呼吸的神经和化学控制
呼吸是一种自动的、有节律的运动行为，它会持续调整以使通气量与代谢需求相匹配。本领域涵盖了脑干神经元网络如何产生呼吸节律，以及该节律如何通过监测动脉二氧化碳、氧气和pH值的化学感受器，以及来自肺部和气道的机械和反射反馈进行调节。
Definition
呼吸的神经和化学控制是指脑干节律生成回路与化学感受和机械感受反馈共同作用，对呼吸节律和深度进行整合调节，以使动脉血气和pH值维持在狭窄范围内。
Scope
本领域旨在向读者介绍呼吸控制系统的主要组成部分：脑干中的中枢模式发生器、感知脑细胞外液和脑脊液pH/CO2的中枢化学感受器、感知动脉氧气和CO2的外周化学感受器、来自胸壁和肺部的机械感受器和本体感受反馈，以及保护气道并将呼吸与心血管调节联系起来的自主反射。这是一个概念性概述；具体的机制在主题条目中有详细说明。
Sub-topics
Core questions
- 呼吸节律在哪里以及如何产生？
- 中枢和外周化学感受器如何感知并响应CO2、O2和pH值的变化？
- 来自肺部和胸壁的机械反馈如何塑造呼吸模式？
- 保护性反射和自主反射如何与自动呼吸整合？
Key concepts
- 呼吸中枢模式发生器
- Bötzinger前复合体
- 中枢化学感受
- 外周化学感受
- Hering-Breuer反射
- 化学反射反馈回路
- 对CO2和O2的通气反应
- 动脉血气负反馈调节
Mechanisms
吸气节律起源于脑干神经元网络，其中延髓腹外侧的Bötzinger前复合体被认为是吸气节律生成的关键核团。该节律由周围的脑桥延髓回路塑造，并由反馈持续调节。中枢化学感受器主要集中在逆梯形核和其他脑干部位，检测CO2升高和pH值下降，并在静息时构成主要的呼吸驱动力。颈动脉体中的外周化学感受器对动脉低氧血症和CO2/pH值迅速作出反应，提供化学反射的快速作用环节。肺部的机械感受器和胸壁的本体感受器报告肺容量和呼吸努力，终止吸气并稳定模式。这些信号在脑干中作为一个负反馈系统进行整合，以维持动脉血气张力和pH值。
Clinical relevance
理解呼吸控制是解释呼吸障碍（如中枢性和阻塞性睡眠呼吸暂停、周期性呼吸以及慢性肺病的通气后果）的基础。本条目描述了生理学以及如何研究控制机制；它并非针对任何个体的诊断或治疗指南。
Evidence & guidelines
此处总结的框架基于初级神经生理学（例如Bötzinger前复合体的识别）以及综合性叙述性综述和生理学教科书，这些文献综合了几十年来动物和人类的研究成果。它反映的是机制理解，而非临床实践指南。
History
关于存在一个独立的脑干呼吸中枢的观点可以追溯到19世纪和20世纪早期对脑干横断和损伤的研究。Hering和Breuer在19世纪60年代描述了肺膨胀对呼吸的反射控制。现代研究已从固定中枢的概念转向分布式、相互作用的神经元网络，1991年Bötzinger前复合体被确认为节律生成核团，使这一概念得以具体化。
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
- 静息时通常是什么驱动呼吸冲动？
- 静息时，主要的刺激是动脉二氧化碳通过感知脑pH值的中枢化学感受器发挥作用；当动脉氧气下降时，氧气感知外周化学感受器变得更为重要。
- 呼吸是纯粹自动的吗？
- 基本节律是自动的，由脑干产生，但它会通过化学和机械反馈持续调整，并且可以被自主行为以及行为和情绪输入所超越。