Salute e malattia
La velocità di consegna dell'ossigeno in ogni tessuto e il prelievo ai polmoni sono largamente regolati a livello locale. Se un tessuto periferico, come un braccio o un piede, diventa più attivo, il livello di ossigeno tra le cellule diminuisce e l'anidride carbonica aumenta. Questo risulta in più ossigeno consegnato a e più anidride carbonica rimossa dai tessuti interessati. Un effetto secondario è il rilassamento della muscolatura liscia nelle pareti delle arteriole e capillari nell'area, che aumenta il flusso sanguigno.
In risposta a informazioni sensoriali inviate dai polmoni o altre parti del tratto respiratorio, i centri involontari del cervello controllano le attività dei muscoli respiratori e il volume regolando la profondità e la frequenza del movimento fisico dell'aria dentro e fuori dal tratto respiratorio, noto come ventilazione polmonare.
Il controllo volontario della respirazione si basa su attività nella corteccia cerebrale che influenzano sia l'output dei centri respiratori nel bulbo e ponte del midollo o i motoneuroni nel midollo spinale.
Il ritmo respiratorio è impostato dai centri di ritmicità respiratoria del bulbo, ognuno dei quali ha un gruppo respiratorio dorsale (DRG) e un gruppo respiratorio ventrale (VRG). Il DRG, che controlla il diaframma e i muscoli intercostali che muovono le coste, funziona in ogni ciclo respiratorio. Il VRG funziona solo durante la respirazione forzata. Il pattern base della respirazione riflette un'interazione ciclica tra DRG e VRG, che si pensa sia stabilita da cellule pacemaker che subiscono spontaneamente pattern ritmici di attività.
La frequenza respiratoria può essere aumentata da stimolanti del sistema nervoso centrale, come anfetamine o caffeina, o diminuita da depressivi, come barbiturici o oppiacei.
I centri apneustico e pneumotassico del ponte sono paia di nuclei che regolano l'output dei centri ritmici respiratori in risposta a stimoli sensoriali o input da altri centri. Durante la respirazione tranquilla, la stimolazione dai centri apneustici aiuta ad aumentare l'intensità dell'inspirazione per i seguenti due secondi dopo di che (in circostanze normali) i segnali dai centri pneumotassici inibiscono questa attività. Durante la respirazione forzata, i centri apneustici rispondono anche all'input sensoriale dai nervi vago riguardo l'inflazione polmonare. Centri nell'ipotalamo e cervello possono cambiare la frequenza e la profondità respiratoria attraverso i centri pneumotassici.
Le attività dei centri respiratori sono modificate da informazioni sensoriali da neuroni speciali, noti come chemorecettori, che sono sensibili a anidride carbonica, ossigeno e livelli di pH (acido/alcalino); cambiamenti nella pressione sanguigna nell'aorta o seni carotidi; cambiamenti del volume polmonare; irritanti fisici o chimici nella cavità nasale, laringe o albero bronchiale o altre sensazioni come dolore o cambiamenti nella temperatura corporea.
Malattie respiratorie