外周化学感受器
（一）外周化学感受器的结构特征
1.分布和结构特点 人最主要的外周化学感受器是颈动脉体，其他哺乳动物也相似。成人颈动脉体呈卵圆形，大小约6.5 mm3，位于颈总动脉分叉处，由颈内动脉或颈外动脉发出的小球动脉供血。外周化学感受器还有主动脉体，位于主动脉弓，常为一对，由冠状动脉的分支供血。在肺动脉、锁骨下动脉等也常有类似的散在结构，亦为化学感受器。哺乳动物的外周动脉化学感受器主要由Ⅰ型和Ⅱ型两类细胞组成，这些细胞聚集成群，与附近小动脉共同形成基本功能单位。在不同种类的动物，外周化学感受器中的两类细胞的聚集方式不尽相同，有的松散，有的致密。在人类，细胞聚集甚密，结构明显。Ⅰ型细胞可能是真正的化学感受细胞，其形态为球形，故又称为球细胞，内含致密核泡和清澈核泡。这些核泡分布在与感觉神经末梢接触的部位，致密核泡主要含有儿茶酚胺，还有阿片肽；清澈核泡含有ACh。Ⅰ型细胞内还有其他许多神经调节物，如5-HT、P物质、心房钠尿肽、缩胆囊素等。Ⅱ型细胞呈胶质样，无颗粒状结构，包绕着Ⅰ型细胞，故又称为鞘细胞。一个Ⅱ型细胞包绕数个Ⅰ型细胞，Ⅱ型细胞的功能不完全清楚，可能起支持作用。颈动脉体的感觉传入纤维在窦神经中，经舌咽神经上行；主动脉体的传入纤维则行走于迷走神经。这些传入纤维包括有髓鞘及无髓鞘2种，主要投射到延髓的孤束核和疑核。
2.血供特点 外周感受器的血供非常丰富，颈动脉体重约2 mg，其血流量可达0.04 mL／min，相当于每克20 mL／min，远超过脑组织和肾组织的单位重量的血流量（其每克组织分别为0.54 mL／min和4.2 mL／min）。虽然颈动脉体的代谢率很高，但由于血供非常丰富，动静脉血的氧分压差［P（a-v）O2］甚微，整个颈动脉体的PO2皆可维持在约90 mm Hg。当PaO2＜60 mm Hg时氧离曲线处于陡直段，而颈动脉体的氧耗量相对恒定，其P（a-v）O2仍非常小，PvO2仍接近PaO2，因此在不同PaO2水平，供氧量足以维持感受器精确感受PaO2的变化。
（二）外周化学感受器的适宜刺激 低PaO2、高PaCO2、低p H 均为外周化学感受器的适宜刺激。
1.低氧血症 低PaO2是颈动脉体最有效的刺激，记录神经单纤维的动作电位发现颈动脉体的传入冲动发放频率与PaO2呈函数关系，表现为双曲线形。当PaCO2为40 mm Hg、PaO2＞100 mm Hg时，传入冲动表现为低水平的紧张性活动（图10-4A的中间曲线）；维持PaCO2不变，逐步降低PaO2，冲动发放频率随之增加；当PaO2＜60 mm Hg时发放频率明显上升（这与临床表现、治疗要求一致）；当PaO2＜40 mm Hg时发放频率大幅度上升。颈动脉体对低氧反应的阈值远低于其他组织，从而能保障机体在其他组织发生缺氧之前即可通过增加通气量而改善氧供。用相同PO2、不同氧含量的溶液对孤立的颈动脉体进行灌流，发现氧通过低PO2变化而不是氧含量变化刺激化学感受器。由于外周化学感受器对血氧含量变化不敏感，故在贫血或CO 中毒患者中尽管血氧含量明显下降，但PaO2仍然正常，不会刺激外周化学感受器而增加通气量和出现呼吸困难。
图10-4 颈动脉体对血气变化的反应曲线
A.自下而上3条曲线分别代表PaCO2为20、40、60 mm Hg 时的传入纤维电活动变化，显示PaCO2和PaO2共同作用对兴奋性的影响；B.两条曲线分别代表p H 为7.45、7.25时传入纤维电活动变化，显示p H 和PaCO2共同作用对兴奋性的影响
