生理學(xué):第四節(jié)　呼吸運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)

呼吸運(yùn)動(dòng)是一種節(jié)律性的活動(dòng)，其深度和頻率隨體內(nèi)、外環(huán)境條件的改變而改變例如勞動(dòng)或運(yùn)動(dòng)時(shí)，代謝增強(qiáng)，呼吸加深加快，肺通氣量增大，攝取更多的O₂，排出更多的CO₂，以與代謝水平相適應(yīng)。呼吸為什么能有節(jié)律地進(jìn)行？呼吸的濃度和頻率又如何能隨內(nèi)、外環(huán)境條件而改變？這些總是是本節(jié)的中心。

一、呼吸中樞與呼吸節(jié)律的形成

呼吸中樞是指中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生和調(diào)節(jié)呼吸運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)細(xì)胞群。多年來(lái)，對(duì)于這些細(xì)胞群在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的分布和呼吸節(jié)律產(chǎn)生和調(diào)節(jié)中的作用，曾用多種技術(shù)方法進(jìn)行研究。如早期的較為粗糙的切除、橫斷、破壞、電刺激等方法，和后來(lái)發(fā)展起來(lái)的較為精細(xì)的微小電毀損、微小電刺激、可逆性冷凍或化學(xué)阻滯、選擇性化學(xué)刺激或毀損、細(xì)胞外和細(xì)胞內(nèi)微電極記錄、逆行刺激（電刺激軸突，激起沖動(dòng)逆行傳導(dǎo)至胞體，在胞體記錄)、神經(jīng)元間電活動(dòng)的相關(guān)分析以及組織化學(xué)等方法。有管些方法對(duì)動(dòng)物呼吸中樞做了大量的實(shí)驗(yàn)性研究，獲得了許多寶貴的資料，形成了一些假說(shuō)或看法。

（一)呼吸中樞

呼吸中樞分布在大腦皮層、間腦、腦橋、延髓和脊髓等部位。腦的各級(jí)部位在呼吸節(jié)律產(chǎn)生和調(diào)節(jié)中所起作用不同。正常呼吸運(yùn)動(dòng)是在各級(jí)呼吸中樞的相互配合下進(jìn)行的。

1．脊髓 脊髓中支配呼吸肌的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元位于第3-5頸段（支配膈肌)和胸段（支配肌間肌和腹肌等)前角。很早就知道在延髓和脊髓間橫斷脊髓，呼吸就停止。所以，可以認(rèn)為節(jié)律性呼吸運(yùn)動(dòng)不是在脊髓產(chǎn)生的。脊髓只是聯(lián)系上（高)位腦和呼吸肌的中繼站和整合某些呼吸反射的初級(jí)中樞。

2．下（低)位腦干 下（低)位腦干指腦橋和延髓。橫切腦干的實(shí)驗(yàn)表明，呼吸節(jié)律產(chǎn)生于下位腦干，呼吸運(yùn)動(dòng)的變化因腦干橫斷的平面高低而異（圖5-17)。

