Дыхательный центр расположен в продолговатом мозге и мосту , в стволе мозга . Дыхательный центр состоит из трех основных дыхательных групп нейронов : двух в продолговатом мозге и одной в мосту. В продолговатом мозге это дорсальная дыхательная группа и вентральная дыхательная группа. Респираторная группа моста моста включает две области, известные как пневмотаксический центр и апнейстический центр.
Дыхательный центр отвечает за создание и поддержание ритма дыхания, а также за его корректировку в гомеостатическом ответе на физиологические изменения. Дыхательный центр получает сигналы от хеморецепторов , механорецепторов , коры головного мозга и гипоталамуса , чтобы регулировать частоту и глубину дыхания. Ввод стимулируется измененными уровнями кислорода , углекислого газа и pH крови , гормональными изменениями гипоталамуса, связанными со стрессом и тревогой, а также сигналами коры головного мозга, обеспечивающими сознательный контроль над дыханием.
Повреждение респираторных групп может вызвать различные нарушения дыхания, которые могут потребовать искусственной вентиляции легких и обычно связаны с плохим прогнозом.
Дыхательный центр разделен на три основные группы: две в продолговатом мозге и одна в мосту. Две группы в продолговатом мозге — это дорсальная респираторная группа и вентральная респираторная группа . В мосту мостовая дыхательная группа состоит из двух областей — пневмотаксического центра и апнейстического центра. Дорсальная и вентральная группы мозгового вещества контролируют основной ритм дыхания. [1] [2] Группы объединены в пары, по одному на каждой стороне ствола мозга. [3]
Дорсальная дыхательная группа (ДРГ) играет наиболее фундаментальную роль в контроле дыхания, инициируя вдох (вдох). DRG представляет собой совокупность нейронов, образующих удлиненную массу, занимающую большую часть длины дорсального мозгового слоя. Они расположены рядом с центральным каналом спинного мозга и сразу за вентральной группой. Они устанавливают и поддерживают частоту дыхания . [4] [5]
Большинство нейронов расположено в ядре одиночного тракта . Другие важные нейроны находятся в прилегающих областях, включая ретикулярное вещество продолговатого мозга. Одиночное ядро является конечной точкой для сенсорной информации, поступающей от мостовой дыхательной группы и от двух черепно- мозговых нервов — блуждающего нерва и языкоглоточного нерва . Одиночное ядро посылает сигналы в дыхательный центр от периферических хеморецепторов , барорецепторов и других типов рецепторов легких, в частности рецепторов растяжения . Таким образом, дорсальная дыхательная группа рассматривается как интегрирующий центр, который дает вентральной дыхательной группе выход для изменения ритма дыхания. [4] [5]
VRG поддерживает постоянный ритм дыхания, стимулируя сокращение диафрагмы и внешних межреберных мышц, что приводит к вдоху. [6]
В продолговатом мозге вентральная дыхательная группа (ВРГ) состоит из четырех групп нейронов, составляющих выдохную (экспираторную) область регуляции дыхания. Эта область находится в вентролатеральной части продолговатого мозга, примерно на 5 мм кпереди и латеральнее дорсальной дыхательной группы. В процесс вовлечены нейроны двусмысленного ядра , ретродвусмысленного ядра и интернейроны пре -Бетцингеровского комплекса .
ВРГ содержит как инспираторные, так и экспираторные нейроны. [7] [4] Вентральная респираторная группа нейронов активна при интенсивном дыхании и неактивна при тихом, спокойном дыхании. [1] VRG посылает тормозные импульсы в апнейстический центр.
В покрышке моста мостовая дыхательная группа (ПРГ) включает пневмотаксический и апнейстический центры. Они имеют связи между собой и от обоих к одиночному ядру . [8]
Пневмотаксический центр расположен в верхней части моста. Его ядрами являются субпарабрахиальное ядро и медиальное парабрахиальное ядро . [9] Пневмотаксический центр контролирует как частоту, так и характер дыхания. Пневмотаксический центр считается антагонистом апнейстического центра (который вызывает аномальное дыхание при вдохе), циклически тормозя вдох. Пневмотаксический центр отвечает за ограничение вдоха, обеспечивая выключение вдоха (IOS). [10] Он ограничивает выброс потенциалов действия в диафрагмальном нерве , эффективно уменьшая дыхательный объем и регулируя частоту дыхания . Отсутствие центра приводит к увеличению глубины дыхания и снижению частоты дыхания.
