Chương 42 Điều hòa hô hấp

Các tín hiệu đó tác động đến thì hít vào theo các tương tự như tín hiệu từ trung tâm điều hòa thở; đó là, khi phổi trở lên quá căng, các receptor nhận cảm căng bị kích hoạt một cơ chế đi

C H A P T E R 4 2

Điều hòa hô hấp

H ệt r

T R U N G T Â M H Ô H Ấ P

C á

N

N h

N h

k i

vùng trên và dưới hành, nhóm

neuron này vẫn phát nhịp điệu

nhịp nhàng điện thế hoạt động ở

thì hít vào Nguyên nhân cơ bản

gây ra sự phát nhịp nhịp nhàng

chưa được làm rõ Ở động vật

nguyên thủy, mạng neuron đã

được tìm thấy , trong đó hoạt

động của một nhóm tế bào thần

kinh kích thích một bộ phận thứ

hai, và bộ phận thứ hai lại quay

lại ức chế bộ phận đầu tiên Do

đó, sau mỗi chu kỳ, cơ chế tự

động này lặp đi lặp lại liên tục

trong suốt cuộc đời của con vật

Hầu hết các nhà sinh lý học hô

hấp tin rằng một số mạng

neuron tồn tại trong cơ thể con

người, nằm hoàn toàn bên trong

hành não; nó có thể liên quan

đến không chỉ nhóm hô hấp

lưng mà còn có thể là các khu

vực xung quanh hành não, và nó

chịu trách nhiệm về điều hòa

nhịp hô hấp cơ bản

Tín hiệu thở tăng từ từ  Các

tín hiệu thần kinh được truyền

tới các cơ hít bào, chủ yếu là cơ

hoành, không phải là sự tăng

nhanh tức thời của các điện thế

hoạt động Thay vào đó, nó bắt

đầu một cách yếu và tăng từ từ

trong khoảng 2s trong khi hô

hấp bình thường Sau đó nó ngừng trong khoảng 3s tiếp theo làm dừng kích thích vào cơ hoành và cho phép lực đàn hồi của phổi và thành ngực gây ra hiện tượng thở ra Tiếp thoe, các tín hiệu hít vào lại bắt đầu chu

kỳ khác; chu trình này cứ lặp đi lặp lại với hiện tượng thở ra xen giữa các chu trình Do đó, các tín hiệu hít vào được gọi là tín

hiệu từ từ (ramp signal) Ưu

điểm của việc tăng từ từ là nó làm tăng ổn định thể tích phổi trong khi hít thở, hơn là thở hổn hển

Hai hệ quả của cơ chế điều hòa thở từ từ là:

1 Điều hòa tốc độ tăng tín hiệu từ từ trong hô hấp

mạnh, sự tăng từ từ nhanh

và do đó làm đầy phổi nhanh chóng

2 Kiểm soát điểm giới hạn đỉnh khi tăng để dừng lại,

nó là phương pháp để kiểm soát tốc độ hô hấp;

đó là, điểm giới hạn thấp hơn, ngắn hơn so với thời gian hít vào Cách này cũng giúp rút ngắn thời gian thở ra Do đó, tần số

hô hấp tăng lên

539

Unit VII Respiration

sự giãn đàn hồi của phổi và lồng ngực

Não thất IV

Nhóm hô hấp

lưng (Hít vào)

Vagus and

glossopharyngeal

Hình 42-1.

Pneumotaxic center

Inhibits

? Apneustic center

Ventral respiratory group (expiration and inspiration)

Respiratory motor pathways

Tổ chức trung tâm hô hấp.

2 Nhóm neurons hô hấp bụng không tham gia trong điều hòa nhịp thở cơ bản

3 Khi thông khí của phổi tăng lớn hơn bình thường, tín hiệu được truyền đến nhóm hô hấp bụng từ cơ chế dao động cơ bản của nhóm hô hấp lưng Như một hệ quả, nhóm hô hấp bụng góp phần giúp hoạt động thở ra dễ dàng hơn

4 Kích thích điện tới một vài neuron ở nhóm hô hấp bụng gây hít vào, trong khi sự kích thích các neuron khác gây thở ra Do đó, các neuron đóng góp trong

cả thì hít bào và thở ra Chúng đặc biệt quan trọng trong việc phát các tín hiệu thở ra mạnh tới các cơ bụng trong khi thở ra rất mạnh Như vậy, nhóm neuron này hoạt động nhiều hay ít như là một cwo chế khi nhu cầu đòi hỏi thông khí cao, đặc biệt khi tập thể dục nặng

