Respirația, reglarea

definiție

reglarea respirației este rezultatul unei interacțiuni complexe care implică un sistem de senzori, un centru de control respirator și un sistem efector pentru a-și îndeplini comenzile către mușchii și organele implicate în respirație.

descriere

în organism, celulele își obțin energia prin combinarea oxigenului cu diverși nutrienți, producând dioxid de carbon ca produs rezidual. Astfel, au nevoie de un aport constant de oxigen și, de asemenea, trebuie să elimine dioxidul de carbon. Acest lucru se realizează prin respirație, cunoscută și sub numele de respirație sau ventilație, termeni folosiți de fiziologi pentru a însemna inhalarea și expirarea aerului.

respirația este inițiată spontan în sistemul nervos central și este efectuată de sistemul respirator al organismului. Scopul general al acestui sistem este de a permite organismului să inhaleze aerul care conține oxigen și să expire dioxidul de carbon dăunător produs de reacțiile metabolice.

aerul conține 21% oxigen ca gaz component. Aerul este inhalat în corp prin gură și nas. Apoi călătorește pe lângă gât și caseta vocală (laringe), prin trahee (trahee), care se împarte în două pasaje principale de aer care duc la plămânii din dreapta și din stânga . Cele două pasaje se împart din nou în plămâni în ramuri mai mici (bronhii) care se separă în altele și mai mici (bronhiole sau conducte alveolare) la fel ca un copac ramifică afară. Aceste pasaje de aer conțin mici pungi de aer la capetele lor numite alveole. Există aproximativ 150 de milioane de Alveole în plămânii umani. Au pereți foarte subțiri care eliberează oxigenul în sânge , primind în schimb dioxidul de carbon, care este apoi expirat din plămâni pe aceeași cale care duce înapoi la nas și gură.

respirația este un proces automat declanșat într-o zonă complexă a creierului numită tulpina creierului, o parte a creierului care se conectează cu măduva spinării și nervii săi. Tulpina creierului conține Centrul de control respirator involuntar. Aceasta înseamnă că respirația este mai mult o activitate reflexă decât o activitate bazată pe voință, ceea ce înseamnă că se întâmplă fără a fi nevoie să ne gândim la asta sau să decidem că ar trebui să apară. Respirația este de fapt un reflex atât de puternic încât este foarte greu să oprești intenționat respirația pentru orice perioadă de timp.

funcția

Centrul de control respirator al trunchiului cerebral reglează respirația cu ajutorul nervilor, mușchilor și senzorilor speciali numiți chemoreceptori. Chemoreceptorii sunt celule specializate care pot detecta substanțele chimice din organism și pot transmite aceste informații nervilor care fac parte din sistemul nervos central pentru releu către Centrul de control respirator. În acest fel, respirația este monitorizată și ajustată constant pentru a menține pH-ul adecvat și presiunea parțială a oxigenului în sângele arterial, adică sângele care vine din inimă și care conține cele mai înalte niveluri de oxigen pentru distribuție în organism. Reglarea respirației este un mecanism de control homeostatic, ceea ce înseamnă că încearcă să mențină stabilitatea mediului intern al organismului prin mecanisme de feedback negativ. De exemplu, nivelurile ridicate de dioxid de carbon din organism declanșează automat o respirație mai rapidă și mai profundă, ceea ce la rândul său scade nivelul de dioxid de carbon prin creșterea aportului de oxigen.

Centrul de control respirator este zona centrală de control pentru respirație. Primește informații din alte părți ale corpului și produce un răspuns coordonat automat. Răspunsul este o reacție care declanșează diferitele organe și mușchi implicați în respirație și localizați în diferite părți ale corpului pentru a acționa împreună. Acesta este situat în partea inferioară a tulpinii creierului, numită medulla oblongata, o structură în formă de scoop legată de măduva spinării. Medulla conține celule nervoase speciale de respirație (neuroni). Un tip sunt neuronii inspiratori, care sunt activi în timpul inhalării și inactivi în timpul expirării. Celălalt tip sunt neuronii expiratori, care sunt activi în timpul expirării și inactivi în timpul inhalării. Aceste două grupuri de neuroni generează un ciclu automat de inhalare și expirare. Acest ciclu automat poate fi modificat sau chiar oprit temporar, în funcție de informațiile primite de centrul de control respirator dintr-o varietate de origini, cum ar fi reflexele din plămâni și căile respiratorii, informațiile de la chemoreceptori și comenzile din alte zone ale creierului.

