التهوية المنضبطة

تشير التهوية المنضبطة، أو التحكم في التهوية، إلى الآليات الفسيولوجية التي يقوم بها الجسم للتحكم في التنفس، وهي حركة الهواء داخل وخارج الرئتين. وحيث أن التهوية تسهل عملية التنفس، يشير التنفس إلى استخدام الأكسجين وإزالة ثاني أكسيد الكربون من الجسم، أو عن طريق الخلايا الفردية فيما يعرف بالتنفس الخلوي.

في معظم الظروف، يتحكم الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون أو (تركيز ثاني أكسيد الكربون) في معدل التنفس. وهي عملية دقيقة، ترتفع وتنخفض في معدلتها حسب الحاجة إلى الأكسجين.

للجسم ثلاثة أنواع من المستقبلات تستشعر التغير في الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون أو (تركيز ثاني أكسيد الكربون) في الدم، وتلعب دورًا مهمًا في تنظيم التنفس وتشمل:

• المستقبلات الكيميائية المركزية.
• المستقبلات الكيميائية المحيطية أو الطرفية.
• مستقبلات تمدد الرئة (نوعً من المستقبلات الميكانيكية).

المستقبلات الكيميائية الطرفية والمستقبلات الكيميائية المحيطية أو الطرفية

توجد المستقبلات الكيميائية الطرفية التي تكتشف التغيرات في مستويات الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في بنية الشريان الأبهري والأجسام السباتية. وتكون المستقبِلات الكيميائية المركزية حساسة بشكل أساسي للتغيرات في حموضة الدم، (الناتجة عن التغيرات في مستويات ثاني أكسيد الكربون) وتقع على النخاع المستطيل القريب من المجموعات التنفسية للمركز التنفسي في الدماغ. يتم نقل المعلومات من المستقبلات الكيميائية الطرفية على طول الأعصاب لمكونات الجهاز التنفسي. هناك أربع مجموعات تنفسية، اثنتان في النخاع واثنتان في جِسْرُ فارول (بون).

وتكون وظائف المجموعات التنفسية كالتي:

مجموعة النخاع ووظائفها:

• المجموعة الظهرية التنفسية: تسيطر في الغالب على حركات الاستنشاق وتوقيتها.
• مجموعة التنفس البطنية: تسيطر على الزفير القسري الطوعي وتعمل على زيادة قوة الاستنشاق.

مجموعة جِسْرُ فارول (بون) ووظائفها:

• مَرْكَزٌ مُنَظِّمٌ للتَّنَفُّس.

1. ينسق سرعة الاستنشاق والزفير.
2. يرسل النبضات المثبطة إلى منطقة الشهيق.
3. يشارك في ضبط دقيق لمعدل التنفس.

• مَرْكَزُ قَطْعِ التَّنَفُّس

1. تنسق سرعة الاستنشاق والزفير.
2. ترسل نبضات تنشيطية إلى منطقة الشهيق (ينشط ويطيل الاستنشاق).
3. تتجاوز سيطرة (المَرْكَزٌ المُنَظِّمٌ للتَّنَفُّس) من المنطقة (المتعلقة باسْتِمْرارِ الشَّهيق) لإنهاء الاستنشاق.

مستقبلات تمدد الرئة أو المستقبلات الميكانيكية

توجد المستقبلات الميكانيكا في المجاري الهوائية والنسيج البرانشيمي، وهي مسؤولة عن مجموعة متنوعة من الاستجابات العاكسة. وتشمل:

• مُنْعَكَسُ هيرِينْغ-بروار (يؤدي الى تنبيه نهايات الأعصاب الحسية في الرئتين إلى تقليص التنفس) الذي ينهي الاستنشاق لمنع التضخم الزائد في الرئتين.
• ردود الفعل المنعزلة للسعال.
• انقباض الشعب الهوائية.
• فرط التنفس.
• مستقبلات مجرى الهواء العلوي مسؤولة عن الاستجابات الانعكاسية مثل:
• العطس.
• السعال.
• إغلاق المزمار أو اللهاة.
• الفواق.
• ردود فعل الحبل الشوكي المنعكسة تنشط عضلات الجهاز التنفسي الإضافية كتعويض واستجابة للآتي:
• للهث؛ ُتْقَطِعُ النَّفَس.
• نقْصُ التَّهْوِيَة.
• زيادة في وتيرة التنفس.
• ينظم المُنْعَكَسُ الأَنْفِيُّ الرِّئَوِيّ وردود الفعل الأنفية العصبية آلية التنفس من خلال تعميق الشهيق بتحفيز من الآتي:
• تدفق الهواء.
• ضغط الهواء في الأنف.
• نوعية الهواء.
• تنقل النبضات من الغشاء المخاطي للأنف من العصب ثلاثي التوائم إلى مركز الجهاز التنفسي في جذع الدماغ.
• انتقال الاستجابة المتولدة إلى القصبات، العضلات الوربية والحجاب الحاجز.

