-nella respirazione tranquilla il volume corrente è 0.5L e intervengono soltanto i muscoli inspiratori

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1 -ventilazione = 4-12 L/min -nella respirazione tranquilla il volume corrente è 0.5L e intervengono soltanto i muscoli inspiratori -il time e il drive neuronale ai muscoli (inspiratori) varia a seconda del muscolo respiratorio e puo essere studiato con EMG di superficie -il drive neuronale ai muscoli respiratori (e nell ambito degli stessi muscoli respiratori) dipende dal vantaggio meccanico - i muscoli intercostali hanno un vantaggio/drive che diminuisce in senso supero-inferiore, postero-anteriore

2 Muscoli primari Nervo Origine Diaframma Frenico Corno ventrale midollo spinale (C3- C5) Intercostali esterni Intercostali Corno ventrale del midollo toracico Inspiratori accessori Laringe-Faringe Vago e glossofaringeo Lingua Ipoglosso Nucleo motore dell ipoglosso Sternocleido, Trapezio Accessorio Nucleo accessorio spinale (C1-C5) Narici Nervo faciale Nucleo motore del faciale Espiratori accessori Intercostali interni Intercostali Corno ventrale del midollo toracico Addominali Nervi spinali Corno ventrale del midollo lombare

3 CNS,,,,,

4 CNS,,,,, ovvero come fa il sistema nervoso a mantenere attività ritmica involontaria sulla quale si puo aggiungere attività volontaria e attività non ventilatoria??

5 Il cervello invia informazioni al diaframma attraverso il tratto cervicale del midollo spinale.

6 Obiettivi: 1) Mantenere la ritmicità dell attività respiratoria 2) Aggiustare il ritmo alle esigenze Metaboliche (ph, gas arteriosi) Meccaniche (postura) Comportamenti non ventilatori (parlare etc)

7 Elementi di complessità: 1) Non esiste un singolo pacemaker dell attività ritmica respiratoria 2) Non esiste un singolo muscolo coinvolto 3) Le conoscenze sul ruolo del CNS si riferiscono al modello del gatto decerebrato/decorticato o preparati neonatali 4) Demsey nel 1995 analizza piu di 5000 references nello sforzo di identificare una teoria unificante nel controllo del respiro (ma non ci riesce bene,,,)

8 C orteccia decorticato Controllo volontario Sistema limbico Ponte decerebrato bulbare Controllo involontario Attività automatica Bulbo spinale Attività automatica

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12 Sezione spinomidollare abolisce la ventilazione Lumsden 1923 Gatto Nel periodo corrispondente all inspirazione permane attività dei muscoli innervati da motoneuroni del tronco encefalico (linguali-faringeilaringei) Il ritmo respiratorio non è abolito da sezione spinomidollare: il centro del respiro è sovraspinale

13 Secondo Lumsden sezioni pontomidollari danno attività di gasping In realtà attività di gasping insorge per lesioni del midollo allungato Oggi: 1. fondamentale il ruolo del midollo allungato 2. sono identificabili due CPGs identici e indipendenti ciascuno con un proprio feed back sensoriale, propri motoneuroni e drive inputs

14 Centri superiori Input sensoriale Il ritmo respiratorio sorge nel midollo allungato

15 Nel midollo allungato sono presenti due colonne di uno dorsale e uno ventrale (GRD-GRV) Parte di questi neuroni scarica in fase con il respiro Esistono neuroni del ponte rostrale/caudale che non scaricano in fase (centro apneusticopneumotassico)

16 Neuroni I-inspiratori: scaricano in fase con l attività frenica Neuroni E-espiratori scaricano durante la fase silente del nervo frenico Neuroni spanning phase scaricano in entrambe le fasi con picco alla transizione delle fasi

17 Attività frenica

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19 GRD processa input sensoriale e contiene in particolare I neurones localizzato nel nucleo del tratto solitario e in regione adiacente visceri riceve input sensoriale del torace e dai NTS è un nucleo chiave del SNA L organizzazione è viscerotopica con localizzazione ventrolaterale

20 GRD interneuroni che proiettano a VRG neuroni premotori che scaricano su neuroni motori spinali diretti ai muscoli respiratori principali

21 GRD funzione di integrazione delle informazioni sensoriali glossofaringeo da chemocettori periferici da recettori polmonari e delle vie aeree tramite il vago e il

22 Localizzazione Denominazione Attività dominante Input Output Rostrale NTS Inspiratoria Sensoriale via IX e X Interneuroni-VRG Premotori-midollo spinalemuscoli primari dell inspirazione

