El centro respiratorio se encuentra en el bulbo raquídeo y la protuberancia , en el tronco encefálico . El centro respiratorio está formado por tres grandes grupos respiratorios de neuronas , dos en el bulbo raquídeo y uno en la protuberancia. En el bulbo raquídeo son 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 el encargado de generar y mantener el ritmo de la respiración, así como de ajustarlo en respuesta homeostática a los cambios fisiológicos. El centro respiratorio recibe información de los quimiorreceptores , mecanorreceptores , la corteza cerebral y el hipotálamo para regular la frecuencia y profundidad de la respiración. La información es estimulada por los niveles alterados de oxígeno , dióxido de carbono y pH sanguíneo , por los 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 estar asociada a un mal pronóstico.
El centro respiratorio se divide en tres grupos principales, dos en el bulbo raquídeo y uno en el puente. Los dos grupos del bulbo raquídeo son el grupo respiratorio dorsal y el grupo respiratorio ventral . En el puente, el grupo respiratorio pontino está formado por dos áreas: el centro neumotáxico y el centro apnéustico. Los grupos bulbares dorsal y ventral controlan el ritmo básico de la respiración. [1] [2] Los grupos están emparejados con uno a cada lado del tronco encefálico. [3]
El grupo respiratorio dorsal (GRD) tiene el papel más fundamental en el control de la respiración, iniciando la inspiración (inhalación). El GRD es una colección de neuronas que forman una masa alargada que se extiende por la mayor parte de la longitud del bulbo raquídeo dorsal. Están cerca del canal central de la médula espinal y justo detrás del grupo ventral. Establecen y mantienen la frecuencia respiratoria . [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 del bulbo raquídeo. 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 salida para modificar el ritmo respiratorio. [4] [5]
La VRG mantiene un ritmo respiratorio constante al estimular el diafragma y los músculos intercostales externos para que se contraigan, lo que produce la inspiración. [6]
En el bulbo raquídeo, el grupo respiratorio ventral (GVR) consta de cuatro grupos de neuronas que conforman el área de exhalación (espiración) de control respiratorio. Esta área se encuentra en la parte ventrolateral del bulbo raquídeo, aproximadamente 5 mm anterior y lateral al grupo respiratorio dorsal. Las neuronas involucradas 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 de neuronas respiratorias ventrales está activo durante la respiración enérgica e inactivo durante las respiraciones tranquilas y en reposo. [1] El VRG envía impulsos inhibitorios al centro apnéustico.
En el tegmento pontino de la protuberancia, el grupo respiratorio pontino (GRP) incluye los centros neumotáxico y apnéustico, que tienen conexiones entre sí y desde ambos hacia el núcleo solitario . [8]
El centro neumotáxico se encuentra en la parte superior de la protuberancia. Sus núcleos son el núcleo subparabranquial y el núcleo parabranquial medial . [9] El centro neumotáxico controla tanto la frecuencia como el patrón de la respiración. El centro neumotáxico se considera un antagonista del centro apnéustico (que produce 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 la ráfaga de potenciales de acción en el nervio frénico , disminuyendo efectivamente el volumen corriente y regulando la frecuencia respiratoria . La ausencia del centro da como resultado un aumento en la profundidad de la respiración y una disminución de la frecuencia respiratoria.
El centro neumotáxico regula la cantidad de aire que puede entrar en el cuerpo en cada respiración. El grupo respiratorio dorsal tiene ráfagas rítmicas de actividad que son constantes en duración e intervalo. [11] Cuando se necesita un ritmo respiratorio más rápido, el centro neumotáxico envía señales al grupo respiratorio dorsal para que acelere. Cuando se necesitan respiraciones más largas, las ráfagas de actividad se alargan. Toda la información que el cuerpo utiliza para ayudar a la respiración se produce en el centro neumotáxico. Si este estuviera dañado o dañado de alguna manera, haría que la respiración fuera casi imposible.
Un estudio sobre este tema se realizó en gatos paralizados anestesiados antes y después de una vagotomía bilateral . Se monitoreó la ventilación en gatos despiertos y anestesiados respirando aire o CO2 . La ventilación se monitoreó tanto antes como después de las lesiones en la región del centro neumático y después de una vagotomía bilateral posterior. Los gatos con lesiones pontinas tuvieron una duración de inhalación prolongada. [12] En los 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 ratas, por otro lado, después de la anestesia, la vagotomía y la transacción pontina, este patrón respiratorio no se observó, ni in vivo ni in vitro. Estos resultados sugieren diferencias interespecies entre ratas y gatos en las influencias pontinas en el centro respiratorio medular. [13]
El centro apnéustico de la protuberancia inferior parece promover la inhalación mediante la estimulación constante de las neuronas del bulbo raquídeo. El centro apnéustico envía señales al grupo dorsal del bulbo raquídeo para retrasar la "desconexión", la señal de "desconexión inspiratoria" (IOS) de la rampa inspiratoria proporcionada por el centro neumotáxico. Controla la intensidad de la respiración, dando impulsos positivos a las neuronas implicadas 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 introducir aire en los pulmones y extraer los productos de desecho. El oxígeno que entra del aire es una necesidad constante y continua del organismo para mantenerse con vida. Esta necesidad sigue estando presente 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 espiración, lo que da 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 se establece en el centro respiratorio por el grupo respiratorio dorsal, en el bulbo raquídeo, y estas neuronas se concentran en su mayoría en el núcleo solitario que se extiende a lo largo del bulbo raquídeo. [4]
El ritmo básico de la respiración es el de una respiración tranquila y descansada, conocida como eupnea . La respiración tranquila solo requiere la actividad del grupo dorsal, que activa el diafragma , y los músculos intercostales externos . La exhalación es pasiva y depende de la recuperación elástica de los pulmones . Cuando aumenta la necesidad metabólica de oxígeno, la inspiración se vuelve más enérgica y las neuronas del grupo ventral se activan para producir una exhalación enérgica . [1] La falta de aire se denomina disnea, lo opuesto a la eupnea.
La depresión del centro respiratorio puede ser causada por: traumatismo cerebral , daño cerebral , un tumor cerebral o isquemia . La depresión también puede ser causada por medicamentos, incluidos 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. [16]