El centro respiratorio está situado en el bulbo raquídeo y la protuberancia , en el tronco del encéfalo . El centro respiratorio está formado por tres grandes grupos respiratorios de neuronas , dos en la médula y uno en la protuberancia. En la médula se encuentran el grupo respiratorio dorsal y el grupo respiratorio ventral. En la protuberancia, el grupo respiratorio pontino incluye dos áreas conocidas como centro neumotáxico y centro apnéustico.
El centro respiratorio es responsable de generar y mantener el ritmo de la respiración, y también de ajustarlo en respuesta homeostática a los cambios fisiológicos. El centro respiratorio recibe información de los quimiorreceptores , los mecanorreceptores , la corteza cerebral y el hipotálamo para regular la frecuencia y la profundidad de la respiración. La entrada es estimulada por niveles alterados de oxígeno , dióxido de carbono y pH sanguíneo , por cambios hormonales relacionados con el estrés y la ansiedad del hipotálamo, y también por señales de la corteza cerebral para dar un control consciente de la respiración.
La lesión de los grupos respiratorios puede provocar diversos trastornos respiratorios que pueden requerir ventilación mecánica , y suele asociarse a un mal pronóstico.
El centro respiratorio se divide en tres grupos principales, dos en la médula y uno en la protuberancia. Los dos grupos de la médula son el grupo respiratorio dorsal y el grupo respiratorio ventral . En la protuberancia, el grupo respiratorio pontino se compone de dos áreas: el centro neumotáxico y el centro apnéustico. Los grupos medulares dorsal y ventral controlan el ritmo básico de la respiración. [1] [2] Los grupos están emparejados con uno a cada lado del tronco del encéfalo. [3]
El grupo respiratorio dorsal (GRD) tiene el papel más fundamental en el control de la respiración, iniciando la inspiración (inhalación). El GRD es un conjunto de neuronas que forman una masa alargada que se extiende a lo largo de la mayor parte de la médula dorsal. Están cerca del canal central de la médula espinal y justo detrás del grupo ventral. Fijan y mantienen el ritmo de la respiración . [4] [5]
La mayoría de las neuronas se encuentran en el núcleo del tracto solitario . Otras neuronas importantes se encuentran en las áreas adyacentes, incluida la sustancia reticular de la médula. El núcleo solitario es el punto final de la información sensorial que llega del grupo respiratorio pontino y de dos nervios craneales : el nervio vago y el nervio glosofaríngeo . El núcleo solitario envía señales al centro respiratorio desde quimiorreceptores periféricos , barorreceptores y otros tipos de receptores en los pulmones, en particular los receptores de estiramiento . Por lo tanto, el grupo respiratorio dorsal se considera un centro integrador que proporciona al grupo respiratorio ventral la capacidad de modificar el ritmo respiratorio. [4] [5]
El VRG mantiene un ritmo respiratorio constante estimulando la contracción del diafragma y los músculos intercostales externos, lo que da como resultado la inspiración. [6]
En la médula, el grupo respiratorio ventral (VRG) consta de cuatro grupos de neuronas que forman el área de exhalación (espiración) de control respiratorio. Esta área se encuentra en la parte ventrolateral de la médula, unos 5 mm por delante y lateral al grupo respiratorio dorsal. Las neuronas implicadas incluyen las del núcleo ambiguo , el núcleo retroambiguo y las interneuronas del complejo pre-Bötzinger .
El VRG contiene neuronas tanto inspiratorias como espiratorias. [7] [4] El grupo respiratorio ventral de neuronas está activo en la respiración vigorosa e inactivo durante la respiración tranquila y descansada. [1] El VRG envía impulsos inhibidores al centro apnéustico.
En el tegmento pontino de la protuberancia, el grupo respiratorio pontino (PRG) incluye los centros neumotáxico y apnéustico. Estos tienen conexiones entre ellos, y de ambos al núcleo solitario . [8]
El centro neumotáxico se encuentra en la parte superior del puente. Sus núcleos son el núcleo subparabraquial y el núcleo parabraquial medial . [9] El centro neumotáxico controla tanto la frecuencia como el patrón de respiración. El centro neumotáxico se considera un antagonista del centro apnéustico (que produce una respiración anormal durante la inhalación), inhibiendo cíclicamente la inhalación. El centro neumotáxico es responsable de limitar la inspiración, proporcionando un interruptor de apagado inspiratorio (IOS). [10] Limita el estallido de potenciales de acción en el nervio frénico , disminuyendo efectivamente el volumen corriente y regulando la frecuencia respiratoria . La ausencia del centro produce un aumento de la profundidad de la respiración y una disminución de la frecuencia respiratoria.
