Andningsreglering

Question 1

Vad menas med andningscentrum? vilka strukturer ingår i detta centrum?

Answer 1

Struktur i hjärnstammen som kontrollerar andningen, består av många grupper neuron som finns bilateralt i medulla oblongata & pons. Andningscentrum delas in i 3 stora ansamlingar neuron:

1. Dorsal respiratorisk grupp: finns i dorsala medulla, de flesta neuronen här finns i solitärkärnan. orsakar främst inandning.
2. Ventral respiratorisk grupp: finns i ventrolaterala
   medulla, orsakar främst utandning
3. Pneumotaxic center: finns i dorsalt i övre delen av pons, kontrollerar framför allt andningsfrekvens & andningsdjup

Question 2

Vilken funktion uppfyller den dorsala respiratoriska gruppen?

Answer 2

Fungerar som en rytmgenerator då de kontinuerligt skickar repetitiva skurar av inspiratoriska aktionspotentialer till andningsmuskulatur och luftvägarna.

Question 3

Till vilka strukturer projicerar neuron i den dorsala respiratoriska gruppen?

Answer 3

1. Pumpmotorneuron i ryggmärgen: dessa neuron innerverar inandningsmuskulatur (främst diafragma); aktionspotentialer hit bidrar till kontraktion & således till inandning
2. Kraniella luftvägsmotståndsneuron: dessa neuron innerverar luftvägarna & reglerar på så sätt luftvägsmotståndet.

Question 4

Vad är solitärkärnan ( nucleus tractus solitarii, NTS)?

Answer 4

Ansamling grå substans i medulla oblongata som innerveras av n. vagus och n. glossopharyngeus. De utgör de flesta neuron i dorsala respiratoriska gruppen som kontrollerar inandning.

Question 5

N. vagus och n. glossopharyngeus skickar sensoriska signaler till andningscentrum från olika grupper av receptorer. Vilka?

Answer 5

1. Perifera kemoreceptorer
2. Baroreceptorer
3. Olika typer av receptorer i lungorna

• Rytmiciteten i den dorsala respiratoriska gruppen påverkas av inflöden från dessa receptorer, men även andra faktorer

Question 6

Vilka funktioner uppfyller den ventrala respiratoriska gruppen?

Answer 6

• är helt inaktiv under normal andning tsk från dorsala gruppen
• uppvisar ingen rytmicitet
• viktiga för att skicka expiratoriska signaler till bukmuskulatur vid väldigt tung utandning
• dock finns här även neuron som orsakar inspiration då lungventilationen är hög

Question 7

Vilken funktion uppfyller den pneumotaxic center?

Answer 7

• finjusterar andningen genom att hämma inspiration vilket möjliggör övergången mellan inspiration & expiration.

Question 8

Hur kan pneumotaxic center möjliggöra övergången mellan inspiration & expiration?

Answer 8

• Neuronen i pneumotoxic center fungerar som antagonister till s.k. apneustic center, som i sin tur stimulerar inspiratoriska neuron i dorsala & ventrala respiratoriska grupperna. På så sätt kontrollerar pneumotaxic center den inspiratoriska tiden & därmed lungfyllnaden.

Question 9

Vilka två faktorer styr viloandningen?

Answer 9

1. Modulatoriska transmittorsystem som styr vakenhet driver även på andningen
2. Kemoreceptorer → registrerar pCO2 respektive pO2, dessa är framför allt viktiga när vi sover.

Question 10

Vilka två grupper av kemoreceptor finns det?

Answer 10

1. Centrala kemoreceptorer:
   - är bl.a. känsliga för pH-förändringar
   - finns främst i laterala medulla
2. Perifera kemoreceptorer:
   - Dessa är framför allt känsliga för lågt pO2 i blodet
   - finns främst i glomus caroticum (karotiskroppen) i förgreningen av a. carotis communis, men även i s.k. aortakroppar i aortas kärlvägg.

Question 11

Orexinneuron projicerar till 2 viktiga grupper av neuron i andningscentrum. Vilka?

Answer 11

1. Neuron som är direkt involverade i rytmreglering → interneuron i s.k. pre-Bötzinger-komplexet i ventrala respiratoriska gruppen exciteras av orexin
2. Neuron som stimulerar andningen → t.ex. exciteras neuron i nucleus raphe av orexin

Question 12

Vilka andra input än SCN exciterar orexinneuronen?

Answer 12

Sänkt pH, och tycks således vara involverade i den andningsökning som ges av ökade pCO2-nivåer

Question 13

Vilken roll har CO2 på respirationen?

Answer 13

• CO2 är en stark andningsstimulator

- viktigt att alltid ha en viss CO2-halt i blodet; annars finns inget som driver på andningen.

Question 14

Hur stimulerar CO2 andningen?

