stringtranslate.com

Дыхательный центр

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. В мосту понтинная дыхательная группа включает две области, известные как пневмотаксический центр и апнейстический центр.

Дыхательный центр отвечает за генерацию и поддержание ритма дыхания, а также за его регулировку в гомеостатическом ответе на физиологические изменения. Дыхательный центр получает входные данные от хеморецепторов , механорецепторов , коры головного мозга и гипоталамуса для регулирования частоты и глубины дыхания. Входные данные стимулируются измененными уровнями кислорода , углекислого газа и pH крови , гормональными изменениями, связанными со стрессом и тревогой от гипоталамуса, а также сигналами от коры головного мозга для сознательного контроля дыхания.

Повреждение органов дыхания может вызвать различные нарушения дыхания, которые могут потребовать проведения искусственной вентиляции легких , и обычно связано с плохим прогнозом.

Респираторные группы

Дыхательный центр делится 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 респираторная группа состоит из двух областей — пневмотаксического центра и апнейстического центра. Дорсальная и вентральная медуллярные группы контролируют основной ритм дыхания. [1] [2] Группы объединены в пары, по одной с каждой стороны ствола мозга. [3]

Группа дорсальных дыхательных путей

Ядро одиночного пути в дорсальной дыхательной группе и неоднозначное ядро ​​вентральной дыхательной группы показаны в их положении на продолговатом мозге.

Группа дорсальных дыхательных клеток (DRG) играет самую фундаментальную роль в контроле дыхания, инициируя вдох (инспирацию). DRG представляет собой совокупность нейронов, образующих удлиненную массу, которая простирается на большую часть длины дорсального продолговатого мозга. Они находятся рядом с центральным каналом спинного мозга и сразу за вентральной группой. Они устанавливают и поддерживают частоту дыхания . [4] [5]

Большинство нейронов расположены в ядре одиночного пути . Другие важные нейроны находятся в соседних областях, включая ретикулярное вещество продолговатого мозга. Одиночное ядро ​​является конечной точкой для сенсорной информации, поступающей из дыхательной группы моста и от двух черепных нервов – блуждающего нерва и языкоглоточного нерва . Одиночное ядро ​​посылает сигналы в дыхательный центр от периферических хеморецепторов , барорецепторов и других типов рецепторов в легких, в частности, рецепторов растяжения . Таким образом, дорсальная дыхательная группа рассматривается как интегрирующий центр, который дает выход вентральной дыхательной группе для изменения ритма дыхания. [4] [5]

Группа брюшной дыхательной системы

VRG поддерживает постоянный ритм дыхания, стимулируя сокращение диафрагмы и внешних межреберных мышц, что приводит к вдоху. [6]

В продолговатом мозге вентральная респираторная группа (VRG) состоит из четырех групп нейронов, которые составляют экспираторную (выдыхательную) область дыхательного контроля. Эта область находится в вентролатеральной части продолговатого мозга, примерно на 5 мм впереди и латеральнее дорсальной респираторной группы. Вовлеченные нейроны включают нейроны в ядре ambiguus , ядре ретроambiguus и интернейроны в пребетцингеровском комплексе .

VRG содержит как инспираторные, так и экспираторные нейроны. [7] [4] Вентральная респираторная группа нейронов активна при форсированном дыхании и неактивна во время спокойного, размеренного дыхания. [1] VRG посылает тормозные импульсы в апнейстический центр.

Респираторная группа моста

В покрышке моста в мосту дыхательная группа моста (PRG) включает пневмотаксический и апнейстический центры. Они имеют связи между собой, а также от обоих к одиночному ядру . [8]

Пневмотаксический центр

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 ненормальное дыхание во время вдоха), циклически подавляя вдох. Пневмотаксический центр отвечает за ограничение вдоха, обеспечивая инспираторный выключатель (IOS). [10] Он ограничивает всплеск 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 быть взято в тело за каждый вдох. Спинная дыхательная группа имеет ритмичные всплески активности , которые постоянны по продолжительности и интервалу. [11] Когда требуется более высокая скорость дыхания, пневмотаксический центр подает сигнал дорсальной дыхательной группе ускориться. Когда требуется более длительное дыхание, всплески активности удлиняются. Вся информация, которую организм использует для помощи дыханию, происходит в пневмотаксическом центре. Если бы он был поврежден или каким-либо образом поврежден, это сделало бы дыхание практически невозможным.

