Funksjonell Neuroanatomy av Respirasjon
for å forstå kontroll av puste, er det viktig å ha grunnleggende kunnskap om alveolar ventilasjon og spredning på tvers av alveolar kapillær membraner (dvs., eliminering av karbondioksid til og tilførsel av oksygen fra atmosfærisk luft som inneholder 21% O2, 78% nitrogen, og 1% andre inerte gasser). En tilstrekkelig pulmonal sirkulasjon er viktig å fullføre prosesser av alveolar ventilasjon og diffusjon., Luftveiene består av tre beslektede og integrerte komponenter: sentrale kontrollere ligger i medulla hjulpet av supramedullary strukturer, inkludert forebrain innflytelse, perifer chemoreceptors, og pulmonal og øvre luftveier reseptorer; thorax belg, bestående av luftveisinfeksjoner og andre thorax muskler og deres innervation og bein, og lungene, inkludert luftveiene.
Legallois34 oppdaget i 1812 at pusten er avhengig av et avgrenset område av medulla., Etter en intensiv periode med forskning i det 19. århundre på luftveiene sentre, i det 20. århundre Lumsden,35,36 og senere Pitts og kolleger,37 la grunnlaget for moderne begreper i den sentrale delen av nevrale nettverk. Basert på snitting på ulike nivåer av hjernestammen av katter, Lumsden35,36 foreslått pneumotaxic og apneustic sentre i pons og expiratory og gisper sentre i medulla. Senere, Pitts’ group37 konkluderte fra eksperimenter med katter som inspiratory og expiratory sentre ble plassert i medullary retikulære dannelse.,
Det er en nær innbyrdes forholdet mellom luftveier,38-40 sentrale autonome,5,41,42 og lavere hjernestammen hypnogenic neurons43–50 i pontomedullary regionen. Hypothalamus og lavere hjernestammen hypnogenic nevroner er også koblet til.51 Gjensidige forbindelser som finnes mellom hypotalamus, den sentrale kjernen av amygdala, parabrachial og Kölliker-Sikring kjerner, og NTS av medulla (se Fig. 7-1 og 7-2).8,41,52–54 I tillegg, NTS forbinder med nucleus ambiguus og retroambigualis (se Fig. 7-2).,8,52–54 Dermed deres anatomiske relasjoner foreslår nær funksjonell avhengighet blant de sentrale autonome nettverk og luftveier og hypnogenic nevroner. I tillegg, perifere luftveier reseptorer (fremkommer fra lunge og tracheobronchial tre) og chemoreceptors (perifere og sentrale) arbeide med sentrale autonome nettverk i regionen av NTS.38-40,55,56
Puste kontrolleres under våkenhet og søvn av to separate og uavhengige systems38–40,57–60: metabolske eller automatisk,39,40 og frivillig eller atferdsdata.,60 Både metabolske og frivillig systemer opererer under våkenhet, men puste under søvn er helt avhengig av den iboende rhythmicity av det autonome (automatisk) luftveier control system ligger i medulla.57-59 Frivillig kontroll er mediert gjennom behavioral system som påvirker ventilasjon under våkenhet, så vel som nonrespiratory functions61,62 for eksempel phonation og tale. I tillegg våkenhet stimulus, som sannsynligvis er avledet fra den stigende reticular activating system,63,64 representerer en tonic stimulans til ventilasjon under våkenhet., McNicholas og coworkers65 rapportert at den retikulære opphisselse system, som er trolig den samme som den våkenhet stimulans,63,64,66 utøver en tonic innflytelse på hjernen luftveier nevroner.
