CHAPTER4 UNIT VII Điều hòa hô hấp k H i ệt r T R U N G T Â M H Ô H Ấ P C N N h N h vùng hành, nhóm neuron phát nhịp điệu nhịp nhàng điện hoạt động hít vào Nguyên nhân gây phát nhịp nhịp nhàng chưa làm rõ Ở động vật nguyên thủy, mạng neuron tìm thấy , hoạt động nhóm tế bào thần kinh kích thích phận thứ hai, phận thứ hai lại quay lại ức chế phận Do đó, sau chu kỳ, chế tự động lặp lặp lại liên tục suốt đời vật Hầu hết nhà sinh lý học hô hấp tin số mạng neuron tồn thể người, nằm hoàn toàn bên hành não; liên quan đến không nhóm hô hấp lưng mà khu vực xung quanh hành não, chịu trách nhiệm điều hòa nhịp hô hấp Tín hiệu thở tăng từ từ.  Các tín hiệu thần kinh truyền tới hít bào, chủ yếu hoành, tăng nhanh tức thời điện hoạt động Thay vào đó, bắt đầu cách yếu tăng từ từ khoảng 2s hô 539 hấp bình thường Sau ngừng khoảng 3s làm dừng kích thích vào hoành cho phép lực đàn hồi phổi thành ngực gây tượng thở Tiếp thoe, tín hiệu hít vào lại bắt đầu chu kỳ khác; chu trình lặp lặp lại với tượng thở xen chu trình Do đó, tín hiệu hít vào gọi tín hiệu từ từ (ramp signal) Ưu điểm việc tăng từ từ làm tăng ổn định thể tích phổi hít thở, thở hổn hển Hai hệ chế điều hòa thở từ từ là: Điều hòa tốc độ tăng tín hiệu từ từ hô hấp mạnh, tăng từ từ nhanh làm đầy phổi nhanh chóng Kiểm soát điểm giới hạn đỉnh tăng để dừng lại, phương pháp để kiểm soát tốc độ hô hấp; là, điểm giới hạn thấp hơn, ngắn so với thời gian hít vào Cách giúp rút ngắn thời gian thở Do đó, tần số hô hấp tăng lên Unit VII Respiration Pneumotaxic Não thất IV center Inhibits ? Apneustic center Nhóm hô hấp lưng (Hít vào) Ventral respiratory group (expiration and inspiration) Respiratory Vagus and motor pathways glossopharyngeal Hình 42-1 Tổ chức trung tâm hô hấp MỘT TRUNG TÂM ĐIỀU CHỈNH THỞ GIỚI HẠN THỜI GIAN HÍT VÀO VÀ TĂNG TỐC ĐỘ THỞ Một trung tâm hô hấp (pneumotaxic center), nằm phần lưng nhân parabrachialis phần cầu não, truyền tín hiệu đến trung tâm hít vào Tác dụng trung tâm để kiểm soát điểm dừng “switch-off” đoạn tăng cường độ hít vào, kiểm soát thời gian pha hít vào chu kỳ phổi Khi tín hiệu trung tâm điều chỉnh thở mạnh, hít vào kéo dài 0,5s, làm đầy phổi thời gian ngắn; tín hiệu trung tâm yếu, hít vào kéo dài đến 5s hơn, làm đầy phổi với lượng khí lớn Trung tâm điều chỉnh thở có chức chủ yếu ức chế trung tâm hít vào, có tác dụng thứ hai việc làm tăng tốc độ thở, ức chế hít vào làm cho thở ngắn toàn thời gian chu kỳ hô hấp ngắn Một tín hiệu trung tâm điều chỉnh thở mạnh làm tăng tốc độ thở lên đến 30-40 nhịp/phút, tín hiệu trung tâm điều hòa thở yếu làm giảm tốc độ xuống 3-5 nhịp/phút NHÓM NEURON HÔ HẤP BỤNG – CÓ CHỨC NĂNG TRONG CẢ THÌ HÍT VÀO VÀ THỞ RA Nằm bên hành não, cách khoảng mm phía trước bên so với nhóm neuron hô hấp lưng, nhóm neurons hô hấp bụng, tìm thấy nhân nucleus ambiguus rostrally nhân nucleus retroambiguus caudally Chức nhóm neuron hô hấp khác với nhóm hô hấp lưng nhiều điểm: Các neuron thần kinh nhóm hô hấp bụng gần hoàn toàn không hoạt động hít thở bình thường Do đó, hít thở bình thường tạo 540 giãn đàn hồi phổi lồng ngực Nhóm neurons hô hấp bụng không tham gia điều hòa nhịp thở Khi thông khí phổi tăng lớn bình thường, tín hiệu truyền đến nhóm hô hấp bụng từ chế dao động nhóm hô hấp lưng Như hệ quả, nhóm hô hấp bụng góp phần giúp hoạt động thở dễ dàng Kích thích điện tới vài neuron nhóm hô hấp bụng gây hít vào, kích thích neuron khác gây thở Do đó, neuron đóng góp hít bào thở Chúng đặc biệt quan trọng việc phát tín hiệu thở mạnh tới bụng thở mạnh Như vậy, nhóm neuron hoạt động nhiều hay cwo chế nhu cầu đòi hỏi thông khí cao, đặc biệt tập thể dục nặng tín hiệu hít vào đến từ nhóm hô hấp lưng truyền chủ yếu đến hoành động tác thở CÁC TÍN HIỆU ỨC CHẾ SỰ HÍT VÀO – PHẢN XẠ HERING-BREUER Ngoài hệ thống thần kinh điều hòa hô hấp thân não, tín hiệu thần kinh cảm giác từ phổi giúp điều hòa hô hấp Phần quan trọng nhất, nằm phần thành phế quản phế quản phổi thụ thể nhận cảm (stretch receptors) truyền tín hiệu qua dây X tới nhóm neuron hô hấp lưng phổi trở lên căng Các tín hiệu tác động đến hít vào theo tương tự tín hiệu từ trung tâm điều hòa thở; là, phổi trở lên căng, receptor nhận cảm căng bị kích hoạt chế điều hào ngược dừng hít vào thêm Cơ chế gọi phản xạ Hering-Breuer Phản xạ làm tăng tốc độ thở, giống cách mà trung tâm điều hòa thở tác dụng Ở người, phản xạ Hering-Breuer có lẽ không hoạt động dung tích sống tăng lần bình thường (>≈1.5 l/nhịp) Do đó, phản xạ chủ yếu chế bảo vệ ngăn không cho phổi căng mức thành phần quan trọng điều hòa thông khí bình thường ĐIỀU HÒA TẤT CẢ TRUNG TÂM HOẠT ĐỘNG HÔ HẤP Tính tới thời điểm này, thảo luận chế tạo tượng hít vào thở ra, cần tìm hiểu xem làm cường độ tín hiệu điều hòa làm tăng giảm thông khí theo cầu thể Ví dụ, tập thể dục nặng, tỷ lệ khí O2 CO2 Chapter 42  Regulation of Respiration tăng lên gấp 20 lần bình thường, đòi hỏi phải tăng tương ứng thông khí phổi Mục đích phần lại chương để thảo luận điều hòa thông khí thở phù hợp với nhu cầu thể Chemosensitive area ĐIỀU HÒA HÓA HỌC HÔ HẤP Mục đích cuối hô hấp để trì nồng độ thích hợp O2 CO2 ion H+ mô Do đó, hoạt động hô hấp phụ thuộc nhiều vào thay đổi nồng độ chất Nồng độ CO2 hay ion H+ cao máu tác động trực tiếp vào trung tâm hô hấp, làm tăng đáng kể lực mạnh tín hiệu vận động hít vào thở tới hô hấp Oxygen, ngược lại, ảnh hưởng trực tiếp tới trung tâm hô hấp não việc điều hòa hô hấp Thay vào đó, tác động gần hoàn toàn lên hóa thụ thể ngoại vi nằm động mạch cảnh thân động mạch chủ, hóa thụ thể truyền tín hiệu thần kinh thích hợp trung tâm hô hấp để điều hòa hô hấp ĐIỀU HÒA HÓA HỌC TRỰC TIẾP TRUNG TÂM HÓA HỌC THÔNG QUA CO2 VÀ ION H+ Khu vực nhận cảm hóa học trung tâm hô hấp nằm phần mặt bụng hành não   Chúng ta thảo luận chủ yếu khu vực trung tâm hô hấp là: nhóm neuron hô hấp lưng, nhóm neuron hô hấp bụng trung tâm điều hòa thở Người ta tin không khu vực khu vực bị ảnh hưởng trực tiếp thay đổi nồng độ CO2 hay hydrogen ion máu Thay vào đó, khu vực tế bào thần kính khác – khu vực nhận cảm hóa học, thể Hình 42-2, nằm song song hai bên, dài khoảng 0.2 mm phần phía mặt bụng hành não Khu vực nhạy cảm với thay đổi PCO2 hay nồng độ ion H+ máu, sau kích thích phần khác trung tâm hô hấp Kích thích neuron cảm ứng hóa học ion H+ kích thích Các tế bào thần kinh khu vực cảm ứng hóa học đặc biệt bị kích thích ion H+; thực tế, người ta tin ion H+ thành chất có vai trò quan trọng tác động trực tiếp tới tế bào thần kinh Tuy nhiên, ion H+ không dễ dàng qua hàng rào máu não Vì lý này, thay đổi nồng độ ion H + máu có tác dụng việc kích thích tế bào thần kinh cảm ứng hóa học thay đổi nồng Inspiratory area + H + HCO – H CO CO + H O Figure 42-2 Stimulation of the brain stem inspiratory area by signals from the chemosensitive area located bilaterally in the medulla, lying only a fraction of a millimeter beneath the ventral medullary surface Note also that hydrogen ions stimulate the chemosensitive area, but carbon dioxide in the fluid gives rise to most of the hydrogen ions nồng độ CO2 máu, CO2 cho kích thích tế bào thần kinh gián tiếp thông qua thay đổi nồng độ ion H+, giải thích đoạn CO2 kích thích vào khu vực nhận cảm hóa học Mặc dù CO2 có tác động trực tiếp việc kích thích neuron khu vực nhận cảm hóa học, song có tác động gián tiếp mạnh Nó tác động cách phản ứng với nước mô để tạo thành acid carbonic, acid phân ly thành ion H+ ion HCO3- ; ion H+ sau có kích thích trực tiếp mạnh tới hô hấp Những phản ứng thể Hình 42-2 Vậy CO2 máu có tác động mạnh việc kích thích neuron nhận cảm hóa học nồng độ H+ máu? Câu trả lời hàng rào máu não không cho ion H+ qua, CO2 qua hàng rào Do đó, PCO2 máu tăng, tăng PCO2 dịch kẽ hành não dịch não tủy Ở hai dịch trên, khí CO2 phản ứng với nước hình thành ion H+ Sau đó, ion H+ giải phóng tác động vào khu vực nhận cảm hóa học hô hấp hành não nồng độ CO2 máu tăng nhiều nồng độ H+ máu tăng Vì lý này, hoạt động trung tâm hô hấp tăng mạnh thay đổi nồng độ CO2 máu Sự giảm tác động kích thích CO sau ngày thứ đến ngày thứ 2.  Sự kích thích tới trung tâm hô hấp CO2 mạnh mẽ vài sau nồng độ CO2 máu tăng khởi phát, sau giảm dần 12 ngày tiếp theo, giảm khoảng 1/5 với tác động ban đầu 541 Unit VII Respiration Một phần sụt giảm điều chỉnh lại nồng độ ion H+ máu trở lại bình thường thận sau CO2 máu tăng khởi phát làm tăng nồng độ H + Thận điều chỉnh cách làm tăng nồng độ HCO 3- máu, liên kết với ion H + máu dịch não tủy để làm giảm nồng độ chất Nhưng quan trọng hơn, khoảng thời gian giờ, bicarbonate ions khuếch tán chậm qua hàng rào máu não trực tiếp liên kết với ion H+ tiếp xúc với neuron hô hấp, làm giảm nồng độ H+ gần giá trị bình thường Một thay đổi nồng độ CO2 máu tác động cấp tính mạnh lên điều hòa hô hấp tác động mạn tính yếu vài ngày sau Tác động PCO2 nồng độ H+ máu chủ yếu vào thông khí phế nang Hình 42-3 cho thấy tác động chủ yếu P CO pH máu thông khí phế nang Đặc biệt lưu ý gia tăng đáng kể thông khí gây tăng P CO2 giới hạn bình thường khoảng 35-75 mm Hg, chứng minh tác dụng to lớn thay đổi nồng độ CO điều hòa hô hấp Ngược lại, thay đổi hô hấp khoảng pH 7.3 - 7.5 1/10 so với CO2 11 ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG HÔ HẤP BỞI HỆ THỐNG THỤ THỂ HÓA HỌC NGOẠI VI – Vai trò O2 điều hòa hô hấp 10 Ngoài để điều hòa hoạt động hô hấp trung tâm hô hấp, chế khác Cơ chế hệ thống thụ thể hóa học ngoại vi, thể hiệ Hình 42-4 Các thụ thể hóa học thần kinh đặc biệt gọi thụ thể hóa học, nằm số khu vực bên não Chúng đặc biệt quan trọng việc phát thay đổi nồng độ O2 máu, chúng đáp ứng mức độ thấp với thay đổi nồng độ CO hydrogen ion Những thụ thể hóa học truyền tín hiệu thần kính tới trung tâm hô hấp nằm não giúp điều hòa hoạt động hô hấp P CO Normal Alveolar ventilation (Basal rate = 1) 20 30 40 50 P 7.6 Sự thay đổi nồng độ O2 có tác động trực tiếp tới trung tâm điều hòa hô hấp Sự thay đổi nồng độ O ảnh hưởng trực tiếp đến trung tâm hô hấp (mặc dù vậy, thay đổi nồng độ O2 có tác động gián tiếp, tác động thông qua cá hóa thụ thể ngoại vi, giải thích đoạn tiếp theo) Chúng ta học Chương 41 hệ thống đệm hemoglobin-oxygen cung cấp gần thích hợp lượng O2 tới mô có thay đổi PO2 phổi từ giá trị thấp khoảng 60 mm Hg lên giá trị cao khoảng 1000 mm Hg Do đó, ngoại trừ điều kiện đặc biệt, lượng O2 tới mô thích hợp cso thay đổi khác hệ thống thông khí phổi (từ giảm nhẹ ½ bình thường đến cao gấp 20 lần bình thường hơn) Cơ chế không áp dụng cho CO2 PCO2 máu mô thay đổi tỷ lệ nghịch với tỷ lệ thông khí phổi; đó, trình tiến hóa động vật làm cho CO có chức điều khiển hô hấp thay O2 Tuy nhiên trường hợp đặc biệt, mô bị thiếu O2, thể có chế đặc biệt để điều hòa hô hấp nằm thụ thể hóa học ngoại vi, bên trung tâm hô hấp não; chế đáp ứng PO giảm thấp, thường 70 mm Hg, thảo luận đoạn 7.5 7.4 7.3 60 70 CO 80 7.2 7.1 7.0 6.9 90 100 (mm Hg) pH Figure 42-3 Effects of increased arterial blood P CO2 and decreased arterial pH (increased hydrogen ion concentration) on the rate of alveolar ventilation Hầu hết thụ thể hóa học nằm thân động mạch cảnh Ngoài ra, số nằm thân động mạch chủ, thể phần Hình 42-4, số nằm số nơi khác động mạch khác vùng ngực bụng Thân động mạch cảnh nằm hai bên thuộc động mạch cảnh chung Các sợi thần kinh hướng tâm theo dây thần kinh Hering dây thần kinh thiệt hầu tới nhóm hô hấp lưng hành não Thân động mạch chủ nằm dọc theo vòng cung động mạch chủ, sợi thần kính theo dây thần kinh X, tới nhóm hô hấp lưng hành não 542 Chapter 42  Regulation of Respiration đặc biệt dao động với thay đổi PO2 khoảng từ 60 tới 30 mm Hg, giới hạn nồng độ hemoglobin bão hòa với oxy giảm nhanh Glossopharyngeal nerve Vagus nerve Carotid body Cơ chế kích hóa thụ thể thiếu O2.  Cơ chế xác việc P O2 giảm kích thích tận Aortic body Figure 42-4 Respiratory control by peripheral chemoreceptors in the carotid and aortic bodies 800 bodynerve persecond Carotid impulses 600 400 200 0 100 200 Arterial P Figure 42-5 carotid body 300 O2 400 500 thần kinh thân động mạch cảnh quai động mạch chủ chưa hoàn toàn hiểu rõ Tuy nhiên, quan có tế bào tuyến có chiều cao khác nhau, gọi tế bào glomus, chúng khớp trực tiếp gián tiếp với đầu thần kinh Nó chứng cho thấy tế bào glomus cso chức hóa thụ thể có khả kích thích cá đầu thần kinh (Hình 42-6) Những tế bào Glomus có kênh K nhạy cảm với O2, dễ bị bất hoạt PO2 máu giảm rõ rệt Sự bất hoạt làm cho tế bào bị khử cực, làm mở kênh Ca điện tăng nồng độ Ca nội bào Tăng nồng độ calcium ions kích thích tạo xung động thần kinh kích hoạt tế bào thần kinh hướng tâm gửi tín hiệu cho hệ thần kinh trung ương kích thích hô hấp Mặc dù nghiên cứu ban đầu cho dopamin acetylcholin chất dẫn truyền thần kính chính, nghiên cứu gần cho thấy tình trạng thiếu oxy, adenosine triphosphate chìa khóa kích thích tạo xung động thần kinh giải phóng tế bào glomus động mạch cảnh (mm Hg) Effect of arterial PO2 on impulse rate from the Mỗi thân thụ thể hóa học nhận tín hiệu đặc biệt dòng máu chảy qua động mạch nhỏ trực tiếp từ thân động mạch liền kề Hơn nữa, lưu lượng máu chảy qua thân động mạch này lớn, gấp 20 lần trọng lượng chúng phút Do đó, tỷ lệ phần trăm lượng O khỏi máu gần không, có nghĩa hóa thụ thể không bị kích thích, máu động mạch huyết khối, giá trị PO2 giá trị PO2 Giảm O2 động mạch kích thích thụ thể hóa học.  Khi nồng độ oxy máu động mạch giảm xuống mức bình thường, hóa thụ thể trở nên kích thích mạnh mẽ Tác động thể Hình 42-5, cho thấy tác động mức độ khác PO tới tốc độ xung thần kinh từ thân động mạch cảnh Tốc độ xung Tác động PO2 động mạch thấp tới kích thích thông khí phế nang nồng độ CO2 H+ bình thường Hình 42-7 cho thấy tác động PO2 động mạch thấp tới thông khí phế nang P CO2 nồng độ hydrogen ion giữ ổn định mức bình thường Nói cách khác Trong hình này, thông khí phế nang thay đổi tác động giảm O2 tới hóa thụ thể hoạt động Hình cho thấy tác động tới thông khí phế nang PO lớn 100 mm Hg Tuy nhiên, xuống thấp 100 mm Hg, thông khí phế nang tăng gấp PO2 giảm xuống 60 mmHg có UNIT VII Medulla Tăng nồng độ CO2 ion H+ gây kích thích hóa thụ thể.  Tăng nồng độ CO2 hay hydrogen ion kích thích hóa thụ thể theo cách gián tiếp làm tăng hoạt động hô hấp Mặc dù vậy, tác động trực tiếp hai chất tới trungn tâm hô hấp mạnh nhiều so với tác động gián tiếp chúng qua hóa thụ thể (mạnh khoảng lần) Tuy nhiên, có khác tác động ngoại vi trung tâm CO2 là: Sự kích thích cách qua hóa thụ thể ngoại vi đặc biệt quan trọng tăng nhanh CO bắt đầu tập thể dục 54 Unit VII Respiration PCO2 was kept at a constant level during the measurements of this study; pH also was kept constant Artery PO2 K + channel Ca ++ Vm Ca ++ channel ? Glomus cell K + ATP [Ca ++ ] Acetylcholine Afferent fiber To CNS Figure 42-6 Carotid body glomus cell oxygen sensing When PO2 decreases below around 60 mm Hg, potassium channels close, causing cell depolarization, opening of calcium channels, and increased cytosolic calcium ion concentration This stimulates trans-mitter release (ATP is likely the most important), which activates afferent fibers that send signals to the central nervous system (CNS) and stimulate respiration The mechanisms by which low PO2 influ-ences potassium channel activity are still unclear Vm, change in membrane voltage P 40 CO 30 Alveolar Ventilation 20 ArterialP CO ventilation (normal = 1) (mm Hg) 160 140 120 100 80 Arterial P 60 40 20 O (mm Hg) Figure 42-7 The lower curve demonstrates the effect of different levels of arterial PO2 on alveolar ventilation, showing a sixfold increase in ventilation as the PO2 decreases from the normal level of 100 mm Hg to 20 mm Hg The upper line shows that the arterial thể tăng gấp lần giá trị P O2 thấp Trong điều kiện PO2 động mạch thấp rõ ràng thông khí phế tăng mạnh Khi tình trạng thiếu oxy cho mô giá trị P O2 từ 60 tới 80 mm Hg, PCO2 hydrogen ion chịu trách nhiệm chủ yếu việc điều hòa tông khí người khỏe mạnh mực nước biển Hiện tượng thở thích nghi chịu kích thích giảm nồng độ O2 từ từ Những người leo núi nhận họ lên nút cách từ từ, khoảng thời gian vài ngày vài giờ, họ hít thở sâu chịu khí có nồng đọ O2 thấp, nhiều lần họ lên cách nhanh Hiện tượng gọi thích với khí hậu Lý thích nghi với khí hậu 2-3 ngày, trung tâm hô hấp thân não khoảng 45% nhạy cảm với thay đổi PCO hydro gen ions Do đó, tăng nồng độ CO2 thông thường làm ức chế gia tăng hô hấp không xảy ra, nồng độ O2 thấp điều khiển hệ thống hô hấp làm tăng thông khí phế nang mạnh nhiều so với trường hợp cấp tính Sự gia tăng 70% thông khí xảy sau tiếp xúc với nơi nồng độ O thấp, có vai trò quan trọng việc cung cấp thêm O2 cho người leo núi Tổng quát tác động PCO2, pH, PO2 tới thông khí phế nang Hình 42-8 cho nhìn tổng quát cách thực yếu tố hóa học thông qua PO2, PCO 2, pH tác động lên thông khí phế nang Để hiểu sơ đồ này, 60 50 P pH = 7.4 40 pH = 7.3 Alveolarventilation (L/min) 40 50 O (mm Hg) 40 50 60 100 60 30 100 20 10 0 10 20 30 40 Alveolar P CO 50 60 (mm Hg) Figure 42-8 Composite diagram showing the interrelated effects of PCO2, PO2, and pH on alveolar ventilation (Data from Cunningham DJC, Lloyd BB: The Regulation of Human Respiration Oxford: Blackwell Scientific Publications, 1963.) 544 Chapter 42  Regulation of Respiration Bây quan sát đường cong màu xanh Trong đường cong màu đỏ ghi lại pH 7.4, đường cong màu xanh đo pH 7.3 Chúng ta có hai tổ hợp đường cong thể kết hợp PCO2 PO2 lên hoạt động thở hai giá trị pH khác Tuy nhiên với tổ hợp khác đường cong thay đổi từ bên phải pHs cao tới vùng bên trái pHs thấp Vì vậy, sử dụng sơ đồ này, người ta dự đoán mức thông khí phế nang cho hầy hết trường hợp P CO2 phế nang, PO2 phế nang, pH máu động mạch CƠ CHẾ HÔ HẤP TRONG KHI LAO ĐỘNG Trong thời gian lao động nặng, O tiêu thụ khí CO2 tăng lên gấp 20 lần Tuy nhiên, người lao động khỏe mạnh minh họa Hình 42-9, thông khí phế nang thường tăng theo mức tăng trao đổi oxy Các thông số PO2, PCO2, pH giữ mức bình thường Phân tích nguyên nhân gây gia tăng thông khí trình lao động, nguyên nhân gây tăng thông khí tăng CO máu hydrogen ions, cộng với giảm O2 máu Tuy nhiên, PCO2, pH, PO2 cho thấy thay đổi đáng kể tập luyện, không giá trị số chúng trở lên bất thường đủ để kích thích hô hấp tượng quan sát lao động nặng Vậy nguyên nhân gây tăng thông khí lao động nặng? Phải có nguyên nhân dẫn đến tượng Não, truyền xung động tới vận động, cho truyền xung song song vào thân não mọt thời gian để kích thích trung tâm hô hấp Hành động tương tự với kích thích trung tâm vận mạch thân não lao động gây tăng đồng thời huyết áp động mạch Trên thực tế, người bắt đầu lao động, phần lớn tăng thông khí tăng nhanh bắt đầu tập, trước chất hóa học máu có thời gian để làm thay đổi Có khả hầu hết gia tăng hô hấp từ tín hiệu thần kinh truyền trực tiếp vào trung tâm hô hấp thời điểm mà tín hiệu tới gây co Mối tương quan yếu tố hóa học yếu tố thần kinh việc kiểm soát hô hấp lao động.  Khi người lao động, tín hiệu thần kinh trực tiếp kích thích trung tâm hô hấp để kích thích cung cấp O thêm cần thiết để tập thể dục giải phòng CO Đôi khi, tín hiệu điều khiển hô hấp thần kinh mạnh quá yếu Các yếu tố hóa học sau đóng vai trò quan trọng việc mang điều chỉnh hô hấp cuối cần thiết để giữ nồng độ O2, CO2, ion H+ chất dịch thể bình thường tốt Quá trình thể Hình 42-10; đường cong cho thất thay đổi thông khí phổi khoảng thời gian phút lao động, đường cong cho thấy thay đổi P CO2 động mạch Lưu ý tằng lúc bắt đầu tập, thông khí phế nang tăng lên nhanh không với tăng P CO2 động mạch Trong thực tế, giai tăng thông khí đủ lớn để bước đầu làm giảm PCO2 động mạch xuống thấp bình thường, thể hình Lý cho tích tự CO2 máu làm cho não bị kích thích hô hấp lúc bắt đầu lao động, gây tăng thông khí phổi chí trước 120 44 110 42 Hg) CO 60 (mm ArterialP 80 40 38 40 36 20 18 Moderate 1.0 2.0 O 3.0 4.0 Exercise 14 (L/min) exercise ventilation Severe exercise 10 consumption (L/min) Figure 42-9 Effect of exercise on oxygen consumption and ventilatory rate (From Gray JS: Pulmonary Ventilation and Its Physiological Regulation Springfield, Ill: Charles C Thomas, 1950.) Alveolar Total ventilation (L/min) 100 2 Minutes Figure 42-10 Changes in alveolar ventilation (bottom curve) and arterial PCO2 (top curve) during a 1-minute period of exercise and also after termination of exercise (Data from Bainton CR: Effect of speed vs grade and shivering on ventilation in dogs during active exercise J Appl Physiol 33:778, 1972.) UNIT VII Đầu tiên quan sát bốn đường cong màu đỏ Những đường cong ghi lại mức khác động mạch PO2 40 mm Hg, 50 mm Hg, 60 mm Hg, 100 mm Hg Với đường cong PCO2 thay đổi từ thấp đến cao Vì tổ hợp đường cong màu đỏ đại diện cho ảnh hưởng kết hợp PCO2 PO2 phế nang lên hoạt động thở 54 Unit VII Respiration Hình 42-11, có phần theo phản xạ Đó là, với giai đoạn lặp lặp lại trình lao động, não trở nên có hoạt động tốt việc cung cấp tín hiệu thích hợp cần thiết để giữ P CO2 máu mức ổn định Ngoài ra, có lý để tin tưởng vỏ não có liên quan đến phản xạ thí nghiệm chặn vỏ não gây chặn lại phản xạ 140 Exercise 120 Alveolar ventilation (L/min) 100 80 Các yếu tố khác ảnh hưởng tới hô hấp Điều khiển tự động hoạt động hô hấp.  Như 60 40 20 tại, thảo luận hệ thống điều khiển hô hấp không tự động Tuy nhiên, tất biết môt thời gian ngắn, hô hấp điều khiển cách tự động làm tăng giảm thông khí rối loạn nghiêm trọng PCO2, pH, PO2 xảy máu Resting Normal Ảnh hưởng thụ thể kích ứng đường dẫn khí.  20 30 40 Arterial P 50 60 80 100 CO (mm Hg) Figure 42-11 Approximate effect of maximum exercise in an athlete to shift the alveolar PCO2-ventilation response curve to a level much higher than normal The shift, believed to be caused by neurogenic factors, is almost exactly the right amount to maintain arterial PCO2 at the normal level of 40 mm Hg both in the resting state and during heavy exercise cần thiết Tuy nhiên, khoảng 30-40 s, lượng CO2 giải phóng vào máu từ hoạt động phù hợp với mức độ tăng thông khí, tăng P CO2 động mạch trở lại bình thường tiếp tục lao động, cuối giai đoạn phút tập thể dục Hình 42-11 tóm tắt điều hòa hô hấp lao động theo cách khác với thời gian dài Đường cong hình cho thấp tác động mực P CO2 động mạch khác tới htoong khí phế nang thể trạng thái nghỉ ngơi, tức không hoạt động Các đường cong cho thấy thay đổi gần đường cong thông khí gây kích thích thần kinh từ trung tâm hô hấp, xảy lao động nặng Các điểm ghi hai đường cong thể PCO2 động mạch đầu trạng thái nghỉ sau trạng thái lao động Lưu ý hai trường hợp PCO2 mức bình thường 40 mm Hg Nói cách khác, yếu tố thần kinh làm thay đổi đường cong lên khoảng 20 lần, thông khí phổi gần phù hợp với lượng CO2 giải phóng, giữ PCO2 mức bình thường Đường cong Hình 42-11 cho thấy lao động, P CO2 động mạch không thay đổi với giá trị bình thường 40  mmHg, có tác dụng kích thích thêm thông khí phổi giá trih PCO2 lớn 40 mm Hg làm giảm kích thích giá trị PCO2 thấp 40 mm Hg Hệ thần kinh điều khiển thông khí lai động phần đáp ứng theo phản xạ.  Nhiều thí nghiệm cho thấy khả não để làm thay đổi đường cong phản xạ lao động, thể Biểu mô khí quản, phế quản, tiểu phế quản cung cấp số tận thần kinh cảm giác gọi thụ thể kích ứng phổi bị kích thích nhiều nguyên nhân Các thụ thể gây ho hắt thảo luận Chương 40 Chúng gây co thắt phế quản người mắc bệnh hen suyễn khí phế thũng Chức “các receptor J” phổi.  Một vài tận thần kinh mô tả thành phế nang gần với mao mạch phổi nên có tên “J receptors.” Chúng bị kích thích đặc biệt mao mạch phổi bị ứ đọng máu bị phù phổi xảy điều kiện suy tim sung huyết Mặc dù vai trò chức thụ thể J không rõ ràng, song kích thích chúng gây cho người cảm giác khó thở Phù não gây suy yếu trung tâm hô hấp.  Các hoạt động trung tâm hô hấp bị suy giảm trí bất hoặt phù não cấp tính chấn động não Ví dụ, đầu bị đập vật rắn, sau mô não bị hư hỏng sưng lên, chèn vào động mạch não gây cung cấp thiếu máu não Đôi khi, suy hô hấp phù não thuyên giảm tạm thời cách tiêm tĩnh mạch dung dịch ưu trường dung dịch mannitol nồng độ cao Những giải pháp tạm thời loại bỏ chút dịch não, làm giảm áp lực nội sọ tái lập lại hô hấp vòng vài phút Thuốc gây tê.  Có lẽ nguyên nhân phổ biến bệnh suy hô hấp ngừng hô hấp liều thuốc tê ma túy Ví dụ, natri pentobarbital gây suy yếu trung tâm hô hấp đáng kể thuốc gây tê khác, chẳng hạn halothane Trong khoảng thời gian morphinr sủ dụng chất gây tê, loại thuốc sủ dụng thuốc hỗ trợ gây mê gây ức chế trung tâm hô hấp có khả gây tê vùng vỏ não Thở ngắt quãng.  