Regulacija disanja
Disanje je fiziološki proces, podsvjesno kontroliran centrom za disanje na bazi mozga - središta nervnog sistema. Nervni sistem podešava alveolarnu ventilaciju tačno prema potrebama organizma. Anatomski respiratorni centri (RC) su izgrađeni od većih i manjih ostrva sive mase u CNS-u (tijelo neurona sa dendritima i početnim dijelovima aksona i ćelijama neurologije) sa veoma bogatom i razgranatom mrežom krvnih sudova. RC se nalaze u retikularnoj supstanci lociranoj izmedju kičmene moždine i srednjeg mozga. Tačna lokacija RC-a bi bila moždano stablo i pons (moždani most).
Regulacija disanja ovisi o složenoj interakciji tri komponente respiratornog sistema:
¨ kontrolnih centara,
¨ senzora i
¨ efektorskih organa.
Izmjena plinova u plućima
Uvođenje zraka u alveole omogućuje uklanjanje ugljikovog dioksida i dovod kisika u vensku krv. Budući da je ventilacija (disanje) ciklična pojava, ne sudjeluje sav zrak u izmjeni plinova. Dio nadahnutog daha ostaje u provodnim dišnim putovima i ne dopire do alveola gdje dolazi do izmjene plinova. Ovaj dio iznosi otprilike jednu trećinu svakog daha u mirovanju, ali se tokom vježbe smanjuje. Za razliku od ciklične prirode ventilacije, protok krvi kroz pluća je kontinuiran, a gotovo sva krv koja ulazi u pluća sudjeluje u izmjeni plinova. Učinkovitost izmjene plinova kritično ovisi o ravnomjernoj raspodjeli protoka krvi i nadahnutog zraka u plućima. Kod zdrave osobe ventilacija i protok krvi su u svakoj jedinici izmjene u plućima izuzetno dobro usklađeni.

Slika 1. Transport kisika i ugljikovog dioksida u plućima
Transport kisika
Kisik je slabo topljiv u plazmi, pa se manje od 2% kisika transportira otopljeno u plazmi. Velika većina kisika vezana je za hemoglobin, protein koji se nalazi unutar crvenih krvnih zrnaca. Hemoglobin se sastoji od četiri prstenaste strukture (hema) koje sadrže željezo, hemijski vezane za veliki protein (globin). Svaki atom željeza može se vezati, a zatim otpustiti dvoatomnu molekulu kisika. U normalnoj ljudskoj krvi prisutno je dovoljno hemoglobina kako bi se omogućio transport oko 0,2 mililitara kisika po mililitru krvi

Slika 2. Alveole
Transport ugljikovog dioksida
Transport ugljikovog dioksida u krvi znatno je složeniji. Mali dio ugljikovog dioksida, oko 5%, ostaje nepromijenjen i transportira se otopljen u krvi. Ostatak se nalazi u reverzibilnim hemijskim kombinacijama u crvenim krvnim stanicama ili plazmi. Dio ugljikovog dioksida veže se za proteine krvi, uglavnom hemoglobin, stvarajući spoj poznat kao karbamat. Oko 88% ugljikovog dioksida u krvi je u obliku bikarbonatnih iona. Raspodjela ovih hemijskih vrsta između unutrašnjosti crvenih krvnih stanica i okolne plazme varira, pri čemu crvena krvna zrnca sadrže znatno manje bikarbonata i više karbamata od plazme. Manje od 10% ukupne količine ugljikovog dioksida koji se prenosi u krv eliminiše se tokom prolaska kroz pluća. Potpuno uklanjanje dovelo bi do velikih promjena u kiselosti između arterijske i venske krvi.Respiratorni centri
Nehotično disanje kontrolišu respiratorni centri gornjeg moždanog debla (ponekad nazvani donji mozak, zajedno s malim mozgom). Respiratorni centri sadrže hemoreceptore koji detektiraju pH vrijednosti u krvi i šalju signale respiratornim centrima mozga da prilagode brzinu ventilacije kako bi promijenili kiselost, povećanjem ili smanjenjem uklanjanja ugljikvog dioksida (budući da je ugljikov dioksid povezan s višim razinama vodikovih iona u krvi). Postoje i periferni hemoreceptori u drugim krvnim žilama koji također obavljaju ovu funkciju, uključujući aortno i karotidno tijelo (nakupina hemoreceptorskih stanica).