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 ở phần

lưng của nhân parabrachialis ở phần trên của cầu não, nó

truyền tín hiệu đến trung tâm hít vào Tác dụng chính của

trung tâm này là để kiểm soát điểm dừng “switch-off” của

đoạn tăng cường độ hít vào, do đó kiểm soát thời gian của

pha hít vào của chu kỳ phổi Khi tín hiệu của trung tâm

điều chỉnh thở mạnh, thì hít vào có thể kéo dài ít nhất là

0,5s, do đó làm đầy phổi chỉ trong thời gian ngắn; khi tín

hiệu của trung tâm này yếu, thì hít vào có thể kéo dài đến

5s hoặc hơn, do đó làm đầy phổi với một lượng khí rất

lớn

Trung tâm điều chỉnh thở có chức năng chủ yếu là ức

chế trung tâm hít vào, ngoài ra có tác dụng thứ hai trong

việc làm tăng tốc độ thở, do khi ức chế hít vào cũng làm

cho thì thở ra ngắn hơn và toàn bộ thời gian của mỗi chu

kỳ hô hấp cũng ngắn hơn Một tín hiệu của trung tâm điều

chỉnh thở mạnh có thể làm tăng tốc độ thở lên đến 30-40

nhịp/phút, trong khi một tín hiệu của trung tâm điều hòa

thở yếu có thể làm giảm tốc độ xuống còn 3-5 nhịp/phút

NHÓM NEURON HÔ HẤP BỤNG – CÓ CHỨC

NĂNG TRONG CẢ THÌ HÍT VÀO VÀ THỞ RA

Nằm ở mỗi bên của hành não, cách khoảng 5 mm phía

trước và bên hơn so với nhóm neuron hô hấp lưng, là

nhóm neurons hô hấp bụng, được tìm thấy ở nhân

nucleus ambiguus rostrally và nhân nucleus

ret-roambiguus caudally Chức năng của nhóm neuron hô hấp

này khác với nhóm hô hấp lưng ở nhiều điểm:

1 Các neuron thần kinh của nhóm hô hấp bụng gần

như hoàn toàn không hoạt động trong khi hít thở

bình thường Do đó, hít thở bình thường được tạo ra

chỉ do các tín hiệu hít vào đến từ nhóm hô hấp lưng truyền chủ yếu đến cơ hoành và động tác thở ra là

CÁC TÍN HIỆU ỨC CHẾ SỰ HÍT VÀO – PHẢN

XẠ HERING-BREUER

Ngoài các hệ thống thần kinh điều hòa hô hấp ở thân não, các tín hiệu thần kinh cảm giác từ phổi cũng giúp điều hòa hô hấp Phần quan trọng nhất, nằm ở phần cơ của thành phế quản và cây phế quản trong phổi là các thụ thể

nhận cảm (stretch receptors) nó truyền tín hiệu qua dây X

tới nhóm neuron hô hấp lưng khi phổi trở lên quá căng Các tín hiệu đó tác động đến thì hít vào theo các tương tự như tín hiệu từ trung tâm điều hòa thở; đó là, khi phổi trở lên quá căng, các receptor nhận cảm căng bị kích hoạt một cơ chế điều hào ngược là dừng hít vào thêm Cơ chế

này được gọi là phản xạ Hering-Breuer Phản xạ này

ngoài ra còn 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 cho đến khi dung tích sống tăng hơn 3 lần bình thường (>≈1.5 l/nhịp) Do đó, phản xạ này chủ yếu là một cơ chế bảo vệ ngăn không cho phổi căng quá mức hơn là một 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, chúng ta đã thảo luận về các cơ chế cơ bản tạo ra hiện tượng hít vào và thở ra, nhưng cũng rất cần tìm hiểu xem làm thế nào cường độ tín hiệu điều hòa có thể làm tăng hoặc giảm thông khí theo như cầu của

