呼吸的神经调节和化学调节.doc

呼吸的神经调节和化学调节呼吸的神经调节和化学调节人体的呼吸运动与心脏活动有相似之处，都是有节奏的、日夜不停的活动 但这两种活动的起因却有很大的不同心肌有自动节律性，而产生呼吸运动的 肌肉都是骨胳肌，受躯体神经支配，没有神经的兴奋，呼吸肌（隔肌、肋间肌） 都不会自动收缩有节律的自动的呼吸活动起源于支配呼吸肌的运动神经元的 有节律的发放这种发放完全依靠来自脑的神经冲动如果在隔神经起点以上 切断脊髓，呼吸活动便会停止调节呼吸的神经机制有两类，一类是随意控制， 另一类是自动控制随意控制系统位于大脑皮层，它通过皮层脊髓束将冲动传 送到呼吸运动神经元大脑皮层可以有意识地控制呼吸活动的规式，例如有意 的过度通气或呼吸暂停（屏息）人们的语言活动必须有意地调整、改变呼吸 规式才能发出各种不同的声音刺激大脑皮层的某些区域可以引起呼吸活动的 变比，还可以在反射性呼吸活动的基础上建立条件反射这些都说明神经系统 的高级中枢、大脑皮层对呼吸活动进行着调节与控制自动控制系统位于脑桥和延髓1812 年 C．J．J．Legallois 发现，切除大脑、高位脑干的一部分以及小 脑，呼吸的节律性仍然存在他首先提出呼吸中枢的概念，并认为维持节律性 呼吸的中枢在延髓的中心。

以后一百多年来，生理学家用切除法、刺激法以及 电描记法等研究呼吸中枢的应置本世纪 20 年代初期，T．Lumsden 用精细的 脑干切断法得到了关于呼吸中枢的一些重要事实材料他在脑桥的上缘切断与 中脑的联系如图切面 1，不影响麻醉动物的呼吸切断两侧迷走神经则引起呼吸变慢加深在脑桥 的上三分之一正在小脑脚之上切断与低位脑干的联系，而迷走神经保持完整， 如图切面 2 引起呼吸稍稍变慢变深如果再切断两侧迷走神经，则呼吸停止于 吸气状态，有时又被很短的呼气所打断他在脑桥的下缘切断脑干，完全排除脑桥的影响，则有规律的呼吸节律消失，代之以喘息如图切面 3在延髓下缘 横切，引起呼吸完全停止（见图）从根据这些事实当时得出下列结论：l．在延髓有呼吸中枢，能发动及维持吸气、呼气2．在脑桥的中部和下部有长吸中枢，如果不受控制、可以产生吸气痉挛或 长吸呼吸3．在脑桥的上部有呼吸调整中枢，与迷走神经传入冲动一起周期性地抑制 长吸中枢的活动这种在延髓、脑桥存在三级呼吸中枢的理论曾经长期得到公认，后来经过 进一步的研究，提出了修正和补充有实验证明，在损毁呼吸调整中枢和切断迷走神经后恢复清醒的猫仍能保 持正常的平静呼吸，并不出现长吸呼吸，而且在长吸中枢并未发现神经元密集 的核团。

因此现在认为长吸呼吸是麻醉等因素造成的非正常状态，并不存在 “长吸中枢”延髓呼吸中枢延髓呼吸中枢许多实验表明，延髓是最基本的呼吸中枢切除延髓的一部分可以使呼吸 停止，刺激延髓的某些部分可以引起呼气或吸气活动在呼气或吸气时，可以 在延髓记录到电活动其中有些神经元在吸气时发放神经冲动，而在呼气时停 止发放，这些神经元叫做吸气神经元，另一些数目较少的神经元呼气时发放神 经冲动，而在吸气时停止发放，这些神经元叫做呼气神经元，呼吸的节律性是 这两种神经元交互作用的结果在延髓中呼吸神经元基本上集中在背腹两组的 4 个核团内一组叫做背呼吸组，大部分是吸气神经元，集中在孤束核这些神经元接受第Ⅸ、Ⅹ对脑神经的传入纤维这些神经传送来自肺、咽、喉部和 外周化学感受器的感觉冲动背呼吸组的吸气神经元的轴突投射到对侧脊髓， 通过膈运动神经元支配膈这些神经元也有轴突投射到腹呼吸组另一组是腹呼吸组，包括疑核和后疑核（NRA）的神经元，其中既有吸气神 经元，也有呼气神经元疑核接受第Ⅸ、Ⅹ对脑神经的传入投射，其轴突也通 过这两对神经支配同侧咽部呼吸辅助肌后疑核前部神经元主要是吸气神经元， 大部分轴突交叉下行到对侧脊髓支配外肋间肌运动神经元，小部分支配同侧膈 运动神经元，驱动外肋间肌和膈肌。