圖5-17腦干呼吸有關(guān)核團(tuán)（左)和在不同平面橫切腦干后呼吸的變化（右)示意圖

DRG：背側(cè)呼吸組 VRH：腹側(cè)呼吸組NPBM：臂旁?xún)?nèi)側(cè)核A、B、C、D為不同平面橫切

在動(dòng)物中腦和腦橋之間進(jìn)行橫切（圖5-17，A平面)，呼吸無(wú)明顯變化。在延髓和脊髓之間橫切（D平面)，呼吸停止。上述結(jié)果表明呼吸節(jié)律產(chǎn)生于下位禽干，上位腦對(duì)節(jié)律性呼吸不是必需的。如果在腦橋上、中部之間橫切（B平面)，呼吸將變慢變深，如再切斷雙側(cè)迷走神經(jīng)，吸氣便大大延長(zhǎng)，僅偶爾為短暫的呼氣所中斷，這種形式的呼吸稱(chēng)為長(zhǎng)吸呼吸。這一結(jié)果是提示腦橋上部有抑制吸氣的中樞結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為呼吸整中樞；來(lái)自肺部的迷走傳入沖動(dòng)也有抑制吸氣的作用，當(dāng)延髓失去來(lái)自這兩方面對(duì)吸氣活動(dòng)的抑制作用后，吸氣活動(dòng)不能及時(shí)中斷，便出現(xiàn)長(zhǎng)吸呼吸。再在腦橋和延髓之間橫切（C平面)，不論迷走神經(jīng)是否完整，長(zhǎng)吸式呼吸都消失，而呈喘息樣呼吸，呼吸不規(guī)則，或平靜呼吸，或兩者交替出現(xiàn)。因而認(rèn)為腦橋中下中有活化吸氣的長(zhǎng)吸中樞；單獨(dú)的延髓即可產(chǎn)生節(jié)律呼吸。孤立延髓的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明延髓可獨(dú)立地產(chǎn)生節(jié)律呼吸。于是在20-50年代期間形成了三級(jí)呼吸中樞理論；腦橋上部有呼吸調(diào)整中樞，中下部有長(zhǎng)吸中樞，延髓有呼吸節(jié)律基本中樞。后來(lái)的研究肯定了早期關(guān)于延髓有呼吸節(jié)律基本中樞和腦橋上部有呼吸調(diào)整中樞的結(jié)論，但未能證實(shí)腦橋中下部存在著結(jié)構(gòu)上特定的長(zhǎng)吸中樞。

近年來(lái)，用微電極等新技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)有的神經(jīng)元呈節(jié)律性放電，并和呼吸周期相關(guān)，這些神經(jīng)元被稱(chēng)為呼吸相關(guān)神經(jīng)元或呼吸神經(jīng)元。這些呼吸神經(jīng)元有不同類(lèi)型。就其自發(fā)放電的時(shí)間而言，在吸氣相放電的為吸氣神經(jīng)元，在呼氣相放電的為呼氣神經(jīng)元，在吸氣相放電并延續(xù)至呼氣相的為吸氣-呼氣神經(jīng)元，在呼氣相放電并延續(xù)到吸氣相者，為呼氣-吸氣神經(jīng)元，后兩類(lèi)神經(jīng)元均系跨時(shí)相神經(jīng)元。

在延髓，呼吸神經(jīng)元內(nèi)主要集中在背側(cè)（孤束核的腹外側(cè)部)和腹側(cè)（疑核、后疑核和面神經(jīng)后核附近的包氏復(fù)合體)兩組神經(jīng)核團(tuán)內(nèi)，分別稱(chēng)為背側(cè)呼吸組（dorsal respiratory group,DRG)和腹側(cè)呼吸組（ventralrespiratory group,VRG)（圖5-17)。背側(cè)呼吸組的神經(jīng)元軸突主要交叉到對(duì)側(cè)，下行至脊髓頸段，支配膈運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。疑核呼吸神經(jīng)元的軸突由同側(cè)舌咽神經(jīng)和迷走神經(jīng)傳出，支配咽喉部呼吸輔助肌。后疑核的呼吸神經(jīng)元絕大部分交叉到對(duì)側(cè)下行，支配脊髓肌間內(nèi)、外肌和腹肌的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，商品化纖維也發(fā)出側(cè)支支配膈肌的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。包氏復(fù)合體主要含呼氣神經(jīng)元，它們的軸突主要與背側(cè)呼吸組的吸氣神經(jīng)元形成抑制性聯(lián)系，此外也有軸突支配脊髓的膈運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。

由于延髓呼吸神經(jīng)元主要集中在背側(cè)呼吸組和腹側(cè)呼吸組，所以曾推測(cè)背側(cè)呼吸組和腹側(cè)呼吸組是產(chǎn)生基本呼吸節(jié)律的部位�？墒牵�后來(lái)的某些實(shí)驗(yàn)結(jié)果不支持這一看法。有人用化學(xué)的或電解的毀損這些區(qū)域后，呼吸節(jié)律沒(méi)有明顯變化，這些結(jié)果提示背側(cè)呼吸組和腹側(cè)呼吸組可能不是呼吸節(jié)律唯一發(fā)源地，呼吸節(jié)律可能源于多個(gè)部位，產(chǎn)生呼吸節(jié)律的神經(jīng)結(jié)構(gòu)相當(dāng)廣泛，所以不容易因局灶損害而喪失呼吸節(jié)律。