cơ thể Ví dụ, khi tập thể dục nặng, tỷ lệ khí O2 và CO2

540

tăng lên gấp 20 lần bình thường, đòi hỏi phải tăng tương

ứng thông khí phổi Mục đích chính của phần còn lại

trong chương này để thảo luận về điều hòa thông khí

trong khi thở phù hợp với nhu cầu của cơ thể

ĐIỀU HÒA HÓA HỌC HÔ HẤP

Mục đích cuối cùng của hô hấp là để duy trì nồng độ thích

hợp O2 và CO2 và ion H+ trong các mô Do đó, hoạt động

hô hấp phụ thuộc rất nhiều vào sự thay đổi nồng độ các

chất này

Nồng độ CO2 hay ion H+ quá cao trong máu tác động

trực tiếp vào trung tâm hô hấp, làm tăng đáng kể lực

mạnh của các tín hiệu vận động hít vào và thở ra tới các

cơ hô hấp

Oxygen, ngược lại, không có ảnh hưởng trực tiếp tới

trung tâm hô hấp của não trong việc điều hòa hô hấp

Thay vào đó, nó tác động gần như hoàn toàn lên các hóa

thụ thể ở ngoại vi nằm trong động mạch cảnh và thân

động mạch chủ, và các hóa thụ thể lần lượt truyền tín hiệu

thần kinh thích hợp về trung tâm hô hấp để điều hòa hô

hấp

ĐIỀU HÒA HÓA HỌC TRỰC TIẾP TRUNG

TÂM HÓA HỌC THÔNG QUA CO 2 VÀ ION H +

Khu vực nhận cảm hóa học của trung tâm hô hấp

nằm ở phần dưới mặt bụng của hành não  Chúng

ta thảo luận chủ yếu 3 khu vực của trung tâm hô hấp là:

nhóm neuron hô hấp lưng, nhóm neuron hô hấp bụng và

trung tâm điều hòa thở Người ta tin rằng không khu vực

nào trong 3 khu vực trên bị ảnh hưởng trực tiếp bởi sự

thay đổi nồng độ CO2 hay hydrogen ion trong máu Thay

vào đó, một khu vực tế bào thần kính khác – khu vực

nhận cảm hóa học, thể hiện trong Hình 42-2, nằm song

song hai bên, dài khoảng 0.2 mm phần phía dưới mặt

bụng của hành não Khu vực này rất nhạy cảm với những

thay đổi PCO2 hay nồng độ ion H+ trong máu, sau đó nó

lần lượt kích thích các phần khác của trung tâm hô hấp

Kích thích các neuron cảm ứng

hóa học bằng ion H + có thể là kích

thích cơ bản

Các tế bào thần kinh trong khu vực cảm ứng hóa học đặc

biệt bị kích thích bởi ion H+; trên thực tế, người ta tin rằng

các ion H+ có thể là thành chất duy nhất có vai trò quan

trọng tác động trực tiếp tới các tế bào thần kinh này Tuy

nhiên, các ion H+ không dễ dàng đi qua được hàng rào

máu não Vì lý do này, những sự thay đổi nồng độ ion H+

trong máu có tác dụng kém hơn trong việc kích thích các

tế bào thần kinh cảm ứng hóa học hơn là sự thay đổi nồng

Chemosensitive area

Inspiratory area H + + HCO 3

–

H 2 CO 3

CO 2 + H 2 O

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, mặc dù CO2 được cho rằng kích thích các tế bào thần kinh gián tiếp thông qua sự thay đổi nồng

độ ion H+, như đã được giải thích trong đoạn tiếp theo

CO 2 kích thích vào khu vực nhận cảm hóa học

Mặc dù CO2 ít có tác động trực tiếp trong việc kích thích các neuron ở khu vực nhận cảm hóa học, song nó có tác động gián tiếp mạnh Nó tác động bằng cách phản ứng với nước trong các mô để tạo thành acid carbonic, acid này sẽ phân ly thành ion H+ và ion HCO3- ; các ion H+ sau đó sẽ

có một kích thích trực tiếp mạnh tới hô hấp Những phản ứng này được thể hiện trong Hình 42-2

Vậy tại sao CO2 trong máu có tác động mạnh hơn trong việc kích thích các neuron nhận cảm hóa học hơn là nồng độ H+ trong máu? Câu trả lời là hàng rào máu não không cho các ion H+ đi qua, nhưng CO2 có thể đi qua hàng rào này Do đó, bất cứ khi nào PCO2 máu tăng, thì cũng tăng PCO2 ở dịch kẽ ở hành não và dịch não tủy Ở

cả hai dịch trên, khí CO2 lập tức phản ứng với nước hình thành các ion H+ mới Sau đó, các ion H+ được giải phóng

sẽ tác động vào khu vực nhận cảm hóa học hô hấp ở hành não khi nồng độ CO2 máu tăng nhiều hơn là khi nồng độ

H+ máu tăng Vì lý do này, hoạt động trung tâm hô hấp tăng mạnh hơn bởi sự thay đổi nồng độ CO2 máu