23 VRG è prevalentemente motore e contiene I-E neurones si estende per un tratto maggiore parte rostrale espiratoria parte intermedia inspiratoria parte caudale espiratoria

24 VRG Interneuroni Neuroni premotori Motoneuroni (muscoli laringei e faringei)

25 Il complesso di Botzinger è la parte rostrale del VRG Conduce l attività espiratoria della regione caudale di VRG La porzione intermedia contiene neuroni motori che lasciano il midollo con il IX e il X diretti a laringe e faringe La porzione caudale contiene neuroni premotori che afferiscono a motoneuroni diretti ai muscoli accessori della respirazione

26 Localizzazione Rostrale Intermedio Caudale Denominazione Attività dominante Nucleo retrofaciale Nucleo ambiguo paraambiguale Nucleo retroambiguale Espiratoria Inspiratoria Espiratoria Input - - VRG rostrale Output Interneuroni- VRG caudale e DRG Neuroni motori-x e IX- accessori della respirazione Premotori-midollo spinale-muscoli accessori

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28 Il sito che contiene i neuroni generanti il ritmo respiratorio è denominato Central Pattern Generator CPG Il complesso pre-bötzinger (prebötc) del gruppo respiratorio ventrale (VRG) del midollo allungato contiene un network di neuroni importanti per ritmogenesi respiratoria

29 Negli anni 30 Gessel mediante registrazione extracellulare dimostra la presenza di neuroni del midollo allungato che scaricano in fase con l inspirazione o l espirazione Attenzione! Non tutti in neuroni che scaricano in fase sono coinvolti Altri con scarica tonica sì (chemocettrori)

30 Nella porzione rostrale del nucleo intermedio risiede il complesso di pre-botzinger

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32 Visione sagittale del midollo con complesso prebötc in prossimità del gruppo respiratorio ventrale rostrale Localizzazione del complesso mediante sezioni rostro caudali In corrispondenza del complesso scompare attività ritmica

33 Quali sono i determinanti dell attività ritmica?? Proprietà intrinseche di membrana INPUT sinaptico (IPSP-EPSP)

34 Correnti K Ca attivata (spike frequency adaptation) Correnti K tipo A ad inattivazione tardiva

35 Dove si trova il CPG??? 1. Complesso prebotz nel VRG 2. Oscillatori multipli: 1. pacemaker latenti o vicarianti (ipotesi cardiaca ) 2. pacemaker multipli ridondanti 3. pacemaker potenzianti CGP in determinate condizioni 3. Nessuna regione di VRG o DRG è indispensabile ma tutte sono necessarie

36 Conclusioni di Lumsden: 1. Il ponte coordina la respirazione e contiene il centro apneustico e pneumotassico

37 apnèuṡi s. f. [comp. di a- priv. e del gr. πνεῦσις «respiro»]. In medicina, disturbo del ritmo respiratorio caratterizzato da arresto protratto dopo una fase inspiratoria e da una successione di atti respiratorî dispnoici; si verifica negli stati di depressione del centro respiratorio e nelle emorragie endocraniche che coinvolgono il bulbo e il ponte di Varolio.

38 pneumotàssico agg. [comp. di pneumo-1 e -tassi] (pl. m. -ci). In neurologia, centro p., centro nervoso situato nel ponte di Varolio, che contribuisce alla regolazione automatica del respiro.

39 Il ponte contiene il centro apneustico e pneumotassico? Sezione mediopontina produce modesto decremento della frequenza respiratoria e aumento del volume corrente come anche la sezione bilaterale dei vaghi che trasportano informazioni sensoriali dagli stretch receptors polmonari LA SEZIONE DI ENTRAMBI PRODUCE APNEUSI

40 Il ponte contribuisce all arresto dell inspirazione E importante anche l input vagale nel determinare questo fenomeno

41 Oggi: Il ponte rostrale non è essenziale per il mantenimeno dell eupnea, è possibile indurre apneusi con lesioni al di fuori del ponte rostrale Il centro pneumotassico è nel nucleo parabrachiale mediale adiacente nucleo di Kolliker-Fuse nella regione rostrale del ponte

42 Centro pneumotassico NPB (NPB)

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44 Le afferenze dagli stretch receptors vagali contribuiscono a regolare la durata di scarica del nervo frenico Due atti respiratori sovraimposti con A e senza B afferenza vagale proveniente dagli stretch receptors polmonari. Il timing del nervo frenico non risulta modificato dalla perdita delle afferenze la durata della scarica appare prolungata. Da Euler C, Central pattern generator, Trends Neurosci 1980: 3-275