在腦橋上 部，呼吸神經(jīng)元相對(duì)集中于臂旁?xún)?nèi)側(cè)核和相鄰的Kolliker-Fuse（KF)核，合稱(chēng)PBKF核群。PBKF和延髓的呼吸神經(jīng)核團(tuán)之間有雙向聯(lián)系，形成調(diào)控呼吸的神經(jīng)元回路。在麻醉貓，切斷雙側(cè)迷走神經(jīng)，損毀PBKF可出現(xiàn)長(zhǎng)吸，提示早先研究即已發(fā)現(xiàn)的呼吸調(diào)整中樞乃位于腦橋的BPKF，其作用為限制吸氣，促使吸氣向呼氣轉(zhuǎn)換。

3．上位腦 呼吸還受腦橋以上部位的影響，如大腦皮層、邊緣系統(tǒng)、下丘腦等。

大腦皮層可以隨意控制呼吸，發(fā)動(dòng)說(shuō)、唱等動(dòng)作，在一定限度內(nèi)可以隨意屏氣或加強(qiáng)加快呼吸。大腦皮層對(duì)呼吸的調(diào)節(jié)系統(tǒng)是隨意呼吸調(diào)節(jié)系統(tǒng)，下位腦干的呼吸調(diào)節(jié)系統(tǒng)是自主節(jié)律呼吸調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這兩個(gè)系統(tǒng)的下行通路是分開(kāi)的。臨床上有時(shí)可以觀察到自主呼吸和隨意呼吸分離的現(xiàn)象。例如在脊髓前外側(cè)索下行的處主呼吸通路受損后，自主節(jié)律呼吸甚至停止，但病人仍可進(jìn)行隨意呼吸。患者靠隨意呼吸或人工呼吸來(lái)維持肺通氣，如未進(jìn)行人工呼吸，一旦病人入睡，可能發(fā)生呼吸停止。

（二)呼吸節(jié)律形成的假說(shuō)

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(shuō)，當(dāng)前最為流行的是局部神經(jīng)元回路反饋控制假說(shuō)。

中樞神經(jīng)系統(tǒng)里有許多神經(jīng)元沒(méi)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，52667788.cn/zhicheng/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�。有人提出中樞吸氣活�?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?xún)?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(lái)自吸氣神經(jīng)元，腦橋背旁?xún)?nèi)側(cè)核，和肺牽張感覺(jué)器的沖動(dòng)。隨著吸氣相的進(jìn)行，來(lái)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?xún)?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(guò)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(lái)自呼吸器官本身以及骨骼肌、其它器官系統(tǒng)感覺(jué)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(jué)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(jué)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(guò)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(guò)深和肺不張等可能起一定作用。

（二)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(jiàn)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(lèi)為治病需要曾做類(lèi)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(shuō)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(wú)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(lái)的研究表明來(lái)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)。

（三)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(jiàn)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(mén)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(mén)突然打開(kāi)，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(lèi)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(mén)關(guān)閉，呼出氣主要從鼻腔噴出，以清除鼻腔中的刺激物。

（四)肺毛細(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(wú)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(guò)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(guò)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(guò)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(jué)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?chē)�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(méi)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(lèi)似神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，與頸動(dòng)脈體其它成分之間沒(méi)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(kāi)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(kāi)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(lái)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(guò)去認(rèn)為這是CO₂直接刺激呼吸中樞所致年代以來(lái)，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(chēng)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(chēng)，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(guò)，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(jiàn)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(guò)血腦屏障，使化學(xué)感受器周?chē)�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)�？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(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(guò)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)。

（二)CO2、H+和O2對(duì)呼吸的影響

1．CO₂的影響 很早已經(jīng)知道，在麻醉動(dòng)物或人，動(dòng)脈血液PCO₂降得很低時(shí)可發(fā)生呼吸暫停。因此，一定水平的PCO₂對(duì)維持呼吸和呼吸中樞的興奮性是必要的，CO₂是調(diào)節(jié)呼吸的最重要的生理性體液因子。

