呼吸模式生成

呼吸模式生成是指脑干神经元网络产生吸气、吸气后和呼气这三种节律性呼吸运动模式的过程。延髓腹外侧的一个小区域，即前包钦格复合体（pre-Bötzinger complex），被广泛认为是产生吸气节律的核心。

Definition

呼吸模式生成是指由分布式脑干神经元网络生成节律性呼吸运动模式，其中吸气节律起源于延髓腹外侧的前包钦格复合体。

Scope

本条目涵盖呼吸节律的产生位置、产生节律的细胞和网络机制、呼吸周期的各个阶段，以及神经调节如何塑造节律。它侧重于节律和模式生成本身；化学感受和反射调节在相关主题中讨论。

Core questions

• 哪些脑干神经元产生吸气节律？
• 起搏器特性、网络相互作用，或两者兼有，是否产生节律？
• 吸气、吸气后和呼气阶段如何协调？
• 神经调节如何塑造节律和模式？

Key concepts

• 前包钦格复合体
• 包钦格复合体
• 吸气、吸气后和呼气阶段
• 面旁呼吸组
• 起搏器神经元
• 网络节律生成
• 节律的神经调节

Key theories

前包钦格复合体作为节律生成核心

延髓腹外侧的一个离散神经元群，即前包钦格复合体，在简化制备中对于产生吸气节律是必要且充分的，这支持了节律生成的核心位于一个更大的网络中。

混合起搏器-网络节律生成

节律被认为是由一些神经元的内在爆发（起搏器样）特性与整个网络中反复的兴奋性和抑制性突触相互作用共同产生的，而不是单独由其中任何一种机制产生。

Mechanisms

吸气节律主要在前包钦格复合体中产生，该区域具有条件性爆发特性的神经元通过反复兴奋性突触相互作用，产生同步的吸气爆发。周围区域也参与模式的形成：包钦格复合体（Bötzinger complex）提供呼气抑制，面旁呼吸组（parafacial respiratory group）与主动呼气有关，而脑桥回路则调节相变。其输出是一个由吸气、吸气后和主动或被动呼气组成的三相周期。包括血清素、去甲肾上腺素和P物质在内的神经调节剂调节兴奋性和爆发概率，将节律生成与行为和化学状态联系起来。目前的理解倾向于将节律视为内在细胞动力学与网络连接相结合的涌现特性。

Clinical relevance

节律生成回路的紊乱与中枢性睡眠呼吸暂停、先天性中枢性低通气以及某些神经系统疾病中的异常呼吸等疾病有关。本条目描述了相关机制及其研究方法，不提供诊断或治疗指导。

Evidence & guidelines

证据主要来自体外和在位啮齿动物实验、损伤和光遗传学研究以及综合性综述。这些是机制性发现而非临床指南，关于精确的节律生成机制的几个问题仍有待解决。

History

早期工作通过横断实验将呼吸功能定位于脑干，并提出了不同呼吸中枢的概念。1991年，前包钦格复合体被确定为吸气节律生成的候选区域，此后该领域发生了决定性的转变，研究重点转向节律生成的细胞和网络基础，以及负责呼气和吸气后活动的额外回路。

Debates

节律的起搏器起源与网络起源之争

呼吸节律是依赖于内在爆发的起搏器神经元，还是源于网络突触相互作用，一直存在争议；目前的观点强调这是一种混合模式，两者都有贡献。

Key figures

• Jack L. Feldman
• Jeffrey C. Smith
• Diethelm W. Richter
• Christopher A. Del Negro

Seminal works

• smith-1991
• feldman-2013

Frequently asked questions

大脑中呼吸节律是在哪里产生的？

吸气节律主要在前包钦格复合体中产生，它是延髓腹外侧的一个小区域，在一个更大的脑干网络中工作，该网络塑造了完整的呼吸模式。

单个起搏细胞是否驱动呼吸？

不是。尽管一些神经元具有内在爆发特性，但节律通常被理解为由相互作用的神经元群通过突触连接产生，而不是由单个细胞产生。