Vai trò của O2 trong điều hòa hô hấp: điều hòa hô hấp bởi thụ thể ngoại vi

2021-08-23 03:12 PM

Oxygen 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.

Biên tập viên: Trần Tiến Phong

Đánh giá: Trần Trà My, Trần Phương Phương

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.

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. 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.

Kiểm soát hô hấp bằng các thụ thể hóa học ngoại vi động mạch cảnh và động mạch c

Hình. Kiểm soát hô hấp bằng các thụ thể hóa học ngoại vi động mạch cảnh và động mạch chủ.

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, 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.

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 PO2 chính là giá trị PO2.

Giảm O2 động mạch kích thích các thụ thể hóa 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 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.

Ảnh hưởng của PO2 động mạch đến tốc độ xung động từ thân động mạch cảnh

Hình. Ảnh hưởng của PO2 động mạch đến tốc độ xung động từ thân động mạch cảnh.

Tăng nồng độ CO2 và ion H+ gây kích thích các hóa thụ thể

Tăng nồng độ CO2 hay hydrogen ion cũng 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 O2

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 có chức năng như các hóa thụ thể và có khả năng kích thích các đầu thần kinh.

Cảm nhận oxy tế bào glomus của thân động mạch cảnh

Hình. Cảm nhận oxy tế bào glomus của thân động mạch cảnh. Khi PO2 giảm xuống dưới khoảng 60mmHg, các kênh kali đóng lại, gây khử cực tế bào, mở kênh canxi và tăng nồng độ ion canxi trong tế bào. Điều này kích thích giải phóng trans-mitter (ATP có thể là quan trọng nhất), kích hoạt các sợi hướng tâm gửi tín hiệu đến hệ thần kinh trung ương (CNS) và kích thích hô hấp. Cơ chế mà PO2 thấp ảnh hưởng đến hoạt động của kênh kali vẫn chưa rõ ràng. Vm, thay đổi điện thế màng.

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 PO2 động mạch thấp tới kích thích thông khí phế nang khi nồng độ CO2 và H+ vẫn bình thường

Tác động của PO2 động 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 thể tăng gấp 5 lần khi giá trị PO2 rất thấp. Trong những điều kiện PO2 động mạch thấp rõ ràng thông khí phế nang 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.

Đường cong dưới thể hiện ảnh hưởng của các mức PO2 động mạch khác nhau

Hình. Đường cong dưới thể hiện ảnh hưởng của các mức PO2 động mạch khác nhau đến thông khí phế nang, cho thấy thông khí tăng gấp sáu lần khi PO2 giảm từ mức bình thường 100mmHg xuống 20mmHg. Đường trên cho thấy PCO2 động mạch được giữ ở mức không đổi trong các phép đo của nghiên cứu này; pH cũng được giữ không đổi.

Hiện tượng thở thích nghi khi chịu sự kích thích của giảm nồng độ O2 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 PCO 2 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 PCO2, pH, và PO2 tới thông khí phế nang

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:

Tác động tương hỗ của PCO2, PO2 và pH đối với thông khí phế nang

Hình. Tác động tương hỗ của PCO2, PO2 và pH đối với thông khí phế nang.

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.

Bài viết cùng chuyên mục

Cơ bắp trong tập thể thao: sức mạnh, năng lượng và sức chịu đựng

Người đàn ông được cung cấp đầy đủ testosterone hoặc những người đã tăng cơ bắp của mình thông qua một chương trình tập luyện thể thao sẽ tăng sức mạnh cơ tương ứng.

Kích thích thần kinh: thay đổi điện thế qua màng

Một điện thế qua màng tế bào có thể chống lại sự chuyển động của các ion qua màng nếu điện thế đó thích hợp và đủ lớn. Sự khác nhau về nồng độ trên màng tế bào thần kinh của ba ion quan trọng nhất đối với chức năng thần kinh: ion natri, ion kali, và ion clorua.

Sinh lý bạch cầu máu

Toàn bộ quá trình sinh sản, và biệt hoá tạo nên các loại bạch cầu hạt, và bạch cầu mono diễn ra trong tuỷ xương.

Cơ chế co cơ trơn

Một đặc tính quan trọng khác của cơ trơn, đặc biệt là loại cơ trơn đơn nhất nội tạng của nhiều cơ quan rỗng, là khả năng quay trở lại gần như lực co bóp ban đầu của nó vài giây hoặc vài phút sau khi nó bị kéo dài hoặc rút ngắn.

Sinh lý hệ mạch máu

Tim trái tống máu vào động mạch chủ, tạo ra một áp lực lớn đưa máu qua vòng tuần hoàn cho đến tim phải: áp lực cao nhất trong động mạch chủ và thấp nhất trong tâm nhĩ phải.

Kích thích thần kinh: chức năng đặc biệt của sợi nhánh

Nhiều khớp thần kinh kích thích và ức chế được hiển thị kích thích các đuôi của một tế bào thần kinh. Ở hai đuôi gai bên trái có tác dụng kích thích ở gần đầu mút.

Loại dịch trong cơ thể người: đo bằng chỉ thị mầu

Dựa trên nguyên tắc bảo toàn vật chất, có nghĩa là tổng lượng vật chất sau khi hòa vào dịch bằng với tổng lượng vật chất trước khi được bơm vào.

Chu kỳ gan ruột của muối mật trong tiêu hóa và hấp thu chất béo

Khoảng 94% muối mật ở ruột non sẽ được tái hấp thu vào trong máu, khoảng một nửa số này sẽ được khuếch tán qua niêm mạc ruột non và phần còn lại được tái hấp thu thông qua quá tŕnh vận chuyển tích cực ở niêm mạc ruột.