后疑核尾部神经元主要是呼气神经元，其 轴突也交叉下行到对侧脊髓的内肋间肌运动神经元和其它呼气肌运动神经元 （见图）现有的资料说明延髓内并不存在过去认为的单一的对称的吸气中枢和呼气 中枢，而是有若干个解剖上和机能上都各有特点的呼吸神经元群呼吸调整中枢呼吸调整中枢位于脑桥中部的呼吸调整中枢包括臂旁内侧核（NPBM）和 Kolliker-Fuse 核电刺激这个区域引起吸气停止，说明此区可以调整延髓呼吸中枢的活动 吸气时延髓吸气神经元发出冲动上行到呼吸调整中枢使之产生冲动下行至延髓 抑制吸气神经元，使吸气向呼气转换呼吸中枢的节律性活动是怎样产生的，目前仍是一个尚未阐明的问题有 两种可能：一是由起搏细胞引起的自动节律性活动，但在脊椎动物中目前尚无 法证明；二是由局部神经元回路的正负反馈所控制，目前有几种假说，尚待深 入研究黑黑- -伯二氏反射伯二氏反射黑-伯二氏反射又叫肺牵张反射，是由 E．Hering 和 J．Brener 在 1866 年 发现的这个反射有两个组成部分：1．向肺内吹气使肺膨胀，引起膈肌收缩的抑制，呼吸停止在呼气的位置2．从肺内抽气使肺萎缩，引起膈肌的强烈收缩，出现深吸气（见图）。

在肺扩张时刺激了气管平滑肌中的牵张感受器，冲动由迷走神经传入延髓， 抑制吸气神经元，切断吸气，引起被动呼气呼气，特别是深呼气时肺萎缩， 对牵张感受器的刺激减弱，传入冲动减少，解除了对吸气机制的抑制，吸气神 经元兴奋，引起吸气这个反射可能提供了呼吸自找调节的机制切除迷走神 经后呼吸变得缓慢而深沉，就是由于失去了这类牵张反射的负反馈机制所引起 的在不同的动物中肺牵张反射的作用不同，现在知道兔的最强，人的最弱 人在正常平静呼吸时肺牵张反射不起作用，但婴儿出生的最初几天存在这一反 射呼吸的化学调节呼吸的化学调节20 世纪初，Haldanc 学派在呼吸的化学调节方面做了许多工作，发现呼吸 气体成分的变化与血液成分的改变对呼吸有重要的影响，特别是二氧化碳的作 用尤为显著让受试者对着气囊反复呼吸一定量的空气，其中二氧化碳逐渐增加，氧逐 渐减少当二氧化碳增加到 3％，氧减少到 17％时，呼吸明显增强；当二氧化 碳增到 5.6%，氧减少到 14.8%时，呼吸非常显著地增强，甚至到达不可忍受的 程度如果用钠石灰把呼吸排出的二氧化碳吸收，二氧化碳为零，只有氧的减 少在这种情况下，氧要减少到 10％以下才能引起呼吸明显的变化。

如果呼吸气体中氧的成分高于大气中氧的成分，二氧化碳增多时也会出现显著的呼吸增 强（见图）从这些实验可以看出、呼吸的增强几乎完全是由于二氧化碳的增加相反， 单纯的缺氧并不引起呼吸困难的先兆，但可能由于缺氧而突然引起昏迷肺泡 气中二氧化碳分区是很稳定的，如稍有增加，呼吸就会显著加强对于健康的 人，肺泡气中二氧化碳分区每改变 l 毫米汞柱就会引起通气量平均 2.5 升每分 钟的改变如肺泡气内二氧化碳分压增加约 5 毫米汞柱，则呼吸活动增加 l00％肺泡气内二氧化碳分压低于正常水平会引起呼吸暂停二氧化碳是怎样影响呼吸活动的呢？1927 年 Heymans 父子用含有丰富二氧 化碳的血液灌注狗的孤离的肺循环，没有发现呼吸的变化但灌注孤离的左心 室和主动脉弓，或灌注孤离的颈动脉体，呼吸就会增强在颈动脉体和主动脉 体中有化学感受器，能感受血液中氧、二氧化碳和氢离子浓度的变化，反射性 地引起呼吸活动的改变不过颈动脉体和主动脉体中的化学感受器只对含大量 二氧化碳的血液发生反应，对小得多的血液二氧化碳含量的生理性变化不起反 应，不会由于肺泡气中二氧化碳分压仅仅升高 5 毫米汞柱就引起通气量增加一 倍的反应。

