7/25/2019 Modelul Bucla Inchisa a Aparatului Respirator Focusat Pe Hipercapnie Si Expirare Activa

1/4

Modelul bucla inchisa a aparatului respirator focusat pe hipercapnie si expirareactiva

Abstract

Respiratia este un proces vital si asigura schimbul de gaze dintre plamani si

atmosfera.

In timpul respiratiei linistite, pomparea aerului din plamani se realizeaza in principalprin contractia diafragmei in timpul inspiratiei, iar contractia muschilor in timpulexpiratiei nu joaca un rol foarte important in ventilatie.

In contrast, in timpul exercitiilor intense sau in cazul unei hipercapnii severe sauexpirare activa, in care muschii abdominali expiratori se implica activ in respiratie.

Mecanismele acestei tranzitii sunt inca necunoscute. entru a studia acestemecanisme, am dezvoltat un model de calcul ce descrie modelul sistemului

respirator in bucla inchisa, care descrie reteaua respiratorie care controleazasubsistemul pulmonar reprezentat de biomecanica pulmonara si schimbul de gaze!"# si $"#%, si transportul acestora.

&ubsistemul pulmonar ofera doua tipuri de feed'bac( la subsistemul neuronal) unulmecanic, de la receptorii de intindere pulmonara si unul chimic de lachemoreceptorii centrali.

$omponenta neuronala a modelului simuleaza reteaua respiratorie, care include maimulte tipuri de neuroni respiratori, printre care complexele tzinger *o si pre'*otzinger , precum si nuclee retrotrapezoide+ grupul respirator parafacial !R-+pR/%

care reprezinta modulul central de chemoreceptori vizat de feed'bac('ul chimic.

$ompartimentul pentru R-+pR/ contine un generator neuronal independent, careeste activat atunci cand nivelul dioxidului de carbon creste si controleaza putereamotorului abdominal. 0olumul pulmonar este controlat de doua pompe, una majoracondusa de diafragma si una suplimentara activata de catre muschii abdominali,1ind implicata in expirarea activa.

Modelul reprezinta prima incercare de a modela tranzitia de la respiratia normala lacea cu expirare activa si sugereaza faptul ca sistemul de control respirator in buclainchisa comuta la expirare activa printr'o accelerare a activitatii expirului, atunci

cand cresterea frecventei respiratorii si amplitudinea nu asigura o ventilatiesu1cienta.

Modelul poate 1 folosit pentru simularea controlului respiratiei in bucla inchisa indiferite conditii, inclusiv in cazul tulburarilor respiratorii.

Introducere

7/25/2019 Modelul Bucla Inchisa a Aparatului Respirator Focusat Pe Hipercapnie Si Expirare Activa

2/4

$ontrolul neuronal al ventilatiei la mamifere are doua functii majore. In primul rand,stabileste ritmul automat care produce contractiile periodice ale muschilorrespiratori, ceea ce duce la in2atie ritmica si de2atia plamanilor, care stau la bazaschimbului de gaze intre plamani si aer.

In al doilea rand, regleaza ritmul si modelul de respiratie la cerintele metabolicecurente !de1nite de nivelurile de dioxid de carbon si oxigen din sange si tesuturi% siconditiile mecanice! executarea diferitelor miscari, de mentinere a posturii s.a.m.d%precum si la alte activitati cum ar 1 vorbitul, mancatul.

Ritmul respirator de baz3 este generat de circuite neuronale speciale, care suntpunct de vedere func4ional 5i spa4ial organizate 6n cadrul trunchiului 5i reprezint3generatorul central de model respirator !$/%.

7a fel ca alte $/'uri, trunchiul cerebral respirator $/ este capabil sa generezeautonom activitatea ritmica, fara a primi un model sau intrari periodice sau semnale

feed'bac(. $u toate acestea, functionarea acestui $/ este controlata prin diversesemanle descendente si semnale feed'bac( aferente.

8xista doua tipuri majore de feed'bac( care controleaza $/ respirator) eed'bac('ul mecanic, provenit de la mecano'receptorii pumonari, care sunt purtatori deinformatii privind volumul pulmonar, precum si feed'bac('ul chimic, furnizat dechemoreceptorii centrali si periferici, care informeaza $/ cu privire la nivelurile de$"# si "# din sange si tesut cerebral.

