regolazione del respiro

Corso Integrato di Fisiologia Umana
Sistemi regolatori
Controllo nervoso della
respirazione
© G. Cibelli, 2008
Anno Accademico 2007-2008
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Meccanica della respirazione
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Sistema nervoso centrale e
respirazione
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Circuiti complessi di controllo
del respiro
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Motoneuroni frenici
Motoneuroni respiratori toracici
Motoneuroni addominali
Neuroni premotori:
– Gruppo respiratorio ventrale
(RVG)
– Complesso di Botzinger
Proiezioni sensoriali (gangli
giugulare e nodoso)
Neuroni sensorimotori di ordine
superiore e neuroni generatori del
ritmo:
– Complesso preBotzinger
– N. parabrachiale
– N. del rafe
– N, retrotrapezioide
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Modulazione dell’attività
respiratoria
• I neuroni respiratori si attivano quando ricevono un
comando eccitatorio fasico
• I neuroni respiratori rimangono silenti quando
ricevono un comando inibitorio fasico
• Il comando eccitatorio è periodico e induce la scarica
ritmica di tutti I neuroni
• Fanno eccezione I neuroni pacemaker
• Tre tipi di inibizione mediata sinapticamente:
1. Inibizione reciproca
2. Inibizione ricorrente
3. Inibizione della transizione di fase
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Attività motoria respiratoria
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Neuroni respiratori
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modello di generazione del
ritmo respiratorio a due fasi:
1. Fase inspiratoria (I)
2. Fase espiratoria (E)
modello di generazione del
ritmo respiratorio a tre fasi:
1. Fase inspiratoria (I)
2. Fase espiratoria iniziale
(postinspirazione
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Generazione del ritmo
respiratorio
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Il modello pacemaker (complesso
preBotzinger)
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Afferenze sensoriali: I
chemocettori
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Afferenze sensoriali: I
meccanocettori
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Proiezioni afferenti al NTS
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Ritmogenesi respiratoria
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I: chemo-feedback
II: mechano feedback
III: non-feedback afferents
IV: centrogenic drive (or inhibition)
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MODELLI ANORMALI DI RESPIRAZIONE DA LESIONI
DEL SNC
Molti danni cerebrali e malattie producono alterazioni del
respiro. Poiché molte regioni cerebrali forniscono segnali
afferenti ai neuroni che generano il ritmo respiratorio,
anche patologie di regioni non associate normalmente
con la generazione del respiro possono produrre un
respiro anomalo. Malgrado la natura diffusa di molte
patologie che danno origine ad alterazioni respiratorie,
Fred Plum e colleghi hanno sistematicamente
caratterizzato
numerose
alterazioni
respiratorie
provocate da specifiche patologie del SNC.
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Pattern di respiro anomalo a
seguito di lesioni del SNC
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Respiro apneustico
Respiro apneustico è caratterizzato da prolungati periodi inspiratori. Nell'uomo, il
modello più frequente è caratterizzato da inspirazioni che durano 2‑3 secondi
alternantisi con prolungate pause inspiratorie. Nei gatti, i prolungati periodi inspiratori
sono associati con plateau nell'attività inspiratoria che possono durare minuti (che
portano a morte in assenza di respirazione artificiale). Il respiro apneustico si osserva
in seguito a lesioni del ponte, che comprendono o che sono in prossimità del gruppo
respiratorio pontino. Negli animali da esperimento, tale anomalia richiede, per essere
generata, non solo la lesione del gruppo respiratorio pontino, ma anche l'interruzione
delle afferenze vagali.
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respiro di Cheyne-Stokes
Lesioni del tratto corticobulbare e corticospinale possono portare al respiro di
Cheyne‑Stokes, una ritmica accentuazione e diminuzione della profondità del
respiro. Periodi di assenza di respiro (apnea) seguono ciascun periodo di aumento
della profondità del respiro. Lesioni del tratto corticobulbare e del tratto corticospinale
possono anche dar luogo a scomparsa del controllo volontario del respiro. Nella
paralisi pseudobulbare, per esempio, il controllo volontario della respirazione e la
funzione dei motoneuroni craniali è assente a seguito di una lesione spesso
localizzata dorsomedialmente alla base del ponte.
Un danno bilaterale diffuso del gruppo respiratorio midollare può distruggere o abolire
il ritmo respiratorio, provocando la morte se non si instaura immediatamente la
respirazione artificiale. Fortunatamente, la lesione unilaterale non sembra essere
sufficiente a provocare una grave alterazione del ritmo respiratorio e dei meccanismi
che lo generano. Poiché due arterie vertebrali forniscono il sangue al bulbo, è
improbabile un danno bilaterale a seguito di infarto o embolia.