Medulla
Medulla oblongata predstavlja primarni centar za kontrolu disanja. Njegova glavna funkcija je slanje signala mišićima koji kontroliraju disanje kako bi uzrokovali disanje. Postoje dva područja u meduli koja kontroliraju disanje:
¨ Ventralna respiratorna grupa koja stimuliše ekspiratorne pokrete.
¨ Dorzalna respiratorna grupa koja potiče inspiratorne pokrete.
Pons (moždani most)
Pons je drugi respiratorni centar i nalazi se ispod medulle. Njegova glavna funkcija je kontroliranje brzine disanja. Posjeduje dvije glavne funkcionalne regije koje obavljaju ovu ulogu:
¨ aneustički centar i
¨ pneumotaksički centar.

Slika 3. Medulla oblongata
Aneustički centar šalje signale za duge i duboke udisaje. On kontrolira intenzitet disanja i inhibiran (spriječen) je receptorima istezanja plućnih mišića na najvećoj dubini inspiracije (udisanja), ili signalima iz pnuemotaksičkog centra. Povećava volumen disanja.
Pnuemotaksički centar šalje signale za inhibiranje inspiracije što mu omogućuva kontrolu brzine disanja. Njegovi signali ograničavaju aktivnost freničnog živca (nerv odgovoran za kontrakciju dijafragme i disanje) i inhibiraju signale aneustičkog centra. Smanjuje volumen disanja.
Kao što možemo zaključiti aneustički i pnuemotaksički centri rade jedan protiv drugog kako bi kontrolirali brzinu disanja.
Neuronski mehanizmi (Cortex)
Moždani kortkes ili moždana kora kontrolira dobrovoljno disanje. Dobrovoljno disanje je svaka vrsta disanja koja je pod svjesnom kontrolom. Važno je za više funkcije koje uključuju dovod zraka, poput glasovne kontrole ili puhanja svijeća. Slično onome kako donje funkcije disanja kontrolira donji mozak, više funkcije dobrovoljnog disanja kontroliraju gornji dijelovi mozga, naime dijelovi moždanog korteksa.
Različiti dijelovi moždane kore kontroliraju različite oblike dobrovoljnog disanja. U razdobljima percipirane opasnosti ili emocionalnog stresa, signali iz hipotalamusa preuzimaju respiratorne signale i povećavaju brzinu disanja kako bi se olakšala borba ili odgovor na bijeg. Ovo je okvirna shema ljudskog mozga koji prikazuje topografiju primarnog motornog korteksa - neuronski centar koji je odgovoran za pokretanje bilo kojeg dobrovoljnog mišićnog pokreta.
Živci koji se koriste pri disanju
Postoje tri vrste važnih respiratornih živaca:
¨ frenični živci
¨ vagusni živac i
¨ stražnji torokalni živci.
Ove tri vrste živaca nastavljaju signal uzlaznog respiratornog puta od leđne moždine kako bi stimulirale mišiće koji izvode pokrete potrebne za disanje. Oštećenje bilo kojeg od ova tri respiratorna živca može uzrokovati ozbiljne probleme, poput paralize dijafragme ukoliko su oštećeni frenični živci. Manje ozbiljna oštećenja mogu uzrokovati iritaciju freničnog ili vagusnog živca, što može rezultirati štucanjem.
Hemoreceptorska regulacija disanja
Hemoreceptor, poznat i kao hemosenzor, je osjetilni receptor koji pretvara hemijski signal u akcijski potencijal. Akcijski potencijal šalje se živčanim putevima do dijelova mozga, koji su odgovorni centri za ovu vrstu povratnih informacija. U tijelu postoji mnogo vrsta hemoreceptora, ali samo je nekoliko njih uključeno u disanje.