bởi CO2rất mạnh mẽ trong một vài giờ đầu tiên sau khi nồng

độ CO2 máu tăng khởi phát, nhưng sau đó giảm dần trong

1-2 ngày tiếp theo, giảm khoảng 1/5 do với tác động ban đầu 541

Unit VII Respiration

Một phần của sự sụt giảm này là do sự điều chỉnh lại nồng

độ ion H+ máu trở lại như bình thường của thận sau khi

CO2 máu tăng khởi phát làm tăng nồng độ H+ Thận điều

chỉnh bằng cách làm tăng nồng độ HCO3- trong máu, nó

sẽ liên kết với ion H+ trong máu và dịch não tủy để làm

giảm nồng độ các chất này Nhưng quan trọng hơn, trong

khoảng thời gian một giờ, bicarbonate ions khuếch tán

chậm qua hàng rào máu não và trực tiếp liên kết với ion

H+ tiếp xúc với các neuron hô hấp, do đó làm giảm nồng

độ H+ về gần giá trị bình thường Một sự thay đổi nồng độ

CO2 máu sẽ tác động cấp tính mạnh lên điều hòa hô hấp

nhưng chỉ là một tác động mạn tính yếu một vài ngày sau

đó

Tác động của P CO 2 và nồng độ H + máu

chủ yếu vào thông khí phế nang

Hình 42-3 cho thấy tác động chủ yếu của PCO 2 và pH

máu trong thông khí phế nang Đặc biệt lưu ý là sự gia

tăng đáng kể thông khí gây ra bởi tăng PCO2 trong giới

hạn bình thường khoảng 35-75 mm Hg, nó chứng minh

tác dụng to lớn của sự thay đổi nồng độ CO2 trong điều

hòa hô hấp Ngược lại, sự thay đổi hô hấp trong khoảng

pH 7.3 - 7.5 thì ít hơn 1/10 so với CO2

11

10

9

8

7

6

P CO

2

5

4

3

2

1

0

20 30 40 50 60 70 80 90 100

P CO 2 (mm Hg)

7.6 7.5 7.4 7.3 7.2 7.1 7.0 6.9

pH

Figure 42-3 Effects of increased arterial blood PCO2 and

decreased arterial pH (increased hydrogen ion concentration) on

the rate of alveolar ventilation.

Sự thay đổi nồng độ O 2 ít có tác động trực tiếp tới trung tâm điều hòa hô hấp

Sự thay đổi nồng độ O2 hầu như không có ảnh hưởng trực tiếp đến trung tâm hô hấp (mặc dù vậy, sự thay đổi nồng độ O2 có tác động gián tiếp, tác động thông qua cá hóa thụ thể ở ngoại vi, như được giải thích ở đoạn tiếp theo)

Chúng ta đã học được trong Chương 41 là hệ thống đệm hemoglobin-oxygen cung cấp gần như thích hợp lượng O2 tới các mô ngay cả khi có sự thay đổi PO2 ở phổi

từ một giá trị thấp khoảng 60 mm Hg lên một giá trị cao khoảng 1000 mm Hg Do đó, ngoại trừ trong các điều kiện đặc biệt, lượng O2 tới mô luôn thích hợp ngay cả khi cso những sự thay đổi khác nhau trong hệ thống thông khí phổi (từ giảm nhẹ dưới ½ bình thường đến cao gấp 20 lần bình thường hoặc hơn) Cơ chế này không áp dụng cho

CO2 bởi vì PCO2 cả máu và mô thay đổi tỷ lệ nghịch với

tỷ lệ thông khí phổi; do đó, các quá trình tiến hóa của động vật đã làm cho CO2 có chức năng điều khiển hô hấp chính thay vì là O2

Tuy nhiên trong những trường hợp đặc biệt, khi đó mô

bị thiếu O2, cơ thể có một cơ chế đặc biệt để điều hòa hô hấp nằm ở các thụ thể hóa học ở ngoại vi, bên ngoài trung tâm hô hấp não; cơ chế này đáp ứng khi PO2 giảm quá thấp, thường là dưới 70 mm Hg, như sẽ được thảo luận ở đoạn tiếp theo

ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG HÔ HẤP BỞI HỆ THỐNG THỤ THỂ HÓA HỌC NGOẠI VI – Vai trò của O 2 trong điều hòa hô hấp

Ngoài ra để điều hòa hoạt động hô hấp bởi trung tâm hô hấp, vẫn còn một cơ chế khác Cơ chế này là hệ thống các

thụ thể hóa học ngoại vi, như thể hiệ trong Hình 42-4

Các thụ thể hóa học thần kinh đặc biệt được gọi là thụ thể hóa học, nằm ở một số khu vực bên ngoài não Chúng đặc biệt quan trọng trong việc phát hiện sự thay đổi nồng độ

O2 trong máu, ngoài ra chúng cũng đáp ứng mức độ thấp hơn với sự thay đổi nồng độ CO2 và hydrogen ion Những thụ thể hóa học truyền tín hiệu thần kính tới trung tâm hô hấp nằm trong não giúp điều hòa hoạt động hô hấp Hầu hết các thụ thể hóa học này nằm ở thân động mạch cảnh Ngoài ra, một số còn nằm ở thân động mạch chủ, như thể hiện ở phần dưới Hình 42-4, và một số ít cũng nằm ở một số nơi khác trong các động mạch khác ở vùng ngực và bụng

Thân động mạch cảnh nằm ở hai bên thuộc động mạch cảnh chung Các sợi thần kinh hướng tâm đi theo các dây thần kinh Hering của dây thần kinh thiệt hầu tới nhóm hô hấp lưng ở hành não Thân động mạch chủ nằm dọc theo vòng cung của động mạch chủ, các sợi thần kính của nó đi theo dây thần kinh X, và cũng tới nhóm hô hấp lưng ở hành não 542

Medulla Glossopharyngeal nerve Vagus nerve

Carotid body

Aortic body

Figure 42-4 Respiratory control by peripheral chemoreceptors in

the carotid and aortic bodies.