Øvre hjernestammen luftveier nevroner ligger i rostral pons, i regionen av parabrachial og Kölliker-Sikring kjerner (pneumotaxic center), og i dorsolateral regionen nedre pons (apneustic center).56 Disse to sentrene påvirke automatisk medullary luftveier nevroner, som består av to viktigste gruppene.,38-40,55-59,67,68 dorsal luftveier gruppe (DRG) ligger i NTS er ansvarlig hovedsakelig, men ikke utelukkende, om inspirasjon, og det ventrale luftveier gruppe (VRG), som ligger i regionen av nucleus ambiguus og retroambigualis er ansvarlig for både inspirasjon og utløp (Fig. 7-8). Den VRG inneholder Botzinger kompleks i rostral regionen og pre-Botzinger regionen umiddelbart under Botzinger komplekse, hovedsakelig ansvarlig for den automatiske luftveier rhythmicity som disse nervecellene har egenverdi pacemaker aktivitet., Disse luftveier premotor nevroner i DRG og VRG sende axons at decussate under obex og ned i reticulospinal trakter i ventrolateral cervical spinal-ledningen danner synapser med spinal luftveier motor neurons innervating de ulike pustemuskulaturen (se Fig. 7-3 og 7-4). Luftveier rhythmogenesis avhenger tonic innspill fra de perifere og sentrale strukturer som samler seg på medullary nevroner.,35,55,69,70 Det parasympatiske vagal afferents fra de perifere luftveiene, carotis og aorta kroppen perifer chemoreceptors, den sentrale chemoreceptors ligger på ventrolateral overflaten av medulla laterale til pyramidene, supramedullary (forebrain, mellomhjernen, og pontine regioner) strukturer, og reticular activating system alle påvirke medullary luftveier neurons å regulere tempo, rytme, og amplituden til å puste og interne homeostase.5,55,56,70 Figur 7-9 viser effekten av ulike hjernestammen og vagal transections på ventilatory mønstre.,
voluntary control system for å puste med opprinnelse i cerebral cortex (forebrain og limbiske system) kontrollerer åndedrett under våkenhet og har noen nonrespiratory funksjoner.55,60,70 Dette systemet går ned med corticobulbar og corticospinal traktater dels automatisk medullary kontrollerende system og til en viss grad både opphører og integrerer det., Men det er først og fremst går ned med corticospinal skrift til spinal luftveier motor nevroner, i høy cervical spinal-ledningen, der fibrene endelig integrere med reticulospinal fibre som stammer fra den automatiske medullary luftveier nevroner for glatt, koordinert funksjon av respirasjon under våkenhet.39,40,53,59,71
thorax belg komponenten består av thorax knokler, bindevev, pleural membraner, interkostalrom og andre pustemuskulaturen, og det nerver og blodkar., Luftveier muskel svakhet spiller en avgjørende rolle i å forårsake sove dysfunksjon og søvn-uordnede puste i nevromuskulære lidelser. Tabell 7-2 viser pustemuskulaturen. Den viktigste inspiratory muskelen er mellomgulvet (innervated av phrenic nerve, dannet av motor røtter av C3, C4 og C5 fremre horn-celler), assistert av eksterne interkostalrom muskler (innervated av thorax motor røtter og nerver), som utvider kjernen av thorax hulrom og lungene under rolige puste normalt. Utløpsdato er passiv, som følge av elastisk rekyl i lungene., I løpet av tvang og effortful puste (f.eks., dyspné og orthopnea), tilbehør muskler av respirasjon hjelpe å puste. Tilbehør inspiratory muskler er det sternocleidomastoideus, trapezius, og scalenus (fremre, midtre og bakre) samt pectoralis, serratus anterior, og latitissimus dorsi. Tilbehør expiratory musklene består av interne interkostalrom og magemusklene (f.eks., rectus abdominis, ytre og indre skrå, og transversus abdominis) innervated av thorax motor røtter og nerver., Normalt, disse tre luftveier komponenter (sentral-kontrollere, brystet belg, og lungene) – funksjonen jevnt i en automatisk måte å gi gass exchange (overføring av O2 i blodet og eliminering av CO2 i atmosfæren) for ventilasjon, diffusjon, og perfusjon. Liten ventilasjon er definert som mengden av luft åndedrag per minutt, noe som tilsvarer ca 6 L; ca 2 L opphold i den anatomiske dead space, som består av øvre luftveier og munnen, og 4 L delta i gassutveksling i millioner alveoler utgjør alveolar ventilasjon., Respiratorisk svikt kan oppstå som et resultat av dysfunksjon hvor som helst innenfor disse tre store komponenter av luftveiene kontroll-systemer.