Solunum Paterni Üretimi
Solunum paterni üretimi, beyin sapı nöronlarından oluşan bir ağın, inspirasyon, post-inspirasyon ve ekspirasyon olmak üzere ritmik, üç fazlı solunum motor paternini ürettiği süreçtir. Ventrolateral medullanın küçük bir bölgesi olan pre-Bötzinger kompleksi, inspiratuar ritmi üretmek için bir çekirdek olarak yaygın şekilde kabul edilmektedir.
Tanım
Solunum paterni üretimi, ritmik solunum motor paterninin dağıtılmış bir beyin sapı nöron ağı tarafından üretilmesidir; inspiratuar ritim ventrolateral medullanın pre-Bötzinger kompleksinden kaynaklanmaktadır.
Kapsam
Bu madde, solunum ritminin nerede üretildiğini, onu ürettiği öne sürülen hücresel ve ağ mekanizmalarını, solunum döngüsünün fazlarını ve ritmin nöromodülasyon ile nasıl şekillendirildiğini kapsamaktadır. Ritim ve patern üretimine odaklanılmaktadır; kemosensoriyel ve refleks modülasyonu ilgili diğer başlıklarda ele alınmaktadır.
Temel sorular
- Hangi beyin sapı nöronları inspiratuar ritmi üretmektedir?
- Ritm, pacemaker özellikleri, ağ etkileşimleri veya her ikisi tarafından mı üretilmektedir?
- İnspiratuar, post-inspiratuar ve ekspiratuar fazlar nasıl koordine edilmektedir?
- Nöromodülasyon ritim ve paterni nasıl şekillendirmektedir?
Anahtar kavramlar
- Pre-Bötzinger kompleksi
- Bötzinger kompleksi
- İnspiratuar, post-inspiratuar ve ekspiratuar fazlar
- Parafasiyal solunum grubu
- Pacemaker nöronları
- Ağ ritmojenezisi
- Ritmin nöromodülasyonu
Temel kuramlar
- Ritimojenik çekirdek olarak Pre-Bötzinger kompleksi
- Ventrolateral medulladaki ayrı bir nöron popülasyonu olan pre-Bötzinger kompleksi, indirgenmiş preparatlarda inspiratuar ritmi üretmek için gerekli ve yeterlidir; bu durum, daha büyük bir ağa gömülü ritmojenez için lokalize bir çekirdeği desteklemektedir.
- Hibrit pacemaker-ağ ritmojenezisi
- Ritmin, bazı nöronların içsel patlama (pacemaker benzeri) özellikleri ile ağ genelindeki tekrarlayan uyarıcı ve engelleyici sinaptik etkileşimlerin etkileşiminden ortaya çıktığı öne sürülmektedir; bu durum, tek başına herhangi bir mekanizmadan ziyade her ikisinin de katkısını vurgulamaktadır.
Mekanizmalar
İnspiratuar ritim öncelikli olarak pre-Bötzinger kompleksinde üretilmektedir; burada koşullu patlama özelliklerine sahip nöronlar, tekrarlayan uyarıcı sinapslar aracılığıyla etkileşime girerek senkronize inspiratuar patlamalar üretmektedir. Çevreleyen bölgeler paterne katkıda bulunmaktadır: Bötzinger kompleksi ekspiratuar inhibisyon sağlamakta, parafasiyal solunum grubu aktif ekspirasyonda rol oynamakta ve pontin devreler faz geçişlerini şekillendirmektedir. Çıktı, inspirasyon, post-inspirasyon ve aktif veya pasif ekspirasyondan oluşan üç fazlı bir döngüdür. Serotonin, noradrenalin ve P maddesi dahil nöromodülatörler uyarılabilirliği ve patlama olasılığını ayarlayarak ritim üretimini davranışsal ve kimyasal duruma bağlamaktadır. Mevcut anlayış, ritmi, içsel hücresel dinamiklerin ağ bağlantısıyla birleşmesinden ortaya çıkan bir özellik olarak kabul etmektedir.
Klinik önem
Ritim üreten devrelerin bozulması, santral uyku apnesi, konjenital santral hipoventilasyon ve bazı nörolojik hastalıklarda anormal solunum gibi bozukluklarda rol oynamaktadır. Bu madde mekanizmaları ve bunların nasıl incelendiğini açıklamakta olup, tanı veya tedavi rehberliği sağlamamaktadır.
Kanıt ve kılavuzlar
Kanıtlar başlıca in vitro ve in situ kemirgen preparatlarından, lezyon ve optogenetik çalışmalardan ve sentezleyici derlemelerden gelmektedir. Bunlar klinik kılavuzlardan ziyade mekanistik bulgulardır ve kesin ritmojenik mekanizma hakkında bazı sorular açık kalmaktadır.
Tarihçe
Erken dönem çalışmalar, kesit deneyleri ve farklı solunum merkezleri kavramı aracılığıyla solunum fonksiyonunu beyin sapına lokalize etmiştir. Alan, 1991 yılında pre-Bötzinger kompleksinin potansiyel bir inspiratuar ritim jeneratörü olarak tanımlanmasıyla kesin bir dönüş yaşamıştır; bunun ardından araştırmalar ritmojenezin hücresel ve ağ temeline ve ekspiratuar ve post-inspiratuar aktiviteden sorumlu ek devrelere odaklanmıştır.
Tartışmalar
- Ritmin pacemaker mı yoksa ağ kökenli mi olduğu tartışması
- Solunum ritminin içsel olarak patlayan pacemaker nöronlarına mı bağlı olduğu yoksa ağ sinaptik etkileşimlerinden mi kaynaklandığı tartışılmaktadır; mevcut görüşler, her ikisinin de katkıda bulunduğu hibrit bir yaklaşımı vurgulamaktadır.
Öne çıkan isimler
- Jack L. Feldman
- Jeffrey C. Smith
- Diethelm W. Richter
- Christopher A. Del Negro
İlgili konular
Temel eserler
- smith-1991
- feldman-2013
Sıkça sorulan sorular
- Beyinde solunum ritmi nerede üretilmektedir?
- İnspiratuar ritim başlıca ventrolateral medullanın küçük bir bölgesi olan pre-Bötzinger kompleksinde üretilmektedir; bu kompleks, tam solunum paternini şekillendiren daha büyük bir beyin sapı ağı içinde işlev görmektedir.
- Tek bir pacemaker hücresi mi solunumu yönlendirmektedir?
- Hayır. Bazı nöronlar içsel patlama özelliklerine sahip olsa da, ritmin genellikle sinaptik bağlantılar aracılığıyla etkileşime giren bir nöron popülasyonundan kaynaklandığı anlaşılmaktadır, tek bir hücreden değil.