吸入含CO₂的混合氣，將使肺泡氣PCO₂長(zhǎng)高，動(dòng)脈血PCO₂也隨之升高，呼吸加深加快，肺通氣量增加（圖5-21)。通過(guò)肺通氣量的增大可能增加CO₂的清除，肺泡氣和動(dòng)脈血PCO₂還可維持于接近正常水平。但是，當(dāng)吸入氣CO₂陡升，CO₂堆積，壓抑中樞神經(jīng)系統(tǒng)的活動(dòng)，包括呼吸中樞，發(fā)生呼吸困難、頭痛、頭昏，甚至昏迷，出現(xiàn)CO₂麻醉。對(duì)CO₂的反應(yīng)，有個(gè)體差異，還受許多因素影響，如疾病或藥物�？傊瓹O₂在呼吸調(diào)節(jié)中是經(jīng)常起作用的最重要的化學(xué)刺激，在一定范圍內(nèi)動(dòng)脈血PCO₂的升高，可以加強(qiáng)對(duì)呼吸的刺激作用，但超過(guò)一定限度則有壓抑和麻醉效應(yīng)。

CO₂刺激呼吸是通過(guò)兩條途徑實(shí)現(xiàn)的，一是通過(guò)刺激中樞化學(xué)感受器再興奮呼吸中樞：二是刺激外周化學(xué)感受器，沖動(dòng)竇神經(jīng)和迷走神經(jīng)傳入延髓呼吸有關(guān)疑團(tuán)，反射性地使呼吸加深、加快，增加肺通氣。但兩條途徑中前者是主要的。因?yàn)槿サ敉庵芑瘜W(xué)感受器的作用之后，CO₂的通氣反應(yīng)僅下降約20%，可見(jiàn)中樞化學(xué)感受器在CO₂通氣反應(yīng)中起主要作用；動(dòng)脈血PCO₂只需升高 0.266kPa(2mmHg)就可刺激中樞化學(xué)感受器，出現(xiàn)通氣加強(qiáng)反應(yīng)，如刺激外周化學(xué)感受器，則需升高1.33kPa(10mmHg)。不過(guò)，在下述情況下，外周化學(xué)感受器的作用可能是重要的：因?yàn)橹袠谢瘜W(xué)感受器的反應(yīng)慢，所以當(dāng)動(dòng)脈血PCO₂突然大增時(shí)，外周化學(xué)感受器在引起快速呼吸反應(yīng)中可起重要作用；當(dāng)中樞化學(xué)感受器到抑制，對(duì)CO₂ 的反應(yīng)降低時(shí)，外周化學(xué)感受器就起重要作用。

2．H⁺的影響 動(dòng)脈血[H⁺]增加，呼吸加深加快，肺通氣增加；[H⁺]降低，呼吸受到抑制（圖5-21)。H⁺對(duì)呼吸的調(diào)節(jié)也是通過(guò)外周化學(xué)感受器和中樞化學(xué)感受器實(shí)現(xiàn)的。中樞化學(xué)感受器對(duì)H⁺的敏感性較外周的高，約為外周的25倍。但是，H⁺通過(guò)血液屏障的速度慢，限制了它對(duì)中樞化學(xué)感受器的作用。腦脊液中的H⁺才是中樞化學(xué)感受器的最有效的刺激。

圖5-21 動(dòng)脈血液PCO₂、PO₂、pH改變對(duì)肺泡通氣

的影響僅改變一種體液因素而保持另二因素于

正常水平時(shí)的情況（1mmHg=0.133kPa)

3．O₂的影響 吸入氣PO₂降低時(shí)，肺泡氣PO₂都隨之降低，呼吸加深、加快，肺通氣增加（圖5-21)。同CO₂一樣，對(duì)低O₂的反應(yīng)也有個(gè)體差異。一般在動(dòng)脈PO₂下降到10.64kPa(80mmHg)以下時(shí)，肺通氣才出現(xiàn)可覺(jué)察到的增加，可見(jiàn)動(dòng)脈血PO₂對(duì)正常呼吸的調(diào)節(jié)作用不大，僅在特殊情況下低O₂刺激才有重要意義。如嚴(yán)重肺氣腫、肺心病患者，肺換氣受到障礙，導(dǎo)致低O₂和CO₂潴留。長(zhǎng)時(shí)間CO₂潴留使中樞化學(xué)感受器對(duì)CO₂的刺激作用發(fā)生適應(yīng)，而外周化學(xué)感受器對(duì)低O₂刺激適應(yīng)很慢，這時(shí)低O₂對(duì)外周化學(xué)感受器的刺激成為驅(qū)動(dòng)呼吸的主要刺激。

