26.21 : العوامل الكيميائية المؤثرة على مراكز التنفس

تلعب العوامل الكيميائية مثل تغير مستويات ثاني أكسيد الكربون والأكسجين والهيدروجين في الدم الشرياني دورًا حاسمًا في التأثير على عمق ومعدلات التنفس. يتم اكتشاف هذه الاختلافات بواسطة مستقبلات كيميائية - أجهزة استشعار متخصصة تقع في منطقتين أساسيتين من الجسم. توجد مستقبلات كيميائية مركزية في جميع أنحاء جذع الدماغ، بما في ذلك النخاع البطني الجانبي، بينما توجد مستقبلات كيميائية محيطية في قوس الأبهر والشرايين السباتية.

لثاني أكسيد الكربون تأثير قوي على التنفس ويتم تنظيمه بدقة. في ظل الظروف العادية، يتم الحفاظ على ضغط ثاني أكسيد الكربون الشرياني عند 40 مم زئبق مع تقلبات صغيرة في حدود 38-42 مم زئبق. تؤدي زيادة مستويات ثاني أكسيد الكربون، المعروفة باسم فرط ثاني أكسيد الكربون، إلى تراكم ثاني أكسيد الكربون في الدماغ. يتم ترطيب ثاني أكسيد الكربون هذا لتكوين حمض الكربونيك، الذي يتفكك لتحرير الهيدروجين، مما يتسبب في انخفاض درجة الحموضة. يؤدي هذا الارتفاع في أيون الهيدروجين إلى تحفيز المستقبلات الكيميائية المركزية، المرتبطة ارتباطًا وثيقًا بمراكز تنظيم التنفس. والنتيجة هي زيادة في عمق ومعدل التنفس الذي يسهله كل من المستقبلات الكيميائية المركزية والطرفية. تعمل هذه التهوية المتزايدة على التخلص بسرعة من ثاني أكسيد الكربون من الدم، مما يرفع درجة حموضة الدم. وعلى العكس من ذلك، عندما يكون مستوى ثاني أكسيد الكربون منخفضًا بشكل غير طبيعي، يتباطأ التنفس ويصبح ضحلًا.

يمكن أن تؤدي التغيرات في درجة حموضة الشرايين إلى تغيير معدل التنفس وإيقاعه، بغض النظر عن مستويات ثاني أكسيد الكربون والأكسجين. إذا انخفض مستوى الحموضة الشرياني، يحاول الجهاز التنفسي التعويض عن طريق زيادة معدل التنفس وعمقه للتخلص من ثاني أكسيد الكربون من الدم. تتم هذه العملية من خلال المستقبلات الكيميائية الطرفية، حيث لا يعبر أيون الهيدروجين حاجز الدم في الدماغ.

المستقبلات الكيميائية الطرفية حساسة لمستويات الأكسجين الشرياني وتصبح المحرك الأساسي للتنفس عندما ينخفض ​​مستوى الأكسجين الشرياني إلى أقل من 60 ملم زئبق. تستجيب المستقبلات الكيميائية الطرفية عن طريق زيادة التهوية بشكل انعكاسي. على الرغم من أن زيادة التهوية يمكن أن تؤدي إلى نقص ثاني أكسيد الكربون وزيادة درجة حموضة الدم، مما قد يمنع التنفس، إلا أن الرغبة في تصحيح نقص الأكسجين الشديد تسود عادة، مع الحفاظ على التهوية المرتفعة حتى استعادة مستويات الأكسجين.