funkcjonalna Neuroanatomia oddychania
aby zrozumieć kontrolę oddychania, niezbędna jest podstawowa wiedza na temat wentylacji pęcherzykowej i dyfuzji przez błony pęcherzykowe kapilarne (tj. eliminacja dwutlenku węgla i dostarczanie tlenu z powietrza atmosferycznego zawierającego 21% O2, 78% azotu i 1% innych gazów obojętnych). Odpowiednia cyrkulacja płucna jest niezbędna do zakończenia procesów wentylacji pęcherzykowej i dyfuzji., Układ oddechowy składa się z trzech powiązanych ze sobą i zintegrowanych elementów: centralnych kontrolerów znajdujących się w rdzeniu wspomaganych przez struktury nadramię, w tym wpływ przedmózgowia, obwodowe chemoreceptory oraz receptory płucne i górne drogi oddechowe; miech piersiowy, składający się z mięśni oddechowych i innych mięśni klatki piersiowej oraz ich unerwienia i kości; oraz płuca, w tym drogi oddechowe.
Legallois34, Po intensywnym okresie badań w XIX wieku nad ośrodkami oddechowymi, w XX wieku Lumsden,35,36, a później Pitts i współpracownicy, 37 położyło podwaliny pod Nowoczesne koncepcje centralnych sieci neuronalnych dróg oddechowych. Opierając się na sekcjach na różnych poziomach pnia mózgu kotów, Lumsden35,36 zaproponował centra pneumotaksji i apneustykalne w pons oraz centra wydechowe i dyszące w rdzeniu. Później grupa Pittsa37 wywnioskowała z eksperymentów z kotami, że centra wdechowe i wydechowe znajdują się w formacji siateczkowej rdzeniastej.,
istnieje ścisły związek między neuronami układu oddechowego,38-40 ośrodkowego układu autonomicznego,5,41,42 i dolnego pnia mózgu. Neurony podwzgórza i dolnego pnia mózgu są również połączone.Istnieje 51 wzajemnych połączeń między podwzgórzem, jądrem centralnym ciała migdałowatego, jądrem parabrachialnym i jądrem Kölliker-Fuse oraz NTS rdzenia (patrz Rys. 7-1 i 7-2).8,41,52-54 ponadto NTS łączy się z jądrem ambiguus i retroambigualis (patrz Rys. 7-2).,8,52-54 zatem ich anatomiczne związki sugerują ścisłą funkcjonalną współzależność między centralną siecią autonomiczną a neuronami oddechowymi i hipnogennymi. Ponadto obwodowe receptory oddechowe (pochodzące z drzewa płucnego i tchawiczo-oskrzelowego) i chemoreceptory (obwodowe i centralne) oddziałują z centralną siecią autonomiczną w regionie NTS.38-40,55, 56
oddychanie jest kontrolowane podczas czuwania i snu przez dwa oddzielne i niezależne systemy38-40,57-60: metaboliczny lub automatyczny,39,40 i dobrowolny lub behawioralny.,60 zarówno systemy metaboliczne, jak i dobrowolne działają podczas czuwania, ale oddychanie podczas snu jest całkowicie zależne od wrodzonej rytmiczności autonomicznego (automatycznego) układu kontroli oddechowej znajdującego się w rdzeniu.57-59 Kontrola dobrowolna odbywa się za pośrednictwem systemu behawioralnego,który wpływa na wentylację podczas czuwania, a także na funkcje nierespiracyjne, takie jak fonacja i mowa. Ponadto bodziec czuwania, który prawdopodobnie pochodzi z rosnącego systemu aktywacji siateczkowej, 63,64 reprezentuje toniczny bodziec do wentylacji podczas czuwania., McNicholas i współpracownicy 65 poinformowali, że siateczkowy układ pobudzenia, który jest prawdopodobnie taki sam jak bodziec czuwania, 63,64,66 wywiera toniczny wpływ na neurony oddechowe pnia mózgu.
