呼吸的神經(jīng)調(diào)節(jié)和化學(xué)調(diào)節(jié)

1、ICCP/中呼吸的神經(jīng)調(diào)節(jié)和化學(xué)調(diào)節(jié)人體的呼吸運(yùn)動(dòng)與心臟活動(dòng)有相似之處，都是有節(jié)奏的、日夜不停的活動(dòng)。但這兩種活動(dòng)的起因卻有很大的不同。心肌有自動(dòng)節(jié)律性，而產(chǎn)生呼吸運(yùn)動(dòng)的肌肉都是骨胳肌，受軀體神經(jīng)支配，沒有神經(jīng)的興奮，呼吸?。ǜ艏?、肋間?。┒疾粫?huì)自動(dòng)收縮。有節(jié)律的自動(dòng)的呼吸活動(dòng)起源于支配呼吸肌的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的有節(jié)律的發(fā)放。這種發(fā)放完全依靠來自腦的神經(jīng)沖動(dòng)。如果在隔神經(jīng)起點(diǎn)以上切斷脊髓，呼吸活動(dòng)便會(huì)停止。調(diào)節(jié)呼吸的神經(jīng)機(jī)制有兩類，一類是隨意控制，另一類是自動(dòng)控制。隨意控制系統(tǒng)位于大腦皮層，它通過皮層脊髓束將沖動(dòng)傳送到呼吸運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。大腦皮層可以有意識(shí)地控制呼吸活動(dòng)的規(guī)式，例如有意的過度通氣或呼吸暫

2、停（屏息）。人們的語言活動(dòng)必須有意地調(diào)整、改變呼吸規(guī)式才能發(fā)出各種不同的聲音。刺激大腦皮層的某些區(qū)域可以引起呼吸活動(dòng)的變比，還可以在反射性呼吸活動(dòng)的基礎(chǔ)上建立條件反射。這些都說明神經(jīng)系統(tǒng)的高級(jí)中樞、大腦皮層對(duì)呼吸活動(dòng)進(jìn)行著調(diào)節(jié)與控制。自動(dòng)控制系統(tǒng)位于腦橋和延髓。1812年CJJLegallois發(fā)現(xiàn)，切除大腦、高位腦干的一部分以及小腦，呼吸的節(jié)律性仍然存在。他首先提出呼吸中樞的概念，并認(rèn)為維持節(jié)律性呼吸的中樞在延髓的中心。以后一百多年來，生理學(xué)家用切除法、刺激法以及電描記法等研究呼吸中樞的應(yīng)置。本世紀(jì)20年代初期，T.Lumsden用精細(xì)的腦干切斷法得到了關(guān)于呼吸中樞的一些重要事實(shí)材料。他在腦

3、橋的上緣切斷與中腦的聯(lián)系如圖切面1，理幼經(jīng)完神/1Mq;r-/VVMMVVMbM延髓中柜IIn/丄橫切IS干及切斷迷走神蕩的呼吸規(guī)式SC上丘1C,下丘CF小腦腳不影響麻醉動(dòng)物的呼吸。切斷兩側(cè)迷走神經(jīng)則引起呼吸變慢加深。在腦橋的上三分之一正在小腦腳之上切斷與低位腦干的聯(lián)系，而迷走神經(jīng)保持完神，如圖切面2引起呼吸稍稍變慢變深。如果再切斷兩側(cè)迷走神經(jīng)，則呼吸停止于吸氣狀態(tài)，有時(shí)又被很短的呼氣所打斷。他在腦橋的下緣切斷腦干，完全排除腦橋的影響，則有規(guī)律的呼吸節(jié)律消失，代之以喘息如圖切面3。在延髓下緣橫切，引起呼吸完全停止（見圖）。SCICICIC迷走神經(jīng)完整MMACPCF延龍中樞門橫切干及切斷迷走神經(jīng)