Answer 14

När CO2 löses i blodets plasma bildas kolsyra → kolsyra disassocierar spontant till bikarbonat (HCO3‾) och H+ → ökad [H+] i blodet innebär minskat pH-värde → vilket har effekter på andningen.

Question 15

Kemosensitiva områden

Answer 15

Områden i olika delar av hjärnstammen samt hypothalamus & cerebellum där centrala kemoreceptorer finns.

Question 16

Nämn ett viktigt kemosensitivt område. Varför är det så viktig?

Answer 16

Nucleus retrotrapezoidales (RTN) vars neuron är centrala kemoreceptorer med stor känslighet för pH-förändringar i cerebrospinalvätskan

Question 17

De kemosensitiva områden som framför allt verkar vara involverade i pCO2-kontrollen är

Answer 17

1. RTN (nucleus retrotrapezoidales)

2. Rafekärnan (nucleus raphe)

Question 18

Mekanismen bakom pCO2 kontrollen när det gäller RTN

Answer 18

-RTNs centrala kemoreceptorer depolariseras kraftigt av H+ i cerebrospinalvätskan genom stängning av K+-kanaler.

Ett minskat pH-värde (ökad [H+]) i cerebrospinalvätskan är en direkt indikation på ökad pCO2 i blodet.

-När kemoreceptorer i RTN depolariseras exciterar de hjärnstammens andningscentrum (dorsala respiratoriska gruppen & pneumotaxic center) → kraftig andningsstimulering!

Question 19

Mekanismen bakom pCO2 kontrollen när det gäller Rafekärnen

Answer 19

Nervcellerna i rafekärnan (nucleus raphe) frisätter de andningsstimulerande substanserna serotonin, substans P och TRH (thyrotropin-releasing hormone)

Question 20

Hur återställs andningen hos en frisk person?

Answer 20

• ökade CO2-halten i blodet ge ökad andningsfrekvens & andningsdjup via ( RTN & Rafekärnan) → ventilationen ökar, dvs utbytet av luft mellan atmosfär & lungor blir större → mer gasutbyte → minskad pCO2 och ökad pO2 i blodet.
• detta ger en minskad [H+] i blodet & således en mindre stimulering av neuron i RTN → andningen kan då återgå till det normala

Question 21

Hur återställs andningen hos en patient med lungsjukdom?

Answer 21

• pCO2 kommer inte kunna sänkas till normalvärdet enbart genom ökad ventilation
• Njurarna registrerar då det förhållandevis låga pH-värdet i blodet & sparar bikarbonat (HCO3‾) →Bikarbonat binder till H+ i blodet & cerebrospinalvätskan → ökat pH-värde
• Excitation av neuron i RTN avtar successivt; efter ca 1-2 dagar har pH-värdet stabiliserats. CO2-medierad stimulering av andningen avtar

Question 22

Varför får man vara försiktig med att ge syrgas till patienter med lungsjukdom?

Answer 22

Som en konsekvens av andning återställning för patienter med lungsjukdom är att de utvecklar s.k. hypoxi (lågt pO2) → låg O2-halt kommer vara det som stimulerar andningen. Man måste därför vara försiktig med att ge syrgas till en sådan patient.

Question 23

Syrgashaltens roll när det gäller andningen

Answer 23

• O2 stimulerar inte andningen lika effektivt som CO2

- Sänkt pO2 (alt. lågt pH/ ökat pCO2) → stimulerar perifera kemoreceptorer i glomus caroticum & aortakroppar

Question 24

Perifera kemoreceptorer i glomus caroticum & aortakroppar reagerar

Answer 24

endast på löst O2, dvs ej på O2 som är bundet till hemoglobin.

Question 25

Karotiskroppar består av två typer av s.k glomusceller. Vilka?

Answer 25

1. Glomusceller typ I: perifera kemoreceptorer | 2. Glomusceller typ II: stödjeceller

Question 26

Hur aktiveras glomusceller typ I?

Answer 26

1. Kraftigt sänkt pO2 → O2-känsliga K+-kanaler i glomuscellen stängs 2. Depolarisering av glomuscellens membran 3. Spänningskänsliga Ca2+-kanaler öppnas 4. Inflöde av Ca2+ → Ca2+ modulerar fusion av transmittor-innehållande vesikel med membran → frisättning av ACh och/eller ATP 5. Transmittor aktiverar afferenta neuron → signal till dorsala respiratoriska gruppen (eventuellt till RTN), vilket ger en kraftig andningsstimulering.

Question 27

Vilken syrehalt aktiverar pefiera kemoreceptorer? Vad sker efter aktivering av dessa receptorer?

Answer 27

- Om pO2 < 60 mmHg (8 kPa) kommer perifera kemoreceptorer aktiveras - Stimulering av dessa receptorer kommer leda till stimuleringen av dorsala respiratoriska gruppen → ökad fyrning av aktionspotentialer → ökad andningsfrekvens & ökat andningsdjup →vilket ger ökad ventilation. På så sätt kan pO2 öka & återgå till det normala.

