呼吸運動的調(diào)節(jié)(呼吸中樞,呼吸節(jié)律形成,反射性調(diào)節(jié),化學因素,周期性呼吸)

　�。ǘ�)呼吸節(jié)律形成的假說

　　呼吸節(jié)律是怎樣產(chǎn)生的，尚未完全闡明，已提出多種假說，當前最為流行的是局部神經(jīng)元回路反饋控制假說。

　　中樞神經(jīng)系統(tǒng)里有許多神經(jīng)元沒有長突起向遠處投射，只有短突起在某一部位內(nèi)形成局部神經(jīng)元回路聯(lián)系�；芈穬�(nèi)可經(jīng)正反饋聯(lián)系募集更多神經(jīng)元興奮，以延長興奮時間或加強興奮活動；也可以負反饋聯(lián)系，以限制其活動時間或終止其活動。平靜呼吸時，由于吸氣是主動的，所以許多學者更多地是去研究吸氣中如何發(fā)生的，又如何轉(zhuǎn)變?yōu)楹魵獾�。有人提出中樞吸氣活動發(fā)生器和吸氣切斷機制（inspiratory off-switch mechanism)的看法，認為在延髓有一個中樞吸氣活動發(fā)生器，引發(fā)吸氣神經(jīng)元呈斜坡樣漸增性放電，產(chǎn)生吸氣；還有一個吸氣切斷機制，使吸氣切斷而發(fā)生呼氣。在中樞吸氣活動發(fā)生器作用下，吸氣神經(jīng)元興奮，其興奮傳至①脊髓吸氣肌運動神經(jīng)元，引起吸氣，肺擴張；②腦橋臂旁內(nèi)側(cè)核，加強其活動；③吸氣切斷機制，使之興奮。吸氣切斷機制接受來自吸氣神經(jīng)元，腦橋背旁內(nèi)側(cè)核，和肺牽張感覺器的沖動。隨著吸氣相的進行，來自這三方面的沖動均逐漸增強，在吸氣切斷機制總合達到閾值時，吸氣切斷機制興奮，發(fā)出沖動到中樞吸氣活動發(fā)生器或吸氣神經(jīng)元，以負反饋形式終止其活動，吸氣停止，轉(zhuǎn)為呼氣（圖5-18)。切斷迷走神經(jīng)或毀損腦橋臂旁內(nèi)側(cè)核或兩者，吸氣切斷機制達到閾值所需時間延長，吸氣因面延長，呼吸變慢。因此，凡可影響中樞吸氣活動發(fā)生器、吸氣切斷機制閾值或達到閾值所需時間的因素，都可影響呼吸過程和節(jié)律。

　　關(guān)于呼氣如何轉(zhuǎn)入吸氣，呼吸加強時呼氣又如何成為主動的，目前了解料少。

圖5-18 呼吸節(jié)律形成機制簡化模式圖

+：表示興奮 -：表示抑制

　　二、呼吸的反射性調(diào)節(jié)

　　呼吸節(jié)律雖然產(chǎn)生于腦，但其活動可受來自呼吸器官本身以及骨骼肌、其它器官系統(tǒng)感覺器‘傳入沖動的反射性調(diào)節(jié)，下述其中的一些重要反射

　�。ㄒ�)肺牽張反射

　　1868年Breuer和Hering發(fā)現(xiàn)，在麻醉動物肺充氣或肺擴張，則抑制吸氣；肺放氣或肺縮小，則引起吸氣。切斷迷走神經(jīng)，上述反應(yīng)消失，所以是反射性反應(yīng)。由肺擴張或肺縮小引起的吸氣抑制或興奮的反射為黑-伯反射（Hering-Breuer reflex)或肺牽張反射。它有兩種成分：肺擴張反射和肺縮小反射。

　　1．肺擴張反射 是肺充氣或擴張時抑制吸氣的反射。感覺器位于從氣管到細支氣管的平滑肌中，是牽張感受器，閾值低，適應(yīng)慢。當肺擴張牽拉呼吸道，使之也擴張時，感覺器興奮，沖動經(jīng)迷走神經(jīng)走神經(jīng)粗纖維傳入延髓。在延髓內(nèi)通過一定的神經(jīng)聯(lián)系使吸氣切斷機制興奮，切斷吸氣，轉(zhuǎn)入呼氣。這樣便加速了吸氣和呼氣的交替，使呼吸頻率增加。所以切斷迷走神經(jīng)后，吸氣延長、加深，呼吸變得深而慢。

