Neuroanatomie fonctionnelle de la Respiration
pour comprendre le contrôle de la respiration, il est essentiel d’avoir des connaissances de base sur la ventilation alvéolaire et la diffusion à travers les membranes capillaires alvéolaires (c’est-à-dire l’élimination du dioxyde de carbone et l’apport d’oxygène de l’air atmosphérique contenant 21% D’O2, 78% d’azote et 1% d’autres gaz inertes). Une circulation pulmonaire adéquate est essentielle pour compléter les processus de ventilation alvéolaire et de diffusion., Le système respiratoire se compose de trois composants interdépendants et intégrés: les contrôleurs centraux situés dans la moelle, aidés par les structures supramédullaires, y compris l’influence du cerveau antérieur, les chimiorécepteurs périphériques et les récepteurs pulmonaires et des voies aériennes supérieures; le soufflet thoracique, composé des muscles respiratoires et autres muscles thoraciques et de leur innervation et de leurs os; et les poumons, y compris les voies respiratoires.
Legallois34 a découvert en 1812 que la respiration dépend d’une région circonscrite de la moelle., Après une période intensive de recherche au 19ème siècle sur les centres respiratoires, au 20ème siècle Lumsden,35,36 et plus tard Pitts et ses collègues,37 ont jeté les bases des concepts modernes des réseaux neuronaux respiratoires centraux. Sur la base de sectionnement à différents niveaux du tronc cérébral des chats, Lumsden35,36 a proposé des centres pneumotaxiques et apneustiques dans les pons et des centres expiratoires et haletants dans la moelle. Plus tard, le groupe de Pitts37 a conclu à partir d’expériences avec des chats que les centres inspiratoires et expiratoires étaient situés dans la formation réticulaire médullaire.,
Il existe une relation étroite entre les neurones hypnogéniques respiratoires,38-40 autonomes centraux,5,41,42 et du tronc cérébral inférieur43–50 dans la région pontomédullaire. Les neurones hypnogènes hypothalamiques et du tronc cérébral inférieur sont également connectés.51 des connexions réciproques existent entre l’hypothalamus, le noyau central de l’amygdale, les noyaux parabrachial et Kölliker-Fuse, et le NTS de la moelle (voir Fig. 7-1 et 7-2).8,41,52-54 en outre, le NTS se connecte avec le nucleus ambiguus et retroambigualis (voir Fig. 7-2).,8,52 – 54 ainsi, leurs relations anatomiques suggèrent une étroite interdépendance fonctionnelle entre le réseau autonome central et les neurones respiratoires et hypnogènes. En outre, les récepteurs respiratoires périphériques (provenant de l’arbre pulmonaire et trachéobronchique) et les chimiorécepteurs (périphériques et centraux) interagissent avec le réseau autonome central dans la région du NTS.38-40,55,56
la respiration est contrôlée pendant l’éveil et le sommeil par deux systèmes distincts et indépendants38–40,57–60: le métabolique ou automatique, 39, 40 et le volontaire ou comportemental.,60 les systèmes métaboliques et volontaires fonctionnent pendant l’éveil, mais la respiration pendant le sommeil dépend entièrement de la rythmicité inhérente du système de contrôle respiratoire autonome (automatique) situé dans la moelle.57-59 le contrôle volontaire est médié par le système comportemental qui influence la ventilation pendant l’éveil ainsi que les fonctions non respiratoires 61,62 telles que la phonation et la parole. De plus, le stimulus d’éveil,qui est probablement dérivé du système d’activation réticulaire Ascendant,63, 64 représente un stimulus tonique à la ventilation pendant l’éveil., McNicholas et ses collaborateurs65 ont rapporté que le système d’excitation réticulaire,qui est probablement le même que le stimulus d’éveillement,63,64, 66 exerce une influence tonique sur les neurones respiratoires du tronc cérébral.