Huyết áp động mạch: kiểm soát bằng lợi liệu áp lực

Lượng dịch vào và ra phải cân bằng tuyệt đối,  nhiệm vụ này được thực hiện bởi điều khiển thần kinh và nội tiết và bởi hệ thống kiểm soát tại thận, nơi mà điều hòa bài tiết muối và nước.

Hoàn thiện của tinh trùng là thụ tinh với trứng

Có rất nhiều biến đổi xảy ra trong giai đoạn hoàn thiện tinh trùng mà nếu không có chúng, tinh trùng không thể xâm nhập vào bên trong trứng cà thực hiện quá trình thụ tinh.

Các chất giải phóng từ tế bào hình sao điều hòa lưu lượng máu não

Các chất trung gian chưa được biết rõ, nitric oxit, các chất chuyển hóa của acid arachidonic, ion kali, adenosin và các chất khác tạo ra bởi tế bào hình sao dưới kích thích của các neuron gần kề là các chất trung gian giãn mạch quan trọng.

Các đặc trưng của hệ thống điều hòa cơ thể

Một yếu tố nào đó quá tăng hoặc quá giảm, hệ thống điều khiển sẽ thực hiện cơ chế điều hòa đưa nó trở về giá trị bình thường nhờ hàng loạt các biến đổi trong cơ thể, cũng vì thế mà hằng tính nội môi luôn được giữ ổn định.

Receptor: sự nhậy cảm khác nhau của các receptor

Mỗi loại cảm giác cơ bản mà chúng ta có thể biết được như đau, sờ, nhìn, âm thanh và nhiều loại khác được gọi là một phương thức cảm giác.

Điều hòa bài tiết hormone chống bài niệu (ADH)

Khi dịch ngoại bào trở nên quá ưu trương, do áp suất thẩm thấu nên dịch sẽ đi ra ngoài các tế bào receptor thẩm thấu, làm giảm kích thước tế bào và phát ra các tín hiệu lên vùng dưới đồi để tăng bài tiết ADH.

Trung tâm hô hấp: điều hòa chức năng hô hấp

Các trung tâm hô hấp bao gồm các nhóm tế bào thần kinh nằm song song hai bên ở hành tủy và cầu não của thân não. Nó được chia thành ba nhóm noron chính.

Chất dẫn truyền thần kinh: đặc điểm của nhóm phân tử lớn

Sự hình thành các chất dẫn truyền nhóm phân tử lớn này phức tạp hơn, nên số lượng của chúng nhỏ hơn so với nhóm phân tử nhỏ.

Sự sinh tinh và sinh lý của tinh trùng người

Sự sinh tinh xảy ra ở ống sinh tinh nhờ sự điều hòa của các hormon điều hòa sinh dục của tuyến yên. Sự sinh tinh bắt đầu vào khoảng 13 tuổi và kéo dài trong suốt thời gian còn lại của cuộc đời nhưng giảm đi rõ rệt khi về già.

Tác dụng feedback của hormon giáp làm giảm bài tiết TSH của thùy trước tuyến yên

Để đạt được mức độ bài tiết lý tưởng, cơ chế feedback cụ thể tác dụng thông qua tuyến dưới đồi và thùy trước tuyến yên để kiểm soát tốc độ bài tiết của tuyến giáp.

Đại cương sinh lý hệ thần kinh

Hệ thần kinh là cơ quan duy nhất có khả năng thực hiện các hoạt động kiểm soát hết sức phức tạp. Hằng ngày, nó nhận hàng triệu mã thông tin từ các cơ quan cảm giác truyền về rồi tích hợp chúng lại để định ra các đáp ứng thích hợp.

Tiêu hóa hấp thu và chuyển hóa năng lượng của thức ăn và chất dinh dưỡng

Thông thường tỉ lệ chuyển hóa của trẻ sơ sinh so với trọng lượng cơ thể gấp đôi người lớn, chúng giải thích cho thực tế rằng hiệu suất của tim và thể tích hô hấp trong một phút gấp đôi người lớn so với trọng lượng cơ thể.

Hệ tuần hoàn: dòng máu chảy

Tất cả lưu lượng máu trong toàn bộ hệ tuần hoàn ở người trưởng thành khoảng 5000ml/phút. Đó là lượng lưu lượng tim bởi vì lượng máu bơm qua động mạch bởi tim trong mỗi phút.

Sinh lý cân bằng nước trong cơ thể

Sự mất nước thường xảy ra một thời gian ngắn trước khi cảm thấy khát. Trẻ em, người già, người mất trí có thể không nhận biết được cảm giác khát.

Cấu tạo tế bào cơ thể người

Để hiểu được chức năng của các cơ quan và các cấu trúc khác của cơ thể, đầu tiên chúng ta cần hiểu được những cấu trúc cơ bản của tế bào và chức năng của những bộ phận cấu thành nên nó.

Cấu tạo chung của hệ thần kinh: thần kinh trung ương và sự nhận cảm đáp ứng

Một đặc tính của hầu hết các sợi thần kinh là các tín hiệu dẫn truyền thường chỉ đi theo một hướng: từ sợi trục của sợi thần kinh phía trước tới sợi gai của sợi phía sau.

Insulin và ảnh hưởng lên chuyển hóa

Insulin được biết đến rằng có liên hệ với đường huyết, và đúng như vậy, insulin có ảnh hưởng lớn đến quá trình chuyển hóa carbohydrate.