　　有人比較了8種動物的肺擴張反射，發(fā)現(xiàn)有種屬差異，兔的最強，人的最弱。在人體，當潮氣量增加至800ml以上時，才能引起肺擴張反射，可能是由于人體肺擴張反射的中樞閾值較高所致。所以，平靜呼吸時，肺擴張反射不參與人的呼吸調(diào)節(jié)。但在初生嬰兒，存在這一反射，大約在出生4-5天后，反射就顯著減弱。病理情況下，肺順應(yīng)性降低，肺擴張時使氣道擴張較大，刺激較強，可以引起該反射，使呼吸變淺變快。

　　2．肺縮小反射 是肺縮小時引起吸氣的反射。感受器同樣位于氣道平滑肌內(nèi)，但其性質(zhì)尚不十分清楚。肺縮小反向在較強的縮肺時才出現(xiàn)，它在平靜呼吸調(diào)節(jié)中意義不大，但對阻止呼氣過深和肺不張等可能起一定作用。

　�。ǘ�)呼吸肌本體感受性反射

　　肌梭和腱器官是骨骼肌的本體感受器，它們所引起的反射為本體感受性反射。如肌梭受到牽張刺激時可以反射性地引起受刺激肌梭所在肌的收縮，為牽張反射，屬本體感受性反射（參見第十章第四節(jié))。呼吸肌也有牽張反射的主要依據(jù)是：在麻醉貓，切斷雙側(cè)迷走神經(jīng)，頸7橫斷脊髓，牽拉膈肌，膈肌肌電活動嗇；切斷動物的胸脊神經(jīng)背根，呼吸運動減弱；人類為治病需要曾做類似手術(shù)，術(shù)后相應(yīng)呼吸肌的活動發(fā)生可恢復(fù)的或可部分恢復(fù)的減弱。說明呼吸肌本體感受性反射參與正常呼吸運動的調(diào)節(jié)，在呼吸肌負荷改變時將發(fā)揮更大的作用。但是，這些依據(jù)不是無懈可擊的。因為背根切斷術(shù)不僅切斷了本本感受器的傳入纖維，也切斷了所有經(jīng)背根傳入的其它感受器的傳入纖維。近來的研究表明來自呼吸肌其它感受器的傳入沖動也可反射性地影響呼吸。因此，對呼吸肌本體感受性反射應(yīng)做更深更深入細致的研究，如研究分別興奮不同感受器或傳入纖維時對呼吸的效應(yīng)。

　�。ㄈ�)防御性呼吸反射

　　在整個呼吸道都存在著感受器，它們是分布在粘膜上皮的迷走傳入神經(jīng)末梢，受到機械或化學刺激時，引起防御性呼吸反射，以清除激惹物，避免其進入肺泡。

　　1．咳嗽反射 是常見的重要防御反射。它的感受器位于喉、氣管和支氣管的粘膜。大支氣管以上部位的感受器對機械刺激敏感，二級支氣管以下部位的對化學刺激敏感。傳入沖動經(jīng)迷走神經(jīng)傳入延髓，觸發(fā)一系列協(xié)調(diào)的反射反應(yīng)，引起咳嗽反射。

　　咳嗽時，先是短促或深吸氣，接著聲門緊閉，呼氣肌強烈收縮，肺內(nèi)壓和胸膜腔內(nèi)壓急速上升，然后聲門突然打開，由于氣壓差極大，氣體更以極高的速度從肺內(nèi)沖出，將呼吸道內(nèi)異物或分泌物排出。劇烈咳嗽時，因胸膜腔內(nèi)壓顯著升高，可阻礙靜脈因流，使靜脈壓和腦脊液壓升高。

　　2．噴嚏反射 是和咳嗽類似的反射，不同的是：刺激作用于鼻粘膜感受器，傳入神經(jīng)是三叉神經(jīng)，反射效應(yīng)是腭垂下降，舌壓向軟腭，而不是聲門關(guān)閉，呼出氣主要從鼻腔噴出，以清除鼻腔中的刺激物。

　�。ㄋ�)肺毛細血管旁（J-)感受器引起的呼吸反射

　　J-感受器位于肺泡毛細血管旁，在肺毛細血管充血、肺泡壁間質(zhì)積液時受到刺激，沖動經(jīng)迷走神經(jīng)無髓C纖維傳入延髓，引起反射性呼吸暫停，繼以淺快呼吸，血壓降低，心率減慢。J-感受器在呼吸調(diào)節(jié)中的作用尚不清楚，可能與運動時呼吸加快作肺充血、肺水腫時的急促呼吸有關(guān)。

　�。ㄎ�)某些穴位刺激的呼吸效應(yīng)

