Kontrol saraf dari pola pernapasan

Mekanisme untuk menghasilkan dan mengendalikan pola pernapasan oleh sirkuit saraf pernapasan telah diperdebatkan selama beberapa waktu. Pada tahun 1991, area batang otak, kompleks Pre Bötzinger (preBötC), ditemukan penting untuk respirasi. Satu neuron PreBötC yang terisolasi dapat menghasilkan lonjakan tonik (urutan potensial aksi yang tidak terputus), burst (pola berulang yang terdiri dari urutan potensial aksi yang diikuti oleh interval waktu tanpa potensial aksi), atau keheningan (tidak ada potensial aksi). tindakan). Sinyal-sinyal ini ditransmisikan, melalui populasi neuron lain, ke neuron motorik tulang belakang yang mengaktifkan otot pernapasan.

Otot pernapasan berkontraksi ketika menerima rangkaian potensial aksi dari neuron motorik dan berelaksasi ketika tidak ada potensial aksi yang datang. Oleh karena itu, munculnya gelombang tonik, ledakan, dan keheningan dapat dikaitkan dengan menahan napas, bernapas, dan tidak bernapas (apnea). Tonik, ledakan, dan keheningan juga muncul dalam populasi neuron preBötC yang digabungkan ketika diisolasi secara in vitro.

Pernapasan dapat dilakukan dengan berbagai kombinasi frekuensi dan amplitudo untuk memenuhi kebutuhan metabolisme tubuh. Namun, keterampilan menahan napas dan tidak bernapas juga penting untuk mendukung aktivitas lain seperti menyelam, komunikasi vokal, dan pemberian makan. Oleh karena itu, kami juga berharap untuk menemukan augmentasi tonik, ledakan, dan keheningan dalam populasi neuron preBötC yang ditambatkan ketika tertanam di batang otak.

Munculnya ledakan di preBötC ketika populasi ini berinteraksi dengan populasi neuron lain di batang otak telah dipelajari secara eksperimental. Populasi preBötC ditemukan diaktifkan selama inspirasi selama sekitar sepertiga dari siklus pernapasan, sementara dua populasi neuron lain yang berbeda (disebut pasca-I dan aug-E) diaktifkan secara berurutan selama waktu ekspirasi yang tersisa dari siklus. Ini disebut pola 3 fase.

Perubahan kondisi batang otak, seperti penurunan karbon dioksida, mengubah fase 3 menjadi pola inspirasi dan ekspirasi 2 fase di mana hanya populasi neuron ekspirasi (aug-E) yang tetap aktif. Dalam kondisi ekstrim hipoksia (kekurangan oksigen) dan, meskipun tertanam di batang otak di mana ia dapat berinteraksi dengan populasi neuron lainnya, hanya populasi preBötC yang tetap aktif, menghasilkan pola 1 fase, mirip dengan pola yang dihasilkan oleh populasi preBott yang terisolasi. Ketika populasi preBötC mengaktifkan otot pernapasan, pola 3 fase mengarah ke pola pernapasan normal, sedangkan pola 1 fase menghasilkan terengah-engah, pola pernapasan dengan inspirasi yang tajam.

Temuan ini menggambarkan ketergantungan keadaan dan plastisitas luar biasa dari jaringan saraf pernapasan, yang penting untuk kelangsungan hidup. Namun, adanya beberapa mekanisme untuk menghasilkan respirasi juga membuat sulit untuk memahami bagaimana sistem saraf bekerja dan mungkin menjelaskan mengapa tetap sulit dipahami.

Related Posts