低O₂對(duì)呼吸的刺激作用完全是通過(guò)外周化學(xué)感受器實(shí)現(xiàn)的。切斷動(dòng)物外周化學(xué)感受器的傳入神經(jīng)或摘除人的頸動(dòng)脈體，急性低O₂的呼吸刺激反應(yīng)完全消失。低O₂對(duì)中樞的直接作用是壓抑作用。但是低O₂可以通過(guò)對(duì)外周化學(xué)感受器的刺激而興奮呼吸中樞，這樣在一定程度上可以對(duì)抗低O₂對(duì)中樞的直接壓抑作用。不過(guò)在嚴(yán)重低O₂時(shí)，外周化學(xué)感受性反射已不足以克服低O₂對(duì)中樞的壓抑作用，終將導(dǎo)致呼吸障礙。在低O₂時(shí)吸入純O₂，由于解除了外周化學(xué)感受器的低O₂刺激，會(huì)引起呼吸暫停，臨床上給O₂治療時(shí)應(yīng)予以注意。

（三)PCO2、H+和PO2在影響呼吸中的相互作用

圖5-21示保持其它兩個(gè)因素不變而只改變其中一個(gè)因素時(shí)的單因素通氣效應(yīng)�？梢钥闯鯬O₂下降對(duì)呼吸的影響較慢、較弱，在一般動(dòng)脈血PO₂變化范圍內(nèi)作用不大，要在PO₂低于10.64kPa(80mmHg)后，通氣量才逐漸增大。PCO₂和H⁺與低O₂不同，只要略有升高，通氣就明顯增大，PCO₂的作用尤為突出。

圖5-22 動(dòng)脈血液PCO₂升高、PCO₂降低、pH降低對(duì)肺泡通氣率的影響

（1mmHg=0.133kpa)

但實(shí)際情況不可能是單因素的改變，而其它因素不變。往往是一種因素的52667788.cn/yishi/改變會(huì)引起其余一、兩種因素相繼改變或存在幾種因素的同時(shí)改變，三者間相互影響、相互作用，既可因相互總和而加大，也可因相互抵消而減弱。圖5-22為一種因素改變，另兩種因素不加控制時(shí)的情況�？梢钥闯觯篜CO₂升高時(shí)，[H⁺]也隨之升高，兩者的作用總和起來(lái)，使肺通氣較單獨(dú)PCO₂升高時(shí)為大。[H⁺]增加時(shí)，因肺通氣增大使CO₂排出，PCO₂下降，抵消了一部分H⁺的刺激作用；CO₂含量的下降，也使[H⁺]有所降低。兩者均使肺通氣的增加較單獨(dú)[H⁺]升高時(shí)為小。PO₂下降時(shí)，也因肺通氣量增加，呼出較多的CO₂，使PCO₂和[H⁺]下降，從而減弱了低O₂的刺激作用。

四、周期性呼吸

周期性呼吸是異常呼吸型之一，表現(xiàn)為呼吸加強(qiáng)加快與減弱減慢交替出現(xiàn)。最常見(jiàn)的有陳-施呼吸和比奧（Biot)呼吸。

（一)陳-施呼吸（潮式呼吸)

陳-施呼吸（Cheyne-Stokes respiration)的特點(diǎn)是呼吸逐漸增強(qiáng)增快又逐漸減弱減慢與呼吸暫停交替出現(xiàn)，每個(gè)周期約45s到3min。

當(dāng)前認(rèn)為陳-施呼吸產(chǎn)生的基本機(jī)制是因?yàn)槟撤N原因呼吸受到刺激，肺通氣量增加，呼出過(guò)多的CO₂,肺泡氣PCO₂下降，肺部血液PCO₂也下降，片刻之后，這種低PCO₂血液到達(dá)腦部?