　　針刺人中窕可以急救全麻手術(shù)過程中出現(xiàn)的呼吸停止。針刺動物人中可以使膈肌呼吸運動增強，電刺激家兔人中對膈神經(jīng)和管髓呼吸神經(jīng)元電活動有特異性影響。有人觀察到在麻醉意外事件發(fā)生呼吸暫停時，刺激素可以興奮呼吸。穴位的呼吸效應(yīng)及其機制值得探討。

　�。�六)血壓對呼吸的影響

　　血壓大幅度變化時可以反射性地影響呼吸，血壓升高，呼吸減弱減慢；血壓降低，呼吸加強加快。

　　三、化學因素對呼吸的調(diào)節(jié)

　　化學因素對呼吸的調(diào)節(jié)也是一種呼吸的反射性調(diào)節(jié)，化學因素是指動脈血或腦脊液中的O₂、CO₂和H⁺。機體通過呼吸調(diào)節(jié)血液中的O₂、CO₂和H⁺的水平，動脈血中O₂、CO₂和H⁺水平的變化又通過化學感受器調(diào)節(jié)著呼吸，如此形成的控制環(huán)維持著內(nèi)環(huán)境這些因素的相對穩(wěn)定。

　�。ㄒ�)化學感受器

　　化學感覺器是拂曉春適宜刺激化學物質(zhì)的感受器。參與呼吸調(diào)節(jié)的化學感受器因其所在部位的不同，分為外周化學感受器和中樞化學感受器。

　　1．外周化學感受器 頸動脈體和主動脈體是調(diào)節(jié)呼吸和循環(huán)的重要外周化學感受器。在動脈血PO₂降低、PCO₂或H⁺濃度（[H⁺])升主時受到刺激，沖動經(jīng)竇神經(jīng)和迷走神經(jīng)傳入延髓，反射性地引起呼吸加深加快和血液循環(huán)的變化。雖然頸、主動脈體兩者都參與呼吸和循環(huán)的調(diào)節(jié)，但是頸動脈體主要調(diào)節(jié)呼吸，而主動脈體在循環(huán)調(diào)節(jié)方面較為重要。由于頸動脈體的有利的解剖位置，所以，對外周化學感受器的研究主要集中在頸動脈體。

　　頸動脈體含Ⅰ型細胞（球細胞)和Ⅱ型細胞（鞘細胞)，它們周圍包繞以毛細血管竇。血液供應(yīng)十分豐富。Ⅰ型細胞呈球形，有大量囊泡，內(nèi)含遞質(zhì)，如乙酰膽堿、兒茶酚胺、某些神經(jīng)活性肽等。Ⅱ型細胞數(shù)量較少，沒有囊泡。Ⅱ型細胞包繞著Ⅰ型細胞、神經(jīng)纖維和神經(jīng)末梢，功能上類似神經(jīng)膠質(zhì)細胞，與頸動脈體其它成分之間沒有特化的接觸。竇神經(jīng)的傳入纖維末梢分支穿插于Ⅰ、Ⅱ型細胞之間，與Ⅰ型細胞形成特化接觸，包括單向突觸、交互突觸、縫隙邊接等（圖5-19)，傳入神經(jīng)末梢可以是突觸前和（或)突觸后成分。交互突觸構(gòu)成Ⅰ型細胞與傳入神經(jīng)之間的一種反饋環(huán)路，借釋放遞質(zhì)調(diào)節(jié)化學感受器的敏感性。此外，頸動脈體還有傳出神經(jīng)支配，借調(diào)節(jié)血流和化學感受器以改變化學感受器的活動。

　　用游離的頸動脈體，記錄其傳入神經(jīng)單纖維的動作，觀察改變灌流液成分時動作頻率的變化，可以了解頸動脈體所感受的刺激的性質(zhì)以及刺激與反應(yīng)之間的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)當灌流液PO₂下降，PCO₂或[H⁺]升高時，傳入沖動增加。如果保持灌流血液的PO₂正常的13.3kPa(100mlHg)，僅減少血流量，傳入沖動也增加。困為血流量下降時，頸動脈體從單位血液中攝取的O₂量相對增加，細胞外液 PO₂因供O₂少于耗 O₂而下降。但在貧血或CO中毒時，血 O₂含量雖然下降，但PO₂正常，只需血流量充分，化學感受器傳入沖動并不增加，所以化學感受器所感受的刺激是PO₂，而不是動脈血O₂含量，而且是感受器所處環(huán)境的PO₂。從實驗中還可看出上述三種刺激對化學感受器有相互增強的作用。兩種刺激同進作用時比單一刺激的效應(yīng)強。這種協(xié)同作用有重要意義，因為機體發(fā)生循環(huán)或呼吸衰竭時，總是PCO₂升高和PO₂降低同進存在，它們的協(xié)同作用加強了對化學感受器的刺激，從而促進了代償性呼吸增強的反應(yīng)。