centrele majore care furnizează informațiile solicitate de centrul de control respirator pentru reglarea respirației sunt următoarele:

• chemoreceptorii centrali. Chemoreceptorii centrali sunt localizați în partea de jos a celui de—al patrulea ventricul (regiunea trunchiului cerebral) și răspund la aciditatea—sau pH-ul-lichidului cefalorahidian (LCR), fluidul care scaldă creierul și măduva spinării. Aciditatea oricărui fluid este măsurată prin pH; această valoare este legată de numărul de ioni de hidrogen prezenți în fluid. PH – ul normal al corpului este de 7,4; valorile mai mari decât aceasta reprezintă condiții alcaline în organism, adică o cantitate mai mică de ioni de hidrogen, iar valorile pH-ului mai mici de 7,4 reprezintă condiții acide, adică o cantitate mai mare de ioni de hidrogen. Astfel, atunci când aciditatea CSF se schimbă, mesajele trimise de chemoreceptorii centrali către Centrul de control respirator au apoi un efect asupra respirației.
• chemoreceptori arteriali periferici. Există două tipuri de chemoreceptori periferici: corpurile carotide și corpurile aortice. Sunt bucăți mici de țesut care conțin chemoreceptori care răspund la cantitățile de oxigen și dioxid de carbon din sângele arterial. Corpurile carotide sunt situate acolo unde artera carotidă comună se împarte în cele două artere carotide de pe ambele părți ale gâtului. Corpurile aortice sunt situate pe aorta, cel mai mare vas de sânge al corpului, care pornește de la inimă. Informațiile din corpurile carotide sunt transportate de-a lungul celui de-al nouălea nerv cranian, iar informațiile din corpul aortic sunt transmise de-a lungul celui de-al zecelea nerv cranian către Centrul de control respirator. Se crede că informațiile din corpurile carotide afectează reglarea imediată a respirației, respirația prin respirație, de către Centrul de control respirator.
• creier. Respirația poate fi, de asemenea, voluntară, care este influențată de alte părți ale creierului, în special cortexul cerebral, partea creierului în care procesele de gândire locuiesc și sunt responsabile de acțiunea intenționată. Cu toții putem respira conștient mai profund și mai rapid (hiperventilație), ca de exemplu, înainte de a începe exercițiile grele . Emoțiile puternice pot duce, de asemenea, la hiperventilație.
• Lung. Există diferiți receptori localizați în plămâni care pot afecta și respirația. De exemplu, un tip de receptor din bronhii răspunde la substanțele inhalate iritante și provoacă tuse, respirație și strănut. Alți receptori localizați în țesuturile flexibile ale plămânului și ale peretelui toracic sunt sensibili la întindere. Rolul exact jucat de acești receptori în reglarea respirației nu este pe deplin înțeles, dar se crede că sunt responsabili pentru diferite reflexe care au fost descoperite în studiile de laborator efectuate pe animale. Acestea sunt reflexe întinse care apar atunci când plămânul și peretele toracic sunt dilatate pentru a preveni inhalarea ulterioară. De asemenea, atunci când volumul de aer este scăzut în plămâni, atunci există reflexe opuse.

după primirea informațiilor, Centrul de control respirator are nevoie de o cale pentru a-și trimite mesajele de reglementare. Acest lucru se face prin nervi speciali, numiți nervi eferenți. Ei părăsesc centrul de control respirator și trec în jos măduva spinării la diafragmă și la mușchii situați între coaste (mușchii intercostali) și la alți mușchi localizați în gât și obișnuiți să respire. Diafragma este un mușchi subțire, asemănător unei foi, situat în partea inferioară a cavității toracice sub plămâni și inimă și este cel mai important mușchi implicat în respirație. Când o persoană inhalează, diafragma se contractă și se deplasează în jos, întinzând astfel cavitatea care conține plămânii (toracele sau cavitatea toracică), în timp ce mușchii intercostali se contractă și lărgesc cavitatea toracică, ceea ce duce la umplerea aerului plămânii prin aspirație. Când o persoană expiră, diafragma și mușchii intercostali se relaxează, ceea ce scade dimensiunea cavității toracice și forțează aerul din plămâni. În timpul respirației normale, inhalarea este un proces muscular activ. Expirarea este pasivă și se bazează pe elasticitatea naturală a țesuturilor pentru a dezumfla plămânul.

