Kiểm soát hô hấp thần kinh và hóa học
Hô hấp là một hành động vận động tự động, nhịp nhàng được điều chỉnh liên tục để phù hợp với nhu cầu trao đổi chất. Lĩnh vực này đề cập đến cách một mạng lưới các tế bào thần kinh thân não tạo ra nhịp thở và cách nhịp thở đó được điều chỉnh bởi các cảm biến hóa học theo dõi carbon dioxide, oxy và pH động mạch, cũng như bởi phản hồi cơ học và phản xạ từ phổi và đường thở.
Definition
Kiểm soát hô hấp thần kinh và hóa học là sự điều hòa tích hợp nhịp thở và độ sâu của hô hấp bởi các mạch tạo nhịp ở thân não cùng với phản hồi hóa học và cơ học, hoạt động để giữ khí máu động mạch và pH trong giới hạn hẹp.
Scope
Lĩnh vực này định hướng người đọc đến các thành phần chính của hệ thống kiểm soát hô hấp: bộ tạo mẫu trung tâm ở thân não, các thụ thể hóa học trung ương cảm nhận pH/CO2 ngoại bào não và dịch não tủy, các thụ thể hóa học ngoại vi cảm nhận oxy và CO2 động mạch, phản hồi cơ học và cảm thụ bản thể từ thành ngực và phổi, và các phản xạ tự chủ bảo vệ đường thở và kết nối hô hấp với điều hòa tim mạch. Đây là một cái nhìn tổng quan về mặt khái niệm; các cơ chế đóng góp được trình bày chi tiết trong các mục chủ đề.
Sub-topics
Core questions
- Nhịp thở được tạo ra ở đâu và như thế nào?
- Các thụ thể hóa học trung ương và ngoại vi cảm nhận và phản ứng với những thay đổi về CO2, O2 và pH như thế nào?
- Phản hồi cơ học từ phổi và thành ngực định hình kiểu thở như thế nào?
- Các phản xạ bảo vệ và tự chủ được tích hợp với hô hấp tự động như thế nào?
Key concepts
- Bộ tạo mẫu trung tâm hô hấp
- Phức hợp tiền-Bötzinger
- Cảm thụ hóa học trung ương
- Cảm thụ hóa học ngoại vi
- Phản xạ Hering-Breuer
- Vòng phản hồi hóa học
- Đáp ứng thông khí với CO2 và O2
- Điều hòa phản hồi âm tính khí máu động mạch
Mechanisms
Nhịp hít vào bắt nguồn từ một mạng lưới các tế bào thần kinh thân não, với phức hợp tiền-Bötzinger của hành não bụng bên được xác định là một nhân tạo nhịp hít vào. Nhịp này được định hình bởi các mạch cầu não-hành não xung quanh và được điều biến liên tục bởi phản hồi. Các thụ thể hóa học trung ương, tập trung ở nhân retrotrapezoid và các vị trí khác ở thân não, phát hiện sự tăng CO2 và giảm pH, tạo thành động lực chủ yếu để thở khi nghỉ ngơi. Các thụ thể hóa học ngoại vi ở thể cảnh phản ứng nhanh chóng với tình trạng thiếu oxy động mạch và với CO2/pH, cung cấp nhánh tác dụng nhanh của phản xạ hóa học. Các thụ thể cơ học ở phổi và thụ thể cảm thụ bản thể ở thành ngực báo cáo thể tích phổi và nỗ lực hô hấp, chấm dứt hít vào và ổn định kiểu thở. Cùng nhau, các tín hiệu này được tích hợp trong thân não như một hệ thống phản hồi âm tính bảo vệ áp lực khí động mạch và pH.
Clinical relevance
Hiểu biết về kiểm soát hô hấp là nền tảng để diễn giải các rối loạn hô hấp như ngưng thở khi ngủ trung ương và tắc nghẽn, thở định kỳ và các hậu quả thông khí của bệnh phổi mãn tính. Mục này mô tả sinh lý học và cách các cơ chế kiểm soát được nghiên cứu; nó không phải là hướng dẫn chẩn đoán hoặc điều trị cho bất kỳ cá nhân nào.
Evidence & guidelines
Khung được tóm tắt ở đây dựa trên sinh lý thần kinh cơ bản (ví dụ như việc xác định phức hợp tiền-Bötzinger) và trên các đánh giá tổng quan và sách giáo khoa sinh lý học toàn diện tổng hợp hàng thập kỷ nghiên cứu trên động vật và con người. Nó phản ánh sự hiểu biết về cơ chế hơn là các hướng dẫn thực hành lâm sàng.
History
Ý tưởng về một trung tâm hô hấp riêng biệt ở thân não có từ các nghiên cứu về cắt ngang và tổn thương thân não vào thế kỷ XIX và đầu thế kỷ XX. Sự kiểm soát phản xạ của hô hấp bằng cách thổi phồng phổi đã được Hering và Breuer mô tả vào những năm 1860. Công trình hiện đại đã chuyển từ khái niệm các trung tâm cố định sang các mạng lưới thần kinh phân tán, tương tác, được kết tinh bằng việc xác định phức hợp tiền-Bötzinger là một nhân tạo nhịp vào năm 1991.
Key figures
- Jack L. Feldman
- Jeffrey C. Smith
- Patrice G. Guyenet
- Eugene Nattie
Related topics
Seminal works
- smith-1991
- feldman-2013
- guyenet-2014
Frequently asked questions
- Điều gì thường thúc đẩy nhu cầu thở khi nghỉ ngơi?
- Khi nghỉ ngơi, kích thích chủ yếu là carbon dioxide động mạch tác động thông qua các thụ thể hóa học trung ương cảm nhận pH não; các thụ thể hóa học ngoại vi cảm nhận oxy trở nên quan trọng hơn khi oxy động mạch giảm.
- Hô hấp có hoàn toàn tự động không?
- Nhịp cơ bản là tự động và được tạo ra ở thân não, nhưng nó được điều chỉnh liên tục bởi phản hồi hóa học và cơ học và có thể bị ghi đè một cách tự nguyện và bởi các yếu tố hành vi và cảm xúc.