Роль дыхательного центра в регуляции дыхания

К сожалению, до настоящего времени остаются неизвестными точная локализация и механизм действия дыхательного центра головного мозга. К наиболее вероятным участкам расположения нейронов, контролирующих дыхание, относят ядро одиночного пути ствола мозга (nucleus tractus solitarius), а также двойное ядро (nucleus ambiguus). Кроме того, в продолговатом мозге выявлена еще одна область нейронов (pre-Botzinger complex), которая отвечает за ритм дыхания. Тем не менее природа центрального регулятора ритма дыхания до сих пор остается неясной.

Вполне возможно, что дыхательный центр представляет собой группу нейронов, формирующих временную сеть либо группу эндогенных (условных) излучателей импульсов. В первом случае дыхательные нейроны не имеют индивидуальных отличий, позволяющих им изменять трансмембранный потенциал с четкой периодичностью во времени. Понятно, что такие нейроны не похожи на клетки синусового узла сердца. Синаптическое взаимодействие нейронов, образующих сеть, будет способствовать формированию общего периодического потенциала, который и играет главную роль в стимуляции дыхательной мускулатуры.

Во втором случае клетки дыхательного центра будут напоминать по функции кардиомиоциты синусового узла, вызывающие эндогенные потенциалы даже в отсутствие плотного контакта со своим окружением. Вариант условных излучателей импульсов связан с такой функцией нейронов, когда стимуляторами их деятельности служат особые химические вещества — нейротрансмиттеры. В любом случае колебания потенциалов из нейронов ствола мозга распространяются по мотонейронам диафрагмального нерва к диафрагме и другим дыхательным мышцам, обеспечивающим газообмен альвеол.

В настоящее время остается загадкой, каким образом импульсы из дыхательного центра распределяются по большому числу дыхательных мышц, чтобы обеспечить адекватный газообмен с наименьшим энергопотреблением. При некоторых патологических состояниях происходит нарушение синхронизации работы диафрагмы и мышц грудной клетки, что снижает эффективность газообмена в альвеолах.

Значимость афферентной импульсации в инициации и изменении характера дыхания. Каждое мгновение огромное число импульсов из периферических рецепторов оцениваются в дыхательном центре ствола головного мозга. Показатели интенсивности растяжения ткани, температуры и газового состава вдыхаемого воздуха анализируются хемо- и механорецепторами гортани и верхних дыхательных путей. Информацию в дыхательный центр ствола мозга передает верхний гортанный нерв и блуждающий нерв (X пара черепных нервов).

дыхательный центр

Последние объединяются на уровне узловатых ганглиев. Изменение напряжение углекислого газа и кислорода крови регистрируют аортальные и каротидные тельца, которые передают соответствующую информацию с помощью синокаротидного нерва (нерв Геринга, ветвь языкоглоточного нерва). Температурные изменения и метаболические нарушения регистрируют рецепторы кожи и слизистых оболочек, а также нейроны гипоталамуса, передавая импульсы в ствол мозга по центральным и спи-нальным трактам.

В настоящее время доказано, что в качестве рецепторов дыхательного центра выступает не только периферическая нервная система. Так, рецепторы углекислого газа расположены также на вентральной поверхности продолговатого мозга, а информация об эмоциях и настроении человека, влияющая на дыхание, исходит от лимбической системы (миндалевидное тело, гиппокамп) и высших нервных центров.

В экспериментальных исследованиях было показано, что афферентная импульсация из периферической и центральной нервной системы не является обязательным фактором активности дыхательного центра. Выделение комплекса ствол мозга — спинной мозг из организма животного сопровождалось ритмической импульсацией диафрагмального нерва на протяжении нескольких часов. В другом исследовании in vivo при одновременном блокировании нескольких рецепторных систем сохранялся врожденный ритм дыхания. Вместе с тем все опыты in vivo и in vitro продемонстрировали, что торможение афферентной импульсации под действием изменения концентрации углекислого газа и кислорода в периферической крови сопровождалось замедлением врожденного ритма дыхания. Таким образом, показано, что периферические термо-, хемо- и механорецепторы в комплексе с афферентными нервными путями обладают регуляторным влиянием на дыхательный центр ствола мозга.

Доказано, что чувствительность к афферентным стимулам у новорожденных выражена более значительно, а кашлевой рефлекс угнетает дыхание. Аспирация и стимуляция гортанных рецепторов У недоношенных детей, которые не способны к сильному кашлю, особенно в условиях анемии, гипогликемии или глубокого сна, могут привести к тяжелым, угрожающим жизни осложнениям. Иерархическая система интеграции инфорцации и выработки стимулов в дыхательном центре ствола мозга. Дыхательные мышцы поммо собственно дыхания выполняют ряд разнообразных функций. К примеру, диафрагма и некоторые мышцы передней брюшной стенки принимают участие при кашле и натуживании.

При других условиях деятельность дыхательной мускулатуры может в значительной степени тормозиться. Так, в процессе разговора чувствительность дыхательного центра к гиперкапнии существенно снижается. Кроме того, ограничение активности дыхательной мускулатуры и снижение парциального давления кислорода в крови отмечают у детей раннего возраста при кормлении их грудью или из бутылочки. Таким образом, в зависимости от условий окружающей среды дыхательный центр способен инги-бировать или, напротив, активизировать внешние стимулы. Нейронная сеть ствола головного мозга обладает иерархической структурой и регулирует активность дыхательной системы в зависимости от условий окружающей среды.

Качественные изменения сознания существенно влияют на реактивность дыхательного центра по отношению к афферентным стимулам. Например, тормозное влияние коры на активность тройничного нерва менее выражено в фазу медленного сна по сравнению с фазой быстрого сна или бодрствованием. Таким образом, максимальное воздействие тройничного нерва на дыхание происходит именно в фазу медленного сна. Кроме того, чувствительность дыхательного центра к афферентным стимулам зависит от возраста ребенка и степени зрелости структур мозга в целом.

Теорию иерархичной системы дыхательного центра подтверждает тот факт, что ряд афферентных импульсов заметно влияет на дыхание, в то время как другие стимулы могут в этом не участвовать. Некоторые экспериментальные исследования показали, что стимуляция гортанного нерва оказывает мгновенное выраженное воздействие на дыхательный центр, приводя к мощному торможению дыхания в течение нескольких миллисекунд. Указанный рефлекс сохраняется даже в условиях общей анестезии, когда влияние коры на ствол головного мозга в значительной степени ограничено. Данное обстоятельство важно учитывать у детей с частыми приступами апноэ, поскольку общая анестезия или введение седативных средств могут провоцировать и отягощать эти приступы.

- Рекомендуем далее ознакомиться со статьей "Созревание дыхательных мышц ребенка"

Оглавление темы "Патофизиология дыхательной системы":
  1. Легкие после рождения ребенка. Система обратной регуляции дыхания
  2. Роль дыхательного центра в регуляции дыхания
  3. Созревание дыхательных мышц ребенка
  4. Реактивность дыхательных систем у детей и взрослых
  5. Апноэ и обструкция верхних дыхательных путей у детей
  6. Дыхательная недостаточность у детей. Угнетение дыхания
  7. Работа дыхательной мускулатуры. Энергетическая потребность дыхания
  8. Эластические свойства легких и грудной клетки. Рестрективные нарушения дыхания
  9. Резистивные свойства дыхательной системы. Обструктивные заболевания легких
  10. ФВД. Реактивность дыхательной системы при заболеваниях

Ждем ваших вопросов и рекомендаций: