呼吸運(yùn)動(dòng)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(xué)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(dāng)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(zhǎng)突起向遠(yuǎn)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(zhǎng)興奮時(shí)間或加強(qiáng)興奮活動(dòng)；也可以負(fù)反饋聯(lián)系，以限制其活動(dòng)時(shí)間或終止其活動(dòng)。平靜呼吸時(shí)，由于吸氣是主動(dòng)的，所以許多學(xué)者更多地是去研究吸氣中如何發(fā)生的，又如何轉(zhuǎn)變?yōu)楹魵獾摹Ｓ腥颂岢鲋袠形鼩饣顒?dòng)發(fā)生器和吸氣切斷機(jī)制（inspiratory off-switch mechanism）的看法，認(rèn)為在延髓有一個(gè)中樞吸氣活動(dòng)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(gè)吸氣切斷機(jī)制，使吸氣切斷而發(fā)生呼氣。在中樞吸氣活動(dòng)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(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，引起吸氣，肺擴(kuò)張；②腦橋臂旁內(nèi)側(cè)核，加強(qiáng)其活動(dòng)；③吸氣切斷機(jī)制，使之興奮。吸氣切斷機(jī)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(dòng)。隨著吸氣相的進(jìn)行，來自這三方面的沖動(dòng)均逐漸增強(qiáng)，在吸氣切斷機(jī)制總合達(dá)到閾值時(shí)，吸氣切斷機(jī)制興奮，發(fā)出沖動(dòng)到中樞吸氣活動(dòng)發(fā)生器或吸氣神經(jīng)元，以負(fù)反饋形式終止其活動(dòng)，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(jī)制達(dá)到閾值所需時(shí)間延長(zhǎng)，吸氣因面延長(zhǎng)，呼吸變慢。因此，凡可影響中樞吸氣活動(dòng)發(fā)生器、吸氣切斷機(jī)制閾值或達(dá)到閾值所需時(shí)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(qiáng)時(shí)呼氣又如何成為主動(dòng)的，目前了解料少。

圖5-18 呼吸節(jié)律形成機(jī)制簡(jiǎn)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(dòng)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(dòng)的反射性調(diào)節(jié)，下述其中的一些重要反射

　　（一）肺牽張反射

　　1868年Breuer和Hering發(fā)現(xiàn)，在麻醉動(dòng)物肺充氣或肺擴(kuò)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(kuò)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(kuò)張反射和肺縮小反射。

　　1．肺擴(kuò)張反射 是肺充氣或擴(kuò)張時(shí)抑制吸氣的反射。感覺器位于從氣管到細(xì)支氣管的平滑肌中，是牽張感受器，閾值低，適應(yīng)慢。當(dāng)肺擴(kuò)張牽拉呼吸道，使之也擴(kuò)張時(shí)，感覺器興奮，沖動(dòng)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(jī)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(zhǎng)、加深，呼吸變得深而慢。

　　有人比較了8種動(dòng)物的肺擴(kuò)張反射，發(fā)現(xiàn)有種屬差異，兔的最強(qiáng)，人的最弱。在人體，當(dāng)潮氣量增加至800ml以上時(shí)，才能引起肺擴(kuò)張反射，可能是由于人體肺擴(kuò)張反射的中樞閾值較高所致。所以，平靜呼吸時(shí)，肺擴(kuò)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(kuò)張時(shí)使氣道擴(kuò)張較大，刺激較強(qiáng)，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(shí)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(qiáng)的縮肺時(shí)才出現(xiàn)，它在平靜呼吸調(diào)節(jié)中意義不大，但對(duì)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(shí)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(dòng)嗇；切斷動(dòng)物的胸脊神經(jīng)背根，呼吸運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)，在呼吸肌負(fù)荷改變時(shí)將發(fā)揮更大的作用。但是，這些依據(jù)不是無懈可擊的。因?yàn)楸掣�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(dòng)也可反射性地影響呼吸。因此，對(duì)呼吸肌本體感受性反射應(yīng)做更深更深入細(xì)致的研究，如研究分別興奮不同感受器或傳入纖維時(shí)對(duì)呼吸的效應(yīng)。