Les neurones respiratoires du tronc cérébral supérieur sont situés dans les pons rostraux, dans la région des noyaux parabrachial et Kölliker-Fuse (centre pneumotaxique) et dans la région dorsolatérale des Pons inférieurs (centre apneustique).56 ces deux centres influencent les neurones respiratoires médullaires automatiques, qui comprennent deux groupes principaux.,38-40, 55-59, 67, 68 le groupe respiratoire dorsal (DRG) situé dans le SNR est responsable principalement, mais pas exclusivement, de l’inspiration, et le groupe respiratoire ventral (VRG) situé dans la région du noyau ambiguus et retroambigualis est responsable à la fois de l’inspiration et de l’expiration (Fig. 7-8). Le VRG contient le complexe de Botzinger dans la région rostrale et la région pré-Botzinger immédiatement en dessous du complexe de Botzinger, responsable principalement de la rythmicité respiratoire automatique car ces neurones ont une activité stimulateur cardiaque intrinsèque., Ces neurones prémoteurs respiratoires du DRG et du VRG envoient des axones qui décussent sous l’obex et descendent dans les voies réticulospinales de la moelle épinière cervicale ventrolatérale pour former des synapses avec les motoneurones respiratoires spinaux innervant les différents muscles respiratoires (voir Fig. 7-3 et 7-4). La rythmogenèse respiratoire dépend de l’entrée tonique des structures périphériques et centrales convergeant vers les neurones médullaires.,35,55,69,70 les afférents vagaux parasympathiques des voies respiratoires périphériques, les chimiorécepteurs périphériques du corps carotidien et aortique, les chimiorécepteurs centraux situés sur la surface ventrolatérale de la moelle latérale aux pyramides, les structures supramédullaires (cerveau antérieur, cerveau moyen et régions Pontines) et les systèmes d’activation réticulaire influencent tous les neurones respiratoires médullaires pour réguler la vitesse, le rythme et l’amplitude de la respiration et de l’homéostasie interne.5,55,56,70 la Figure 7-9 montre les effets de diverses transections du tronc cérébral et vagal sur les schémas ventilatoires.,
le système de contrôle volontaire de la respiration provenant du cortex cérébral (cerveau antérieur et système limbique) contrôle la respiration pendant l’éveil et a certaines fonctions non respiratoires.55,60,70 ce système descend avec les voies corticobulbaires et corticospinales en partie vers le système de commande médullaire automatique et, dans une certaine mesure, s’y termine et s’y intègre., Cependant, il descend principalement avec le tractus corticospinal vers les motoneurones respiratoires spinaux, dans la moelle épinière cervicale élevée, où les fibres s’intègrent finalement aux fibres réticulospinales provenant des neurones respiratoires médullaires automatiques pour un fonctionnement harmonieux et coordonné de la respiration pendant l’éveil.39,40,53,59,71
la composante du soufflet thoracique comprend les os thoraciques, le tissu conjonctif, les membranes pleurales, les muscles intercostaux et autres muscles respiratoires, ainsi que les nerfs et les vaisseaux sanguins., La faiblesse des muscles respiratoires joue un rôle critique dans la dysfonction du sommeil et les troubles respiratoires du sommeil dans les troubles neuromusculaires. Le tableau 7-2 énumère les muscles respiratoires. Le principal muscle inspiratoire est le diaphragme (innervé par le nerf phrénique, formé par les racines motrices des cellules de la corne antérieure C3, C4 et C5), assisté par les muscles intercostaux externes (innervés par les racines et les nerfs moteurs thoraciques), qui élargissent le noyau de la cavité thoracique et des poumons pendant une respiration normale calme. L’Expiration est passive, résultant du recul élastique des poumons., Pendant la respiration forcée et intense (par exemple, dyspnée et orthopnée), les muscles accessoires de la respiration aident la respiration. Les muscles inspiratoires accessoires comprennent le sternocleidomastoideus, le trapèze et le scalène (antérieur, moyen et postérieur) ainsi que le pectoral, le serratus antérieur et le latitissimus dorsi. Les muscles expiratoires accessoires sont constitués de muscles intercostaux et abdominaux internes (p. ex., droit abdominis, oblique externe et interne et transversus abdominis) innervés par des racines motrices thoraciques et des nerfs., Normalement, ces trois composants respiratoires (contrôleurs centraux, soufflet thoracique et poumons) fonctionnent automatiquement de manière fluide pour permettre les échanges gazeux (transfert D’O2 dans le sang et élimination du CO2 dans l’atmosphère) pour la ventilation, la diffusion et la perfusion. La ventilation Minute est définie comme la quantité d’air respiré par minute, ce qui équivaut à environ 6 L; environ 2 L restent dans l’espace mort anatomique, constitué des voies respiratoires supérieures et de la bouche, et 4 L participent à l’échange gazeux dans les millions d’alvéoles constituant la ventilation alvéolaire., Une insuffisance respiratoire peut survenir à la suite d’un dysfonctionnement n’importe où au sein de ces trois principaux composants des systèmes de contrôle respiratoire.