مركز التنفس

يقع المركز التنفسي في النخاع المستطيل والبونات (الجسور العصبية)، في جذع الدماغ. يتكون المركز التنفسي من ثلاث مجموعات تنفسية رئيسية من الخلايا العصبية، اثنتان في النخاع والأخرى في الجسر العصبي. يوجد في النخاع المجموعة التنفسية الظهرية، ومجموعة التنفّس البطني. أما البونات، تتضمن المجموعة التنفسية الجسرية، وهي منطقتين تعرف باسم مركز مُنَظِّمٌ لسُرْعَةِ التَّنَفُّس ومركز متعلق باسْتِمْرارِ الشَّهيق.

مركز التنفس مسؤول عن توليد والحفاظ على إيقاع التنفس، وكذلك تعديل الاستجابة المتجانسة للتغيرات الفسيولوجية. يتلقى المركز التنفسي مدخلات من مصادر مختلفة وهي:

1. المستقبلات الكيميائية، هي مستقبلات في النخاع وفي الأوعية الدموية والشريان السباتي في الأوعية الدموية التي تكتشف تغيرات في درجة الحموضة والضغط الجزيئي لثاني أكسيد الكربون في الدم وتشير إلى النخاع لتصحيح هذه التغيرات.
2. المستقبلات الميكانيك كاستجابة للمشي السريع أو الركض والأحمال الثقيلة والتغير في الضغط الجوى.
3. القشرة الدماغية، والهيبوثالاماث من أجل تنظيم معدل وعمق التنفس.

• يتم تحفيز المدخلات عن طريق تغيير مستويات الأكسجين وثاني أكسيد الكربون، ودرجة الحموضة، عن طريق التغيرات الهرمونية المتعلقة بالإجهاد، والقلق، وكذلك من خلال إشارات من القشرة الدماغية لإعطاء السيطرة الواعية على التنفس.
• يتم تعيين معدل التنفس في مركز الجهاز التنفسي من قبل المجموعة التنفسية الظهرية، في النخاع، وتتركز هذه الخلايا العصبية في الغالب في النواة الانفرادية التي تمتد على طول النخاع .
• الإيقاع الأساسي للتنفس هو التنفس الهادئ المريح المعروف باسم (يسر التنفس أو سهولة التنفس). يتطلب التنفس الهادئ فقط نشاط المجموعة الظهرية التي تنشط الحجاب الحاجز، والعضلات الوربية الخارجية. الزفير سلبي ويعتمد على الارتداد المرن للرئتين. عندما تزداد الحاجة الأيضية للأكسجين، يصبح الاستنشاق أكثر قوة ويتم تنشيط الخلايا العصبية في المجموعة البطنية لتحقيق زفير قوي.
• تسيطر المجموعة التنفسية البطنية على الزفير القسري الطوعي وتعمل على زيادة قوة الاستنشاق.
• تسيطر المجموعة التنفسية الظهرية (نَواةُ السَّبيلِ المُفْرَد) على حركات الشهيق وتوقيتها.
• يتم التحكم في معدل التهوية (الحجم في الدقيقة) بإحكام وتحديده في المقام الأول عن طريق مستويات الدم من ثاني أكسيد الكربون على النحو الذي يحدده معدل الأيض.
• يمكن للمستقبلات الكيميائية الكشف عن التغيرات في درجة الحموضة في الدم التي تتطلب تغيرات في التنفس غير الطوعي لتصحيح. المراكز (المحفزة) والمراكز المثبطة من الجسور العصبية تعمل معا للسيطرة على معدل التنفس.

أدوار مراكز التنفس في تنظيم التنفس

النخاع المستطيل

النخاع المستطيل هو مركز التحكم الرئيسي في الجهاز التنفسي. وتتمثل مهمته الرئيسية في إرسال إشارات إلى العضلات التي تتحكم في التنفس ليسبب التنفس. هناك منطقتين في النخاع التي تتحكم بالتنفس:

• تحفز مجموعة التنفس البطني (حركات الزفير).
• تحفز مجموعة الظهر التنفسية (حركات الشهيقية).
• يتحكم النخاع أيضاً في ردود الفعل على حركات الهواء غير التفسيرية، مثل ردود فعل السعال والعطس، وكذلك ردود الفعل الأخرى، مثل البلع والقيء.