Question 28

Vad är det som ligger bakom att perfiera kemoreceptorer kan aktiveras i vissa situationer trots att pO2 är större än 60 mmHg?

Answer 28

Pga av sensitisering av receptorer och därför får en ökad känslighet för O2 i blodet

Question 29

Vad innebär hypoxiska ventilatorisk acklimatsering (HVA)? Och i vilket fall kan detta fenomen uppstå?

Answer 29

- fenomen som uppstår vid hypoxi (lågt pO2) och bl.a. leder till ökad känslighet i perifera kemoreceptorer → ökad andning (hyperventilation) för ett givet pO2 i blodet - HVA inträffar då man befinner sig på hög höjd och antagligen vid lungsjukdomar som leder till kroniskt sänkt pO2 i blodet

Question 30

Hur länge kan HVA vara?

Answer 30

Effekten av HVA kan pågå under dagar/veckor eller längre

Question 31

Vad är det som orsakar sensitisering av perifera kemoreceptorer?

Answer 31

* Uppreglering av spänningskänsliga Na+- & Ca2+-kanaler i glomusceller * Ökat antal glomusceller * Uppreglering av postsynaptiskt receptor-antal * Uppreglering av transmittor-innehåll i glomusceller * Omställningar i kopplingen mellan afferenter från glomus caroticum till neuron i hjärnstammen → aktivitet i en given afferent ger en större ventilation

Question 32

Vad innebär långtidsfacilitering (LTF)? När kan detta fenomen uppstå?

Answer 32

- Ett fenomen som uppstår som svar på upprepande episoder av hypoxi & leder till ökad andning (hyperventilation) - LTF kan jämföras med LTP: synapser mellan andningsstimulerande neuron i andningscentrum och motorneuron till andningsmuskulatur förstärks → frisättning av serotonin vid hypoxi aktiverar en intracellulär kaskad i motorneuron som leder till uppreglering av antalet receptorer - LTF sker bl.a. vid fysisk aktivitet

Question 33

Vilka två faser kan man observera vid fysiskt aktivitet när det gäller andningsökningen?

Answer 33

1. Snabb fas | 2. Långsam fas

Question 34

Snabba fas

Answer 34

- andningen ökar inom sekunder. - är i huvudsak en kortikal effekt som medieras av neuron i hjärnans primära motorcortex. - Dessa kortikala neuron projicerar till ryggmärgens framhorn där de synapsar med motorneuron som i sin tur innerverar skelettmuskulatur. - När skelettmusklerna ska kontrahera vid fysisk aktivitet kommer således även neuron i ventrala & dorsala respiratoriska grupperna stimuleras. Även afferenter från arbetande leder & muskler bidrar till andningsökningen i den snabba fasen - Kollateraler från de kortikala neuronen tros även projicera till hjärnstammens andningscentrum.

Question 35

Långsam fas

Answer 35

- andningen ökar ytterligare under några minuter. - långsamma fasen orsakas främst av ökad afferent aktivitet från den arbetande muskeln. - Den ökade aktiviteten kan vara relaterad till lokala metaboliska förändringar → laktat & H+ stimulerar omyeliniserade fibrer som projicerar till andningscentrum, s.k. metaboreflex. - Ökat blodflöde kan eventuellt stimulera mekaniskt känsliga afferenter som projicerar till andningscentrum.

Question 36

Kroniskt hypoventilationssyndrom

Answer 36

- syndrom som uppstår pga mutation i genen för transkriptionsfaktorn Phox2b. - Phox2b uttrycks normalt i neuron i hjärnstammen som integrerar perifer & central kemoreception (bl.a. i RTN) → patienten hypoventilerar kraftigt under icke-REM-sömn och måste därför ha mekanisk assistans. - I vaket tillstånd kan blodgaserna hållas på någorlunda normala nivåer tack vare inflytande från andningscentrum & andra delar av hjärnan

Question 37

Vilka typer av receptorer i luftvägarna finns det?

Answer 37

• Mekaniskt känsliga receptorer : - finns främst i trachea & bronker - är kopplade till Aδ-axon. - Aktiveras bl.a. av aspiration av mat • Kemiskt känsliga receptorer : - finns epitelialt eller subepitelialt i bronker, bronkioler & alveoler - är kopplade till omyeliniserade C-fibrer. - Stimuleras av kemisk irritation, t.ex. av capsaicin

Question 38

Hostreflexen

Answer 38

- reflex som kan utlösas automatiskt & viljemässigt. - reflexbanan finns i hjärnstammen → aktiveras av mekanisk och/eller kemisk irritation i larynx, trachea & bronker. - hostreflexen utgör en skyddsmekanism dels vid aspiration (om man andats in främmande material) och även vid borttransport av slem vid inflammation (t.ex. lunginflammation)