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呼吸的基本功能在于维持正常水平的PaO2和PaCO2以保证机体的代谢。当体内、外环境条件改变时，例如运动、温度变化时，机体可通过中枢神经系统、神经反射和体液化学变化三种途径来调整呼吸深度和频率，使代谢增强，肺通气量增大，以摄取更多的O2,排出更多的CO2,使之与代谢水平相适应。  · 一、呼吸的形式 · 自主节律呼吸：节律性呼吸(自稳态功能)受非随意系统(主要是低位脑干呼吸中枢)的控制;当血液及脑脊液中PO2及PCO2变化时，信号上行传至呼吸中枢神经元群,再通过调整呼吸运动和气体交换使PaO2及PaCO2维持在正常范围。  行为性呼吸：呼吸有关的非通气功能(行为功能)，如说话唱歌、屏气等行为在一定限度内受大脑皮层随意控制呼吸 ※清醒时呼吸调节是由自主节律性呼吸调节和行为性呼吸调节共同作用的结果，一般由非随意呼吸调节起决定作用，但行为性呼吸调节可随时发挥作用。 ※当由清醒时转为睡眠时，只依赖于自主节律呼吸调节。 ※呼吸的随意和非随意控制有时会发生冲突，引起不恰当的呼吸行为，如吞咽时吸气等。 · 二、中枢神经系统调节 · 前文提到，机体可通过中枢神经系统、神经反射和体液化学变化三种途径来调整呼吸深度和频率 ※大脑皮层：随意呼吸控制中枢。随意呼吸由皮层运动区发动，通过皮层延髓脊髓束或皮层红核脊髓束下行至脊髓。 ※延髓：节律性呼吸中枢。一般认为,呼吸的基本节律来自延髓的中枢形式发生器( central pattern generator，CPG)。 ※脑桥上部：呼吸调整中枢 ※脊髓：3-5颈段（膈肌）与胸段，高位中枢与呼吸肌中继站  · 三、 神经反射性调节· 呼吸的神经反射性调节与其他神经调节有类似的通路，即包括：感受器、传入神经、呼吸中枢、传出神经、效应器官等。 · 3.1 感受器· 感受器：在鼻、咽、喉、各级气道肺毛细血管分布着丰富的各类型的感受器，可感受局部的机械性和化学性变化。在临床上肺部机械感受器分三类即Aβ纤维相关的迷走神经牵拉受体SAR（慢牵拉受体）、RAR（快牵拉受体）以及无髓鞘C纤维。  ※SAR（慢牵拉受体）：慢适应牵拉受体分布在大气道的平滑肌，由有髓鞘的β纤维支配。肺扩张时,呼吸道管壁受到牵拉,能兴奋慢适应感受器。当向肺内充气(刺激SARs)能反射性地抑制吸气;反之，放气使肺萎陷时，可引起吸气活动加强。吸入二氧化碳、挥发性麻醉剂和速尿会影响SARs的活动性。吸入二氧化碳可通过直接作用于受体抑制它们的活性，而挥发性麻醉剂可抑制或刺激受体。 ※RAR（快牵拉受体）：位于呼吸道上皮及平滑肌内，由有髓鞘的β纤维支配，RARs 在隆突区域最密集，刺激该处常引起咳嗽反射，虽为机械性感受器，但对多种化学物质敏感，因此RARs可被大量的机械和化学刺激(尘埃颗粒、组织胺、乙醚蒸气、香烟烟雾等)、炎症和免疫介质以及气道和肺部病理改变激活。其次，相较于SAR受体，RAR对压力的急性变化更敏感，RARs的最适刺激是肺顺应性的降低，而不是跨肺压的增加。刺激RARs可引起深吸气和气道内腺体分泌。 ※无髓鞘C纤维：位于肺泡壁与支气管壁之上，其支配的感受器为化学敏感性感受器，根据其通过肺循环或支气管循环的可及性区分出两组c -纤维受体。肺c纤维末梢对缓激肽、组胺、血清素和前列腺素等类自身物质相对不敏感，而支气管c纤维末梢对包括组胺、缓激肽和前列腺素在内的多种内在化学物质敏感。肺充血是肺c纤维传感器的强力刺激源，可引起反射效应，表现为呼吸暂停，继而变浅快，并伴有心动过缓和血压下降。其次C纤维兴奋还能增加气道分泌增加、平滑肌收缩,降低随意肌张力等。  ※肌梭：肌梭也对姿势和呼吸肌表现提供反馈，即其接受肌纤维牵拉的刺激,反射性地引起呼吸运动的增强。其意义在于使机体能随呼吸肌负荷的增加而相应地加强呼吸运动。例如支气管哮喘发作、气道阻力增高、内源性PEEP导致呼吸肌负荷增加，经本体感受器传入的冲动也随之增加，继而使呼吸运动增强，潮气量增加，以保持通气量不至于下降或增加。膈肌肌梭数量较少，肋间肌中少许存在，数量依次为:肋间外肌外侧部>肋间内肌肋间部>肋间内肌胸骨部。  · 3.2 其他组成部分 · 传入神经：主要为迷走神经，交感传入纤维受刺激产生反应较为微弱，相关功能仍不明确。 呼吸效应器：吸气肌或呼气肌(影响肺通气)、气管平滑肌(影响气道阻力)、肺血管平滑肌(影响肺血流)、呼吸道腺体(影响气道腺体分泌)。 · 3.3 呼吸器官的反射活动· 喷嚏反射：人在清醒时，鼻黏膜或外耳道受到刺激时，能引起喷嚏反射。其传入冲动通过三叉神经进人延髓中枢，先引起深吸气动作，然后声门紧闭肺内压升高，爆发呼气,高速气流经鼻腔喷射而出，将刺激物排出体外。 咳嗽反射：喉、气管和支气管的黏膜下有丰富的感觉神经末梢，机械性刺激(粉尘、 异物、分泌物)和化学性刺激(组织胺、氨、乙酰胆碱、CO2 )能引起这些感觉神经末梢兴奋，发生咳嗽反射。 深吸气→闭声门→吸气肌快速放松,腹肌强烈收缩→肺内压骤增（可达1000mmHg）→然后声门突然开放→产生965km/h气流并排出呼吸道内的异物或分泌物。  肺牵张反射:肺扩张或缩小而引起的呼吸频率和潮气量的反射性变化，主要作用在于协助终止吸气，吸气不致过深、过长;或者呼气过深和肺泡塌陷。 · 四、化学性调节· 化学感受器监测血液和脑脊髓液中的氧分压和二氧化碳分压。按其存在部位，可分为中枢性和周围性两大类。 ※中枢性化学感受器在延髓表面的腹外侧，对CO2敏感。 ※周围化学感受器主要包括颈动脉体和主动脉体，主要感受低氧刺激,对CO2和H+也有较高的敏感性。 · 4.1 中枢化学感受器· 位置：位于延髓的腹外侧表面，结构特殊,神经胶质呈海绵状,神经元密集，并有血管分支穿插其间,交织成网。血管周围包绕着大量轴突和树突，形成兴奋型和抑制型突触联系。 在星形胶质细胞中，增加的HCO3-水平可以激活电中性Na+/HCO3-共转运蛋白引起 Na+内流，进而激活星形胶质细胞Na+/Ca2+交换剂体，细胞内 Ca2+的增加触发ATP释放。附近神经元上的嘌呤能受体被ATP激活，导致神经元兴奋。  · 4.2 周围化学感受器· 包括颈动脉体与主动脉体，颈动脉体位于颈总动脉分叉处，由颈内或颈外动脉发出的小球动脉供血，其感觉传入纤维在窦神经中,经舌咽神经上行。 ※主动脉体位于主动脉弓，由冠状动脉的分支供血，其传入纤维在迷走神经。 ※两者均投射到延髓的孤束核和疑核。 ※低PO2、高PCO2与高动脉血[H+]均为外周化学感受器的适宜制激。  · 4.3 化学感受器的刺激· CO2分压:在健康人,PaCO2的变化是兴奋呼吸中枢的主要因素,主要通过延髓的中枢化学感受器(其对CO2分压的变化非常敏感,PaCO2升高2mmHg，就会出现通气反应增强)以及外周化学感受器间接影响呼吸中枢的（敏感性要低得多,PaCO2升高10mHg,才会出现通气增强反应）两条途经实现呼吸调节。 中枢化学感受器兴奋作用远超外周化学感受器作用，前者大约占80%，后者仅占20%。 即使这样外周化学感受器的作用仍是必不可少的: ①当PaCO2突然增加时，因血液循环和局部扩散的限制,中枢化学感受器反应较慢,外周化学感受器可能起主要作用。 ②中枢化学感受器受抑制时,外周化学感受器起主要作用。PaCO2变化兴奋呼吸中枢的作用有一定的限度，当PaCO2明显升高则产生抑制作用，产生CO2麻醉。 高CO2/低PH→[H+]↑→NA+/H+交换↑→[Na+]↑→Na+/Ca2+交换↓→[Ca2+]→神经递质释放 PH或H+:中枢化学感受器对pH(或H )的变化的敏感性也比对外周化学感受器的敏感性高得多,约为25倍。脑脊液中H+是中枢化学感受器最有效的刺激物,但由于血-脑脊液屏障的作用，血液中的H+进人脑脊液的速度非常缓慢,从而限制了其对中枢化学感受器的作用。因此脑脊液局部发生代谢性碱中毒或酸中毒时,代偿的速度非常缓慢。 O2分压：PO2完全是通过影响外周化学感受器影响呼吸中枢的兴奋性,其对呼吸中枢的直接作用是抑制性的。O2分压对呼吸中枢兴奋性的影响微乎其微PaO2下降至80mmHg以下时,中枢才可出现微弱的通气反应的增加:下降至60mmHg以下时,才可出现通气反应的明显增加。 低氧→O2感受器→外向K+电流↓→去极化（NA+/Ca2+通道开放）→[Ca2+↓]↑→神经递质释放 · 参考文献 · [1]朱蕾.临床呼吸生理学[M].北京：人民卫生出版社，2008.227-241 [2]Krohn F, Novello M, van der Giessen RS, De Zeeuw CI, Pel JJM, Bosman LWJ. The integrated brain network that controls respiration. Elife. 2023;12:e83654. Published 2023 Mar 8. doi:10.7554/eLife.83654 [3]Spinelli E, Mauri T, Beitler JR, Pesenti A, Brodie D. Respiratory drive in the acute respiratory distress syndrome: pathophysiology, monitoring, and therapeutic interventions. Intensive Care Med. 2020;46(4):606-618. doi:10.1007/s00134-020-05942-6 [4]Mularski RA, Reinke LF, Carrieri-Kohlman V, et al. An official American Thoracic Society workshop report: assessment and palliative management of dyspnea crisis. Ann Am Thorac Soc. 2013;10(5):S98-S106. doi:10.1513/AnnalsATS.201306-169ST [5]Tipton MJ, Harper A, Paton JFR, Costello JT. The human ventilatory response to stress: rate or depth?. J Physiol. 2017;595(17):5729-5752. doi:10.1113/JP274596 |
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