Điều Hòa Hô Hấp – Sinh Lý Hô Hấp Y Hà Nội
Bài 10.4
SINH LÝ HÔ HẤP: ĐIỀU HÒA HÔ HẤP
MỤC TIÊUSau khi học xong bài này, sinh viên có khả năng: Mô tả được hoạt động của trung tâm hô hấp và các yếu tố tham gia điều hoà hô hấp. |
Cơ thể sống luôn luôn đòi hỏi được cung cấp oxy để sử dụng trong quá trình chuyển hóa chất và chuyển hóa năng lượng, đồng thời đào thải CO2 (sản phẩm của quá trình chuyển hóa) ra ngoài cơ thể nhằm duy trì một sự hằng định tương đối nồng độ oxy và CO2 trong nội môi. Cơ thể đơn bào có thể trao đổi trực tiếp với môi trường, nhận oxy từ môi trường và thải CO2 trực tiếp ra ngoài môi trường. Cơ thể đa bào, đặc biệt với cấu trúc phức tạp như cơ thể con người thì các tế bào không thể trao đổi trực tiếp oxy và CO2 với môi trường bên ngoài, mà chúng phải thông qua một bộ máy chuyên biệt để cung cấp oxy và đào thải CO2 đó là bộ máy hô hấp. Bộ máy hô hấp của người và động vật có vú bao gồm đường dẫn khí, phổi, lồng ngực và các cơ hô hấp. Chức năng hô hấp bao gồm chức năng thông khí, vận chuyển khí và hô hấp tế bào. Nội dung bài này chỉ đề cập đến chức năng thông khí, vận chuyển khí và điều hoà hô hấp. Rối loạn chức năng của một bộ phận nào của bộ máy hô hấp đều có thể dẫn đến những quá trình bệnh lý khác nhau.
4. ĐIỀU HOÀ HÔ HẤP
Bình thường, hô hấp được duy trì tự động, nhịp nhàng là nhờ có trung tâm hô hấp ở hành não đều đặn phát ra các xung động làm cho các cơ hô hấp co, giãn theo một nhịp nhất định. Khi nhu cầu O2 của cơ thể tăng lên trong lao động, trong các vận động nặng… đòi hỏi phải điều chỉnh hô hấp sao cho đáp ứng được với nhu cầu thay đổi của cơ thể. Quá trình điều chỉnh hô hấp cho phù hợp với nhu cầu thay đổi của cơ thể, cũng như duy trì mức độ hoạt động đều đặn nhịp nhàng của bộ máy hô hấp được gọi là điều hoà hô hấp. Điều hoà hô hấp thực chất là làm thay đổi hoạt động của các trung tâm hô hấp do đó làm thay đổi tần số hô hấp. Như vậy điều hoà hô hấp chính là điều hoà nhịp thở cơ bản thông qua điều hoà hoạt động của các trung tâm hô hấp.
4.1. Cấu tạo và hoạt động của các trung tâm hô hấp
4.1.1. Cấu tạo các trung tâm hô hấp
4.1.1.1. Những thí nghiệm chứng minh các trung tâm hô hấp
Năm 1810, Legallois làm nhiều thí nghiệm cắt tuỷ sống từ thấp tới cao, cắt tới đốt cổ 7, các xương sườn ngừng cử động nhưng cơ hoành vẫn còn cử động, khi cắt tới đốt cổ 4, cơ hoành cũng ngừng nhưng vẫn còn những cử động phối hợp như cử động của cánh mũi, thanh quản, chỉ khi cắt ngang lỗ xương chẩm thì hô hấp mới ngừng hẳn. Năm 1842, Flourens dùng một mũi dùi nhọn chọc vào hệ thần kinh trung ương ngang khe đốt chẩm thì hô hấp ngừng hẳn. Đắp lạnh hoặc gây tê vùng hành não gây ngừng hô hấp, nếu dùng hô hấp nhân tạo nuôi con vật tới khi hết lạnh hoặc thuốc tê hết tác dụng thì con vật sẽ lại tự hô hấp được.