800

600

400

200

0

0 100 200 300 400 500

Arterial P O 2 (mm Hg)

Figure 42-5 Effect of arterial PO2 on impulse rate from the

carotid body.

Mỗi thân thụ thể hóa học nhận tín hiệu đặc biệt dòng

máu chảy qua một động mạch nhỏ trực tiếp từ thân động

mạch liền kề Hơn nữa, lưu lượng máu chảy qua thân

động mạch này này là rất lớn, gấp 20 lần trọng lượng của

chúng mỗi phút Do đó, tỷ lệ phần trăm lượng O2 đi ra

khỏi máu gần như bằng không, có nghĩa là các hóa thụ thể

không bị kích thích, máu động mạch không có huyết khối,

và giá trị PO 2 chính là giá trị P O2

học  Khi nồng độ oxy trong máu động mạch giảm xuống

dưới mức bình thường, các hóa thụ thể trở nên kích thích

mạnh mẽ Tác động này được thể hiện trong Hình 42-5 ,

trong đó cho thấy tác động ở các mức độ khác nhau của PO2

tới tốc độ của xung thần kinh từ thân động mạch cảnh Tốc

độ xung

đặc biệt dao động với những thay đổi PO2 trong khoảng từ

60 tới 30 mm Hg, giới hạn trong đó nồng độ hemoglobin bão hòa với oxy giảm nhanh

kích thích các hóa thụ thể và theo cách gián tiếp làm tăng hoạt động hô hấp Mặc dù vậy, tác động trực tiếp của hai chất này tới trungn tâm hô hấp là mạnh hơn nhiều so với tác động gián tiếp của chúng qua các hóa thụ thể (mạnh hơn khoảng 7 lần) Tuy nhiên, có sự khác nhau giữa tác động ngoại vi và trung tâm của CO2 là: Sự kích thích bằng cách qua các hóa thụ thể ngoại vi có thể đặc biệt quan trọng trong sự tăng nhanh CO2 khi bắt đầu tập thể dục

Cơ chế cơ bản của sự kích các hóa thụ thể khi thiếu

O 2  Cơ chế chính xác của việc PO2 giảm kích thích các tận cùng thần kinh trong thân động mạch cảnh và quai động mạch chủ vẫn chưa hoàn toàn được hiểu rõ Tuy nhiên, các

cơ quan này có các tế bào tuyến có chiều cao khác nhau, gọi

là tế bào glomus, chúng khớp trực tiếp hoặc gián tiếp với các đầu thần kinh Nó là bằng chứng cho thấy rằng những tế bào glomus cso chức năng như các hóa thụ thể và có khả năng kích thích cá đầu thần kinh (Hình 42-6)

Những tế bào Glomus có các kênh K nhạy cảm với O2, dễ

bị bất hoạt khi PO2 máu giảm rõ rệt Sự bất hoạt này làm cho các tế bào bị khử cực, khi đó làm mở các kênh Ca điện thế và tăng nồng độ Ca nội bào Tăng nồng độ calcium ions kích thích tạo một xung động thần kinh kích hoạt tế bào thần kinh hướng tâm gửi tín hiệu cho hệ thần kinh trung ương và kích thích hô hấp Mặc dù nghiên cứu ban đầu cho rằng dopamin hoặc acetylcholin có thể là chất dẫn truyền thần kính chính, nhưng các nghiên cứu gần đây cho thấy rằng trong tình trạng thiếu oxy, adenosine triphosphate có thể là chìa khóa kích thích tạo

ra các xung động thần kinh được giải phóng bởi các tế bào glomus ở động mạch cảnh

Tác động của PO 2 động mạch thấp tới kích thích thông khí phế nang khi nồng độ CO 2

và H + vẫn bình thường Hình 42-7 cho thấy tác động của PO2động mạch thấp tới thông khí phế nang trong khi PCO2 và nồng độ hydrogen ion vẫn được giữ ổn định ở mức bình thường Nói cách khác Trong hình này, thông khí phế nang chỉ thay đổi do tác động của giảm O2 tới các hóa thụ thể đang hoạt động

Hình này cho thấy hầu như không có tác động tới thông khí phế nang khi PO 2 vẫn lớn hơn 100 mm Hg Tuy nhiên, khi nó xuống thấp dưới 100 mm Hg, thông khí phế nang tăng gấp đôi khi PO2 giảm xuống 60 mmHg và có

54 3

Unit VII Respiration

Artery

P O 2

K + channel Vm Ca ++

Ca++ channel

?

