Controllo della respirazione

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI “MAGNA GRÆCIA”CATANZARO

I meccanismi di controllo della respirazionedevono:

• Fornire lo schema motorio responsabile del ritmo automatico, che porta alla contrazione ordinata dei differenti muscoli respiratori

• Rispondere alle richieste metaboliche (cambiamenti PO2 e PCO2 ematiche) e al variare di condizioni meccaniche

Stimoli metabolici

Centro respiratorio

Stimoli meccanici Stimoli comportamentali

CENTRI BULBOPONTINI

AREE CEREBRALI

CHEMORC

•CentraliCentrali•PerifericiPeriferici

BRONCHI E PARENCHIMA

•Rc stiramento•Rc irritazione•Rc J

Gas ematici

Muscoli del torace e diaframma

Midollo spinale

n. frenici n. intercostali

Genesi del respiro

• La ritmicità del respiro (alternanza inspirazione-espirazione)è il risultato dell’attività di una reteneuronale, costituita da gruppi di neuroni diversi,con attività ritmica, localizzati a

livello del bulbo-pontino.

Afferenze da:• Corteccia• Sottocorticale• Chemocettori• Meccanocettori

I siti di controllo della ventilazione I siti di controllo della ventilazione sono:sono:

• Centri respiratori

• Chemocettori centrali

• Chemocettori periferici • Meccanocettori polmonari

Centri bulbo-pontini

Gruppo respiratorio pontino

Centro apneustico

Situato nella parte caudale

Centro dell’inspirazione continua

Stimola continuamente il centro respiratorio a produrre movimenti inspiratori

Il centro apneustico è sottoposto ad una doppia inibizione

Afferenze vagali che derivano dal Riflesso di Hering Breuer

Gruppo respiratorio pontino

Centro pneumotassico(facilita il passaggio dainspirazione ad espirazione)

Situato nella parte rostrale

Regola l’interruzione del segnale inspiratorio

Limita la durata dell’inspirazione e permette il passaggio verso l’espirazione

Inibisce il centro apneustico

Centro pneumotassico

Inibendo il centro apneustico trasforma i movimenti inspiratori

in movimenti ritmici

Gruppo respiratorio bulbare

• Gruppo respiratorio dorsale• NTS: neuroni Inspiratori Integra informazioni da• chemocettori e recettori• polmonari

Situati bilateralmente nel nucleo del tratto solitario

Sono neuroni inspiratori connessi con il midollo spinale controlaterale

innescano l’attività dei nervi frenici

Gruppo respiratorio bulbare

• Gruppo respiratorio ventrale

Situati bilateralmente nel nucleo ambiguo e retroambiguo

Sono neuroni inattivi durante la respirazione tranquilla ma si attivano durante l’inspirazione e l’espirazione forzata

Gruppo respiratorio ventrale

• N. retroambiguo: neuroni espiratori ed inspiratori

Sono collegati ai motoneuroni che innervano i muscoli intercostali

• N. ambiguo: neuroni espiratori ed inspiratori

Sono collegati a motoneuroni che i innervano i muscoli laringei, faringei, linguali

Gruppo respiratorio pontinoCentro pneumotassico facilita il passaggio da inspirazione ad espirazione

Centro apneusticofacilita l’inspirazione

Gruppo respiratorio dorsaleNTS: neuroni InspiratoriIntegra informazioni da chemocettori e recettori polmonari

Gruppo respiratorio ventraleN. retroambiguo: neuroni EspiratoriN. parambiguo: neuroni Inspiratori

Recettori da stiramento a lento adattamento, nell’albero bronchiale (afferenze al NTS) mediano il Riflesso di Hering-Breuer (inibizione dell’inspirazione ed attivazione dell’espirazione in risposta alla distensione polmonare).

Recettori di irritazione a rapido adattamento, attivati da sostanze irritanti, mediano il riflesso della tosse.Comprendono recettori attivati dalla forte riduzione del volume polmonare (afferenze al NTS) che mediano il Riflesso di Head (attivazione riflessa dell’inspirazione ed inibizione dell’espirazione)

Meccanismi riflessi di controllo della respirazione

Meccanorecettori iuxtacapillari, attivati dalle variazioni del volume extracellulare (edema) mediano l’inibizione riflessa

dell’inspirazione. Eccessiva attivazione porta ad apnea riflessa

CONTROLLO CHIMICOCONTROLLO CHIMICO

CHEMOCETTORICHEMOCETTORICENTRALICENTRALI

GLOMI CAROTIDEI

GLOMI AORTICI

CHEMOCETTORICHEMOCETTORIPERIFERICIPERIFERICI

Neuroni situati bilateralmente al di sotto della superficie ventro-laterale del bulbo

Sensibili alle variazioni di pCO2 e H+ nel liquido cefalorachidiano

Area chemocettrice

Ipercapnia Acuta• La CO2 passa

rapidamente nel liquor e determina una rapida risposta ventilatoria

• Il tampone renale aumenta la produzione di HCO3

• A livello della barriera ematoliquorale c’è un riassorbimento attivo di HCO3

• Il liquor corregge il ph prima del sangue

• Non c’è risposta iperventilatoria ad una CO2 ematica alta

Iperventilazione

Ipercapnia Cronica

Ipercapnia Cronica

Guida ipossica alla ventilazione

L’aumento di pCO2 provoca un incremento della ventilazione molto maggiore di quello provocato da riduzioni del pH ematico. Un aumento della pCO2 di 1 mmHg determina un incremento della ventilazione di 2l/min (circa il 40%)

L’effetto della CO2 sulla ventilazione è potente in condizioni acute, ma si riduce a circa un quinto, in condizioni croniche (effetto legato all’aumento di HCO3 - nel liquor).

Chemocettori periferici:Glomi aortici e carotidei

Sensibili alle variazioni di pO2, pCO2 e pH

Nelle piccole arterie che irrorano i glomi vi è una riduzione della PO2

Partono delle afferenze attraverso il nervo vago e glossofaringeo

Attivazione del gruppo respiratorio dorsale del bulbo

Iperventilazione

A causa del flusso ematico elevato (2l/min/100gr tessuto) le cellule glomiche sono esposte alla pO2 arteriosa, e riescono quindi a rilevarne la minima variazione. Lefibre afferenti sono già attive per pO2 95-100mmHg

Quando la PO2 cade fra 30 e 60 mmHg la frequenza di scarica dei chemocettori carotidei aumenta rapidamente (da 200 a 600 Hz)

Per i chemocettori periferici lo stimolo maggiore alla

iperventilazione è la riduzione di PO2

La risposta alla pCO2 attivata dai chemocettori periferici è meno potente di quella dipendente dai chemocettori centrali, anche se la stimolazione di quelli periferici è molto più rapida di quella dei centrali.

Glomi aortici e carotidei rispondono a: ↓pO2, ↑pCO2 e ↓pH del sangue arterioso.L’attivazione delle fibre afferenti è mediata dal rilascio di dopamina.

La risposta all’ipossia è mediata dalla desaturazione del sensore per l’O2 che provoca chiusura delcanale K+.

Riflessi respiratori a partenza dai muscoli e dai tendini

Recettori presenti :• Muscoli respiratori• gabbia toracica• Articolazioni• Tendini

Influenze dai centri superiori• massima ventilazione volontaria• apnea• canto• fonazione• stati emotivi