الجسور العصبية

الجسور العصبية او البونات هو المركز التنفسي الآخر ويقع تحت النخاع. وتتمثل مهمته الرئيسية في التحكم في معدل أو سرعة التنفس غير الطوعي. لديها منطقتين وظيفيتين رئيسيتين تؤديان هذا الدور:

• يرسل مركز الشهيق إشارات للاستنشاق من أجل أنفاس طويلة وعميقة. يتحكم في شدة التنفس ويثبط من قبل مستقبلات التمدد في العضلات الرئوية في أقصى عمق من الاستنشاق، أو عن طريق إشارات من مركز مُنَظِّمٌ لسُرْعَةِ التَّنَفُّس. يزيد حجم المد والجزر.
• يرسل المركز المُنَظِّمٌ لسُرْعَةِ التَّنَفُّس إشارات لتثبيط الاستنشاق الذي يسمح لها بالتحكم الدقيق في معدل التنفس. إشاراته تحد من نشاط العصب الحجابي ويمنع إشارات مركز الشَّهيق. يقلل من حجم المد والجزر.
• تعمل مراكز الشَّهيق والمركز المُنَظِّمٌ لسُرْعَةِ التَّنَفُّس ضد بعضها البعض معا للسيطرة على معدل التنفس.

الآليات العصبية

تتحكم القشرة المخية الدماغية في التنفس الطوعي. التنفس الطوعي هو أي نوع من التنفس تحت السيطرة الواعية. يعد التنفس الطوعي مهماً بالنسبة للوظائف الأعلى التي تتضمن تزويد الهواء، مثل التحكم الصوتي أو نفخ الشموع. وعلى نحو مشابه لكيفية التحكم في وظائف أقل للتنفس غير الطوعي من قبل الدماغ السفلي، يتم التحكم في الوظائف العليا للتنفس الطوعي بواسطة الدماغ العلوي، أي أجزاء من القشرة الدماغية.

القِشْرَةُ الحَرَكِيَّة

• القشرة الحركية الأساسية هي المركز العصبي للتحكم في التنفس الاختياري، (على نطاق أوسع، القشرة الحركية هي المسؤولة عن الشروع في أي حركة عضلية طوعية). وتعمل عن طريق إرسال إشارات إلى الحبل الشوكي، والتي ترسل إشارات إلى العضلات التي تسيطر عليها، مثل الحجاب الحاجز والعضلات الإضافية للتنفس. يسمى هذا المسار العصبي المسار التنفسي الصاعد.
• تتحكم أجزاء مختلفة من القشرة الدماغية في أشكال مختلفة من التنفس الطوعي. يبدأ الانقباض الطوعي واسترخاء العضلات الوربية الداخلية والخارجية في الجزء العلوي من القشرة الحركية الأولية.
• إن مركز التحكم في الحجاب الحاجز هو الجزء الخلفي من موقع التحكم الصدري (داخل الجزء العلوي من القشرة الحركية الأولية). الجزء السفلي من القشرة الحركية الأساسية يمكن أن يشارك في الزفير المتحكم به.
• خلال فترات الخطر المدرك أو الإجهاد العاطفي، تأخذ الإشارات من الهيبوثالاماث على إشارات الجهاز التنفسي وزيادة معدل التنفس كاستجابة واستعداد لمواجه المخاطر مثل (القتال أو الهرب).

اضطرابات مراكز التنفس

يمكن أن تتسبب الإصابة بمجموعات الجهاز التنفسي في اضطرابات تنفسية مختلفة قد تتطلب تهوية ميكانيكية، وعادة ما تكون مصاحبة لسوء التشخيص. يمكن أن يكون سبب الاختلال في مركز الجهاز التنفسي:

• صدمة في الدماغ.
• تلف في الدماغ.
• ورم في المخ.
• نقص التروية.
  كما يمكن أن يكون الاضطراب بسبب الأدوية بما في ذلك المواد الأفيونية والمهدئات.

تحفيز مراكز التنفس

يمكن تحفيز المركز التنفسي عن طريق الأمفيتامين، لإنتاج أنفاس أسرع وأعمق. عادةً ما يكون هذا التأثير غير ملحوظ في الجرعات العلاجية، ولكن قد يكون واضحاً عندما يكون التنفس قد تعرض بالفعل للخطر.

العوامل الأخرى التي تؤثر على التنفس

يمكن تعديل التنفس من قبل المراكز العليا في الدماغ من قبل:

• الكلام.
• الغناء.
• النوم.
• العطس.
• البلع.
• درجة الحرارة.
• الكحول.
• العواطف.
• حمى.
• سعال.