4、后的呼吸規(guī)式從根據(jù)這些事實(shí)當(dāng)時(shí)得出下列結(jié)論：l在延髓有呼吸中樞，能發(fā)動(dòng)及維持吸氣、呼氣。2在腦橋的中部和下部有長吸中樞，如果不受控制、可以產(chǎn)生吸氣痙攣或長吸呼吸。3在腦橋的上部有呼吸調(diào)整中樞，與迷走神經(jīng)傳入沖動(dòng)一起周期性地抑制長吸中樞的活動(dòng)。這種在延髓、腦橋存在三級(jí)呼吸中樞的理論曾經(jīng)長期得到公認(rèn)，后來經(jīng)過進(jìn)一步的研究，提出了修正和補(bǔ)充。有實(shí)驗(yàn)證明，在損毀呼吸調(diào)整中樞和切斷迷走神經(jīng)后恢復(fù)清醒的貓仍能保持正常的平靜呼吸，并不出現(xiàn)長吸呼吸，而且在長吸中樞并未發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元密集的核團(tuán)。因此現(xiàn)在認(rèn)為長吸呼吸是麻醉等因素造成的非正常狀態(tài)，并不存在“長吸中樞”。延髓呼吸中樞許多實(shí)驗(yàn)表明，延髓是最基本的呼吸中樞。

5、切除延髓的一部分可以使呼吸停止,刺激延髓的某些部分可以引起呼氣或吸氣活動(dòng)。在呼氣或吸氣時(shí)，可以在延髓記錄到電活動(dòng)。其中有些神經(jīng)元在吸氣時(shí)發(fā)放神經(jīng)沖動(dòng)，而在呼氣時(shí)停止發(fā)放，這些神經(jīng)元叫做吸氣神經(jīng)元，另一些數(shù)目較少的神經(jīng)元呼氣時(shí)發(fā)放神經(jīng)沖動(dòng)，而在吸氣時(shí)停止發(fā)放，這些神經(jīng)元叫做呼氣神經(jīng)元，呼吸的節(jié)律性是這兩種神經(jīng)元交互作用的結(jié)果。在延髓中呼吸神經(jīng)元基本上集中在背腹兩組的4個(gè)核團(tuán)內(nèi)。一組叫做背呼吸組，大部分是吸氣神經(jīng)元，集中在孤束核。這些神經(jīng)元接受第區(qū)、X對(duì)腦神經(jīng)的傳入纖維。這些神經(jīng)傳送來自肺、咽、喉部和外周化學(xué)感受器的感覺沖動(dòng)。背呼吸組的吸氣神經(jīng)元的軸突投射到對(duì)側(cè)脊髓，通過膈運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元支配膈。這些神

6、經(jīng)元也有軸突投射到腹呼吸組。另一組是腹呼吸組，包括疑核和后疑核（NRA的神經(jīng)元，其中既有吸氣神經(jīng)元，也有呼氣神經(jīng)元。疑核接受第ixx對(duì)腦神經(jīng)的傳入投射，其軸突也通過這兩對(duì)神經(jīng)支配同側(cè)咽部呼吸輔助肌。后疑核前部神經(jīng)元主要是吸氣神經(jīng)元，大部分軸突交叉下行到對(duì)側(cè)脊髓支配外肋間肌運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，小部分支配同側(cè)膈運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，驅(qū)動(dòng)外肋間肌和膈肌。后疑核尾部神經(jīng)元主要是呼氣神經(jīng)元，其軸突也交叉下行到對(duì)側(cè)脊髓的內(nèi)肋間肌運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元和其它呼氣肌運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元（見圖）。呼吸調(diào)節(jié)中樞腦神經(jīng)長吸中樞背呼吸群腹呼吸群頸部背根至脊駆動(dòng)神經(jīng)元與呼吸有關(guān)的神經(jīng)無的中樞結(jié)構(gòu)團(tuán)解現(xiàn)有的資料說明延髓內(nèi)并不存在過去認(rèn)為的單一的對(duì)稱的吸氣中樞和

