Funktionelle Neuroanatomy af Respiration
for at forstå, kontrol af vejrtrækning, det er vigtigt at have en grundlæggende viden om alveolære ventilation og diffusion over den alveolære kapillær membraner (dvs, fjernelse af kuldioxid til og levering af ilt fra den atmosfæriske luft indeholder 21% O2 og 78% nitrogen, og 1% andre inerte gasser). En tilstrækkelig lungecirkulation er vigtig for at afslutte processerne med alveolær ventilation og diffusion., Åndedrætsorganerne består af tre indbyrdes forbundne og integrerede komponenter: centrale controllere beliggende i medulla hjulpet af supramedullary strukturer, herunder forhjerne indflydelse, perifere chemoreceptors, og pulmonal og øvre luftvejs receptorer; thorax bælge, der består af luftvejssygdomme og andre bryst-muskler og deres innervation og knogler; og lungerne, herunder airways.
Legallois34 opdaget i 1812, at vejrtrækning afhænger af en afgrænset region af medulla., Efter en intensiv periode med forskning i det 19.århundrede på åndedrætscentrene, i det 20. århundrede Lumsden,35,36 og senere Pitts og kolleger,lagde 37 grundlaget for moderne koncepter i de centrale respiratoriske neuronale netværk. Baseret på sektionering på forskellige niveauer af hjernestammen hos katte foreslog Lumsden35, 36 pneumota .iske og apneustiske centre i pons og ekspiratoriske og gispende centre i medulla. Senere konkluderede Pitts ‘ gruppe37 fra forsøg med katte, at de inspirerende og ekspiratoriske centre var placeret i den medullære retikulære formation.,
Der er et tæt indbyrdes forhold mellem de respiratoriske,38-40 centrale autonome,5,41,42 og nedre hjernestammehypnogene neuroner 43–50 i pontomedullære regionen. De hypothalamiske og nedre hjernestamme hypnogene neuroner er også forbundet.51 Gensidige forbindelser, der eksisterer mellem hypothalamus, den centrale kerne af amygdala, parabrachial og Kölliker-Sikring kerner, og NTS af medulla (se Fig. 7-1 og 7-2).8,41,52-54 derudover forbinder NTS med kernen ambiguus og retroambigualis (se Fig. 7-2).,8,52-54 deres anatomiske forhold antyder således en tæt funktionel indbyrdes afhængighed mellem det centrale autonome netværk og respiratoriske og hypnogene neuroner. Desuden interagerer perifere respiratoriske receptorer (som følge af lunge-og tracheobronchialtræet) og kemoreceptorer (perifere og centrale) med det centrale autonome netværk i NTS-regionen.38-40,55,56
Vejrtrækningen er kontrolleret under vågenhed og søvn af to adskilte og uafhængige systems38–40,57–60: den metaboliske eller automatisk,39,40, og den frivillige eller adfærdsmæssige.,60 både metaboliske og frivillige systemer fungerer under vågenhed, men vejrtrækning under søvn er helt afhængig af den iboende rytmicitet af det autonome (automatiske) åndedrætsstyringssystem placeret i medulla.57-59 frivillig kontrol formidles gennem adfærdssystemet, der påvirker ventilation under vågenhed såvel som ikke-respiratoriske funktioner61,62 såsom fonation og tale. Derudover repræsenterer vågenhedsstimuleringen, som sandsynligvis stammer fra det stigende retikulære aktiveringssystem,63,64 en tonisk stimulus til ventilation under vågenhed., McNicholas og co .orkers65 rapporterede, at det retikulære ophidselsessystem,som sandsynligvis er det samme som vækkelsesstimuleringen,63,64, 66 udøver en tonisk indflydelse på hjernestammen respiratoriske neuroner.
