Trung tâm hô hấp: điều hòa chức năng hô hấp

2021-08-22 03:00 PM

Các trung tâm hô hấp bao gồm các nhóm tế bào thần kinh nằm song song hai bên ở hành tủy và cầu não của thân não. Nó được chia thành ba nhóm noron chính.

Biên tập viên: Trần Tiến Phong

Đánh giá: Trần Trà My, Trần Phương Phương

Hệ thống thần kinh bình thường điều chỉnh tốc độ thông khí ở phổi gần như thích hợp với nhu cầu của cơ thể làm cho phân áp oxy (PO2) và phân áp carbondioxide (PCO2) trong máu động mạch hầu như không thay đổi, ngay cả khi tập thể dục nặng và hầu hết các trường hợp stress hô hấp. Chương này mô tả các chức năng của hệ thống thần kinh điều hòa hô hấp.

Các trung tâm hô hấp bao gồm các nhóm tế bào thần kinh nằm song song hai bên ở hành tủy và cầu não của thân não. Nó được chia thành ba nhóm noron chính: (1) a nhóm hô hấp lưng, nằm ở phần lưng của hành não, nó có chức năng chính gây hít vào; (2) a nhóm hô hấp bụng, nằm ở phần bụng của hành não, có chức năng chủ yếu gây thở ra; và (3) trung tâm điều chỉnh thở, nằm ở phần lưng trong phần trên của cầu não, chức năng chủ yếu là kiểm soát nhịp và độ sâu của hoạt động thở.

Tổ chức của trung tâm hô hấp

Hình. Tổ chức của trung tâm hô hấp.

Neuron hô hấp lưng điều hòa nhịp hít vào và nhịp hô hấp

Nhóm neuron hô hấp lưng đóng vai trò chủ yếu trong điều hòa hô hấp và nó trải dài hầu hết chiều dài hành não. Hầu hết các neuron nằm trong nhân bó đơn độc (NTS), ngoài ra các neurons khác trong chất lưới của hành não cũng đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa hô hấp. Nhân bó đơn độc (NTS) là tận cùng cảm giác của cả dây thần kính phế vị và dây thần kinh thiệt hầu, nó truyền tín hiệu cảm giác vào trung tâm hô hấp từ (1) các thụ thể hóa học ngoại vi, (2) thụ thể nhận cảm áp suất, và (3) một số loại thụ thể trong phổi.

Nhịp hít vào nhịp nhàng được điều hòa bởi nhóm hô hấp lưng. Các nhịp hô hấp cơ bản được tạo ra chủ yếu bởi nhóm hô hấp lưng.Ngay cả khi tất cả các dây thần kinh ngoại biên đi vào hành não bị cắt và thân não bị chia thành vùng trên và dưới hành, nhóm neuron này vẫn phát nhịp điệu nhịp nhàng điện thế hoạt động ở thì hít vào. Nguyên nhân cơ bản gây ra sự phát nhịp nhịp nhàng chưa được làm rõ. Ở động vật nguyên thủy, mạng neuron đã được tìm thấy , trong đó hoạt động của một nhóm tế bào thần kinh kích thích một bộ phận thứ hai, và bộ phận thứ hai lại quay lại ức chế bộ phận đầu tiên. Do đó, sau mỗi chu kỳ, cơ chế tự động này lặp đi lặp lại liên tục trong suốt cuộc đời của con vật. Hầu hết các nhà sinh lý học hô hấp tin rằng một số mạng neuron tồn tại trong cơ thể con người, nằm hoàn toàn bên trong hành não; nó có thể liên quan đến không chỉ nhóm hô hấp lưng mà còn có thể là các khu vực xung quanh hành não, và nó chịu trách nhiệm về điều hòa nhịp hô hấp cơ bản.

