正常人体功能第2版：呼吸中枢与呼吸节律的形成

（一）呼吸中枢

呼吸中枢是指中枢神经系统内产生和调节呼吸运动的神经细胞群。呼吸中枢广泛分布在从脊髓到大脑皮质的整个中枢神经系统的各个层面，各自的作用和地位有所不同，但各级中枢密切联系、相互协调，共同完成对节律性呼吸运动的形成和调控。正常呼吸运动的产生则有赖于它们之间的协调配合，互相制约，以及对各种传入冲动的整合而产生。

1.脊髓　脊髓中支配呼吸肌的运动神经元位于第3～5颈段（支配膈肌）和胸段（支配肋间肌和腹肌等）前角。很早就知道在延髓和脊髓间横断，呼吸运动便立即停止。所以，可以认为节律性呼吸运动不是在脊髓产生的。脊髓只是联系高位呼吸中枢和呼吸肌的中继站。但是，脊髓在某些呼吸反射活动的初级整合中可能具有一定的作用。

2.低位脑干　低位脑干包括脑桥和延髓。早期脑干横断的实验已证明，低位脑干是产生呼吸节律的基本部位。呼吸运动可因脑干横断的平面高低不同而异。

在动物中脑和脑桥之间进行横切，呼吸无明显变化。在延髓和脊髓之间横切，呼吸停止。上述结果表明呼吸节律产生于低位脑干，而高位脑对自主性节律性呼吸的产生不是必需的。如果在脑桥上、中部之间横切，呼吸将变慢变深，如再切断双侧迷走神经，吸气便大大延长，这种形式的呼吸称为长吸式呼吸。这一结果提示脑桥上部有抑制吸气的中枢，称为呼吸整合中枢；来自肺部的迷走传入冲动也有抑制吸气的作用，当延髓失去来自这两方面对吸气活动的抑制作用后，吸气活动不能及时中断，便出现长吸呼吸。再在脑桥和延髓之间横切，不论迷走神经是否完整，长吸式呼吸都消失，呼吸不规则，而呈喘息样呼吸。因而认为脑桥中下部存在着能兴奋吸气活动的长吸中枢，而延髓是可以产生呼吸节律的基本中枢部位。于是在20世纪20～50年代期间形成了三级呼吸中枢理论：脑桥上部有呼吸调整中枢，中下部有长吸中枢，延髓有产生呼吸节律的基本中枢。后来的研究肯定了早期关于延髓有呼吸节律基本中枢和脑桥上部有呼吸调整中枢的结论，但未能证实脑桥中下部存在着结构上特定的长吸中枢。

利用微电极等新技术研究发现，在中枢神经系统内分布有与呼吸周期相关的，呈节律性自发放电神经元，这些神经元被称为呼吸相关神经元或呼吸神经元。这些呼吸神经元有不同类型。就其自发放电所对应的呼吸周期时相来区分。如在吸气相放电的为吸气神经元，在呼气相放电的为呼气神经元，在吸气相放电并延续至呼气相的为吸气-呼气神经元，在呼气相放电并延续到吸气相者，为呼气-吸气神经元，后两类神经元均被称为跨时相神经元。

在脑干中，呼吸神经元主要集中分布于左右对称的3个区域（图8-9）。

图8-9　脑干内呼吸核团和不同平面横切后呼吸的变化

（脑干背侧面）
DRG：背侧呼吸组；VRG：腹侧呼吸组；NPBM：臂旁内侧核
a、b、c、d表示不同平面横切后呼吸的变化

（1）背侧呼吸组：背侧呼吸组（DRG）神经元分布在延髓的背内侧部，相当于孤束核的腹外侧部，该部位主要含吸气神经元，其主要作用是使吸气肌收缩，引起吸气。(www.xing528.com)

（2）腹侧呼吸组：腹侧呼吸组（VRG）神经元分布在延髓的腹外侧区，从尾端到头端相当于后疑核、疑核和面神经后核以及它们的邻近区域，含有多种类型的呼吸神经元，其主要作用是引起呼气肌收缩，产生主动呼气，还可调节咽喉部辅助呼吸肌的活动以及延髓和脊髓内呼吸神经元的活动。

（3）脑桥呼吸组：脑桥呼吸组（PRG）神经元分布在脑桥头端的背侧部，相当于臂旁内侧核（NPBM）和与其相邻的Kolliker-Fuse（KF）核，两者合称为PB-KF核群，即呼吸调整中枢所在的部位，主要含呼气神经元，其作用是限制吸气，促使吸气向呼气转换。

3.高位脑　呼吸还受脑桥以上中枢部位的影响，如大脑皮质、边缘系统、下丘脑等。特别是大脑皮质，可通过皮质脑干束和皮质脊髓束在一定程度上随意控制低位脑干和脊髓呼吸神经元的活动，以保证其他与呼吸运动相关的重要活动的完成，例如说话、唱歌、哭笑、咳嗽、吞咽、排便等。在一定限度内随意屏气或加深加快呼吸也是靠大脑皮质的控制实现的。如果说大脑皮质对呼吸的调节系统是随意呼吸调节系统，那么低位脑干的呼吸运动调节系统则是自主呼吸节律调节系统。这两个系统的下行通路是分开的。临床上有时可以观察到自主呼吸和随意呼吸分离的现象。例如在脊髓前外侧索下行的自主呼吸通路受损后，自主节律呼吸停止，但患者仍可进行随意呼吸。患者靠随意呼吸或人工呼吸来维持肺通气，如未进行人工呼吸，一旦患者入睡，可能发生呼吸停止。

（二）呼吸节律形成

关于正常呼吸节律的形成机制，至今尚无定论，目前主要有两种解释：一是起步细胞学说；二是神经元网络学说。起步细胞学说认为，节律性呼吸犹如窦房结起搏细胞的节律性兴奋引起整个心脏产生节律性收缩一样，是由延髓内具有起步样活动的神经元的节律性兴奋引起的。神经元网络学说认为，呼吸节律的产生依赖于延髓内呼吸神经元之间复杂的相互联系和相互作用。

图8-10　呼吸节律形成机制模式图

+：表示兴奋；-：表示抑制

有学者在大量实验研究的基础上提出了多种模型，其中最有影响的是20世纪70年代提出的中枢吸气活动发生器和吸气切断机制模型（图8-10），该模型认为，在延髓存在着一些起着中枢吸气活动发生器和起吸气切断机制作用的神经元。中枢吸气活动发生器神经元的活动引起吸气神经元呈渐增性放电，继而兴奋吸气肌的运动神经元，引起吸气过程。与此同时，中枢吸气活动发生器的兴奋也可通过3条途径使吸气切断机制兴奋，即：①脊髓吸气肌运动神经元，引起吸气，肺扩张，增加肺牵张感受器的传入冲动；②加强脑桥呼吸调整中枢的活动；③直接兴奋吸气切断机制。吸气切断机制接受来自吸气神经元、脑桥呼吸调整中枢和肺牵张感受器的冲动。随着吸气相的进行，来自这三方面的冲动均逐渐增强，在吸气切断机制总合达到阈值时，吸气切断机制兴奋，发出冲动到中枢吸气活动发生器或吸气神经元，以负反馈形式终止其活动，使吸气停止，转为呼气。

此模型只解释了平静呼吸时，吸气相向呼气相转换的可能机制，但是关于中枢吸气活动发生器的自发兴奋的机制、呼气相又是如何转换为吸气相以及用力呼吸时，呼气又是如何由被动转为主动的等等，目前所知甚少。