neurony oddechowe górnego pnia mózgu znajdują się w rostralnym ponsie, w regionie jąder parabrachialnych i Kölliker-Fuse (centrum pneumotaksji) oraz w grzbietowo-bocznym regionie Dolnego Ponsa (centrum apneustic).56 te dwa ośrodki oddziałują na neurony układu oddechowego rdzenia, które składają się z dwóch głównych grup.,38-40,55-59,67, 68 Grupa oddechowa grzbietowa (DRG) znajdująca się w NTS jest odpowiedzialna głównie, ale nie wyłącznie, za inspirację, a grupa oddechowa brzuszna (VRG) znajdująca się w regionie jądra ambiguus i retroambigualis jest odpowiedzialna zarówno za inspirację, jak i wydech (rys. 7-8). VRG zawiera kompleks Botzingera w regionie rostralnym i obszar pre-Botzingera bezpośrednio poniżej kompleksu Botzingera, odpowiedzialny głównie za automatyczną rytmikę oddechową, ponieważ neurony te mają wewnętrzną aktywność stymulatora serca., Te neurony układu oddechowego przedtrzonowego w DRG i VRG wysyłają aksony, które dekussate poniżej obex i schodzą w siateczkowo-rdzeniowym odcinku szyjnym rdzenia kręgowego, tworząc synapsy z rdzeniowymi neuronami ruchowymi układu oddechowego unerwiającymi różne mięśnie oddechowe (patrz Figs. 7-3 i 7-4). Rytmogeneza oddechowa zależy od tonicznego wejścia ze struktur obwodowych i centralnych zbiegających się na neurony rdzeniowe.,35,55,69,70 przywspółczulne aferenty nerwu błędnego z obwodowych dróg oddechowych, tętnic szyjnych i aorty ciała obwodowych chemoreceptorów, Centralne chemoreceptory znajdujące się na powierzchni ventrolateral rdzenia bocznego do piramid, supramedullary (przedmózgowie, śródmózgowie i regiony pontine) struktury i siateczkowe aktywujące systemy wpływają neurony układu oddechowego rdzenia regulować szybkość, rytm i amplitudę oddychania i homeostazy wewnętrznej.5,55,56,70 rysunek 7-9 pokazuje wpływ różnych pni mózgu i transekcji wagalnych na wzorce wentylacyjne.,
System dobrowolnej kontroli oddychania pochodzący z kory mózgowej (przedmózgowia i układu limbicznego) kontroluje oddychanie podczas czuwania i ma pewne funkcje nierespiracyjne.55,60,70 system ten opada z kortykobular i kortykospinalnym ciągiem częściowo do automatycznego układu sterowania rdzeniowego i w pewnym stopniu oba końce i integruje się tam., Jednak, to przede wszystkim schodzi z kortykospinalnych dróg do kręgowego układu oddechowego neuronów ruchowych, w wysokiej szyjnego rdzenia kręgowego, gdzie włókna ostatecznie integrują się z włókien reticulospinal pochodzących z automatycznych rdzeniowych neuronów oddechowych do sprawnego, skoordynowanego funkcjonowania oddychania podczas czuwania.39,40,53,59,71
komponent miecha piersiowego składa się z kości klatki piersiowej, tkanki łącznej, błon opłucnowych, mięśni międzyżebrowych i innych dróg oddechowych oraz nerwów i naczyń krwionośnych., Osłabienie mięśni oddechowych odgrywa kluczową rolę w powodowaniu zaburzeń snu i zaburzeń oddychania podczas snu w zaburzeniach nerwowo-mięśniowych. W tabeli 7-2 wymieniono mięśnie oddechowe. Głównym mięśniem wdechowym jest przepona (unerwiona przez nerw frenczny, utworzona przez korzenie ruchowe komórek rogowych C3, C4 I C5 przednich), wspomagana przez zewnętrzne mięśnie międzyżebrowe( unerwione przez korzenie ruchowe klatki piersiowej i nerwy), które rozszerzają rdzeń klatki piersiowej i płuc podczas cichego normalnego oddychania. Wydech jest pasywny, wynikający z elastycznego odrzutu płuc., Podczas przymusowego i wysiłkowego oddychania (np. duszność i ortopedia), dodatkowe mięśnie oddechowe wspomagają oddychanie. Dodatkowe mięśnie wdechowe obejmują mostkowo-sutkowy, trapezowy i skalenus (przedni, środkowy i tylny), a także mięsień piersiowy, serratus przedni i latitissimus dorsi. Dodatkowe mięśnie wydechowe składają się z wewnętrznych mięśni międzyżebrowych i brzusznych (np. rectus abdominis, zewnętrzne i wewnętrzne skośne oraz transversus abdominis) unerwionych przez korzenie ruchowe klatki piersiowej i nerwy., Zwykle te trzy komponenty oddechowe (Centralne sterowniki, miechy klatki piersiowej i płuca) działają płynnie w sposób automatyczny, aby umożliwić wymianę gazową (przeniesienie O2 do krwi i eliminację CO2 do atmosfery) w celu wentylacji, dyfuzji i perfuzji. Wentylacja minutowa jest definiowana jako ilość powietrza wdychanego na minutę, która wynosi około 6 L; około 2 L pozostaje w anatomicznej martwej przestrzeni, składającej się z górnych dróg oddechowych i jamy ustnej, a 4 L uczestniczy w wymianie gazowej w milionach pęcherzyków płucnych stanowiących wentylację pęcherzykową., Niewydolność oddechowa może wystąpić w wyniku dysfunkcji w dowolnym miejscu w obrębie tych trzech głównych składników układów kontroli oddechowej.