Những thí nghiệm trên chứng tỏ trung tâm hô hấp nằm ở hành não. Nó nằm trong chất xám phía dưới nhân dây X và phía trong của nhân dây XII. Nếu cắt bỏ một bên hành não thì hô hấp của cơ thể cùng bên ngừng. Nếu chẻ dọc hành não rồi kích thích từng bên sẽ thấy hô hấp của hai nửa cơ thể không đều nhau nữa. Thí nghiệm chứng tỏ có hai trung tâm hô hấp nằm ở hai bên hành não, bình thường chúng có liên hệ ngang với nhau để chỉ huy hô hấp.
Ranson và Magoun dùng những đôi điện cực rất nhỏ kích thích từng điểm đã thấy rằng mỗi trung tâm hô hấp lại gồm ba phần nhỏ: trung tâm hít vào ở phía trước, trung tâm thở ra ở phía sau và trung tâm điều chỉnh thở ở phía trên. Mỗi trung tâm là nơi tập trung của những nơron mà sợi trục đi đến trung tâm vận động của các cơ hô hấp ở sừng trước của tuỷ sống.
Năm 1865, Rosenthal cắt đứt những liên hệ của trung tâm hô hấp với các phần khác của hệ thần kinh thì thấy hô hấp vẫn được duy trì đều đặn. Năm 1884, Setchenov cũng chứng minh được rằng, hành tuỷ của con ếch lấy ra khỏi cơ thể, ngâm trong dịch nuôi dưỡng vẫn đều đặn phát ra những sóng điện hưng phấn. Như vậy trung tâm hô hấp có tính tự động.
Bằng những thí nghiệm khác nhau các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng ở hành não có trung tâm hít vào, trung tâm thở ra và ở cầu não có trung tâm điều chỉnh thở. Ngoài ba trung tâm hô hấp đã nêu còn có một vùng nhận cảm hóa học nằm rất gần trung tâm hít vào.
4.1.1.2. Các trung tâm hô hấp
Người ta gọi là “trung tâm hô hấp” nhưng thực ra có nhiều trung tâm, tức là nhiều nhóm nơron ở đối xứng hai bên, nằm rải rác ở hành não và cầu não (hình 10.6). Có ba tập hợp nơron chính là (1) nhóm nơron hô hấp lưng nằm ở phần lưng hành não, chủ yếu gây hít vào, có vai trò cơ bản nhất điều hoà nhịp hô hấp; (2) nhóm nơron hô hấp bụng nằm ở phần bụng bên của hành não, gây hít vào hoặc thở ra tuỳ nơron và (3) trung tâm điều chỉnh thở (pneumotaxic center) nằm ở phần lưng và trên của cầu não, có tác dụng điều chỉnh cả tần số thở lẫn kiểu thở.
4.1.2. Hoạt động của các trung tâm hô hấp
4.1.2.1. Nhóm nơron hô hấp lưng – Trung tâm hít vào
– Vị trí liên lạc
Nhóm nơron hô hấp lưng nằm trải suốt hành não. Hầu hết nơron nằm trong bó nhân đơn độc, cũng có thêm vài sợi ở chất lưới tủy gần đó. Nhân này cũng là điểm đến của dây phế vị và dây thiệt hầu, đem cảm giác từ các receptor cảm thụ về hóa học, áp suất ở ngoại vi; từ nhiều loại rceptor ở phổi cũng như các tín hiệu giác quan về trung tâm hô hấp.
– Xung động gây hít vào có nhịp (tức là từng đợt)
Hít vào có nhịp là hít vào rồi thở ra thành một chu kỳ, rồi lại hít vào chu kỳ mới, cứ thế mãi, tạo nhịp thở bình thường khoảng 15 lần/phút gọi là tần số thở. Người ta đã thực nghiệm cắt hết mọi liên lạc thần kinh đi tới trung tâm này, thấy tự nó vẫn tự động phát nhịp theo chu kỳ. Một đợt xung động gây hít vào, rồi tắt xung động, rồi lại phát một đợt xung động mới, tạo thành sự hô hấp nhịp nhàng, tuy nhiên cho đến nay vẫn chưa rõ cơ chế nào đã tạo ra tính nhịp điệu đó. Nhiều nhà sinh lý hô hấp giả định là có một mạng nơron giống như ở động vật nguyên thuỷ, mạng này có một bộ phận phát xung, làm bộ phận bên cạnh cũng phát xung, bộ phận bên cạnh ức chế bộ phận đầu, do đó phát xung và ức chế kế tiếp nhau thành nhịp.
