamanda ek dağılmış bölgeleri de tanımıştır.
Tartışmalar
- Tek bölgeye karşı dağılmış merkezi kemoresepsiyon
- Merkezi kemosensitivitenin retrotrapezoit çekirdek gibi tek bir bölgede mi yoğunlaştığı, yoksa duruma bağlı rollere sahip çeşitli beyin sapı çekirdeklerine mi dağıldığı tartışılmaya devam etmektedir.
Öne çıkan isimler
- Eugene Nattie
- Patrice G. Guyenet
- George B. Richerson
- Robert W. Putnam
İlgili konular
Temel eserler
- guyenet-2014
- nattie-li-2012
Sıkça sorulan sorular
- Merkezi kemoreseptörler oksijeni algılar mı?
- Hayır. Merkezi kemoreseptörler başlıca CO2'ye ve beyin pH'ındaki ilişkili değişikliğe yanıt vermektedir; düşük arteriyel oksijenin algılanması periferik kemoreseptörlerin görevidir.
- CO2 neden solunumu bu kadar güçlü etkiler?
- CO2 kolayca beyne geçmekte ve hücre dışı ile beyin omurilik sıvısı pH'ını düşürmektedir; bunu merkezi kemoreseptörler algılamakta, bu da CO2'yi dinlenim halinde nefes almak için başlıca uyaran haline getirmektedir.