圖5-19 頸動脈體組織結(jié)構(gòu)示意圖
圖中未顯示Ⅱ細胞

　　目前認為，Ⅰ型細胞起著化學感受器的作用。當它們受到刺激時，細胞漿內(nèi)[Ca²⁺]升高。觸發(fā)遞質(zhì)釋放，引起傳入神經(jīng)纖維興奮。PO₂降低與 PCO₂或[H⁺]升高引起細胞內(nèi)[Ca²⁺]升高機制不同。PO₂降低可抑制細胞 K⁺通道的開放，K⁺外流減少，細胞膜去極化，從而促使電壓依從性Ca²⁺通道開放，Ca²⁺進入細胞。而PCO₂或[H⁺]升高時，進入細胞內(nèi)的H⁺增多，激活了細胞的Na⁺-H⁺交換機制，Na⁺進入細胞，使細胞內(nèi)[Na⁺]長高，繼而使細胞的Na⁺-Ca²⁺交換機制活動嗇，Na⁺出細胞，Ca²⁺進細胞內(nèi)，引起細胞漿內(nèi)[Ca²⁺]升高。還有資料表明，少部分胞漿內(nèi)Ca²⁺可能來自細胞內(nèi)的Ca²⁺貯器。

　　2．中樞化學感受器 摘除動物外周化學感受器或切斷其傳入神經(jīng)后，吸入CO₂仍能加強通氣。改變腦脊液CO₂和H⁺濃度也能刺激呼吸。過去認為這是CO₂直接刺激呼吸中樞所致年代以來，用改變腦表面灌流液成分和pH、局部冷阻斷、電凝固損傷、電刺激、記錄神經(jīng)元電活動、離體腦組織塊的電生理研究等方法在多種動物做了大量實驗，結(jié)果表明在延髓有一個不同于呼吸中樞，但可影響呼吸的化學感受器，稱為中樞化學感受器，以另于外周化學感受器。

　　中樞化學感受器 位于延髓腹外側(cè)淺表部位，左右對稱，可以分為頭、中、尾三個區(qū)（圖5-20A)。頭端和尾端區(qū)都有化學感受性，中間區(qū)不具有化學感受性，不過，局部阻滯或損傷中間區(qū)后，可以使動物通氣量降低，并使頭端、尾端區(qū) 受刺激時的通氣反應(yīng)消失，提示中間區(qū)可能是端區(qū)和尾 端區(qū)傳入沖動向腦干呼吸中樞投射的中繼站。應(yīng)用膽堿能激動劑和拮抗劑的研究結(jié)果表明，在中樞化學感受器傳遞環(huán)節(jié)中可能有膽堿能機制參與。

圖5-20 中樞化學感受器

A示延髓腹外側(cè)的三個化學敏感區(qū) B示血液或

腦脊液PCO₂升高時，刺激呼吸的中樞機制

　　中樞化學感受器的生理刺激是腦脊液和局部細胞外液的H⁺。因為如果保持人工腦脊液的pH不變，用含高濃度CO₂的人工腦脊液灌流腦室時所引起的通氣增強反應(yīng)消失，可見有效刺激不是CO₂本身，而是CO₂所引起的[H⁺]的增加。在體內(nèi)，血液中的CO₂能迅速通過血腦屏障，使化學感受器周圍液體中的[H⁺]升高，從而刺激中樞化學感受器，再引起呼吸中樞的興奮（圖5-20B)�？墒�，腦脊液中碳酸酶含量很少，CO₂與水的水合反應(yīng)很慢，所以對CO₂的反應(yīng)有一定的時間延遲。血液中的H⁺不易以通過血液屏障，故血液pH的變化對中樞化學感受器的直接作用不大，也較緩慢。

　　中樞化學感受器與外周化學感受器不同，它不感受缺O(jiān)₂的刺激，但對CO₂的敏感性比外周的主，反應(yīng)潛伏期較長。中樞化學感受器的作用可能是調(diào)節(jié)腦脊液的[H⁺]，使中樞神經(jīng)系統(tǒng)有一穩(wěn)定的pH環(huán)境，而外周化學感受器的作用主要是在機體低O₂時，維持對呼吸的驅(qū)動。

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