– Xung động gây hít vào “tăng dần”
Tín hiệu gây hít vào không bùng nổ ào ạt gây hít vào gấp, mà các xung được phát mau dần, gây từ từ hít vào trong hai giây rồi đến giây thứ ba thì đột nhiên ngừng phát xung động gây thở ra, rồi lại bắt đầu chu kỳ mới, cứ thế được lặp đi lặp lại. Người ta gọi tín hiệu hít vào là tín hiệu tăng dần gây hít vào từ từ chứ không phải kiểu hít vào gấp như ngáp cá. Điều hoà tốc độ hít vào có thể nhanh hoặc chậm, làm cho thời gian hít vào có thể ngắn hay dài, thời gian càng ngắn thì tần số thở càng cao.
Nhiều tác giả gọi nhóm nơron lưng là trung tâm hít vào hoặc vùng hít vào.
4.1.2.2. Trung tâm điều chỉnh thở
Trung tâm điều chỉnh thở nằm ở nhân parabrachialis tại phần lưng và trên của cầu não, liên tục gửi xung động đến vùng hít vào. Xung động từ trung tâm điều chỉnh thở này làm ngừng xung động gây hít vào của nhóm nơron lưng. Xung động điều chỉnh mà mạnh thì chỉ hít vào ngắn nửa giây đã thở ra ngay, xung động điều chỉnh yếu thì động tác hít vào kéo dài tới 5 giây hoặc hơn, ngực căng đầy không khí mới chuyển sang thở ra. Nếu thời gian hít vào dài thì nhịp thở chậm, nếu xung động điều chỉnh thở mạnh thì thời gian hít vào ngắn, nhịp thở nhanh, tần số cao.
4.1.2.3. Nhóm nơron hô hấp bụng: chức năng cả hít vào lẫn thở ra
Nhóm này nằm phía trước và phía sau của nhóm lưng, cách nhóm lưng 5mm. Chức năng có nhiều đặc điểm như sau: khi hô hấp nhẹ nhàng bình thường, nhóm nơron này không hoạt động, như vậy nhịp thở chỉ do tín hiệu hít vào của nhóm nơron lưng. Khi cần tăng mạnh thông khí thì tín hiệu từ nhóm nơron lưng lan sang nhóm nơron bụng mới tham gia điều khiển hô hấp. Thực nghiệm kích thích điện cho thấy trong nhóm nơron bụng này, có nơron gây hít vào, lại có nơron khác gây thở ra. Người ta cho rằng nhóm nơron bụng quan trọng ở chỗ thở ra mạnh do tín hiệu thở ra đưa đến các cơ bụng.
4.1.2.4. Vùng nhậy cảm hóa học ở trung tâm hô hấp
Nồng độ CO2 và ion H+ trong máu không tác dụng trực tiếp lên vùng nhậy cảm hóa học ở hành não (hình 10.7). Các nơron của vùng này đặc biệt rất nhạy cảm đối với ion hydro nhưng ion này rất khó qua hàng rào máu – não cũng như hàng rào của máu – dịch não tuỷ, cho nên tác dụng ít hiệu lực hơn carbon dioxid, tuy tác dụng của carbon dioxid chỉ là gián tiếp. Carbon dioxid có tác dụng mạnh là do thấm được qua các hàng rào máu – não rất nhanh. Ở mô não carbon dioxid gắn với nước nhờ enzym carbonic anhydrase tạo acid carbonic và lại được phân ly thành ion H+ và ion HCO3– . Ion H+ tác động rất mạnh lên vùng nhậy cảm hóa học gây kích thích thông khí, còn ion H+ trong máu tuần hoàn lại ít tác dụng vì không qua được các hàng rào nói trên. Tăng PCO2 máu động mạch trong phạm vi thông thường từ 35 đến 80 mmHg có thể làm tăng thông khí phế nang lên tới mười lần, còn sự giảm pH máu từ 7,5 xuống 7,3 (tăng ion H+) ảnh hưởng không đáng kể đối với lưu lượng thông khí.
Nếu có tác dụng dài ngày của phân áp carbon dioxid cao đối với cơ thể, thì tác dụng đó rất mạnh vài giờ đầu, sau giảm dần, sau một hai ngày chỉ còn chừng một phần năm hiệu lực lúc đầu. Người ta giải thích hiện tượng thích nghi đó một phần là do thận điều chỉnh lại nồng độ ion H+ trở về bình thường. Như vậy, tác dụng của tăng nồng độ carbon dioxid được chia thành hai giai đoạn trong điều hoà hô hấp: giai đoạn cấp tính tác dụng rất mạnh và giai đoạn mạn tính tác dụng yếu sau vài ngày thích nghi.