Một bất thường hô hấp gọi thở ngắt quãng xảy số bệnh Người bệnh hít vào sâu khoảng thời gian ngắn sau thở nhẹ không thở khoảng thời gian tiếp theo, với chu kỳ lặp lặp lại nhiều lần Một typ thở ngắt quãng, thở CheyneStokes đặc trưng hít thở tù từ siu hô hấp xảy khoảng 40-60s, minh họa Hình 42-12 546 Chapter 42  Regulation of Respiration Depth of respiration of Respiratory respiratory neurons center excited P CO of lung blood Figure 42-12 Cheyne-Stokes breathing, showing changing PCO2 in the pulmonary blood (red line) and delayed changes in the PCO2 of the fluids of the respiratory center (blue line) Chứng ngừng thở lúc ngủ Cơ chế thở Cheyne-Stokes.  Nguyên nhân thở Cheyne-Stokes sau: Khi người hít vào sâu, làm giải phóng nhiều CO từ máu phôi đồng thời làm tăng O máu, phải vài giây trước máu phổi thay đổi vận chuyển tới não ức chế thông khí Trong thời gian này, người tiếp tục hít sâu vào vài gây Do đó, máu tới trung tâm hô hấp não, trung tâm hô hấp trở nên không đáp ứng kịp với thay đổi lớn, lúc chu kỳ ngược lại lại bắt đầy, tăng CO2 giảm O2 phế nang Một lần nữa, phải vài giây trước não đáp ứng với thay đổi Khi não không đáp ứng, người thở khó khăn chu kỳ lại lặp lại Nguyên nhân gây thở Cheyne-Stokes xảy tất người Tuy nhiên, điều kiện bình thường, chế bị kìm hãm lại, Đó là, chất lỏng máu khu vực trung tâm điều hòa hô hấp có lượng lớn chất hòa tan chất hóa học liên kết với CO O2 Vì vậy, thông thường phổi làm tăng thêm CO giảm lượng O2 phù hợp vài giây gây chu kỳ thở ngắt quãng Tuy nhiên, điều kiện khác sau, yếu tố làm giảm không hoạt động thở Cheyne-Stokes xảy ra: Khi máu vận chuyển chậm từ phổi tới não, thay đổi CO2 O2 phế nang xảy nhiều giây so với bình thường Dưới điều kiện, khí dự trữ phế nang máu phổi có lượng khí vượt quá; đó, sau vài giây tiếp theo, thở ngắt quãng trở nên nặng thở Cheyne-Stokes xảy Typ thở Cheyne-Stokes thường xảy bệnh nhân bị suy tim nặng máu chảy chậm, làm vận chuyển chậm má từ phổi tới não Trong thực tế, bệnh nhân bị suy tim mạn tính, thở Cheyne-Stokes xảy dừng khoảng vài tháng Nguyên nhận thứ hai thở Cheyne-Stokes tăng phản xạ ngược âm tính trung tâm điều hòa thở, có nghĩa thay đổi CO2 O2 máu gây thay đổi lớn hô hấp so với bình thường Ví dụ, thay tăng lên 2-3 lần so với bình thường pCO2 tăng 3mmHg tăng thông khí lên tới 1020 lần Khuynh hướng điều hòa ngược não thở ngắt quãng đủ mạnh để gây thở Cheyne-Stokes máu chảy chậm từ phổi tới não Typ thở Cheyne-Stokes xảy bệnh nhân bị tổn thương trung tâm hô Sự ngừng thở dài có nghĩa thiếu tính tự động thở Ngừng thở thường xuyên xay bình thường ngủ, số người bị ngừng thở ngủ, tần số thời gian tăng lên nhiều, ngừng thở kéo dài 10s lâu xảy khoảng 300-500 lần đêm Ngừng thở ngủ gây tắc nghẽn đường hô hấp trên, đặc biệt hầu tự phát xung dẫn truyền trung tâm thần kinh bị suy giảm Ngưng thở gây tắc nghẽn đường thở trên. Cá hầu thường giữ đoạn để mở cho phép không khí lưu thông vào phổi tự động Trong giấc ngủ, thường giãn, đường thở mở đủ phép luồng khí lưu thông Ở vài người, đường dẫn khí bị hẹp, giãn mức ngủ dây hẹp gần hoàn toàn gây chặn không khí lưu thông vào phổi Ở người ngừng thở ngủ ngáy to khó thở xảy vừa ngủ Số lần ngáy tiếng ngáy trở nên to hơn, sau bị gián đoạn khoảng thời gian im lặng dài, thời gian có ngừng thở xảy Những kỳ ngừng thở làm cho giảm đáng kể PO2 tăng PCO2, dẫn tới kích thích hô hấp Các kích thích gây sự hít vào mạnh đột ngột, kết gây tiếng mũi thở sau ngáy lặp lặp lại Các giai đonạ ngừng thở khó thở lặp lặp lại hàng trăng lần đêm, kết bị gián đoạn ngủ không sâu giấc Vì vậy, bệnh nhân ngưng thở ngủ thường có triệu chứng buồn ngủ mức vào ban ngyaf, rối loạn khác, bao gồm tăng hoạt động giao cảm, nhịp tim , phôi tăng cao huyết áp hệ thống, có nguy cao dẫn tới bệnh tim mạch Ngưng thở ngủ thường xảy người béo phì, tăng lượng mỡ mô mềm họng dây chèn ép họng Ở vài người, ngưng thở ngủ liên quan tới tắc mũi, lưỡi to, phì đại amidan haowcj hình dạng bất thường vòm miệng làm ngăn cản lưu thông không khí vào phổi Các phương pháp điều trị phổ biến tắc nghẽn ngưng thở ngủ bao gồm: (1) phẫu thuật để loại bỏ khối mỡ dư thừa mặt sau cổ họng ( thủ thuật gọi uvulopalatopharyngoplasty), loại bỏ khối amidan phì đại phẫu thuật vòm họng; tạo lỗ khí quản làm đường thông khí mới; (2) thông khí mũi với phương pháp thở áp lực dương liên tục (CPAP) UNIT VII P CO hấp não Não bị tổn thương thường tác động ngược trở lại làm dừng tín hiệu hô hấp vài dây, sau làm tăng mạnh CO2 máu Typ thở Cheyne-Stokes thường tượng ban đầu cho chết từ va chạm não Các thay đổi điển hình PCO2 phổi trung tâm hô hấp thở Cheyne-Stokes ghi lại Hình 42-12 Chú ý PCO2 thay đổi máu phổi trước thay đổi PCO2 tế bào thần kinh hô hấp Tuy nhiên, độ sâu hô hấp tương ứng với lượng P CO2 não, với PCO2 máu phổi nơi thông khí xảy 54 Unit VII Respiration Bibliography Ngừng thở ngủ xảy tín hiệu thần kinh tới hô hấp bị bỏ qua.  