Пневмотаксический центр регулирует количество воздуха, которое может поступать в организм при каждом вдохе. Дорсальная дыхательная группа имеет ритмические всплески активности , постоянные по продолжительности и интервалам. [11] Когда требуется более высокая частота дыхания, пневмотаксический центр сигнализирует дорсальной дыхательной группе о необходимости ускориться. Когда необходимы более длинные вдохи, всплески активности удлиняются. Вся информация, которую организм использует для дыхания, происходит в пневмотаксическом центре. Если бы он был поврежден или каким-либо образом поврежден, дыхание было бы практически невозможным.
Одно исследование на эту тему проводилось на анестезированных парализованных кошках до и после двусторонней ваготомии . Вентиляцию контролировали у бодрствующих и анестезированных кошек, вдыхающих воздух или CO 2 . Вентиляцию контролировали как до, так и после поражения области пневмоцентра и после последующей двусторонней ваготомии. У кошек с поражениями моста продолжительность ингаляции была увеличена. [12] У кошек после анестезии и ваготомии транзакция моста была описана как вызывающая длительные устойчивые разряды на вдохе, прерываемые короткими паузами на выдохе. [ жаргон ] С другой стороны, у крыс после анестезии, ваготомии и операции на мосту такой тип дыхания не наблюдался ни in vivo, ни in vitro. Эти результаты свидетельствуют о межвидовых различиях между крысами и кошками во влиянии моста на медуллярный дыхательный центр. [13]
Апнейстический центр нижнего моста, по-видимому, способствует вдоху за счет постоянной стимуляции нейронов продолговатого мозга. Апнейстический центр посылает сигналы в дорсальную группу продолговатого мозга, чтобы задержать выключение, сигнал выключения вдоха (IOS) рампы вдоха, обеспечиваемый пневмотаксическим центром. Он контролирует интенсивность дыхания, подавая положительные импульсы нейронам, участвующим в вдохе. Апнейстический центр ингибируется рецепторами растяжения легких, а также пневмотаксическим центром. Он также передает тормозной импульс в пневмотаксический центр.
Дыхание — это повторяющийся процесс поступления воздуха в легкие и выведения продуктов жизнедеятельности. Кислород, поступающий из воздуха, представляет собой постоянную, постоянную потребность организма для поддержания жизни. Эта потребность сохраняется и во время сна, поэтому функционирование этого процесса должно быть автоматическим и быть частью вегетативной нервной системы . За вдохом следует выдох, образуя дыхательный цикл вдоха и выдоха. Выделяют три фазы дыхательного цикла: вдох, поствдох или пассивный выдох и поздний или активный выдох. [14] [15]
Число циклов в минуту и есть частота дыхания . Частота дыхания задается в дыхательном центре дорсальной дыхательной группой, расположенной в продолговатом мозге, и эти нейроны в основном сосредоточены в одиночном ядре , простирающемся на длину продолговатого мозга. [4]
Основной ритм дыхания — тихое, спокойное дыхание, известное как эвпноэ . Спокойное дыхание требует активности только дорсальной группы, активирующей диафрагму , и наружных межреберных мышц . Выдох пассивен и опирается на эластическую тягу легких . Когда метаболическая потребность в кислороде увеличивается, вдох становится более сильным, и нейроны вентральной группы активируются, вызывая сильный выдох . [1] Одышка называется одышкой – противоположностью эвпноэ.
Угнетение дыхательного центра может быть вызвано: травмой головного мозга , повреждением головного мозга , опухолью головного мозга или ишемией . Депрессия также может быть вызвана приемом лекарств , включая опиоиды и седативные средства .
Дыхательный центр можно стимулировать амфетамином , чтобы сделать дыхание более быстрым и глубоким. [16] Обычно в терапевтических дозах этот эффект незаметен, но может быть очевиден, когда дыхание уже нарушено. [16]