Øvre hjernestammen respiratoriske neuroner er placeret i rostral pons, i den region af parabrachial og Kölliker-Sikring kerner (pneumotaxic center), og i dorsolateral området af den nedre pons (apneustic center).56 disse to centre påvirker de automatiske medullære respiratoriske neuroner, der omfatter to hovedgrupper.,38-40,55-59,67,68 dorsale respiratory group (DRG), der ligger i NTS er ansvarlig hovedsagelig, men ikke udelukkende, til inspiration, og den ventrale respiratory group (VRG), der ligger i den region af nucleus ambiguus og retroambigualis er ansvarlig for både inspiration og udløb (Fig. 7-8). Den VRG indeholder Botzinger kompleks i rostral-regionen og pre-Botzinger området umiddelbart under Botzinger kompleks, der er ansvarlig hovedsagelig for automatisk respiratorisk rhythmicity som disse neuroner har iboende pacemaker aktivitet., Disse respiratory premotor neuroner i DRG og VRG sender axoner, at decussate under obex og ned i reticulospinal skrifter i det ventrolateral cervikale rygmarv til at danne synapser med spinal respiratorisk motor neuroner innervating de forskellige respiratoriske muskler (se Fig. 7-3 og 7-4). Respiratorisk rytmogenese afhænger af tonisk input fra de perifere og centrale strukturer, der konvergerer på de medullære neuroner.,35,55,69,70 Det parasympatiske vagus afferents fra de perifere luftveje, carotis og aorta krop perifere chemoreceptors, den centrale chemoreceptors ligger på ventrolateral overfladen af medulla lateral til pyramiderne, supramedullary (forhjerne, midbrain, og pontine regioner) strukturer, og det retikulære aktiverende systemer påvirke medullær respiratoriske neuroner til at regulere hastigheden, rytme og amplitude af vejrtrækning og indre homøostase.5,55,56,70 figur 7-9 viser virkningerne af forskellige hjernestamme og vagale transektioner på ventilationsmønstre.,
det frivillige kontrolsystem til vejrtrækning med oprindelse i hjernebarken (forhjerne og det limbiske system) styrer respiration under vågenhed og har nogle ikke-respiratoriske funktioner.55,60,70 Dette system ned med corticobulbar og corticospinal-skrifter, dels at den automatiske medullært kontrollerende system og til en vis grad begge ender og der integrerer., Men det er først og fremmest ned med corticospinal-tarmkanalen til spinal respiratorisk motoriske neuroner, i høj cervikale rygmarv, hvor fibrene endelig at integrere med reticulospinal fibre, der stammer fra den automatiske medullær respiratoriske neuroner for glat, koordineret funktion af respiration under vågenhed.39,40,53,59,71
thoracic bælge komponent består af thorax knogler, bindevæv, pleurale membraner, interkostale og andre respiratoriske muskler og nerver og blodkar., Respiratorisk muskelsvaghed spiller en kritisk rolle i at forårsage søvndysfunktion og søvnforstyrret vejrtrækning i neuromuskulære lidelser. Tabel 7-2 viser respiratoriske muskler. De vigtigste inspiratorisk muskel er den membran (innervated af phrenic nerve, der dannes af motoren rødder C3, C4 og C5 forhornscellerne), bistået af eksterne interkostale muskler (innervated af thorax motor rødder og nerver), der udvider kernen i brysthulen og lungerne under rolige normal vejrtrækning. Udløb er passiv, som følge af elastisk recoil af lungerne., Under tvungen og ubesværet vejrtrækning (f., dyspnø og orthopnea), tilbehør muskler af åndedræt hjælpe vejrtrækning. Tilbehør inspiratorisk muskler omfatter sternocleidomastoideus, trapezius, og scalenus (forreste, midterste og bageste) samt pectoralis, serratus anterior, og latitissimus dorsi. Tilbehør udånding muskler består af indre interkostale og mavemuskler (fx, rectus abdominis, ydre og indre skrå, og transversus abdominis) innervated af thorax motor rødder og nerver., Normalt, disse tre respiratorisk komponenter (centrale controllere, bryst bælge, og lungerne fungerer problemfrit i en automatisk måde at tillade gas exchange (overførsel af O2 i blodet og afskaffelse af CO2 i atmosfæren) for ventilation, diffusion, og perfusion. Minutventilation er defineret som den mængde luft, der pustes per minut, hvilket svarer til omkring 6 L; omkring 2 L ophold i det anatomiske døde rum, bestående af de øvre luftveje, mund og, og-4 L deltage i luftskiftet i de millioner af alveolerne, der udgør alveolære ventilation., Respirationssvigt kan forekomme som et resultat af dysfunktion overalt inden for disse tre hovedkomponenter i respiratoriske kontrolsystemer.