7、呼氣中樞，而是有若干個(gè)解剖上和機(jī)能上都各有特點(diǎn)的呼吸神經(jīng)元群。呼吸調(diào)整中樞位于腦橋中部的呼吸調(diào)整中樞包括臂旁內(nèi)側(cè)核（NPBM和Kolliker-Fuse核。電刺激這個(gè)區(qū)域引起吸氣停止，說明此區(qū)可以調(diào)整延髓呼吸中樞的活動(dòng)。吸氣時(shí)延髓吸氣神經(jīng)元發(fā)出沖動(dòng)上行到呼吸調(diào)整中樞使之產(chǎn)生沖動(dòng)下行至延髓抑制吸氣神經(jīng)元，使吸氣向呼氣轉(zhuǎn)換。呼吸中樞的節(jié)律性活動(dòng)是怎樣產(chǎn)生的，目前仍是一個(gè)尚未闡明的問題。有兩種可一是由起搏細(xì)胞引起的自動(dòng)節(jié)律性活動(dòng)，但在脊椎動(dòng)物中目前尚無法證明；二是由局部神經(jīng)元回路的正負(fù)反饋所控制，目前有幾種假說，尚待深入研究黑-伯二氏反射黑伯二氏反射又叫肺牽張反射,現(xiàn)是由EHering和J.Bren

8、er在1866年發(fā)的。這個(gè)反射有兩個(gè)組成部分：1秒Bft.t肺萎縮A，訓(xùn)MM!吸氣厘米輟1向肺內(nèi)吹氣使肺膨脹，引起膈肌收縮的抑制，呼吸停止在呼氣的位置2從肺內(nèi)抽氣使肺萎縮，引起膈肌的強(qiáng)烈收縮，出現(xiàn)深吸氣（見圖）。在肺擴(kuò)張時(shí)刺激了氣管平滑肌中的牽張感受器，沖動(dòng)由迷走神經(jīng)傳入延髓，抑制吸氣神經(jīng)元，切斷吸氣，弓I起被動(dòng)呼氣。呼氣，特別是深呼氣時(shí)肺萎縮，對(duì)牽張感受器的刺激減弱，傳入沖動(dòng)減少，解除了對(duì)吸氣機(jī)制的抑制，吸氣神經(jīng)元興奮，引起吸氣。這個(gè)反射可能提供了呼吸自找調(diào)節(jié)的機(jī)制。切除迷走神經(jīng)后呼吸變得緩慢而深沉，就是由于失去了這類牽張反射的負(fù)反饋機(jī)制所引起的。2L在不同的動(dòng)物中肺牽張反射的作用不同，現(xiàn)在

9、知道兔的最強(qiáng)，人的最弱。人在正常平靜呼吸時(shí)肺牽張反射不起作用，但嬰兒出生的最初幾天存在這一反射。黒T白二氏反射上圖：肺吹脹和萎縮君呼吸的影響點(diǎn)線表示氣昔內(nèi)的壓力，實(shí)線表示膈的運(yùn)動(dòng).下圖：肺充氣時(shí)，迷走神經(jīng)單根纖醴的動(dòng)作電位用1兀毫升空氣在人處吹賬貓肺從g點(diǎn)開始保持恒定的肺容秩，在亡點(diǎn)突然戢氣呼吸的化學(xué)調(diào)節(jié)20世紀(jì)初，Haldanc學(xué)派在呼吸的化學(xué)調(diào)節(jié)方面做了許多工作，發(fā)現(xiàn)呼吸氣體成分的變化與血液成分的改變對(duì)呼吸有重要的影響，特別是二氧化碳的作用尤為顯著。讓受試者對(duì)著氣囊反復(fù)呼吸一定量的空氣，其中二氧化碳逐漸增加，氧逐漸減少。當(dāng)二氧化碳增加到3%，氧減少到17%時(shí)，呼吸明顯增強(qiáng)；當(dāng)二氧化碳增到5