Tín hiệu thở tăng từ từ. Các tín hiệu thần kinh được truyền tới các cơ hít bào, chủ yếu là cơ hoành, không phải là sự tăng nhanh tức thời của các điện thế hoạt động. Thay vào đó, nó bắt đầu một cách yếu và tăng từ từ trong khoảng 2s trong khi hô hấp bình thường. Sau đó nó ngừng trong khoảng 3s tiếp theo làm dừng kích thích vào cơ hoành và cho phép lực đàn hồi của phổi và thành ngực gây ra hiện tượng thở ra. Tiếp thoe, các tín hiệu hít vào lại bắt đầu chu kỳ khác; chu trình này cứ lặp đi lặp lại với hiện tượng thở ra xen giữa các chu trình. Do đó, các tín hiệu hít vào được gọi là tín hiệu từ từ (ramp signal). Ưu điểm của việc tăng từ từ là nó làm tăng ổn định thể tích phổi trong khi hít thở, hơn là thở hổn hển.

Hai hệ quả của cơ chế điều hòa thở từ từ là:

1. Điều hòa tốc độ tăng tín hiệu từ từ trong hô hấp mạnh, sự tăng từ từ nhanh và do đó làm đầy phổi nhanh chóng.

2. Kiểm soát điểm giới hạn đỉnh khi tăng để dừng lại, nó là phương pháp để kiểm soát tốc độ hô hấp; đó là, điểm giới hạn thấp hơn, ngắn hơn so với thời gian hít vào. Cách này cũng giúp rút ngắn thời gian thở ra. Do đó, tần số hô hấp tăng lên.

Trung tâm điều chỉnh thời gian hít vào và tăng tần số hô hấp

Một trung tâm hô hấp (pneumotaxic center), nằm ở phần lưng của nhân parabrachialis ở phần trên của cầu não, nó truyền tín hiệu đến trung tâm hít vào. Tác dụng chính của trung tâm này là để kiểm soát điểm dừng “switch-off” của đoạn tăng cường độ hít vào, do đó kiểm soát thời gian của pha hít vào của chu kỳ phổi. Khi tín hiệu của trung tâm điều chỉnh thở mạnh, thì hít vào có thể kéo dài ít nhất là 0,5s, do đó làm đầy phổi chỉ trong thời gian ngắn; khi tín hiệu của trung tâm này yếu, thì hít vào có thể kéo dài đến 5s hoặc hơn, do đó làm đầy phổi với một lượng khí rất lớn.

Trung tâm điều chỉnh thở có chức năng chủ yếu là ức chế trung tâm hít vào, ngoài ra có tác dụng thứ hai trong việc làm tăng tốc độ thở, do khi ức chế hít vào cũng làm cho thì thở ra ngắn hơn và toàn bộ thời gian của mỗi chu kỳ hô hấp cũng ngắn hơn. Một tín hiệu của trung tâm điều chỉnh thở mạnh có thể làm tăng tốc độ thở lên đến 30-40 nhịp/phút, trong khi một tín hiệu của trung tâm điều hòa thở yếu có thể làm giảm tốc độ xuống còn 3-5 nhịp/phút.

Nhóm neuron bụng điều khiển cả thì hít vào và thở ra

Nằm ở mỗi bên của hành não, cách khoảng 5 mm phía trước và bên hơn so với nhóm neuron hô hấp lưng, là nhóm neurons hô hấp bụng, được tìm thấy ở nhân nucleus ambiguus rostrally và nhân nucleus ret-roambiguus caudally. Chức năng của nhóm neuron hô hấp này khác với nhóm hô hấp lưng ở nhiều điểm:

1. Các neuron thần kinh của nhóm hô hấp bụng gần như hoàn toàn không hoạt động trong khi hít thở bình thường. Do đó, hít thở bình thường được tạo ra sự giãn đàn hồi của phổi và lồng ngực.

2. Nhóm neurons hô hấp bụng không tham gia trong điều hòa nhịp thở cơ bản.

3. Khi thông khí của phổi tăng lớn hơn bình thường, tín hiệu được truyền đến nhóm hô hấp bụng từ cơ chế dao động cơ bản của nhóm hô hấp lưng. Như một hệ quả, nhóm hô hấp bụng góp phần giúp hoạt động thở ra dễ dàng hơn.