El centro neumotáxico regula la cantidad de aire que puede ingresar al cuerpo en cada respiración. El grupo respiratorio dorsal tiene estallidos rítmicos de actividad que son constantes en duración e intervalo. [11] Cuando se necesita una frecuencia respiratoria más rápida, el centro neumotáxico indica al grupo respiratorio dorsal que acelere. Cuando se necesitan respiraciones más largas, los estallidos de actividad se prolongan. Toda la información que el cuerpo utiliza para ayudar a la respiración ocurre en el centro neumotáxico. Si esto estuviera dañado o dañado de alguna manera, haría casi imposible respirar.
Un estudio sobre este tema se realizó en gatos paralizados anestesiados antes y después de una vagotomía bilateral . Se monitorizó la ventilación en gatos despiertos y anestesiados que respiraban aire o CO2 . La ventilación se controló tanto antes como después de las lesiones en la región del centro neumático y después de la vagotomía bilateral posterior. Los gatos con lesiones pontinas tuvieron una duración de inhalación prolongada. [12] En gatos, después de la anestesia y la vagotomía, se ha descrito que la transacción pontina evoca descargas inspiratorias prolongadas y sostenidas interrumpidas por pausas espiratorias cortas. [ jerga ] En cambio, en ratas, después de la anestesia, la vagotomía y la transacción pontina, este patrón de respiración no se observó, ni in vivo ni in vitro. Estos resultados sugieren diferencias entre especies entre ratas y gatos en las influencias pontinas sobre el centro respiratorio medular. [13]
El centro apnéustico de la parte inferior del puente parece promover la inhalación mediante la estimulación constante de las neuronas del bulbo raquídeo. El centro apnéustico envía señales al grupo dorsal de la médula para retrasar el "apagado", la señal del interruptor de apagado inspiratorio (IOS) de la rampa inspiratoria proporcionada por el centro neumotáxico. Controla la intensidad de la respiración, dando impulsos positivos a las neuronas involucradas en la inhalación. El centro apnéustico es inhibido por los receptores de estiramiento pulmonar y también por el centro neumotáxico. También descarga un impulso inhibidor al centro neumotáxico.
La respiración es el proceso repetitivo de llevar aire a los pulmones y eliminar los productos de desecho. El oxígeno traído del aire es una necesidad constante y continua del organismo para mantener la vida. Esta necesidad sigue ahí durante el sueño por lo que el funcionamiento de este proceso tiene que ser automático y formar parte del sistema nervioso autónomo . A la inspiración le sigue la exhalación, dando lugar al ciclo respiratorio de inhalación y exhalación. Hay tres fases del ciclo respiratorio: inspiración, postinspiración o espiración pasiva y espiración tardía o activa. [14] [15]
El número de ciclos por minuto es la frecuencia respiratoria . La frecuencia respiratoria la establece el centro respiratorio por el grupo respiratorio dorsal, en la médula, y estas neuronas se concentran principalmente en el núcleo solitario que se extiende a lo largo de la médula. [4]
El ritmo básico de la respiración es el de respiración tranquila y reparadora conocida como eupnea . La respiración tranquila sólo requiere la actividad del grupo dorsal que activa el diafragma y los músculos intercostales externos . La exhalación es pasiva y depende del retroceso elástico de los pulmones . Cuando aumenta la necesidad metabólica de oxígeno, la inspiración se vuelve más contundente y las neuronas del grupo ventral se activan para provocar una exhalación contundente . [1] La dificultad para respirar se denomina disnea, lo opuesto a eupnea.
La depresión del centro respiratorio puede ser causada por: un traumatismo cerebral , un daño cerebral , un tumor cerebral o una isquemia . La depresión también puede ser causada por drogas como los opioides y los sedantes .
El centro respiratorio puede ser estimulado por la anfetamina , para producir respiraciones más rápidas y profundas. [16] Normalmente, en dosis terapéuticas, este efecto no es perceptible, pero puede ser evidente cuando la respiración ya está comprometida. [dieciséis]