Одно исследование по этой теме было проведено на анестезированных парализованных кошках до и после двусторонней ваготомии . Вентиляция контролировалась у бодрствующих и анестезированных кошек, дышащих воздухом или CO2 . Вентиляция контролировалась как до, так и после повреждений в области пневматического центра и после последующей двусторонней ваготомии. Кошки с повреждениями моста имели более длительную продолжительность вдоха. [12] У кошек после анестезии и ваготомии транзакция моста была описана как вызывающая длительные устойчивые инспираторные разряды, прерываемые короткими экспираторными паузами. [ жаргон ] С другой стороны, у крыс после анестезии, ваготомии и транзакции моста эта модель дыхания не наблюдалась ни in vivo, ни in vitro. Эти результаты предполагают межвидовые различия между крысами и кошками в воздействии моста на медуллярный дыхательный центр. [ 13 ]

Апнейстический центр

Апнейстический центр нижнего моста, по-видимому, способствует вдоху посредством постоянной стимуляции нейронов в продолговатом мозге. Апнейстический центр посылает сигналы в дорсальную группу в продолговатом мозге, чтобы задержать «выключение», сигнал выключения вдоха (IOS) инспираторного пандуса, предоставляемый пневмотаксическим центром. Он контролирует интенсивность дыхания, давая положительные импульсы нейронам, участвующим в вдохе. Апнейстический центр ингибируется рецепторами растяжения легких, а также пневмотаксическим центром. Он также разряжает ингибирующий импульс в пневмотаксический центр.

Ритм дыхания

Дыхание — это повторяющийся процесс поступления воздуха в легкие и выведения отходов. Кислород, поступающий из воздуха, является постоянной, непрерывной потребностью организма для поддержания жизни. Эта потребность сохраняется и во время сна, поэтому функционирование этого процесса должно быть автоматическим и быть частью автономной нервной системы . За вдохом следует выдох, что дает дыхательный цикл вдоха и выдоха. Существует три фазы дыхательного цикла: вдох, пост-вдох или пассивный выдох и поздний или активный выдох. [14] [15]

Число циклов в минуту — это частота дыхания . Частота дыхания задается в дыхательном центре дорсальной респираторной группой в продолговатом мозге, и эти нейроны в основном сосредоточены в одиночном ядре , которое простирается по всей длине продолговатого мозга. [4]

Основной ритм дыхания — это спокойное, размеренное дыхание, известное как эйпноэ . Спокойное дыхание требует только активности дорсальной группы, которая активирует диафрагму и внешние межреберные мышцы . Выдох пассивен и зависит от эластичной тяги легких . Когда метаболическая потребность в кислороде увеличивается, вдох становится более сильным, и нейроны в вентральной группе активируются, чтобы вызвать сильный выдох . [1] Одышка называется одышкой — противоположностью эйпноэ.

Клиническое значение

Депрессия дыхательного центра может быть вызвана: травмой мозга , повреждением мозга , опухолью мозга или ишемией . Депрессия также может быть вызвана наркотиками , включая опиоиды и седативные средства .