Ở số người chứng ngưng thở ngủ, trung tâm thần kinh truyền tín hiệu tới hô hấp bị ngừng Rối loạn gây ngừng tín hiệu thông khí ngủ bao gồm tổn thương trung tâm hô hấp bất thường hệ thống thần kinh hô hấp Bệnh nhân bị ảnh hưởng ngừng thở ngủ giảm thông khí họ tỉnh táo, họ hoàn toàn có khả tự thở bình thường Trong giấc ngủ, rối loạn hô hấp thường trở lên xấu đi, dẫn đến mức độ thường xuyên chứng ngưng thở làm giảm PO2 tăng PCO2 mức làm kích thích hô hấp Những bất thường thoáng qua hô hấp gây ngủ không sâu đặc điểm lâm sàng tương tự thấy tắc nghẽn ngưng thở ngủ Ở hầu hết bệnh nhân nguyên nhân chứng ngưng thở không rõ ràng, hô hấp không ổn định đột quỵ rối loạn khác làm cho trung tâm hô hấp não đáp ứng với kích thích ion CO hydro Bệnh nhân bị bệnh nhạy cảm dù với lượng nhỏ thuốc an thần ma túy, làm giảm đáp ứng trung tâm hô hấp với kích thích CO2 Thuốc kích thích trung tâm hô hấp hữu ích, thông khí với CPAP vào ban đềm thường trở nên cần thiết Trong số trường hợp, ngưng thở ngủ gây kết hợp chế tắc nghẽn trung ương Typ kết hợp chứng ngừng thở ngủ ước tính chiếm khoảng 15% tất trường hợp, hệ trung ương gây ngưng thở ngủ 1% tất trường hợp Nguyên nhân phổ biến chứng ngừng thở ngủ tắc nghẽn đường hô hấp Ainslie PN, Lucas SJ, Burgess KR: Breathing and sleep at high altitude Respir Physiol Neurobiol 188:233, 2013 Babb TG: Obesity: challenges to ventilatory control during exercise— a brief review Respir Physiol Neurobiol 189:364, 2013 Guyenet PG: The 2008 Carl Ludwig Lecture: retrotrapezoid nucleus, CO2 homeostasis, and breathing automaticity J Appl Physiol 105: 404, 2008 Guyenet PG, Abbott SB, Stornetta RL: The respiratory chemorecep-tion conundrum: light at the end of the tunnel? Brain Res 1511:  126, 2013 Guyenet PG, Stornetta RL, Bayliss DA: Central respiratory chemore-ception J Comp Neurol 518:3883, 2010 Hilaire G, Pasaro R: Genesis and control of the respiratory rhythm in adult mammals News Physiol Sci 18:23, 2003 Jordan AS, McSharry DG, Malhotra A: Adult obstructive sleep apnoea Lancet 383:736, 2014 Konecny T, Kara T, Somers VK: Obstructive sleep apnea and hyper-tension: an update Hypertension 63:203, 2014 Nurse CA, Piskuric NA: Signal processing at mammalian carotid body chemoreceptors Semin Cell Dev Biol 24:22, 2013 Plataki M, Sands SA, Malhotra A: Clinical consequences of altered chemoreflex control Respir Physiol Neurobiol 189:354, 2013 Prabhakar NR: Sensing hypoxia: physiology, genetics and epigenetics J Physiol 591:2245, 2013 Ramirez JM, Doi A, Garcia AJ 3rd, et al: The cellular building blocks of breathing Compr Physiol 2:2683, 2012 Romero-Corral A, Caples SM, Lopez-Jimenez F, Somers VK: Interactions between obesity and obstructive sleep apnea: implica-tions for treatment Chest 137:711, 2010 Thach BT: Some aspects of clinical relevance in the maturation of respiratory control in infants J Appl Physiol 104:1828, 2008 548 ... khoảng 40-60s, minh họa Hình 42- 12 546 Chapter 42 Regulation of Respiration Depth of respiration of Respiratory respiratory neurons center excited P CO of lung blood Figure 42- 12 Cheyne-Stokes breathing,... vòng cung động mạch chủ, sợi thần kính theo dây thần kinh X, tới nhóm hô hấp lưng hành não 542 Chapter 42 Regulation of Respiration đặc biệt dao động với thay đổi PO2 khoảng từ 60 tới 30 mm Hg,... body Figure 42- 4 Respiratory control by peripheral chemoreceptors in the carotid and aortic bodies 800 bodynerve persecond Carotid impulses 600 400 200 0 100 200 Arterial P Figure 42- 5 carotid