10、.6%，氧減少到14.8%時(shí)，呼吸非常顯著地增強(qiáng)，甚至到達(dá)不可忍受的程度。如果用鈉石灰把呼吸排出的二氧化碳吸收，二氧化碳為零，只有氧的減少。在這種情況下，氧要減少到10%以下才能引起呼吸明顯的變化。如果呼吸氣體中氧的成分高于大氣中氧的成分，二氧化碳增多時(shí)也會(huì)出現(xiàn)顯著的呼吸增強(qiáng)（見圖）。fSS!Wt健康人入呼空氣中二碳濃度，逐漸升訓(xùn)的反應(yīng)以及氧農(nóng)度逐箭昭耐的反應(yīng)毎分鐘呼吸量h（升”分ItCQz12345678910%Os131&H,121066420從這些實(shí)驗(yàn)刖看出、呼吸的增強(qiáng)幾乎完全是由于二氧化碳的增加。相反，單純的缺氧并不引起呼吸困難的先兆，但可能由于缺氧而突然引起昏迷。肺泡氣中二氧化碳分區(qū)

11、是很穩(wěn)定的，如稍有增加，呼吸就會(huì)顯著加強(qiáng)。對(duì)于健康的人，肺泡氣中二氧化碳分區(qū)每改變I毫米汞柱就會(huì)引起通氣量平均25升每分鐘的改變。如肺泡氣內(nèi)二氧化碳分壓增加約5毫米汞柱，則呼吸活動(dòng)增加100%。肺泡氣內(nèi)二氧化碳分壓低于正常水平會(huì)引起呼吸暫停。二氧化碳是怎樣影響呼吸活動(dòng)的呢？1927年HeymanS父子用含有豐富二氧化碳的血液灌注狗的孤離的肺循環(huán)，沒有發(fā)現(xiàn)呼吸的變化。但灌注孤離的左心室和主動(dòng)脈弓，或灌注孤離的頸動(dòng)脈體，呼吸就會(huì)增強(qiáng)。在頸動(dòng)脈體和主動(dòng)脈體中有化學(xué)感受器，能感受血液中氧、二氧化碳和氫離子濃度的變化，反射性地引起呼吸活動(dòng)的改變。不過頸動(dòng)脈體和主動(dòng)脈體中的化學(xué)感受器只對(duì)含大量二氧化碳的血

12、液發(fā)生反應(yīng)，對(duì)小得多的血液二氧化碳含量的生理性變化不起反應(yīng)，不會(huì)由于肺泡氣中二氧化碳分壓僅僅升高5毫米汞柱就引起通氣量增加一倍的反應(yīng)。既然血液中二氧化碳含量的生理性變化不能刺激外周化學(xué)感受器，那必然是刺激了中樞神經(jīng)系統(tǒng)的某些區(qū)域。I960年Mitchell等人確定貓、狗的這種中樞化學(xué)感受器位于延髓腹表面，靠近第叫一幻對(duì)腦神經(jīng)發(fā)出處（見圖）。VI腦橋延蘇面的中樞優(yōu)學(xué)磁器在這個(gè)區(qū)域，局部施加氫離子、二氧化碳、ACh或煙堿可在幾秒內(nèi)刺激呼吸活動(dòng)，而局部冷卻或麻醉很快就會(huì)使呼吸下降。由于血液與腦細(xì)胞之間存在血腦屏障，脂溶性物質(zhì)，如呼吸氣體、麻醉劑可以自由通過而離子不易通過。因此，在正常情況下，中樞化學(xué)