K +

[Ca ++ ]

Glomus

cell

ATP Acetylcholine

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.

7

P CO 2

5

1

160 140 120 100 80 60 40 20 0

Arterial P O 2 (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        

PCO2 was kept at a constant level during the measurements of this study; pH also was kept constant.

thể tăng gấp 5 lần khi giá trị PO2 rất thấp Trong những điều kiện PO2 động mạch thấp rõ ràng thông khí phế năng tăng khá mạnh

Khi tình trạng thiếu oxy cho mô trong giá trị PO2 từ 60 tới 80 mm Hg, thì PCO2 và hydrogen ion chịu trách nhiệm chủ yếu trong việc điều hòa tông khí ở người khỏe mạnh trên mực nước biển

Hiện tượng thở thích nghi khi chịu sự kích thích của giảm nồng độ O 2 từ từ

Những người leo núi đã nhận ra rằng khi họ lên một ngọn nút một cách từ từ, trong khoảng thời gian vài ngày hơn là vài giờ, họ sẽ hít thở sâu hơn và do đó có thể chịu được khí quyển có nồng đọ O2 thấp, hơn nhiều lần khi họ lên một cách nhanh hơn Hiện tượng này gọi là thích khi với khí hậu

Lý do thích nghi với khí hậu là do trong 2-3 ngày, trung tâm hô hấp ở thân não mất khoảng 45% sự nhạy cảm với sự thay đổi PCO2 và hydro gen ions Do đó, sự tăng nồng độ

CO2 thông thường sẽ làm ức chế sự gia tăng hô hấp không xảy ra, và nồng độ O2 thấp có thể điều khiển hệ thống hô hấp làm tăng thông khí phế nang mạnh hơn nhiều so với trường hợp cấp tính Sự gia tăng 70% thông khí có thể xảy ra sau khi tiếp xúc với nơi nồng độ O2 thấp, nó có vai trò rất quan trọng trong việc cung cấp thêm O2 cho người leo núi

Tổng quát tác động của P CO 2 , pH, và P O 2

tới thông khí phế nang

Hình 42-8 cho một cái nhìn tổng quát về cách thực các yếu tố hóa học thông qua PO2, PCO2, và pH cùng tác động lên thông khí phế nang Để hiểu được sơ đồ này,

60

pH = 7.4 P O 2 (mm Hg)

40 50

pH = 7.3 40 50 60 100

50

40

60 30

100 20

10

0

Alveolar P CO 2 (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

Đầu tiên quan sát bốn đường cong màu đỏ Những đường

cong được ghi lại ở các mức khác nhau của động mạch ở

PO2 40 mm Hg, 50 mm Hg, 60 mm Hg, và 100 mm Hg

Với mỗi đường cong PCO2 thay đổi từ thấp đến cao Vì

vậy tổ hợp đường cong màu đỏ đại diện cho ảnh hưởng

kết hợp của PCO2 và PO2 phế nang lên hoạt động thở

Bây giờ quan sát các đường cong màu xanh lá Trong

khi các đường cong màu đỏ được ghi lại tại pH 7.4, thì

đường cong màu xanh lá được đo tại pH 7.3 Chúng ta có

hai tổ hợp đường cong thể hiện sự kết hợp của PCO2 và

PO2 lên hoạt động thở tại hai giá trị pH khác nhau Tuy

nhiên với các tổ hợp khác nhau các đường cong sẽ thay

đổi từ bên phải pHs cao hơn tới vùng bên trái pHs thấp

hơn Vì vậy, sử dụng sơ đồ này, người ta có thể dự đoán

mức thông khí phế nang cho hầy hết các trường hợp PCO2

phế nang, PO2 phế nang, và pH máu động mạch

CƠ CHẾ HÔ HẤP TRONG KHI LAO ĐỘNG

Trong thời gian lao động nặng, O 2 tiêu thụ và khí CO2 có

thể tăng lên gấp 20 lần Tuy nhiên, ở những người lao

động khỏe mạnh như minh họa trong Hình 42-9 , thông

khí phế nang thường tăng theo sự mức tăng sự trao đổi

oxy Các thông số PO2, PCO2, và pH vẫn giữ ở mức bình

thường.