rolul în sănătatea umană

respirația este o activitate esențială a corpului, necesară pentru menținerea vieții. Dacă este oprită, moartea urmează repede. Astfel, reglarea respirației este, de asemenea, esențială, ceea ce înseamnă că orice întrerupere a acestei funcții va afecta capacitatea respiratorie a organismului, cu consecințe în funcție de amploarea afectării.

boli și tulburări frecvente

dacă rata aportului de oxigen și a eliminării dioxidului de carbon nu este egalată de eliberarea primului și eliminarea celui de-al doilea, apare un dezechilibru care poate duce la anomalii respiratorii asociate cu boli grave, cum ar fi pneumonia (inflamația plămânilor), emfizemul (acumularea excesivă și anormală de aer în plămâni care rezultă din reducerea zonei membranelor pulmonare), insuficiența cardiacă, anemia (lipsa globulelor roșii din sânge, care duce la insuficiența oxigenului) și astmul (îngustarea bronhiilor). Următoarele condiții sunt rezultatul unor astfel de dezechilibre:

• hipoxie. Cunoscută și sub numele de anoxie. Înseamnă” fără oxigen ” și este folosit pentru a descrie o stare de oxigen insuficient furnizat celulelor corpului.

termeni cheie

aciditate —se referă la un compus care este acid sau acru. Când se dizolvă în apă, acizii produc ioni de hidrogen.

trunchiul cerebral —cea mai joasă parte a creierului care se conectează cu măduva spinării. Este un centru neuronal complicat, cu mai multe căi neuronale între cerebrum, măduva spinării, cerebel și funcțiile motorii și senzoriale ale capului și gâtului. Se compune din medulla oblongata, partea responsabilă de controlul cardiac și respirator, creierul mediu, care este implicat în funcțiile de bază, involuntare ale corpului și pons, de unde provin unii nervi cranieni.

bronhii —pasaje de aer în plămâni.

sistemul nervos Central (SNC) —la om, SNC constă din creier, nervii cranieni și măduva spinării.

lichidul cefalorahidian (LCR) —un lichid limpede care conține cantități mici de zahăr (glucoză) și proteine. LCR umple creierul și canalul central al măduvei spinării, iar pH-ul său normal este de 7,4. Orice modificare față de această valoare este detectată de chemoreceptori.chemoreceptori-celule specializate care pot detecta substanțe chimice în organism și transmite aceste informații către sistemul nervos central. Substanțele detectate pot fi externe, cum ar fi atunci când un individ miroase sau gustă ceva sau pot fi interne, cum ar fi oxigenul sau dioxidul de carbon prezent în sânge.

nervul cranian —la om, există 12 nervi cranieni. Acestea sunt conectate la tulpina creierului și controlează practic capul, precum și ajută la reglarea organelor cavităților toracice și abdominale.

diafragmă —mușchi subțire, asemănător foii, situat sub plămâni și inimă în partea de jos a cavității toracice și care o separă de abdomen. Diafragma este un mușchi de respirație, permite aerului să intre și să iasă din plămâni prin mișcarea în sus și în jos. Când diafragma se mișcă în jos, o persoană respiră. Când diafragma se mișcă în sus, persoana respiră.

homeostazia —stabilitatea mediului intern al organismului, realizată printr-un sistem de sisteme integrate de control activate de sistemele de feedback. De exemplu, nivelurile ridicate de dioxid de carbon din LCR declanșează o ventilație mai puternică în plămâni, care la rândul său scade nivelul de dioxid de carbon prin creșterea aportului de oxigen.

activitate involuntară —activitate care nu se află sub influența sau controlul voinței.

plămânii —pereche mare de organe respiratorii sau respiratorii situate în piept. Plămânii aduc oxigenul prezent în aerul inhalat în sânge și elimină dioxidul de carbon toxic din sânge.