Respiratorni hemoreceptori djeluju tako što otkrivaju pH okoline kroz koncentraciju vodikovih iona. Cilj ovog sistema je održati pH krvotoka u normalnim neutralnim granicama koji iznosi oko 7,35. Budući da se većina ugljikovog dioksida u krvotoku pretvara u karbonatnu kiselinu (i bikarbonat), hemoreceptori mogu koristiti pH krvi kao način za mjerenje razine ugljikovog dioksida u krvotoku. Posmatrajmo slučaj u kojem osoba s teškim proljevom gubi mnogo bikarbonata u crijevnom traktu, što smanjuje razinu bikarbonata u plazmi. Kako se razine bikarbonata smanjuju, a koncentracije vodikovih iona ostaju iste, pH krvi će se smanjiti (budući da je bikarbonat pufer) i postati kiseliji. U slučajevima acidoze povećati će se ventilacija kako bi se uklonilo više ugljikovog dioksida što doprinosi smanjenju koncentracije vodikovih iona. Nasuprot tome, povraćanje uklanja ione vodika iz tijela (budući da je želučani sadržaj kiseo), što će uzrokovati smanjenu ventilaciju kako bi se ispravila alkaloza.
Glavni hemoreceptori uključeni u povratnu informaciju o disanju su:
¨ centralni hemoreceptori i
¨ periferni hemoreceptori.
Centralni hemoreceptori se nalaze na ventrolateralnoj površini produžene moždine i otkrivaju promjene pH spinalne tečnosti ili likvora (bistra tečnost koja ispunjava subarahnoidalni međumoždanični prostor i šupljine centralnog nervnog sistema).
Periferni hemoreceptori uključuju tijelo aorte, koje detektira promjene u kisiku i ugljikovom dioksidu u krvi, ali ne i pH, te karotidno tijelo koje detektira sva tri.
Hering – Breuerov refleks
Hering-Breuerov refleks (naziva se i refleks napuhavanja) aktivira se kako bi se spriječilo prenapuhavanje pluća. Pluća su visoko elastičan organ u kojima postoji mnogo receptora za istezanje, posebno unutar pleure i glatkih mišića bronhija i bronhiola, koji se aktiviraju kada se pluća napuhuju do maksimalne tačke. Kada se pluća napuhuju do najvećeg volumena tokom inspiracije, receptori za istezanje pluća šalju signal akcijskog potencijala u moždinu kroz vagusni živac. Pneumotaksički centar mosta šalje signale da inhibira aneustički centar, tako da se ne aktivira inspiracijsko područje (leđna moždina), a inspiracijski signali koji se šalju u dijafragmu i pomoćne mišiće prestaju. To se naziva refleks inflacije. Kako inspiracija prestaje, počinje izdah i pluća počinju ispuhivati. Kako se pluća ispuhju, receptori istezanja se deaktiviraju, tako da inhibitorni signali prestaju i udisanje može početi ponovo - to se naziva refleks deflacije. Osobe s emfizemom imaju oslabljen Hering-Breuerov refleks zbog gubitka plućnih receptora istezanja, jer je došlo do uništenja plućnih alveola, pa se njihova pluća mogu pretjerano napuhati što doprinosi otežanom disanju.
Kada je riječ o refleksu napuhavanja važno je spomenuti i sinusnu aritmiju. Tokom aktivacije receptora za istezanje, inhibitorni signal koji putuje kroz vagusni živac također se šalje u sinatrijski čvor srca što uzrokuje kratkotrajno povećanje broja otkucaja srca i to nazivamo tahikardijom.
Otkucaji srca se vraćaju u normalu tokom izdaha kada su receptori za istezanje deaktivirani. Kada je ovaj proces cikličan nazivamo ga sinusna aritmija, koja je u biti normalna fiziološka pojava. Sinusne aritmije se ne pojavljuju kod svih, a češće su u mladosti. Osetljivost sinatrijskog čvora na refleks inflacije (povećanja) otkucaja srca gubi se vremenom, pa su sinusne aritmije rjeđe kod starijih osoba.
Reference
¨ https://courses.lumenlearning.com/boundless-ap/chapter/respiration-control/
¨ https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/8566733/
¨ https://www.stetoskop.info/savremena-medicina/nervni-sistem-u-regulaciji-disanja
¨ https://www.britannica.com/science/human-respiratory-system/Control-of-breathing
¨ https://s3.amazonaws.com/HMP/hmp_ln/imported/files/base/image/EMSR/2011/09/aaiykpg0_10362742.png (Figure1)
¨ https://www.anatomynote.com/wp-content/uploads/2019/06/7679/Lung-alveola-blood-supplements.jpg (Figure 3)