Дыхательный центр может стимулироваться амфетамином , что приводит к более быстрому и глубокому дыханию. [16] Обычно при терапевтических дозах этот эффект не заметен, но может быть очевиден, когда дыхание уже нарушено. [16]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc Tortora, G; Derrickson, B (2011). Principles of anatomy & physiology (13-е изд.). Wiley. стр. 906–909. ISBN 9780470646083.
  2. ^ Покок, Джиллиан; Ричардс, Кристофер Д. (2006). Физиология человека: основы медицины (3-е изд.). Оксфорд: Oxford University Press. стр. 332. ISBN 978-0-19-856878-0.
  3. ^ Саладин, Кеннет (2012). Анатомия Физиология Единство формы и функции . McGraw-Hill Education. стр. 868–871. ISBN 9780073378251.
  4. ^ abcd Холл, Джон (2011). Учебник медицинской физиологии Гайтона и Холла (12-е изд.). Филадельфия, Пенсильвания: Saunders/Elsevier. С. 505–510. ISBN 978-1-4160-4574-8.
  5. ^ ab Саладин, К (2011). Анатомия человека (3-е изд.). McGraw-Hill. стр. 646–647. ISBN 9780071222075.
  6. ^ Беттс, Дж. Гордон; Янг, Келли А.; Уайз, Джеймс А.; Джонсон, Эдди; По, Брэндон; Круз, Дин Х.; Король, Оксана; Джонсон, Джоди Э.; Уомбл, Марк (2022-04-20). "22.3 Процесс дыхания - Анатомия и физиология 2e | OpenStax". openstax.org . Получено 2024-03-20 .
  7. ^ Koeppen, Bruce M.; Stanton, Bruce A. (18 января 2017 г.). Электронная книга Berne and Levy Physiology. Elsevier Health Sciences. ISBN 9780323523400.
  8. ^ Song, G; Poon, CS (15 ноября 2004 г.). «Функциональные и структурные модели модуляции варолиева моста рефлексов механорецепторов и хеморецепторов». Respiratory Physiology & Neurobiology . 143 (2–3): 281–92. doi :10.1016/j.resp.2004.05.009. PMID  15519561. S2CID  38265906.
  9. ^ Сонг, Ганг; Ю, Юнго; Пун, Чи-Санг (2006). «Цитоархитектура пневмотаксической интеграции респираторной и нереспираторной информации у крыс». Журнал нейронауки . 26 (1): 300–10. doi : 10.1523 /JNEUROSCI.3029-05.2006 . PMC 6674322. PMID  16399700. 
  10. ^ Дучманн, М; Дик, TE (октябрь 2012 г.). «Механизмы моста дыхательного контроля». Comprehensive Physiology . 2 (4): 2443–69. doi :10.1002/cphy.c100015. PMC 4422496. PMID 23720253  . 
  11. ^ Дучманн, Матиас (2011). Комплексная физиология . [Бетесда, Мэриленд]: John Wiley and Sons. ISBN 978-0-470-65071-4.
  12. ^ Готье, Х.; Бертран, Ф. (1975). «Дыхательные эффекты поражений пневматического центра и последующей ваготомии у хронических кошек». Физиология дыхания . 23 (1): 71–85. doi :10.1016/0034-5687(75)90073-0. PMID  1129551.
  13. ^ Монтеу, Р.; Эрчиди, С.; Готье, П.; Илер, Ж.; Рега, П. (1989). «Пневмотаксический центр и апнейстическое дыхание: межвидовые различия между крысой и кошкой». Neuroscience Letters . 99 (3): 311–6. doi :10.1016/0304-3940(89)90465-5. PMID  2725956. S2CID  42790256.
  14. ^ Mörschel, M; Dutschmann, M (12 сентября 2009 г.). «Респираторная активность моста, участвующая в фазовом переходе вдоха/выдоха». Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Серия B, Биологические науки . 364 (1529): 2517–26. doi :10.1098/rstb.2009.0074. PMC 2865127. PMID  19651653 . 
  15. ^ Рамирес, Дж. М.; Дашевский, Т.; Марлин, И. А.; Берч, Н. (декабрь 2016 г.). «Микросхемы в генерации респираторного ритма: сходства с другими сетями генерации ритма и эволюционные перспективы». Current Opinion in Neurobiology . 41 : 53–61. doi : 10.1016/j.conb.2016.08.003. PMC 5495096. PMID  27589601 . 
  16. ^ ab Westfall DP, Westfall TC (2010). «Различные симпатомиметические агонисты». В Brunton LL, Chabner BA, Knollmann BC (ред.). Goodman & Gilman’s Pharmacological Basis of Therapeutics (12-е изд.). Нью-Йорк, США: McGraw-Hill. ISBN 9780071624428.

Дальнейшее чтение