■［此處缺少一些內(nèi)容］■

尚不清楚，可能是疾病已侵及延髓，損害了呼吸中樞。

圖5-23 異常呼吸型式示意圖

五、運(yùn)動(dòng)時(shí)呼吸的變化及調(diào)節(jié)

運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)體代謝增高，血液循環(huán)和呼吸系統(tǒng)都將發(fā)生一系列變化以適應(yīng)增高了的機(jī)體代謝的需要。這時(shí)，呼吸加深加快，肺通氣量增大，其增加的程度隨運(yùn)動(dòng)量而異。潮氣量可雙安靜時(shí)的500ml升到2000ml，呼吸頻率可從 12-18次/min升至50次/min，每分通氣量可升達(dá)100L以上，O₂的攝入量和CO₂排出量也都相應(yīng)增加。

運(yùn)動(dòng)時(shí)肺通氣量的增加有一個(gè)過(guò)程。運(yùn)動(dòng)之始，通氣量驟升，繼之以緩慢的升高，隨后達(dá)一穩(wěn)態(tài)水平。運(yùn)動(dòng)停止時(shí)，也是通氣量先驟降，繼以緩慢下降，然后恢復(fù)到運(yùn)動(dòng)前的水平（圖5-24)。

圖5-24 運(yùn)動(dòng)時(shí)的肺通氣量變化

運(yùn)動(dòng)時(shí)呼吸的變化是大家都很熟悉的生理現(xiàn)象，但其變化機(jī)制卻至今仍未闡明，不過(guò)與其它生理活動(dòng)一樣，也是在神經(jīng)和體液機(jī)制調(diào)節(jié)下發(fā)生的。

一般認(rèn)為運(yùn)動(dòng)開(kāi)始時(shí)通氣驟升也條件反射有關(guān)，是在運(yùn)動(dòng)鍛煉過(guò)程中形成的。因?yàn)橹皇墙o予運(yùn)動(dòng)暗示，并未開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，也可出現(xiàn)通氣量增大的反應(yīng)，而且與運(yùn)動(dòng)者過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)、精神狀態(tài)、實(shí)驗(yàn)條件等有關(guān)。此外，運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)肌肉、關(guān)節(jié)的本體感受器受到刺激，其傳入沖動(dòng)也可以反射性地刺激呼吸。因?yàn)�，僅被動(dòng)運(yùn)動(dòng)肢體，就可引起快速通氣反應(yīng)，陰斷活動(dòng)肢體的傳入神經(jīng)，反應(yīng)消失；脊髓胸12水平截癱病人，被動(dòng)運(yùn)動(dòng)膝關(guān)節(jié)，不能產(chǎn)生快速通氣反應(yīng)。近年來(lái)神經(jīng)組化研究表明，在延髓孤束周?chē)�有較稠密的肌傳入末梢，這可能是運(yùn)動(dòng)肢體引起運(yùn)動(dòng)初期快速通氣反應(yīng)的解剖學(xué)基礎(chǔ)。

運(yùn)動(dòng)時(shí)動(dòng)脈血pH、PCO₂PO₂的波動(dòng)的作用。中度運(yùn)動(dòng)時(shí)，雖然動(dòng)脈血pH、PCO₂PO₂的均值保持相對(duì)的穩(wěn)定，但它們卻都能隨呼吸廁于周期性波動(dòng)，波動(dòng)的幅度隨運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度而變化，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)，波動(dòng)幅度大；運(yùn)動(dòng)弱，波動(dòng)幅度小。運(yùn)動(dòng)時(shí)，這種波動(dòng)幅度的增大，可能在運(yùn)動(dòng)通氣反應(yīng)中起重要作用。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，設(shè)法在不影響血液氣體平均分壓的同時(shí)，緩沖上述周期性波動(dòng)，動(dòng)物通氣量下降。記錄貓頸動(dòng)脈竇神經(jīng)化學(xué)感受器傳入沖動(dòng)，發(fā)現(xiàn)其頻率與呼吸周期同步消、漲。體液因素的這種作用是通過(guò)化學(xué)感受器實(shí)現(xiàn)的。

運(yùn)動(dòng)停止后，通氣未立即恢復(fù)到安靜水平。這是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)時(shí)，O₂供小于O₂耗，欠下了“O₂債”。所以運(yùn)動(dòng)停止后，一段時(shí)間內(nèi)，O₂耗仍大于安靜時(shí)的，以?xún)斶�O₂債，待償還后，通氣才恢復(fù)。這時(shí)維持通氣增強(qiáng)的刺激主要是H⁺。

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