呼吸运动的调节
    (Regulation of respiratory movement)
    呼吸运动受意识控制，在一定程度上是一种随意运动。但同时又不因睡眠而中断，也不受各种躯体活动的干扰，即呼吸运动是一种自动的节律性活动，其深度和频率随体内外环境的改变而改变。例如，肌肉活动时代谢增强，呼吸运动加深加快，肺通气量增大，以摄取更多的O2，排出更多的CO2。呼吸运动是由于呼吸肌的节律性收缩与舒张引起的，而呼吸肌属骨骼肌，本身没有自律性。那么，这种自动的节律性的呼吸是怎样产生的？呼吸的深度和频率又如何能随内外环境改变而改变？本节将围绕这些问题进行讨论。
    呼吸中枢
    (Respiratory center)

    （一）呼吸中枢
   
    呼吸中枢(respiratory center)是指中枢神经系统内产生呼吸节律和调节呼吸运动的神经细胞群。在对呼吸中枢定位的诸多实验中，最具有意义的是1923年由英国的生理学家Lumsden对猫的脑干进行系列切割（图5-13）。该实验观察到，在脑桥与中脑之间切断，呼吸运动基本正常，提示大脑皮层等高级中枢不是产生节律性呼吸的必需部位；在脊髓与延髓间切断，保留脊髓以下的部分，动物呼吸停止，提示脊髓不能产生自动的节律性的呼吸。但支配呼吸肌的下运动神经元位于脊髓，后者为联系脑和呼吸肌的中继站和整合某些呼吸反射的初级中枢；而在延髓与脑桥间横断，保留延髓及以下的部分，此时可见到喘息样呼吸，表明延髓是呼吸节律产生的部位。而在延髓与脑桥存在时，呼吸节律是正常的，提示正常呼吸节律的形成还有赖于延髓与脑桥的共同配合。事实上，呼吸中枢分布在大脑皮层、间脑、脑桥、延髓和脊髓等各级部位，它们在呼吸节律的产生和调节中所起的作用不同，共同实现机体的正常呼吸运动。

    1．脑干呼吸神经元的分类 目前呼吸中枢的神经元常按神经元放电类型、神经元投射方式及肺扩张反应等进行分类，其中以按神经元放电类型的分类方法最重要。按这种分类方法将脑干呼吸中枢的神经元分为：
 
    （1）早期吸气神经元(Early-I)：于吸气早期放电频率最高，随后逐渐降低；
   
    （2）增强型吸气神经元(I-Aug)：放电形式与Early-I正好相反，即放电频率随吸气增加；

    （3）后期吸气神经元(Late-I)：在吸气相与呼气早期放电，可能与中止吸气有关；

    （4）吸气后神经元(Post-I)：在呼气相早期放电；

    （5）增强型呼气神经元(E-Aug)：在呼气中晚期放电，末期放电频率最高；

    （6）吸气前神经元(Pre-I)：放电活动从呼气相持续到吸气相。

    2．脑桥的呼吸神经元群 呼吸神经元相对集中于臂旁内侧核(parabrachialis medialis nuclei，NPBM)和相邻的K?11iker-Fuse(KF)核，合称PBKF核群。PBKF与延髓的呼吸神经核团之间有双向联系，形成调控呼吸的神经网络。在麻醉猫，切断双侧迷走神经，损毁PBKF可出现长吸式呼吸，提示该区的作用是限制吸气，促使吸气向呼气转换，从而起着稳定呼吸类型、减慢节律和影响呼吸时程等呼吸调整作用。

    3．延髓的背侧呼吸组 背侧呼吸组(dorsal respiratory group，DRG)位于延髓背内侧，主要包括孤束核腹外侧区(vl-NTS)和中缝核(raphe nuclei)，以吸气神经元为主，其轴突在闩部交叉到对侧，终止于脊髓颈、胸段的膈神经运动神经元和肋间神经运动神经元。DRG的神经元接受肺牵张感受器、外周化学感受器等处的传入冲动，起着整合传入信息和调节呼吸运动的作用。

    4．延髓的腹侧呼吸组 腹侧呼吸组(ventral respiratory group，VRG)相当于后疑核、疑核、旁疑核和面神经后核，所含的吸气神经元和呼气神经元数目大致相当。按其结构与功能VRG可分为三个部分：

    （1）VRG尾部(caudal VRG，cVRG)，位于脊髓与延髓连接处到闩门附近，主要包括后疑核，以呼气神经元为主，其轴突下行投射到胸段脊髓前角，支配肋间内肌和腹肌运动神经元，兴奋时引起主动呼气；

    （2）VRG中间部(intermediate VRG，iVRG)，位于延髓腹外侧，主要包括疑核和旁疑核，以吸气神经元为主，其轴突经脊髓支配膈肌和肋间外肌运动神经元，引起吸气；疑核呼吸神经元的轴突经同侧舌咽神经和迷走神经，再支配咽喉部的呼吸辅助肌；

    （3）VRG头端部(rostral VRG，rVRG)，包括面神经后核、包钦格复合体(B?tzinger complex，B?t C)，前包钦格复合体(pre-B?tzinger complex，pre-B?t C)等。与呼吸节律起源有关。

    5．高位脑的呼吸调整作用 脑桥以上的高位中枢，如大脑皮层、边缘系统、下丘脑等对呼吸有调整作用。大脑皮层可通过皮层脊髓束和皮层脑干束控制呼吸运动神经元的活动，如说话、唱歌、哭笑等，并在一定限度内可随意屏气或加深加快呼吸。因此，大脑皮层属随意呼吸调节系统。而低位脑干的呼吸相关神经元经复杂的相互作用产生的节律性呼吸，通过相应的传出纤维到达脊髓前角呼吸神经元，属不随意的自主呼吸节律调节系统。由于这两个系统的下行通路是分开的，临床上可观察到自主呼吸和随意呼吸分离的现象。例如在脊髓前外侧下行的自主呼吸通路受损，自主节律呼吸受影响甚至停止，此时患者可通过随意呼吸或人工呼吸来维持肺通气。但若未进行人工呼吸，一旦病人入睡，可以发生呼吸停止。

    （二）呼吸节律的起源与控制

    前已述及，呼吸节律起源于延髓，但是其确切部位尚不完全清楚。近年来新的研究方法，如脑切片，脑干-脊髓标本，神经元分离、培养和标记技术，电生理和微电极技术，双聚焦激光显微术等，为呼吸中枢的研究提供了条件。目前比较公认的呼吸节律形成机制主要有以下两种。

    1．起步神经元学说 该学说认为在延髓中存在起步神经元(pacemaker neuron)，Smith等学者在新生鼠及胎鼠证实，延髓头端腹外侧区的前包钦格复合体(pre-B?t C)含有6种呼吸神经元，实验观察到其中一些神经元具有自动去极化的起步特征，是呼吸节律起源的关键部位。

    2．神经元网络学说 即呼吸节律的产生依赖于延髓内呼吸神经元之间复杂的相互联系和相互作用。Richter等学者提出由呼吸节律发生器(respiratory rhythmical generator，RRG)和吸气形式发生器(inspiratory pattern generator，IPG)构成呼吸神经元网络（图5-14）。在呼吸过程中吸气和呼气的发生与切断由呼吸节律发生器完成，而呼吸运动的模式由吸气形式发生器来执行。有研究表明, 呼吸节律发生器的活动受环境因素和联合性学习的调制,提示呼吸节律发生器的活动具有高度可塑性。