　�。ㄈ�）防御性呼吸反射

　　在整個(gè)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(jī)械或化學(xué)刺激時(shí)，引起防御性呼吸反射，以清除激惹物，避免其進(jìn)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(duì)機(jī)械刺激敏感，二級(jí)支氣管以下部位的對(duì)化學(xué)刺激敏感。傳入沖動(dòng)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(shí)，先是短促或深吸氣，接著聲門緊閉，呼氣肌強(qiáng)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(shí)，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模┓蚊�細(xì)血管旁（J-）感受器引起的呼吸反射

　　J-感受器位于肺泡毛細(xì)血管旁，在肺毛細(xì)血管充血、肺泡壁間質(zhì)積液時(shí)受到刺激，沖動(dòng)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(yùn)動(dòng)時(shí)呼吸加快作肺充血、肺水腫時(shí)的急促呼吸有關(guān)。

　　（五）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(dòng)物人中可以使膈肌呼吸運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，電刺激家兔人中對(duì)膈神經(jīng)和管髓呼吸神經(jīng)元電活動(dòng)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(shí)，刺激素可以興奮呼吸。穴位的呼吸效應(yīng)及其機(jī)制值得探討。

　�。�六）血壓對(duì)呼吸的影響

　　血壓大幅度變化時(shí)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(qiáng)加快。

　　三、化學(xué)因素對(duì)呼吸的調(diào)節(jié)

　　化學(xué)因素對(duì)呼吸的調(diào)節(jié)也是一種呼吸的反射性調(diào)節(jié)，化學(xué)因素是指動(dòng)脈血或腦脊液中的O₂、CO₂和H⁺。機(jī)體通過呼吸調(diào)節(jié)血液中的O₂、CO₂和H⁺的水平，動(dòng)脈血中O₂、CO₂和H⁺水平的變化又通過化學(xué)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(duì)穩(wěn)定。

　　（一）化學(xué)感受器

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

　　1．外周化學(xué)感受器 頸動(dòng)脈體和主動(dòng)脈體是調(diào)節(jié)呼吸和循環(huán)的重要外周化學(xué)感受器。在動(dòng)脈血PO₂降低、PCO₂或H⁺濃度（[H⁺]）升主時(shí)受到刺激，沖動(dòng)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(dòng)脈體兩者都參與呼吸和循環(huán)的調(diào)節(jié)，但是頸動(dòng)脈體主要調(diào)節(jié)呼吸，而主動(dòng)脈體在循環(huán)調(diào)節(jié)方面較為重要。由于頸動(dòng)脈體的有利的解剖位置，所以，對(duì)外周化學(xué)感受器的研究主要集中在頸動(dòng)脈體。

　　頸動(dòng)脈體含Ⅰ型細(xì)胞（球細(xì)胞）和Ⅱ型細(xì)胞（鞘細(xì)胞），它們周圍包繞以毛細(xì)血管竇。血液供應(yīng)十分豐富。Ⅰ型細(xì)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(xì)胞數(shù)量較少，沒有囊泡。Ⅱ型細(xì)胞包繞著Ⅰ型細(xì)胞、神經(jīng)纖維和神經(jīng)末梢，功能上類似神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，與頸動(dòng)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(xì)胞之間，與Ⅰ型細(xì)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(xì)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(xué)感受器的敏感性。此外，頸動(dòng)脈體還有傳出神經(jīng)支配，借調(diào)節(jié)血流和化學(xué)感受器以改變化學(xué)感受器的活動(dòng)。