2.高碳酸血症 颈动脉体对PaCO2的变化也很敏感，其传入冲动与PaCO2呈线性关系（图10-4B），冲动频率随PaCO2升高而增加。
3.低氧血症和高碳酸血症的协同作用 在颈动脉体，同一根传入单纤维往往不仅能接受低氧刺激，还能接受高PaCO2刺激，因此两种刺激能够共同影响化学感受器的传入冲动。当PaCO2为20 mm Hg、PaO2为60 mm Hg时传入冲动无明显的变化（图10-4A最下方曲线）；只有当PaO2进一步下降，感受器才开始兴奋。PaCO2升高，反应曲线上移；在不同PaO2水平，传入冲动发放频率均增加（图10-4A 最上方曲线），低PaO2和高PaCO2对颈动脉体的兴奋作用是协同的。
4.氢离子浓度升高 增加［H+］亦能刺激颈动脉体化学感受器。用高［H+］溶液灌流颈动脉体可增加感受器的冲动发放频率。在保持PaCO2恒定并酸化动脉血液时，颈动脉体传入冲动增加（图10-4B）。在稳定状态下，PaCO2对化学感受器的刺激作用取决于细胞内［H+］，而不是CO2分子；但当血液p H 相等时PaCO2引起的反应较H+强，其核心原因是CO2为脂溶性，容易扩散入化学感受细胞，使细胞内［H+］增高。血液p H 发生变化时感受器细胞内［H+］的变化幅度较小，且变化速度也慢得多。
5.结构特点与效应 外周化学感受器对上述3种适宜刺激的反应很快，这与感受细胞的特性和局部组织的状态有关。如上述，颈动脉体血流量非常大，对低氧感受相当迅速；其感受器存在丰富的碳酸酐酶（CA），能催化CO2与水生成H2CO3，并迅速解离出H+，从而刺激感受器细胞兴奋，这是外周化学感受器发生反应的基础。外周化学感受器不仅对适宜刺激有反应，也对刺激量的变化速率起反应，即感受器具有动态敏感性。换言之，对于平均值相同的PaCO2，波动性刺激产生的效应大于恒量刺激。由于感受器细胞的快反应特性，在呼吸周期中，颈动脉体传入冲动与血气变化同步；运动时血气的周期性波动明显加大，对化学感受器的动态刺激加大，有助于维持运动通气量的增加。
主动脉体与颈动脉体功能相似，但作用较弱。在双侧颈动脉体被摘除的患者中，静息时肺通气没有明显变化，也不随低氧血症加大，说明主动脉体的功能相当弱。(https://www.daowen.com)
（三）外周化学感受器的传感机制 用微电极穿刺方法对球细胞及与其相接的神经末梢进行膜电位研究，显示适宜刺激都能使化学感受器细胞的膜电位发生变化，释放多巴胺（DA）；而相应传入神经发放冲动增加。可见外周化学感受器的传感过程是通过两级装置完成，神经末梢本身并不是感受细胞。
1.低氧刺激机制 严重低氧血症导致缺氧时机体所有细胞都会发生反应，主要表现为能量代谢、基因转录和蛋白质表达发生非特异性反应。外周化学感受器细胞对低氧刺激的反应不同，为特异性反应。不仅如此，外周化学感受器细胞对氧变化极其敏感，能检测出生理范围内PaO2的变化，参与机体的自稳调节。颈动脉体低氧刺激反应机制的解释有以下两种主要学说。
（1）细胞膜学说：该学说认为化学感受器细胞膜上存在着外向性K+电流（外向性K+电流是绝大多数细胞产生静息电位和发生动作电位的基础），这是感受低氧的关键。在兔颈动脉体的离体标本中，当低氧达一定水平时，化学感受器细胞开始释放DA，其释放量与低氧程度成正比，与化学感受器的传入冲动亦成正比。采用膜片钳技术证明，化学感受器细胞是可兴奋性细胞，细胞膜具有电压依赖性K+、Na+和Ca2+通道。低氧能可逆性地抑制外向性K+电流，还能增加细胞内的环磷酸腺苷（c AMP）浓度；外源性c AMP也能抑制外向性K+电流。细胞膜学说认为低氧及低氧导致的c AMP浓度升高，通过抑制外向性K+电流而引起去极化，进而使电压依赖性Na+通道、Ca2+通道开放，使Ca2+内流，细胞内Ca2+浓度升高，引起DA释放（图10-5A）。