Phân tích nguyên nhân gây ra sự gia tăng thông khí

trong quá trình lao động, một trong những nguyên nhân

gây tăng thông khí là do tăng CO2 máu và hydrogen ions,

cộng với sự giảm O2 máu Tuy nhiên, khi đó PCO2, pH, và

PO2 cho thấy không có sự thay đổi đáng kể trong khi tập

luyện, vì vậy không giá trị nào trong số chúng trở lên bất

thường đủ để kích thích hô hấp như trong hiện tượng quan

sát được khi lao động nặng Vậy nguyên nhân nào gây ra

sự tăng thông khí trong lao động nặng?

120

110

100

in 80

60

40

20 Moderate Severe

0 exercise exercise

O 2 consumption (L/min)

ventila-tory rate (From Gray JS: Pulmonary Ventilation and Its Physiological

Regulation Springfield, Ill: Charles C Thomas, 1950.)

Phải có ít nhất một nguyên nhân dẫn đến hiện tượng đó

Não, khi truyền các xung động tới cơ vận động, được cho

là truyền các xung song song vào thân não tại cùng mọt thời gian để kích thích các trung tâm hô hấp Hành động này tương tự với sự kích thích các trung tâm vận mạch của thân não trong khi lao động gây ra một sự tăng đồng thời huyết áp động mạch

Trên thực tế, khi một người bắt đầu lao động, phần lớn của sự tăng thông khí tăng nhanh khi mới bắt đầu tập, trước khi các chất hóa học trong máu có thời gian để làm thay đổi Có khả năng là hầu hết sự gia tăng hô hấp từ các tín hiệu thần kinh được truyền trực tiếp vào trung tâm hô hấp tại cùng thời điểm mà các tín hiệu đi tới cơ gây co cơ

Mối tương quan giữa các yếu tố hóa học và các yếu tố thần kinh trong việc kiểm soát hô hấp trong khi lao động. 

Khi một người lao động, các tín hiệu thần kinh trực tiếp kích thích trung tâm hô hấp để kích thích cung cấp O2 thêm cần thiết để tập thể dục và giải phòng CO2 Đôi khi, các tín hiệu điều khiển hô hấp thần kinh hoặc là mạnh quá hoặc là quá yếu Các yếu tố hóa học sau đó đóng một vai trò quan trọng trong việc mang điều chỉnh hô hấp cuối cùng cần thiết để giữ nồng độ O2, CO2, và ion H+ trong các chất dịch của cơ thể càng bình thường càng tốt

Quá trình này được thể hiện trong Hình 42-10 ; đường

cong ở dưới cho thất sự thay đổi trong thông khí ở phổi trong một khoảng thời gian 1 phút lao động, và những đường cong ở trên cho thấy sự thay đổi PCO2 động mạch

Lưu ý tằng lúc bắt đầu tập, thông khí phế nang tăng lên nhanh không cùng với sự tăng PCO2 động mạch Trong thực tế, sự giai tăng thông khí này đủ lớn để bước đầu làm giảm PCO2 động mạch xuống thấp hơn bình thường, như thể hiện trong hình Lý do được cho rằng do sự tích tự

CO2 trong máu làm cho não bị kích thích hô hấp lúc bắt đầu lao động, gây tăng thông khí phổi thậm chí trước

44

42

P Hg40

(m38

18

14 10

6

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.)

54 5

Unit VII Respiration

140

100

60

20 Normal

0

Arterial P CO 2 (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.

khi cần thiết Tuy nhiên, trong khoảng 30-40 s, lượng

CO2 giải phóng vào trong máu từ các cơ hoạt động phù

hợp với mức độ tăng thông khí, và sự tăng PCO2 động

mạch cơ bản được trở lại bình thường ngay cả khi tiếp tục

lao động, như cuối giai đoạn 1 phút tập thể dục trong

Hình 42-11 tóm tắt sự điều hòa hô hấp trong khi lao động

theo một cách khác với thời gian dài hơn Đường cong ở

dưới của hình cho thấp tác động của mực PCO2 động

mạch khác nhau tới htoong khí phế nang khi cơ thể ở

trạng thái nghỉ ngơi, tức là không hoạt động Các đường

cong ở trên cho thấy sự thay đổi gần đúng của đường

cong thông khí gây ra bởi kích thích thần kinh từ trung

tâm hô hấp, xảy ra trong khi lao động nặng Các điểm ghi

trên hai đường cong thể hiện PCO2 động mạch 2 đầu ở

trạng thái nghỉ và sau đó ở trạng thái lao động Lưu ý

trong cả hai trường hợp đó PCO2 luôn ở mức bình thường

là 40 mm Hg Nói cách khác, các yếu tố thần kinh làm

thay đổi đường cong đi lên khoảng 20 lần, vì vậy thông

khí phổi gần như phù hợp với lượng CO2 giải phóng, do

đó giữ PCO2 ở mức bình thường Đường cong ở trên trong

Hình 42-11 cũng cho thấy rằng trong khi lao động, PCO2

động mạch không thay đổi với giá trị bình thường là 40

 mmHg, nó có tác dụng kích thích thêm thông khí phổi tại

một giá trih PCO2 lớn hơn 40 mm Hg và làm giảm kích

thích khi giá trị PCO2 thấp hơn 40 mm Hg

Hệ thần kinh điều khiển thông khí trong khi lai

động có thể một phần là đáp ứng theo phản xạ. 