4.2. Các yếu tố điều hoà hô hấp
Ở người bình thường lúc nghỉ ngơi, nhịp thở trong một phút là 14-18 lần, thay đổi theo giới, tuổi và theo mức độ chuyển hóa của cơ thể. Trung tâm hít vào phát xung động thì trung tâm thở ra bị ức chế. Trung tâm điều chỉnh thở liên tục phát xung động ức chế có chu kỳ trung tâm hít vào. Hoạt động của các trung tâm hô hấp tăng hoặc giảm để đáp ứng với nhu cầu oxy của cơ thể là do ảnh hưởng của nhiều yếu tố tác động lên trung tâm hô hấp. Sự điều hoà hô hấp chính là điều hoà hoạt động của trung tâm hô hấp.
4.2.1. Vai trò của CO2
Có thể làm CO2 của máu tăng riêng (không kèm theo giảm O2) bằng cách cho thở không khí có nồng độ CO2 tăng dần, thì thấy khi CO2 tăng gây phản xạ hô hấp tăng. Thông khí tăng làm cho tăng đào thải CO2 khỏi cơ thể. Khi nồng độ CO2 trong không khí thở tăng cao hơn trong phế nang thì dù có tăng hô hấp cũng không thải được nhiều CO2 hơn nữa, do đó xuất hiện những triệu chứng nhiễm độc CO2 như nhức đầu, buồn nôn, rối loạn tuần hoàn, hôn mê…
CO2 với nồng độ bình thường trong cơ thể có tác dụng kích thích duy trì hô hấp. Nồng độ CO2 thấp quá sẽ gây ngừng thở, cũng vì vậy cấp cứu người ngất bằng hỗn hợp 95% O2 và 5% CO2 có tác dụng tốt hơn thở O2 nguyên chất. Hỗn hợp oxy có 5% CO2 còn gọi là carbogen.
Ở trẻ sơ sinh do tuần hoàn nhau thai bị cắt, cơ thể không thải được CO2, đồng thời do trẻ cử động, CO2 trong máu đứa trẻ tăng kích thích trung tâm hít vào gây nên động tác hô hấp đầu tiên của đứa trẻ.
Trong cơ thể, CO2 chủ yếu tác động vào vùng nhận cảm hóa học ở trung tâm hô hấp theo cơ chế như đã được trình bày trong mục 4.1.2.4. và đồng thời CO2 cũng tác động vào các receptor nhận cảm hóa học ở xoang động mạch cảnh và quai động mạch chủ mà gây nên phản xạ tăng hô hấp.
4.2.2. Vai trò của O2
Khi làm giảm phân áp oxy trong không khí thở, phân áp oxy trong phế nang cũng giảm theo, nhưng khi phân áp oxy trong không khí thở còn cao ở mức xấp xỉ 100 mmHg, tương đương với nồng độ oxy 14% hoặc áp suất không khí ở độ cao 2.000 m thì độ bão hoà oxy của máu chỉ giảm ít (từ 95% xuống 90%) và sự thiếu oxy lúc này ít có tác dụng làm tăng thông khí. Chỉ khi nồng độ oxy xuống thấp dưới mức 60 mmHg mới có tác dụng làm tăng thông khí, lúc đầu làm tăng độ sâu của thở, sau làm tăng cả số lần thở. Phân áp oxy thấp tác động vào các cảm thụ hóa học của động mạch cảnh và quai động mạch chủ làm trung tâm hô hấp tăng tính mẫn cảm với CO2 do vậy có tác dụng trong điều hoà hỗ hấp.
4.2.3. Vai trò của các receptor nhận cảm về áp suất và hóa học
Những receptor nhận cảm áp suất và hóa học trong cơ thể cũng có tác dụng điều hoà hô hấp. Huyết áp tăng ở quai động mạch chủ và xoang động mạch cảnh tác động vào các receptor nhận cảm áp suất ở đây làm giảm hô hấp và ngược lại.