13、感受器細(xì)胞周圍的細(xì)胞外液的酸度變化只能由流經(jīng)腦的血液中二氧化碳分壓改變所引起。血液中二氧化碳分壓升高，二氧化碳穿過血腦屏障進(jìn)入中樞化學(xué)感受器細(xì)胞，在細(xì)胞內(nèi)水合成碳酸，再離解成氫離子和碳酸氫根，使細(xì)胞內(nèi)氫離子濃度升高，刺激中樞化學(xué)感受器細(xì)胞（見圖）。r毛細(xì)血昔ISMS中樞化學(xué)感受器將傳入沖動(dòng)輸送到呼吸中樞，引起呼吸活動(dòng)增加。二氧化碳是中樞化學(xué)感受器正常的興奮劑，血液中二氧化碳分壓過低就不能通過中樞比學(xué)感受器興奮呼吸中樞，導(dǎo)致呼吸暫停，然而待久吸入高濃度的二氧化碳（3%）也會(huì)引起呼吸中樞麻痹。氫離子對(duì)呼吸的調(diào)節(jié)也有作用。從靜脈快速注射酸性溶液引起過度通氣，而注射氫氧化鈉溶液則引起通氣降低。通氣對(duì)氫

14、離子濃度的變化不如對(duì)二氧化碳分壓的變化敏感。pH值要降低00501才能引起通氣明顯的反應(yīng)（見圖一20）。對(duì)孤離的頸動(dòng)脈體灌注酸性溶液，反射性地增加呼吸，但pH值減低01才有效。切斷動(dòng)物外周化學(xué)感受器的神經(jīng)支配后注射酸性溶液仍然引起通氣增加，這說明中樞的某些部位可能對(duì)氫離子敏感。由于血液中氫離子濃度的變化不容易影響中樞化學(xué)感受器周圍的腦脊液，氫離子可能是直接刺激呼吸中樞而引起相應(yīng)的變化。缺氧對(duì)中樞化學(xué)感受器沒有影響，但用低氧血灌注孤離的頸動(dòng)脈體導(dǎo)致通氣增加。Biscoe等曾仔細(xì)地研究了頸動(dòng)脈體單根傳入神經(jīng)纖維在不同的動(dòng)脈血氧分壓時(shí)沖動(dòng)發(fā)放的情況（見圖）。TOC o 1-5 h zVCnl*200

15、400300傳入神經(jīng)單扌盼的發(fā)啟頻率（嗣八秒）與動(dòng)脈血竄張力（毫米汞柱）的關(guān)系B表示同一束中兩很軒錐：出與匚都是單根纖維動(dòng)腿皿氧分壓當(dāng)動(dòng)脈血氧分壓由80千帕（600毫米汞柱）降到13.33千帕（100毫米汞柱,海平面的正常值）時(shí)，沖動(dòng)發(fā)放頻率才稍有增加；而動(dòng)脈血氧分壓從13.33千帕（100毫米汞柱）繼續(xù)降到4千帕（30毫米汞往）則沖動(dòng)發(fā)放頻率急劇上升?？磥眍i動(dòng)脈體化學(xué)感受器的作用在于監(jiān)視供給組織的氧量，發(fā)送給中摳神經(jīng)系統(tǒng)的信號(hào)頻率決定于動(dòng)脈血氧飽和程度。將上圖與血紅蛋白氧飽和曲線對(duì)比，可以看出它們互為鏡像（見圖）。&0-4020FAC0i=36毫米汞柱0-悒扣度芒F血毫米汞柱三種不同參數(shù)與氧分壓關(guān)系從上呂KF是：通氣量與肺iftM壓：色勵(lì)脈薛隹入神經(jīng)單彳翳此齡癖C沖動(dòng)F杪）與動(dòng)脈血氧分壓：人血紅蛋白飽和度f釣與當(dāng)動(dòng)脈血氧分壓為13.33千帕（100毫米汞柱）時(shí)，血紅蛋白氧飽和度為97.5%，化學(xué)感受器只有很少的沖動(dòng)發(fā)放；當(dāng)動(dòng)脈氧血分壓為6.7千帕（50毫米汞