4. Kích thích điện tới một vài neuron ở nhóm hô hấp bụng gây hít vào, trong khi sự kích thích các neuron khác gây thở ra. Do đó, các neuron đóng góp trong cả thì hít bào và thở ra. Chúng đặc biệt quan trọng trong việc phát các tín hiệu thở ra mạnh tới các cơ bụng trong khi thở ra rất mạnh. Như vậy, nhóm neuron này hoạt động nhiều hay ít như là một cơ chế khi nhu cầu đòi hỏi thông khí cao, đặc biệt khi tập thể dục nặng.

Bài viết cùng chuyên mục

Điện thế từ một khối hợp bào của cơ tim khử cực: di chuyển dòng điện quanh tim trong suốt chu kỳ tim

Ngay sau khi một vùng hợp bào tim trở thành phân cực, điện tích âm bị rò rỉ ra bên ngoài của các sợi cơ khử cực, làm cho một phần của mặt ngoài mang điện âm.

Nguyên nhân tử vong sau khi tắc mạch vành cấp tính

Khi tim trở nên không có khả năng tạo đủ lực để bơm đủ máu ra nhánh động mạch, suy tim và các mô ngoại vi hoại tử xảy ra sau đó như là kết quả của thiếu máu ngoại vi.

Trạm thần kinh: sự dẫn truyền và xử lý các tín hiệu

Hệ thần kinh trung ương bao gồm hàng nghìn đến hàng triệu trạm thần kinh; một số trạm chứa vài nơ-ron, trong khi những trạm khác chứa số lượng nơ-ron lớn.

Một số tác dụng của cortisol ngoài chuyển hóa và chống viêm và stress

Cortisol làm giảm số lượng bạch cầu ái toan và tế bào lympho trong máu; tác dụng này bắt đầu trong vòng vài phút sau khi tiêm cortisol và rõ ràng trong vòng vài giờ.

Hiệu suất hoạt động trong suốt sự co cơ

Năng lượng cần thiết để thực hiện hoạt động được bắt nguồn từ các phản ứng hóa học trong các tế bào cơ trong khi co, như mô tả trong các phần sau.

Vùng dưới đồi: cơ quan đầu não của hệ limbic

Vùng dưới đồi, mặc dù kích thước nhỏ, chỉ vài cm (nặng khoảng 4 gram),  nhưng có 2 đường truyền tới tất cả cấu trúc của hệ limbic. Vùng dưới đồi và cấu trúc phụ liên quan gửi xung động đi ra theo 3 đường.

Điện thế tai trong: phản ánh nồng độ cao kali và nồng độ thấp natri

Điện thế được duy trì liên tục giữa nội dịch và ngoại dịch, với bản dương bên trong và bản âm bên ngoài thang giữa. Nó được gọi là điện thế tai trong.

Cơ chế bài tiết cơ bản của tế bào tuyến đường tiêu hóa

Mặc dù tất cả cơ chế bài tiết cơ bản được thực hiện bởi các tế bào tuyến đến nay vẫn chưa được biết, nhưng những bằng chứng kinh nghiệm chỉ ra những nguyên lý bài tiết trình bày bên dưới.

Sự điều hòa bài tiết pepsinogen ở dạ dày

Tốc độ bài tiết pepsinogen - tiền chất của pepsin gây nên sự tiêu hóa protein - bị ảnh hưởng rất mạnh bởi lượng acid có mặt trong dạ dày. Ở những bệnh nhân mất khả năng bài tiết lượng acid cơ bản.

Hệ thần kinh trung ương: so sánh với máy tính

Trong các máy tính đơn giản, các tín hiệu đầu ra được điều khiển trực tiếp bởi các tín hiệu đầu vào, hoạt động theo cách tương tự như phản xạ đơn giản của tủy sống.

Một số yếu tố yếu tố ảnh hưởng tới hô hấp

Trong môt thời gian ngắn, hô hấp có thể được điều khiển một cách tự động làm tăng hoặc giảm thông khí do rối loạn nghiêm trọng về PCO2, pH, và PO2 có thể xảy ra trong máu.

Chức năng hành vi của vùng dưới đồi và cấu trúc liên kết với hệ limbic

Cùng với chức năng thực vật và nội tiết, sự kích thích hay thương tổn vùng dưới đồi cũng gây ảnh hưởng lớn đến hành vi cảm xúc của động vật và con người. Một số ảnh hưởng  hành vi do sự kích thích vùng dưới đồi.