既然血液中二氧化碳含量的生理性变化不能刺激外周化学感受器， 那必然是刺激了中枢神经系统的某些区域1960 年 Mitchell 等人确定猫、狗 的这种中枢化学感受器位于延髓腹表面，靠近第Ⅶ—Ⅺ对脑神经发出处（见图） 在这个区域，局部施加氢离子、二氧化碳、ACh 或烟碱可在几秒内刺激呼 吸活动，而局部冷却或麻醉很快就会使呼吸下降由于血液与脑细胞之间存在 血脑屏障，脂溶性物质，如呼吸气体、麻醉剂可以自由通过而离子不易通过 因此，在正常情况下，中枢化学感受器细胞周围的细胞外液的酸度变化只能由 流经脑的血液中二氧化碳分压改变所引起血液中二氧化碳分压升高，二氧化 碳穿过血脑屏障进入中枢化学感受器细胞，在细胞内水合成碳酸，再离解成氢 离子和碳酸氢根，使细胞内氢离子浓度升高，刺激中枢化学感受器细胞（见图） 中枢化学感受器将传入冲动输送到呼吸中枢，引起呼吸活动增加二氧化碳是中枢化学感受器正常的兴奋剂，血液中二氧化碳分压过低就不 能通过中枢比学感受器兴奋呼吸中枢，导致呼吸暂停，然而待久吸入高浓度的 二氧化碳（3％）也会引起呼吸中枢麻痹氢离子对呼吸的调节也有作用从静脉快速注射酸性溶液引起过度通气， 而注射氢氧化钠溶液则引起通气降低。

通气对氢离子浓度的变化不如对二氧化碳分压的变化敏感pH 值要降低 0.05—0.1 才能引起通气明显的反应（见图— 20）对孤离的颈动脉体灌注酸性溶液，反射性地增加呼吸，但 pH 值减低 0.l 才有效切断动物外周化学感受器的神经支配后注射酸性溶液仍然引起通气增 加，这说明中枢的某些部位可能对氢离子敏感由于血液中氢离子浓度的变化 不容易影响中枢化学感受器周围的脑脊液，氢离子可能是直接刺激呼吸中枢而 引起相应的变化缺氧对中枢化学感受器没有影响，但用低氧血灌注孤离的颈动脉体导致通 气增加Biscoe 等曾仔细地研究了颈动脉体单根传入神经纤维在不同的动脉血 氧分压时冲动发放的情况（见图）当动脉血氧分压由 80 千帕（600 毫米汞柱）降到 13.33 千帕（100 毫米汞 柱，海平面的正常值）时，冲动发放频率才稍有增加；而动脉血氧分压从 13.33 千帕（100 毫米汞柱）继续降到 4 千帕（30 毫米汞往）则冲动发放频率 急剧上升看来颈动脉体化学感受器的作用在于监视供给组织的氧量，发送给 中抠神经系统的信号频率决定于动脉血氧饱和程度将上图与血红蛋白氧饱和 曲线对比，可以看出它们互为镜像（见图）。

当动脉血氧分压为 13.33 千帕（100 毫米汞柱）时，血红蛋白氧饱和度为 97.5%，化学感受器只有很少的冲动发放；当动脉氧血分压为 6.7 千帕（50 毫 米汞柱）时、血红蛋白氧饱和度下降到 85％，化学感受器冲动发放频率明显增 加，肺通气量也随之升缺氧对呼吸中枢没有直接的兴奋作用，而且降低呼吸中枢的兴奋性，直至 麻痹呼吸中枢总之，血液中二氧化碳过多首先作用于延髓中枢的化学感受器，兴奋呼吸 中枢，使呼吸增强而血液缺氧则主要作用于外周化学感受器，反射地引起呼 吸增强窒息时，同时出现缺氧与二氧化碳过多，呼吸增强这首先由于二氧 化碳过多对中枢化学感受器的作用，其次是缺氧对外周化学感受器的作用，二 者都增强呼吸最后由于缺氧使呼吸中枢麻痹，呼吸停止。