طريقة عمل المستقبلات

ترتفع مستويات ثاني أكسيد الكربون في الدم عند استخدام الأكسجين في عمليات الأيض، ويزيد إنتاج ثاني أكسيد الكربون خلال التمارين الرياضية. يتم نقل ثاني أكسيد الكربون في الدم إلى حد كبير كأيونات بيكربونات سالبة، عن طريق التحويل أولاً إلى حمض الكربونيك، بواسطة انزيم يسمي الأنهيدراز الكربوني، ثم يفصل هذا الحمض إلى أيونات الهيدروجين الموجبة وأيونات البيكربونات السالبة وبناءً على ذلك، يؤدي تراكم ثاني أكسيد الكربون إلى تراكم مكافئ لأيونات الهيدروجين غير المرتبطة به، والتي، تقلل درجة الحموضة في الدم. تبدأ مستشعرات الحموضة الموجودة في الدماغ بالاستجابة الفورية إلى الانخفاض في الحموضة، مما يؤدي إلى زيادة أداء الجهاز التنفسي وعمق التنفس.

طريقة عمل الجهاز التنفسي

من مركز الجهاز التنفسي بالدماغ، يتم تنشيط عضلات الجهاز التنفسي، والحجاب الحاجز، ليسبب انتقال الهواء داخل وخارج الرئتين. عادة ما يكون التنفس عملية لا إرادية أو تلقائية. يمكن تقسيم نمط المحفزات الحركية أثناء التنفس إلى مرحلة الشهيق ومرحلة الزفير.

يظهر الشهيق زيادة مفاجئة في تفريغ الشحنات الكهربائية من الخلايا العصبية الحركية التي تؤدي الى حركة عضلات الجهاز التنفسي (والعضلات الانصمامية البلعومية). قبل نهاية الشهيق، يحدث انخفاض في تفريغ الشحنات الكهربائية من الخلايا العصبية الحركية. عادة ما يكون الزفير صامتا، باستثناء معدلات التنفس العالية.

يتحكم المركز التنفسي في النخاع في معدل وعمق التنفس من خلال المدخلات المختلفة. ويكون مصدر هذه الإشارات من:

• المستقبلات الكيميائية الطرفية.
• المستقبلات الكيميائية المركزية، العصب المبهم والعصب اللساني البلعومي يحمل مدخلات من مستقبلات تمدد الرئة.
• مستقبلات ميكانيكية أخرى في الرئتين.
• إشارات من القشرة الدماغية.
• إشارات الهايبوثلاموس أو (تحت المهاد).
• السيطرة على نمط التنفس.

عادةً ما تكون التهوية المنضبطة غير واعية (لا ارادية) وتلقائية، ولكن يمكن التغلب عليها من خلال أنماط بديلة واعية مثل:

• التثاؤب.
• الضحك.
• التنهد.
• الغناء أو الصفير.

في حين يتم استخدام التجاوزات الطوعية بالكامل في حالات مثل:

• النفخ على الشمع.
• حبس التنفس (على سبيل المثال، السباحة تحت الماء).
• فرط التنفس قد يكون طوعيًا تمامًا أو استجابة للاضطراب العاطفي أو القلق، مثل متلازمة فرط التنفس المجهدة. يمكن للتحكم الطوعي أن يؤثر أيضًا على وظائف أخرى مثل معدل ضربات القلب كما هو الحال في ممارسات اليوغا والتأمل.

يتم أيضًا تعديل نمط التنفس مؤقتًا من خلال ردود الفعل المعقدة مثل العطس، والإجهاد، والتجشؤ، والسعال، والتقيؤ.

تأثيرات الأدوية على التهوية المنضبطة

يمكن للأدوية أن تؤثر بشكل كبير على معدل التنفس. تميل المواد الأفيونية ومواد التخدير إلى الحد من التهوية المنضبطة، من خلال تقليل الاستجابة الطبيعية لمستويات ثاني أكسيد الكربون في الدم.
يمكن أن تسبب المنشطات مثل الأمفيتامينات فرط التنفس.

يميل الحمل إلى زيادة التهوية المنضبطة (عن طريق تخفيض الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون في البلازما إلى ما دون القيم الطبيعية). ويرجع ذلك إلى زيادة مستويات البروجسترون وتبادل الغازات في المشيمة.