Nhiều thí nghiệm cho thấy rằng khả năng của não để làm

thay đổi đường cong phản xạ trong khi lao động, như thể

hiện trong Hình 42-11,có ít nhất một phần theo phản xạ

Đó là, với những giai đoạn lặp đi lặp lại của quá trình lao động, não dần dần trở nên có hoạt động tốt hơn trong việc cung cấp các tín hiệu thích hợp cần thiết để giữ PCO2 máu

ở mức ổn định Ngoài ra, có lý do để tin tưởng rằng ngay

cả vỏ não cũng có liên quan đến phản xạ này vì các thí nghiệm chặn chỉ ở vỏ não cũng gây chặn lại các phản xạ

Các yếu tố khác ảnh hưởng tới hô hấp

Điều khiển tự động hoạt động hô hấp  Như vậy cho đến hiện tại, chúng ta thảo luận về hệ thống điều khiển hô hấp không tự động Tuy nhiên, tất cả chúng ta đều biết rằng trong môt thời gian ngắn, hô hấp có thể được điều khiển một cách tự động làm tăng hoặc giảm thông khí do rối loạn nghiêm trọng về P CO 2 , pH, và P O 2 có thể xảy ra trong máu.

Ảnh hưởng của thụ thể kích ứng trong đường dẫn khí. 

Biểu mô của khí quản, phế quản, tiểu phế quản được cung cấp một số tận cùng thần kinh cảm giác gọi là thụ thể kích ứng phổi có thể bị kích thích bởi nhiều nguyên nhân Các thụ thể này gây ho và hắt hơi như thảo luận trong Chương 40 Chúng

có thể gây co thắt phế quản ở người mắc bệnh hen suyễn và khí phế thũng.

Chức năng của “các receptor J” phổi  Một vài tận cùng thần kinh đã được mô tả trên các thành phế nang gần

với các mao mạch phổi nên có tên là “J receptors.” Chúng

có thể bị kích thích đặc biệt khi mao mạch phổi bị ứ đọng máu hoặc khi bị phù phổi xảy ra trong các điều kiện như suy tim sung huyết Mặc dù vai trò chức năng của các thụ thể J là không rõ ràng, song kích thích của chúng có thể gây cho người một cảm giác khó thở.

Phù não gây suy yếu trung tâm hô hấp   Các hoạt động của trung tâm hô hấp có thể bị suy giảm hoặc thậm trí bất hoặt bởi phù não cấp tính do một chấn động não Ví dụ, đầu bị đập bởi một vật rắn, sau đó các mô não bị hư hỏng sưng lên, do đó chèn vào động mạch não gây cung cấp thiếu máu não.

Đôi khi, suy hô hấp do phù não có thể thuyên giảm tạm thời bằng cách tiêm tĩnh mạch các dung dịch ưu trường như dung dịch mannitol nồng độ cao Những giải pháp tạm thời

có thể loại bỏ một chút dịch ở não, do đó làm giảm áp lực nội sọ và đôi khi tái lập lại hô hấp trong vòng vài phút.

Thuốc gây tê  Có lẽ nguyên nhân phổ biến nhất của bệnh suy hô hấp và ngừng hô hấp là do quá liều thuốc tê hoặc ma túy Ví dụ, natri pentobarbital gây suy yếu trung tâm hô hấp đáng kể hơn các thuốc gây tê khác, chẳng hạn như halothane Trong một khoảng thời gian morphinr được

sủ dụng như một chất gây tê, nhưng loại thuốc này hiện nay chỉ được sủ dụng như một thuốc hỗ trợ gây mê bởi vì nó gây ức chế trung tâm hô hấp và ít có khả năng gây tê vùng

vỏ não.

Thở ngắt quãng  Một sự bất thường của hô hấp gọi là thở ngắt quãng xảy ra ở một số bệnh Người bệnh hít vào sâu trong một khoảng thời gian ngắn và sau đó thở nhẹ hoặc không thở trong khoảng thời gian tiếp theo, với chu kỳ lặp đi lặp lại nhiều lần Một typ của thở ngắt quãng, thở Cheyne-Stokes đặc trưng là hít thở tù từ và siu hô hấp xảy ra trong khoảng 40-60s, như minh họa trong Hình 42-12

546