Дыхательный центр
| Дыхательный центр | |
|---|---|
 Дыхательные группы в дыхательном центре и их влияние. | |
| Идентификаторы | |
| МеШ | D012125 |
| Анатомическая терминология | |
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, связанными со стрессом и тревогой, исходящими из гипоталамуса, 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.
Дыхательные группы
[ редактировать ]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
[ редактировать ]
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]
Вентральная респираторная группа
[ редактировать ]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] ВРГ посылает тормозные импульсы в апнейстический центр.
Понтийская дыхательная группа
[ редактировать ]В покрышке моста в состав понтинной дыхательной группы (ПРГ) входят пневмотаксический и апнейстический центры. Они имеют связи между собой и от обоих к одиночному ядру . [8]
Пневмотаксический центр
[ редактировать ]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
[ редактировать ]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.
Дыхательный ритм
[ редактировать ]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.
Клиническое значение
[ редактировать ]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 не заметен, но может быть очевиден, когда дыхание уже нарушено. [16]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Тортора, Г; Дерриксон, Б. (2011). Принципы анатомии и физиологии (13-е изд.). Уайли. стр. 906–909. ISBN 9780470646083 .
- ^ Покок, Джиллиан; Ричардс, Кристофер Д. (2006). Физиология человека: основы медицины (3-е изд.). Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. п. 332. ИСБН 978-0-19-856878-0 .
- ^ Саладин, Кеннет (2012). Анатомия Физиология Единство формы и функции . Макгроу-Хилл Образование. стр. 868–871. ISBN 9780073378251 .
- ^ Jump up to: а б с д Холл, Джон (2011). Учебник Гайтона и Холла по медицинской физиологии (12-е изд.). Филадельфия, Пенсильвания: Сондерс/Эльзевир. стр. 505–510. ISBN 978-1-4160-4574-8 .
- ^ Jump up to: а б Саладин, К. (2011). Анатомия человека (3-е изд.). МакГроу-Хилл. стр. 646–647. ISBN 9780071222075 .
- ^ Беттс, Дж. Гордон; Янг, Келли А.; Уайз, Джеймс А.; Джонсон, Эдди; По, Брэндон; Круз, Дин Х.; Король, Оксана; Джонсон, Джоди Э.; Уомбл, Марк (20 апреля 2022 г.). «22.3 Процесс дыхания — анатомия и физиология 2e | OpenStax» . openstax.org . Проверено 20 марта 2024 г.
- ^ Кеппен, Брюс М.; Стэнтон, Брюс А. (18 января 2017 г.). Электронная книга по физиологии Берна и Леви . Elsevier Науки о здоровье. ISBN 9780323523400 .
- ^ Песня, Г; Пун, CS (15 ноября 2004 г.). «Функциональные и структурные модели мостовой модуляции механорецепторных и хеморецепторных рефлексов». Респираторная физиология и нейробиология . 143 (2–3): 281–92. дои : 10.1016/j.resp.2004.05.009 . ПМИД 15519561 . S2CID 38265906 .
- ^ Песня, Банда; Ю, Юнго; Пун, Чи-Санг (2006). «Цитоархитектура пневмотаксической интеграции респираторной и нереспираторной информации у крыс» . Журнал неврологии . 26 (1): 300–10. doi : 10.1523/JNEUROSCI.3029-05.2006 . ПМК 6674322 . ПМИД 16399700 .
- ^ Дачманн, М; Дик, TE (октябрь 2012 г.). «Мостовые механизмы регуляции дыхания» . Комплексная физиология . 2 (4): 2443–69. дои : 10.1002/cphy.c100015 . ПМЦ 4422496 . ПМИД 23720253 .
- ^ Дачманн, Матиас (2011). Комплексная физиология . [Бетезда, Мэриленд]: Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-0-470-65071-4 .
- ^ Готье, Х; Бертран, Ф (1975). «Дыхательные эффекты поражения пневматического центра и последующей ваготомии у хронических кошек». Физиология дыхания . 23 (1): 71–85. дои : 10.1016/0034-5687(75)90073-0 . ПМИД 1129551 .
- ^ Монто, Р.; Эррчиди, С.; Готье, П.; Хилэр, Г.; Рега, П. (1989). «Пневмотаксический центр и апнейстическое дыхание: межвидовые различия между крысой и кошкой». Письма по неврологии . 99 (3): 311–6. дои : 10.1016/0304-3940(89)90465-5 . ПМИД 2725956 . S2CID 42790256 .
- ^ Мёршель, М; Дачманн, М. (12 сентября 2009 г.). «Дыхательная активность моста, участвующая в фазовом переходе вдоха/выдоха» . Философские труды Лондонского королевского общества. Серия Б, Биологические науки . 364 (1529): 2517–26. дои : 10.1098/rstb.2009.0074 . ПМК 2865127 . ПМИД 19651653 .
- ^ Рамирес, Дж. М.; Дашевский Т; Марлин, Айова; Берч, Н. (декабрь 2016 г.). «Микросхемы генерации дыхательных ритмов: сходство с другими сетями, генерирующими ритм, и эволюционные перспективы» . Современное мнение в нейробиологии . 41 : 53–61. дои : 10.1016/j.conb.2016.08.003 . ПМК 5495096 . ПМИД 27589601 .
- ^ Jump up to: а б Westfall DP, Westfall TC (2010). «Разные симпатомиметические агонисты» . В Брантоне Л.Л., Чабнере Б.А., Ноллманне Б.К. (ред.). Фармакологические основы терапии Гудмана и Гилмана (12-е изд.). Нью-Йорк, США: МакГроу-Хилл. ISBN 9780071624428 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Левицкий, Майкл Г. (2002). Легочная физиология (6-е изд.). МакГроу-Хилл Профессионал. стр. 193–4. ISBN 978-0-07-138765-1 .
- Костанцо, Линда С. (2006). Физиология (3-е изд.). Филадельфия, Пенсильвания: Эльзевир . п. 224. ИСБН 978-1-4160-2320-3 .
- Шеннон, Роджер; Бэки, Дэвид М.; Моррис, Кендалл Ф.; Нудинг, Сара С.; Сегерс, Лорен С.; Линдси, Брюс Г. (2004). «Разряд нейронов мостовой дыхательной группы изменяется во время фиктивного кашля у децеребрированной кошки». Респираторная физиология и нейробиология . 142 (1): 43–54. дои : 10.1016/j.resp.2004.05.002 . ПМИД 15351303 . S2CID 8425115 .