Часть IV. Физиология систем внутренних органов

Снижение напряжения О2 в артериальной крови (гипоксия) сопровождается увеличением вентиляции легких. Артериальная гипоксия может возникнуть во время пребывания на большой высоте, где атмосферное давление, а вследствие этого и парциальное давление О2 во вдыхаемом воздухе понижены. Напряжение О2 в артериальной крови снижается также при легочной патологии. В естественных же условиях влияние напряжения О2 и эффект напряжения СО2 взаимосвязаны. При увеличении вентиляции легких, обусловленном недостатком О2, напряжение СО2 в артериальной крови падает, и его стимулирующий эффект на дыхание уменьшается. Из кривой, полученной в естественных условиях, видно, что при снижении напряжения О2 минутный объем дыхания повышается сравнительно незначительно. Практически напряжение О2 начинает оказывать существенное влияние на вентиляцию легких лишь тогда, когда оно становится ниже 50–60 мм рт.ст., то есть при значительной гипоксии.

Изменение дыхания под влиянием химических факторов осуществляется через хеморецепторы, которые частично лежат в крупных артериях (периферические хеморецепторы), частично в продолговатом мозге (центральные хеморецепторы). Периферические хеморецепторы находятся, в основном, в каротидных тельцах, расположенных в области бифуркации общих сонных артерий, и в аортальных тельцах, расположенных в верхней и нижней частях дуги аорты.

Каротидные тельца — это маленькие васкуляризированные образования, которые состоят из скопления клеток типа I. Клетки окутаны глиаподобными клетками типа II и имеют тесный контакт с открытыми капиллярами. Соседние клетки типа I связаны друг с другом посредством щелевых контактов. Эти рецепторные структуры относятся ко вторичным рецепторам, где клетки типа I не имеют аксона, но синаптически контактируют с терминалями афферентных волокон каротидного нерва. Клетки типа I реагируют освобождением трансмиттера, который вызывает возбуждение связанных с ними афферентных волокон как под влиянием гипоксии, так и под влиянием гиперкапнии и ацидоза. Гипоксия уменьшает проводимость K+-каналов в мембране клеток типа I, что ведет к деполяризации их мембраны. Благодаря этому открываются потенциалуправляемые Са2+-каналы, и Са2+ устремляется из внеклеточного пространства в клетку (рис. 23.33).

Повышение цитозольной концентрации Са2+ приводит к освобождению дофамина, который вызывает ПД в афферентных волокнах каротидного нерва. Респираторные и нереспираторные нарушения кислотно-основного равновесия приводят к изменению внеклеточного рН или paCO2, вследствие чего меняется и внутриклеточный рН типа I, что и вызывает их возбуждение (см. рис. 23.33). Реакция клетки типа I на гипоксию имеет большое сходство с ответом на гипоксию гладкомышечной клетки в стенке мелких пульмональных артерий, которые отвечают за гипоксическую вазоконстрикцию легочных

Рис. 23.33. Реакция гломерулярной клетки в ответ на гипоксию, гиперкапнию и ацидоз: цАМФ — циклический аденозин-3′,5′-монофосфат; [цАМФ]вн — внутриклеточная концентрация цАМФ; GSH — редуцированный глутатион; GSSG — окисленный глутатион. Источник: Medical phy- siology ... (2016)

сосудов. При выключении периферических хеморецепторов даже сильная гипоксия не вызывает увеличения глубины и частоты дыхания, но, скорее, ведет к уменьшению вентиляции.

Центральные хеморецепторы. Влияние СО2 и рН на дыхание опосредовано главным образом их действием на особые структуры ствола мозга, обладающие хемочувствительностью. pCO2 и рН артериальной крови оказывают разные эффекты на дыхание. Из этого вовсе не следует, что в стволе мозга содержатся хеморецепторные образования двух типов; одни чувствительные к СО2, а другие — к ионам Н+. Возможно, что все эти образования воспринимают только ионы Н+, а действие СО2 связано с образованием этих ионов. В этом случае разница в эффектах pCO2 и рН артериальной крови может быть связана с различиями в сопротивлении транспорту СО2 и ионов Н+. Известно, что СО2 очень быстро диффундирует из крови в ткани мозга, тогда как ионы Н+ с трудом проникают через биологические мембраны. Данные многочисленных экспериментов свидетельствуют в пользу гипотезы о том, что центральные нервные структуры, участвующие в регуляции дыхания, чувствительны исключительно к ионам Н+.

В настоящее время полагают, что основным химическим фактором, влияющим на дыхание, является содержание ионов Н+ в межклеточной жидкости ствола мозга. По-видимому, эта жидкость сходна со спинномозговой жидкостью, в связи с чем сдвиги в составе спинномозговой жидкости также могут оказывать влияние на дыхание. Действительно, в опытах с изменением состава раствора, перфузирующего желудочки мозга, было обнаружено, что вентиляция легких зависит от рН этого раствора. Можно более точно определить локализацию участков, чувствительных к ионам Н+, на поверхности ствола мозга. Как показано на рис. 23.34, а, на вентральной поверхности продолговатого мозга обнаружены три таких участка: они расположены около корешков блуждающего и подъязычного нервов. Нанесение на эти участки кислот сопровождается увеличением вентиляции легких. Кроме того, нейроны, чувствительные к ацидозу, обнаружены в области ядра шва, обоюдного ядра блуждающего нерва и ядра одиночного пути продолговатого мозга, а также голубого пятна и гипоталамуса.

Некоторые нейроны ядер шва необычайно чувствительны к рН. В срезах головного мозга и в тканевой культуре небольшое уменьшение внеклеточного рН приводит к повышению частоты импульсации одной группы нейронов (рис. 23.34, б) и уменьшению частоты в другой. В обоих типах хемочувствительных нейронов метаболические и респираторные нарушения оказывают сходное воздействие на частоту разрядов. Это указывает на то, что основным стимулом является снижение либо внеклеточного, либо внутриклеточного рН, а не увеличение pCO2. Два типа хемочувствительных нейронов имеют другие отличительные свойства, в том числе различные формы тел, характер ритмической активности и содержание нейротрансмиттеров. Например, нейроны, стимулированные ацидозом, содержат стимулирующий нейротрансмиттер серотонин, тогда как те, которые ингибируются ацидозом, могут содержать тормозной медиатор ГАМК. Серотонинергические нейроны также присутствуют на вентральной поверхности продолговатого мозга. Когда парциальное

Рис. 23.34. Центральные хеморецепторы: а — хеморецепторные зоны, участвующие в регуляции дыхания, на вентральной поверхности продолговатого мозга; справа показана локализация серотонинергических нейронов вентролатеральной области продолговатого мозга и ядра шва; б — нейронная активность серотонинергического ядра шва под влиянием ацидоза; в — реципрокный контроль активности дыхательных нейронов клетками, активируемыми ацидозом и ингибируемыми этим состоянием. Источник: Medical physiology ... (2016)