　　用游離的頸動(dòng)脈體，記錄其傳入神經(jīng)單纖維的動(dòng)作，觀察改變灌流液成分時(shí)動(dòng)作頻率的變化，可以了解頸動(dòng)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(dāng)灌流液PO₂下降，PCO₂或[H⁺]升高時(shí)，傳入沖動(dòng)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(dòng)也增加。困為血流量下降時(shí)，頸動(dòng)脈體從單位血液中攝取的O₂量相對(duì)增加，細(xì)胞外液 PO₂因供O₂少于耗 O₂而下降。但在貧血或CO中毒時(shí)，血 O₂含量雖然下降，但PO₂正常，只需血流量充分，化學(xué)感受器傳入沖動(dòng)并不增加，所以化學(xué)感受器所感受的刺激是PO₂，而不是動(dòng)脈血O₂含量，而且是感受器所處環(huán)境的PO₂。從實(shí)驗(yàn)中還可看出上述三種刺激對(duì)化學(xué)感受器有相互增強(qiáng)的作用。兩種刺激同進(jìn)作用時(shí)比單一刺激的效應(yīng)強(qiáng)。這種協(xié)同作用有重要意義，因?yàn)闄C(jī)體發(fā)生循環(huán)或呼吸衰竭時(shí)，總是PCO₂升高和PO₂降低同進(jìn)存在，它們的協(xié)同作用加強(qiáng)了對(duì)化學(xué)感受器的刺激，從而促進(jìn)了代償性呼吸增強(qiáng)的反應(yīng)。

圖5-19 頸動(dòng)脈體組織結(jié)構(gòu)示意圖
圖中未顯示Ⅱ細(xì)胞

　　目前認(rèn)為，Ⅰ型細(xì)胞起著化學(xué)感受器的作用。當(dāng)它們受到刺激時(shí)，細(xì)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(xì)胞內(nèi)[Ca²⁺]升高機(jī)制不同。PO₂降低可抑制細(xì)胞 K⁺通道的開放，K⁺外流減少，細(xì)胞膜去極化，從而促使電壓依從性Ca²⁺通道開放，Ca²⁺進(jìn)入細(xì)胞。而PCO₂或[H⁺]升高時(shí)，進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的H⁺增多，激活了細(xì)胞的Na⁺-H⁺交換機(jī)制，Na⁺進(jìn)入細(xì)胞，使細(xì)胞內(nèi)[Na⁺]長(zhǎng)高，繼而使細(xì)胞的Na⁺-Ca²⁺交換機(jī)制活動(dòng)嗇，Na⁺出細(xì)胞，Ca²⁺進(jìn)細(xì)胞內(nèi)，引起細(xì)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(xì)胞內(nèi)的Ca²⁺貯器。

　　2．中樞化學(xué)感受器 摘除動(dòng)物外周化學(xué)感受器或切斷其傳入神經(jīng)后，吸入CO₂仍能加強(qiáng)通氣。改變腦脊液CO₂和H⁺濃度也能刺激呼吸。過去認(rèn)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(dòng)、離體腦組織塊的電生理研究等方法在多種動(dòng)物做了大量實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明在延髓有一個(gè)不同于呼吸中樞，但可影響呼吸的化學(xué)感受器，稱為中樞化學(xué)感受器，以另于外周化學(xué)感受器。

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

圖5-20 中樞化學(xué)感受器

A示延髓腹外側(cè)的三個(gè)化學(xué)敏感區(qū) B示血液或

腦脊液PCO₂升高時(shí)，刺激呼吸的中樞機(jī)制

　　中樞化學(xué)感受器的生理刺激是腦脊液和局部細(xì)胞外液的H⁺。因?yàn)槿绻�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(shí)所引起的通氣增強(qiáng)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(xué)感受器周圍液體中的[H⁺]升高，從而刺激中樞化學(xué)感受器，再引起呼吸中樞的興奮（圖5-20B）。可是，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(duì)CO₂的反應(yīng)有一定的時(shí)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(duì)中樞化學(xué)感受器的直接作用不大，也較緩慢。

　　中樞化學(xué)感受器與外周化學(xué)感受器不同，它不感受缺O(jiān)₂的刺激，但對(duì)CO₂的敏感性比外周的主，反應(yīng)潛伏期較長(zhǎng)。中樞化學(xué)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(xué)感受器的作用主要是在機(jī)體低O₂時(shí)，維持對(duì)呼吸的驅(qū)動(dòng)。

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