呼吸调节

Regulation of Ventilation呼吸/通气调节

呼吸是一个有节奏的过程,通常在无意识或有意识的情况下发生;在这方面,它类似于心脏有节奏的跳动;然而,骨骼肌不同于自主节律性的心肌,不能自发收缩;相反,骨骼肌收缩必须由躯体运动神经元启动,而躯体运动神经元(somatic motor neurons)又由中枢神经系统(central nervous system)控制;

在呼吸系统中,横膈膜和其他肌肉的收缩由脑干(brain stem)中的自发放电网络神经元启动;

呼吸在人的一生中自动/无意识发生,但也可以在一定程度上自主控制;神经网络中神经元之间复杂的突触相互作用产生了吸气和呼气的节律性循环,持续受到感觉输入的影响,尤其是来自二氧化碳、氧气和氢离子化学感受器的感觉输入,呼吸/通气模式在很大程度上取决于动脉血和细胞外液中这三种物质的水平;

呼吸的神经控制是系统级(systems-level )生理学中为数不多的“黑匣子(black boxes)”之一;我们知道涉及脑干的主要区域,但涉及的神经网络细节仍然难以捉摸;控制呼吸的脑干网络就像一个中央模式发生器( central pattern generator),其内在节律活动可能来自膜电位不稳定的起搏神经元;二氧化碳敏感受体和其他化学受体的输入增加了复杂性;

对于如何控制呼吸/通气的一些理解来自于对脑损伤患者的观察;其他信息来自动物实验,在这些实验中,脑干主要部分之间的神经连接被切断,或者大脑各部分被隔离研究;由于神经网络及其解剖位置的复杂性,中枢神经系统呼吸控制的研究很困难;近年来,科学家们开发了更好的技术来研究这个系统;

以下细节代表了呼吸/通气控制的现代模型;虽然此模型的某些部分得到了实验数据的充分支持,但其它方面仍在调查中;该模型指出:

  • 髓质(medulla)中的呼吸神经元控制吸气和呼气肌

  • 桥脑/脑桥(pons)神经元整合感觉信息,并与髓质神经元相互作用,影响通气/呼吸

  • 呼吸的节律模式源自脑干神经网络,该网络具有自发放电的神经元

  • 通气/呼吸受到各种化学感受器和机械感受器相关反射、以及高级大脑中枢的持续调节


The reflex control of ventilation 通气/呼吸的反射控制

中枢和外周化学感受器监测血气和pH值;脑干中的控制网络调节通向呼吸肌的躯体运动神经元的活动;




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