Forståelse af respirationskontrol: Hjernes og kropmekabanismer

Lokaliseret kontrol

Illeveringshastigheden i hvert væv og optagelse i lungerne reguleres i stor grad på lokale niveau. Hvis et perifer væv, såsom en arm eller fod, bliver mere aktivt, falder iltniveauet mellem cellerne, og kulstofdioxid stiger. Det resulterer i mere ilt leveret til og mere kulstofdioxid fjernet fra de berørte væv. En sekundær effekt er afslappning af glat muskel i arterioler-vægge og kapillærer i området, hvilket øger blodgennemstrømningen.

Ufrivillig kontrol

I respons til sensorisk information sendt fra lungerne eller andre dele af respiratorisk trakt, kontrollerer hjerneens ufrivillige centre respiratoriske muskelaktiviteter og volumen ved at justere dybden og hyppigheden af den fysiske bevægelse af luft ind og ud af respiratorisk trakt, kendt som pulmonal ventilation.

Frivillig kontrol

Den frivillige kontrol af respiration er baseret på aktiviteter i den cerebrale cortex, der påvirker enten udgangen af respiratoriske centre i medulla og pons-sektionen af hjernen eller motoriske neuroner i rygraden.

Medulla-centre

Respirationsrytmen fastsættes af respiratoriske rytmicitetscentre i medulla, hvoraf hvert har en dorsal respiratorisk gruppe (DRG) og ventral respiratorisk gruppe (VRG). DRG, som kontrollerer midtriffsmuskelen og intercostale muskler, der bevæger ribben, fungerer i hvert respiratorisk cyklus. VRG fungerer kun under tvunget respiration. Det grundlæggende mønster af respiration afspejler en cyklisk interaktion mellem DRG og VRG, som antages at blive etableret af pacemaker-celler, der spontant gennemgår rytmiske aktivitetsmønstre.

Eksterne faktorer

Åndehastigheden kan øges af centralnervøse stimulanter, såsom amfetaminer eller koffein, eller nedsættes af depressiva, såsom barbiturater eller opioider.

Pons-centre

De apneustiske og pneumotaktiske centre i pons er par af kerner, der justerer udgangen af respiratoriske rytmiske centre i respons til sensoriske stimuli eller input fra andre centre. Under rolig respiration hjælper stimulation fra apneustiske centre med at øge intensiteten af indånding over de følgende to sekunder, hvorefter (under normale omstændigheder) signaler fra pneumotaktiske centre hæmmer denne aktivitet. Under tvunget respiration svarer apneustiske centre også til sensorisk input fra vagusnerven angående lungeopblæsning. Centre i hypothalamus og cerebrum i hjernen kan ændre åndehastighed og dybde via pneumotaktiske centre.

Respiratoriske reflexer

Respiratoriske centeraktiviteter modificeres af sensorisk information fra specielle neuroner, kendt som kemoreceptorer, som er følsomme over for kulstofdioxid, ilt og pH (syre/base) niveauer; ændringer i blodtryk i aorta eller karotis-sinuser; lungevolumenændringer; fysiske eller kemiske irritanter i næsehulen, larynx eller bronkialt træ eller andre sansninger såsom smerte eller ændringer i kropstemperatur.