Респираторный центр | |
---|---|
Идентификаторы | |
MeSH | D012125 |
Анатомическая терминология |
Дыхательный центр расположен в продолговатом мозге и мосте , в стволе головного мозга . Дыхательный центр состоит из трех основных респираторных групп нейронов : двух в мозговом веществе и одной в мосту. В мозговом веществе это группа спинного дыхания и группа вентрального дыхания. В мосту респираторная группа моста включает две области, известные как пневмотаксический центр и апнейстический центр.
Дыхательный центр отвечает за создание и поддержание ритма дыхания, а также за регулировку его гомеостатической реакции на физиологические изменения. Дыхательный центр получает сигналы от хеморецепторов , механорецепторов , коры головного мозга и гипоталамуса , чтобы регулировать частоту и глубину дыхания. Вход стимулируется измененными уровнями кислорода , углекислого газа и pH крови , гормональными изменениями, связанными со стрессом и тревогой, исходящими от гипоталамуса, а также сигналами коры головного мозга, обеспечивающими сознательный контроль. дыхания.
Травма респираторных групп может вызвать различные нарушения дыхания, которые могут потребовать искусственной вентиляции легких , и обычно связаны с плохим прогнозом.
Дыхательный центр делится на три основные группы: две в мозговом веществе и одна в мосту. Две группы в мозговом веществе - это задняя респираторная группа и вентральная респираторная группа . В мосту респираторная группа моста состоит из двух областей - пневмотаксического центра и апнейстического центра. Дорсальная и вентральная медуллярные группы контролируют основной ритм дыхания. [1] [2] Группы объединены в пары с каждой стороны ствола мозга. [3]
Задняя респираторная группа (DRG) играет наиболее важную роль в контроле дыхания, инициируя вдох (вдох). DRG - это набор нейронов, образующих удлиненную массу, которая простирается на большую часть длины спинного мозга. Они находятся рядом с центральным каналом в спинном мозге , и только позади вентральной группы. Они устанавливают и поддерживают частоту дыхания . [4] [5]
Большинство нейронов расположено в ядре солитарного тракта . Другие важные нейроны находятся в прилегающих областях, включая ретикулярное вещество продолговатого мозга. Одиночное ядро является конечной точкой для сенсорной информации, поступающей от группы дыхательных путей 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, задняя респираторная группа рассматривается как интегрирующий центр, который дает выход вентральной респираторной группе для изменения ритма дыхания. [4] [5]
В мозговом веществе вентральная респираторная группа (VRG) состоит из четырех групп нейронов, которые составляют область выдоха (выдоха) дыхательного контроля. Эта область находится в вентролатеральной части мозгового вещества, примерно на 5 мм кпереди и латеральнее дорсальной респираторной группы. Вовлеченные нейроны включают нейроны в ядре ambiguus , ядре retroambiguus и интернейронах в комплексе pre-Bötzinger .
VRG содержит нейроны вдоха и выдоха. [6] [4] Вентральная респираторная группа нейронов активна при интенсивном дыхании и неактивна при спокойном, спокойном дыхании. [1] VRG посылает тормозящие импульсы в апнейстический центр.
В покрышке моста мостовидная респираторная группа (PRG) включает пневмотаксический и апнейстический центры. У них есть связи между собой, а также от обоих к одиночному ядру . [7]
Пневмотаксический центр расположен в верхней части моста. Его ядра - субпарабрахиальное ядро и медиальное парабрахиальное ядро . [8] Пневмотаксический центр контролирует как частоту, так и характер дыхания. Пневмотаксический центр считается антагонистом апнейстического центра (который вызывает ненормальное дыхание во время вдоха), циклически подавляющего вдох. Пневмотаксический центр отвечает за ограничение вдоха, обеспечивая выключатель вдоха (IOS). [9] Он ограничивает выброс потенциалов действия в диафрагмальном нерве , эффективно уменьшая дыхательный объем.и регулирование частоты дыхания . Отсутствие центра приводит к увеличению глубины дыхания и снижению частоты дыхания.
Пневмотаксический центр регулирует количество воздуха, которое может попадать в тело при каждом вдохе. В группе спинного дыхания наблюдаются ритмические всплески активности , постоянные по продолжительности и интервалу. [10] Когда требуется более высокая частота дыхания, пневмотаксический центр сигнализирует дорсальной респираторной группе об ускорении. Когда требуется более продолжительное дыхание, всплески активности удлиняются. Вся информация, которую организм использует для дыхания, происходит в пневмотаксическом центре. Если его повредить или каким-либо образом повредить, дыхание станет практически невозможным.
Одно исследование по этой теме было проведено на анестезированных парализованных кошках до и после двусторонней ваготомии . Вентиляцию контролировали у бодрствующих и находящихся под наркозом кошек, дышащих воздухом или CO2. Вентиляцию контролировали как до, так и после поражения в области пневматического центра, а также после последующей двусторонней ваготомии. Кошки с повреждениями моста имели длительную продолжительность ингаляции. [11] У кошек после анестезии и ваготомии операция на мостике описывалась как вызывающая длительные устойчивые вдохи, прерываемые короткими паузами на выдохе. [ жаргон ]С другой стороны, у крыс после анестезии, ваготомии и операции на мосту этот паттерн дыхания не наблюдался ни in vivo, ни in vitro. Эти результаты свидетельствуют о межвидовых различиях между крысой и кошкой по влиянию на костномозговой дыхательный центр. [12]
Апнейстический центр нижнего моста, по-видимому, способствует вдоху за счет постоянной стимуляции нейронов в продолговатом мозге. Апнейстический центр посылает сигналы дорсальной группе в мозговом веществе, чтобы отсрочить выключение, сигнал выключателя вдоха (IOS) инспираторной рампы, обеспечиваемый пневмотаксическим центром. Он контролирует интенсивность дыхания, давая положительные импульсы нейронам, участвующим в вдохе. Апнейстический центр подавляется рецепторами растяжения легких, а также пневмотаксическим центром. Он также передает тормозящий импульс пневмотаксическому центру.
Дыхание - это повторяющийся процесс поступления воздуха в легкие и удаления продуктов жизнедеятельности. Кислород, поступающий из воздуха, является постоянной потребностью организма для поддержания жизни. Эта потребность сохраняется и во время сна, поэтому этот процесс должен происходить автоматически и быть частью вегетативной нервной системы . За вдохом следует выдох, образуя дыхательный цикл вдоха и выдоха. Дыхательный цикл делится на три фазы: вдох, пост-вдох или пассивный выдох и поздний или активный выдох. [13] [14]
Количество циклов в минуту - это частота дыхания . Частота дыхания задается в дыхательном центре дорсальной респираторной группой, в мозговом веществе, и эти нейроны в основном сосредоточены в одиночном ядре, которое простирается по длине мозгового вещества. [4]
Основной ритм дыхания - это спокойное, успокаивающее дыхание, известное как эупноэ . Для спокойного дыхания требуется только активность спинной группы, которая активирует диафрагму , и внешние межреберные мышцы . Выдох пассивный и основан на упругой отдаче легких . Когда метаболическая потребность в кислороде увеличивается, вдох становится более сильным, и нейроны вентральной группы активируются, чтобы вызвать сильный выдох . [1] Одышку называют одышкой - противоположностью эвпноэ.
Депрессия дыхательного центра может быть вызвана следующими причинами: черепно - мозговой травмой , повреждением головного мозга , в опухоли мозга или ишемией . Депрессия также может быть вызвана наркотиками, включая опиоиды и седативные средства .
Дыхательный центр можно стимулировать амфетамином , чтобы дышать быстрее и глубже. [15] Обычно при терапевтических дозах этот эффект незаметен, но может быть очевиден, когда дыхание уже нарушено. [15]