Metabolism —suma tuturor proceselor fizice și biochimice care au loc în organism pentru a produce ceea ce este necesar pentru a menține viața. Aceasta include transformarea nutrienților în energie și utilizarea energiei de către organism.

chemoreceptori periferici —chemoreceptori care nu sunt localizați în tulpina creierului. Există două tipuri: corpurile aortice situate în aorta, cea mai mare arteră din corp și corpurile carotide situate în arterele carotide care trec pe ambele părți ale gâtului, transportând sânge oxigenat de la aorta la creier.

pH-o măsură a acidității unei soluții sau a concentrației sale de ioni de hidrogen. În corpul uman, soluția poate fi sângele sau CSF. PH – ul normal al fluidelor corporale este de 7,4.

Reflex-acțiune sau mișcare a corpului care este suma activității involuntare.

respirația —la om, respirația, adică inhalarea aerului care conține oxigen și expirarea aerului care conține dioxid de carbon. Se poate referi și la schimbul de oxigen și dioxid de carbon din sânge. Termenul respirație are încă un alt sens în biochimie, unde se referă la reacțiile chimice complexe care apar în organism, numite reacții de oxidare, prin care substanțele chimice transferă electroni și transformă energia în forme necesare pentru menținerea vieții.

sistemul respirator —organele care sunt implicate în respirație: nasul, gâtul, laringele, traheea, bronhiile și plămânii.

traheea —traheea, un tub din fibre și cartilaj care leagă cutia vocală (laringele) de bronhii.

ventilație —aerul care intră într-un corp care iese. Ventilația pulmonară se referă la schimbul de aer între plămâni și aerul înconjurător, iar ventilația alveolelor se referă la schimbul de oxigen și dioxid de carbon cu sângele.

• hipoxie hipoxică. Această afecțiune se caracterizează printr-o aprovizionare inadecvată cu oxigen a sângelui arterial și o presiune parțială anormal de scăzută a oxigenului în artere. Cianoza (albastrul pielii și membranelor) este un simptom major, datorită nivelurilor mai scăzute de hemoglobină, proteina care transportă oxigenul în sânge.
• hipoxie stagnantă. Aceasta este eșecul transportului de oxigen către țesuturi și se datorează unui flux sanguin lent, așa cum se poate întâmpla cu insuficiența cardiacă.
• hipoxie anemică. În hipoxia anemică, presiunea parțială a oxigenului în artere este normală, dar conținutul de oxigen al sângelui arterial este mai mic decât în mod normal.
• hipercapnie. Aceasta înseamnă un exces de dioxid de carbon.
• acidoză. Creșterea cantității de ioni de hidrogen (aciditate) în sânge și LCR, ceea ce duce la acidoză respiratorie. Apare atunci când plămânii nu se ventilează corect și are ca rezultat cantități excesive de dioxid de carbon în sânge. S-a demonstrat că corpurile carotide nefuncționale provoacă acidoză.
• alcaloză. Pierderea ionului de hidrogen în sânge și LCR, ceea ce duce la alcaloză respiratorie, ceea ce înseamnă pierderea excesivă de dioxid de carbon din organism. Un LCR alcalin inhibă centrul de control respirator.

resurse

Cărți

Adams, Francis V. tulburări respiratorii Sourcebook. Verulam Publishing Ltd, 1999.

Albert, R. K. și colab., eds. Medicină Respiratorie Cuprinzătoare. St. Louis: Mosby, 1999.Murray, J. F. Manual de Medicină Respiratorie. St. Louis: WB Saunders, Harcourt, 2000.

periodice

Zwillich, C. W. „controlul respirației în practica clinică.”Piept 117 (Ianuarie 2000):205-225.

altele

American Lung Association. 1740 Broadway New York, NY 10019. (212) 315-8700. <http://www.lungusa.org>.

Monique Laberge, Ph. D.