4.2.4. Vai trò của thần kinh cảm giác nông
Kích thích những dây thần kinh cảm giác nông, nhất là dây V, sẽ có tác dụng làm thay đổi hô hấp. Kích thích nhẹ làm thở sâu, kích thích mạnh làm ngừng thở.
Cử động khớp dù là tích cực hay thụ động đều làm tăng hô hấp do kích thích các dây thần kinh cảm giác xuất phát từ cơ, gân, khớp và có ý nghĩa tăng thông khí khi vận cơ.
4.2.5. Vai trò của dây X
Ghi điện thế hoạt động trên sợi cảm giác của dây X thì thấy khi hít vào tần số xung động tăng. Người ta cho rằng khi hít vào các phế nang và tiểu phế quản giãn ra, kích thích các đầu cảm thụ của dây X nằm trong phổi, gây ức chế trung tâm hít vào. Càng hít vào nhiều ức chế càng tăng, cho tới khi trung tâm hít vào bị ức chế hoàn toàn, các cơ hít vào giãn ra, phổi xẹp lại, không kích thích các đầu dây X nữa, trung tâm hít vào được giải phóng lại hoạt động.
Thực nghiệm bơm không khí vào làm căng phổi của một con mèo thấy có những biểu hiện thở ra như cơ hoành dâng cao, co cơ thành bụng, khi hút không khí ra làm phổi xẹp lại thấy biểu hiện của hít vào như cơ hoành co và hạ thấp (thí nghiệm của Hering- Breuer). Khi cắt đứt cả hai dây X, hô hấp sẽ chậm lại cho tới một tần số rất thấp. Thí nghiệm chứng minh rằng dây X có tác dụng trung gian quan trọng trong cơ thể tự duy trì hoạt động nhịp nhàng của trung tâm hô hấp tức là duy trì sự kế tục giữa hai thì hít vào và thở ra (Hering – Breuer gọi đó là phản xạ “hít vào gọi thở ra, thở ra gọi hít vào”, sau này người ta gọi đó là phản xạ Hering -Breuer).
Gần đây nghiên cứu trên người cho thấy chỉ khi thở sâu với mức thể tích lưu thông lên tới 1,5 lít mới gây phản xạ này, nên người ta cho rằng đây là một phản xạ bảo vệ phổi khỏi bị quá căng phồng, ít có vai trò trong điều hoà nhịp thở bình thường.
4.2.6. Vai trò của thân nhiệt
Thay đổi nhiệt độ ở môi trường xung quanh sẽ thông qua vùng dưới đồi gây những biến đổi hô hấp nhằm góp phần điều hoà thân nhiệt, phản xạ này thể hiện rõ nhất là ở trên chó. Trong các trường hợp bị sốt cao cũng có thể làm cho các trung tâm hô hấp phải tăng cường hoạt động do khi sốt cao làm tăng các quá trình chuyển hóa, làm cho nhu cầu về oxy tăng lên. Vai trò của thân nhiệt ở người có thể có ảnh hưởng đến hoạt động của các trung tâm hô hấp nhưng không trực tiếp mà thông qua quá trình chuyển hóa chất và năng lượng và chỉ có tác dụng khi thân nhiệt tăng cao hơn bình thường do sốt hoặc giảm hơn bình thường trong các trường hợp hạ thân nhiệt nhân tạo để phẫu thuật hoặc để điều trị.
4.2.7. Vai trò của các trung tâm thần kinh khác
– Trung tâm nuốt: khi trung tâm nuốt hưng phấn sẽ ức chế hô hấp, do đó khi đang nuốt ta nín thở. Phản xạ này làm cho thức ăn khi nuốt không đi vào đường dẫn khí được.
– Vỏ não: có vai trò quan trọng trong các hoạt động tự động của các trung tâm hô hấp. Khi thay đổi cảm xúc cũng làm thay đổi nhịp hô hấp. Mặt khác, vỏ não và một số trung tâm cấp cao khác còn điều khiển hô hấp tùy ý qua đường thần kinh vỏ não – tủy để chi phối hoạt động các cơ hô hấp. Tuy nhiên tác dụng này chỉ xuất hiện và duy trì trong một chừng mực nhất định.
Cập nhật thông tin mới nhất về kiến thức y học và test y học tại facebook TEST Y HỌC
Tham gia nhóm zalo: Tài Liệu Y Học Tổng Hợp
Ôn thi nội trú, sau đại học Giải Phẫu TẠI ĐÂY