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I DISORDINI DEL CONTROLLO CHIMICO DEL
RESPIRO
Il respiro è normalmente controllato in maniera rigida per mantenere la PC02 in uno
stretto ambito intorno a 40 mm Hg. Tuttavia, una patologia cardiopolmonare può
aumentare marcatamente la PC02. Quando la PC02 supera i 90‑120 mm Hg, ne
consegue la depressione respiratoria. Con ulteriori aumenti della PC02 la funzione del
sistema nervoso centrale può essere gravemente ridotta; si può sviluppare una
reazione positiva, in cui la depressione del respiro eleva la PC02 che ulteriormente
deprime il respiro. In alcuni pazienti con malattie croniche dei polmoni in fase
avanzata, e conseguentemente con elevata PC02 ogni malattia acuta dei polmoni,
come una bronchite o una polmonite, possono provocare un ulteriore aumento della
PC02 ed esacerbare la depressione respiratoria. In questi pazienti, lo stimolo a
respirare deriva dall'ipossiernia (bassa P02 ematica) avvertita dai chemocettori
periferici. Se questi pazienti respirano 0, senza controllo medico l'ipossiemia può
sparire, e senza questo stimolo il respiro di questi pazienti può cessare.
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L'abuso di farmaci
L'abuso di farmaci costituisce un'altra causa di
depressione respiratoria sufficiente ad elevare la PC02
per produrre un ulteriore depressione respiratoria.
Narcotici, barbiturici e molti anestetici generali
deprimono il respiro e riducono la sensibilità dei
chemocettori agli aumenti di PC02 o alle riduzioni di
P02. Pertanto, ad alte dosi, questi farmaci possono
provocare morte per insufficienza respiratoria.
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Apnea da sonno
Il sonno è associato con un modesto decremento della ventilazione e una ridotta risposta alle variazioni della PC02
e P02. Come risultato, durante il sonno, la PC02 arteriosa aumenta di 2‑7 mm Hg e la P02 si riduce di 3‑10 mm Hg.
Questa variazione del controllo respiratorio forse è associata alla perdita dell'affinità eccitatoria collegata alla veglia.
L'origine di questo stimolo presente nella veglia non è noto, ma può derivare dall'attività che si origina nel sistema
reticolare attivatore del bulbo.
Con la comparsa del sonno, l'attività respiratoria può diventare instabile e si può verificare l'apnea (definita come
arresto respiratorio di almeno 10 secondi). Sono stati definiti due principali tipi di apnea. Il più comune, l'apnea
ostruttiva del sonno, si verifica quando il flusso aereo inspiratorio riduce la pressione nelle vie aeree (mediante
l'effetto di Bernoulli), retraendo le pareti delle vie aeree superiori e provocando ostruzione delle vie aeree. Durante
la veglia, l'attività dei muscoli delle vie aeree contrasta queste forze collassanti. Tuttavia, durante il sonno, la
riduzione del tono nelle vie aeree può dar luogo a vibrazione delle pareti dell'orofaringe (il russare). In casi più gravi,
la perdita di attività del nervo glossofaringeo, che innerva la lingua, può provocare un'ostruzione delle vie aeree.
L'ostruzione riduce o abolisce la ventilazione, innalzando la CO2 ed abbassando l'02. Ciò, a sua volta, può
provocare allerta o risveglio, ripristino del tono dei muscoli delle vie aeree e pervietà delle stesse. In casi gravi, il
ciclo di sonno, l'ostruzione delle vie aeree e il risveglio indotto da ipossia si ripetono centinaia di volte ogni notte. La
marcata alterazione del sonno può provocare ipersonnia debilitante, e la grave apnea ostruttiva del sonno può
avere anche altre complicanze, come l'ipertensione.
Nell'apnea centrale del sonno, una meno comune forma di apnea del sonno, le pause nel respiro originano
dall'incapacità del generatore centrale del respiro a generare un ritmico comando motorio. I meccanismi che
sottostanno alle apnee centrali non sono chiari, ma il problema è stato associato con differenti alterazioni
neurologiche, incluse le lesioni del bulbo, le disfunzioni autonome e le encefaliti, che possono alterare la funzione
bulbare.
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Sindrome della morte improvvisa del bambino
(SIDS, sudden infant death syndrome)
La SIDS è definita come la morte improvvisa ed inattesa di un bambino o di un ragazzino che
non può essere spiegata dall'esame postmortem. La SIDS è la principale causa di morte del
bambino tra 1 mese ed 1 anno di età negli stati uniti. Anche se numerose eziologie sono
considerate contribuire alla SIDS, le ipotesi correnti tendono a focalizzarsi su alterazioni del
controllo cardiorespiratorio. L'ipotesi dell'apnea attribuisce l'apnea a disordini sia del controllo
chimico del respiro, sia alla mancanza di una risposta di allerta all'insufficiente ventilazione. E’
stato descritto che i bambini che successivamente soccombono per SIDS mostrano un
comportamento respiratorio irrego lare, con periodi di apnea e ridotte risposte di allerta
all'ipossia e all'ipercapnia. Epiderniologicamente, la SIDS è stata associata con il dormire dei
bambini a faccia in giù, dove cuscini, coperte e materassi possono limitare la diffusione
dell'aria espirata, con conseguente aumento della C02 e riduzione dell'02 nell'aria inspirata e,
conseguentemente, nel sangue arterioso. Questo a sua volta potrebbe depriniere il respiro
sufficientemente causando arresto respiratorio e morte.
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