Ba chuyển đạo lưỡng cực chi: các chuyển đạo điện tâm đồ

Một “chuyển đạo” không phải là một dây dẫn duy nhất kết nối từ cơ thể nhưng một sự kết hợp của hai dây dẫn và các điện cực của chúng tạo ra một mạch hoàn chỉnh giữa cơ thể và máy ghi điện tim.

Điện thế nghỉ của sợi thần kinh

Đặc điểm chức năng của bơm Na +-K + và của các kênh rò rỉ K +. ADP, adenosine diphosphate; ATP, adenosine triphosphate.

Phosphate vô cơ ở dịch ngoại bào

Giá trị trung bình của tổng số lương phosphate đươc đưa ra khoảng 4 mg/dl, thay đổi giữa giá trị bình thường là 3 đến 4 mg/dl người lớn and 4 đến 5 mg/dl ở trẻ nhỏ.

Ảnh hưởng của insulin lên chuyển hóa carbohydrat

Tác dụng của insulin trong việc tăng cường nồng độ glucose bên trong tế bào cơ, trong trường hợp không có insulin, nồng độ glucose nội bào vẫn gần bằng không, mặc dù nồng độ glucose ngoại bào cao.

TSH của thùy trước tuyến yên được điều hòa bởi TRH từ vùng dưới đồi

Sự bài tiết TSH của thùy trước tuyến yên được kiểm soát bởi hormon vùng dưới đồi, thyrotropin releasing hormone, được bài tiết từ tận cùng thần kinh ở vùng lồi giữa vùng dưới đồi.

Thể tích hô hấp trong một phút

Thể tích hô hấp mỗi phút trung bình 6lit/phút. Một người có thể sống với giai đoạn ngắn nhất là thể tích hô hấp mỗi phút thấp khoảng 1,5lit/phút và tốc độ hô hấp chỉ khoảng 2-4 nhịp/ phút.

Cơ tâm thất của tim: sự dẫn truyền xung động

Các cơ tim bao phủ xung quanh tim trong một xoắn kép, có vách ngăn sợi giữa các lớp xoắn; do đó, xung động tim không nhất thiết phải đi trực tiếp ra ngoài về phía bề mặt của tim.

Ảnh hưởng của gia tốc tuyến tính lên cơ thể

Vấn đề cũng xẩy ra trong quá trình giảm tốc, khi tàu không gian trở vào khí quyển. Một người di chuyển ở Mach 1 (tốc độ âm thanh và của máy bay nhanh) có thể giảm tốc an toàn trong khoảng cách tầm 0.12 dặm.

Tác dụng của corticoid lên chuyển hóa chất béo

Tăng huy động chất béo do cortisol giúp hệ thống chuyển hóa của tế bào sử dụng glucose từ sử dụng acid béo để sinh năng lượng trong khi đói hoăc các căng thẳng khác.

Sinh lý nhóm máu

Trên màng hồng cầu người, người ta đã tìm ra khoảng 30 kháng nguyên thường gặp và hàng trăm kháng nguyên hiếm gặp khác. Hầu hết những kháng nguyên là yếu, chỉ được dùng để nghiên cứu di truyền gen và quan hệ huyết thống.

Dẫn truyền tín hiệu cường độ đau trong bó thần kinh: tổng hợp theo không gian và thời gian

Các mức khác nhau của cường độ có thể được truyền đi hoặc bằng việc sử dụng số lượng lớn hơn các sợi dẫn truyền song song hoặc bằng việc gửi đi nhiều điện thế hoạt động hơn dọc một theo sợi thần kinh.

Hàng rào chắn lipid của màng tế bào và các protein mang trên màng tế bào

Các phân tử protein trong màng tế bào các toàn bộ các tính chất của một chất vận chuyển. Cấu trúc phân tử của chúng làm gián đoạn tính liên tục của màng bào tương, tạo sự thay đổi cấu trúc vượt qua màng tế bào.

Cấu trúc hóa học và sự chuyển hóa của các hormone

Cấu trúc hóa học và sự chuyển hóa của các hormone protein và polypeptide, các steroid, dẫn xuất của amino acid tyrosin.