7a randul sau, conexiunile neuronale feed'for9ard din $/ implica neuroniibulbospinali din trunchiul cerebral si motoneuroni din maduva spinarii , carecontroleaza contractiile ritmice ale diafragmei si !muschiul respirator principal% siale muschilor abdominali si intercostali ! in anumite conditii pot 1 implicati inexpirarea activa, contribuind la pomparea aerului in plamani%.

Modelele anterioare ale sistemului respirator !:';ntimpul unei astfel de respira4ii linistite, contractia musculara in timpul expirarii esteminima si nu joaca un rol important in ventilatie.

In contrast, in timpul antrenamentelor intense sau in cazul hipercapniei severe sauexpiratiei active lucrurile se schimba. In astfel de cazuri , muschii abdominali

7/25/2019 Modelul Bucla Inchisa a Aparatului Respirator Focusat Pe Hipercapnie Si Expirare Activa

3/4

respiratori se implica activ in respiratie si ventilatie prin asigurarea unei expulzarifortate a aerului din plamani in timpul expirului.

In cadrul $/, trecerea de la respiratia linistita la respiratia cu expirare activa saufortata, este insotita de activitate in curs de dezvoltare fazica, in legatura cu

activarea unui oscilator neuronal suplimentar, care reprezinta grupul respiratorparafacial !pR/% situat in interiorul sau, care se suprapun cu nucleul retrotrapezoid!R-%.

Aparitia unor oscilatii R-+pR/ cauzeaza descarcari prinspiratorii bine exprimate!pre'I% sau tardive !tardiv'8% in iesirea motorului abdominal, care apar la sfarsitulexpiratiei, sau chiar inainte.

Model

$ontrolul in bucla inchisa a respiratiei) organizarea sistemului si interactiuni.

Am dezvoltat un model matematic al sistemului pentru controlul respiratiei, asacum este ilustrat in diagrama de mai jos. Respiratia pulmonara reprezinta schimbulde gaze dintre plamani si aer. Acest schimb este asigurat de contractia ritmica adiafragmei si a altor muschi, care la randul lor sunt controlati de motoneuroni acaror activitate este transportata nervilor corespunzatori.

8xista doua cai majore de feedbac( de la plamani la trunchiul respirator $/.$onform unor studii recente, o contributie semni1cativa a functieichemoreceptorilor centrali din neuronii R-, a caror activitate este extrem desensibila la concentratia de $"# din trunchiul cerebral si care ofera o unitate deexcitatori dependenta de $"# la reteaua respiratorie.

Reteaua respiratorie si $/

Modelul re4elei respiratorii trunchiului cerebral se bazeaz3 pe modelele anterioareale $/ respiratorii dezvoltat de Rubin. Modelul de fata descrie circuitele neuronaledin coloana respiratorie ventrala!0R$%, care interactioneaza cu alte compartimente,inclusiv R-+pR/. 0R$ este format din ? compartimente) complexul *otzinger, pre'*ontzinger si grupul respirator rostal ventricular. $omplexul *otzinger contine douatipuri majore de neuroni inhibitori ai expiratiei, post'inspiratorie!post'I% si expiratiaaugmentata.

$omplexul pre'*otzinger cuprinde tipuri majore de neuroni inspiratori) pre'inspiratori inspiratori !pre'I+I% si inspiratori timpurii !earl@'I% iar r0R/ contine neuroniipremotori majori !rampa'inspiratorie%.

8xista de asemenea un compartiment separat 0R/ !c0R/% cauzal, care contineneuroni expiratori bulbospinali.

7/25/2019 Modelul Bucla Inchisa a Aparatului Respirator Focusat Pe Hipercapnie Si Expirare Activa

4/4

/enerarea activitatii respiratorii ritmice normale se bazeaza pe interactiile dintr'oretea compusa de tip inel compusa din post'I , aug'8 si neuronii precoce'I, pre'I+I.

Acestia din urma neuroni au proprietati intrinseci de1nite de curentul de sodiupersistent !I-a%. 8i participa in mod dinamic in tranzitia de faza expiratorie'

inspiratorie si mentine activitatea inspiratorie.