图10-5 颈动脉体化学感受器作用机制示意图
（2）代谢学说：该学说认为低氧通过影响化学感受器细胞内的代谢过程而触发感受器兴奋。细胞代谢的阻断剂，如氰化物等都是强烈的外周化学感受器刺激剂，能阻断细胞内的呼吸链，降低ATP浓度。实验结果显示，化学感受细胞的ATP浓度降低时，DA释放量和感受器的传入冲动随之增加，故有学者提出［ATP］／［ADP］可能是化学感受器的刺激信号；还有学者提出线粒体是感受低氧的关键结构，无须其他感氧装置。比较化学感受细胞与非化学感受细胞（如肾上腺嗜铬细胞和感觉神经细胞）线粒体的氧化还原状态和电化学电位，发现PaO2正常时两者之间并无差异，但低氧时不同。当PaO2为60 mm Hg时，化学感受细胞的线粒体常处于还原状态，电化学电位明显下降；而在非化学感受细胞，只有当PaO2下降至10 mm Hg时才有上述反应，这与实验研究结果和临床现象有较大差异。
总体而言，代谢仅可能是发生细胞膜电位变化的一个环节，细胞膜假说可能更接近真实情况。
2.酸性刺激机制 采用低p H 的弱酸溶液或含有等［H+］的高CO2溶液灌流孤立的颈动脉体，均能引起DA释放和传入神经冲动增强。由于上述刺激均能引起细胞质酸化，而DA 阻断剂能抑制化学感受器的反应，因此在低p H 和高PCO2刺激时，感受器能感知的真正刺激信号是细胞内H+。虽然细胞内［H+］增加能通过类似Bohr效应机制作用于氧感受器抑制外向性K+电流，但低p H 和高PCO2能同时减小Na+、K+和Ca2+电流，且程度相当，说明H+对于离子通道的作用并无特异性，因而不能用对外向性K+电流的抑制解释膜去极化。正常情况下细胞外［Na+］高于细胞内，Na+内流可以促进Na+_Ca2+交换，从而使Ca2+排出细胞。增加细胞内［H+］能通过Na+_H+交换而增加细胞内［Na+］，抑制Na+_Ca2+交换，使细胞内［Ca2+］增加，引起DA释放（图10-5B）。
虽有大量研究结果支持，但各学说皆缺乏充足的依据，且不能解释改变细胞内代谢过程引起DA释放的具体步骤。甚至还有学者认为窦神经的传入纤维末梢本身就是化学感受器，其传感过程并非通过两级装置，而是通过类似味蕾的传感过程，仅为一级装置。但至少就目前而言，对上述基本过程的解释是合适的，也是必要的。
（四）影响外周化学感受器的其他因素
1.血流量 化学感受器传入冲动受颈动脉血流量的影响，血流量大幅度减少也能刺激感受器。颈动脉与其他动脉同样对于血流量具有自动调节功能。例如猫颈动脉血压由100 mm Hg 升高至150 mm Hg时，颈动脉体血流量变化不大；但当血压下降至60 mm Hg以下时，随着交感缩血管物质活性的明显加强，局部血管收缩，将发生局部血流缓慢，单位时间内流经颈动脉体化学感受器的氧摩尔数下降，加之代谢旺盛，局部PO2下降，并激活感受器，使传入冲动增加。
2.自主神经 在颈动脉体的窦神经中，除了传入神经外，还含有交感与副交感神经的传出纤维。交感传出冲动可提高化学感受器的敏感性，其作用类似于颈动脉窦的压力感受器；副交感传出纤维的生理作用不清楚。
3.药物 许多药物能影响外周化学感受器的活动，如细胞色素氧化酶的抑制剂氰化物能导致细胞中毒性缺氧，是外周化学感受器的强烈刺激剂。ACh和尼古丁也有兴奋作用。洛贝林也能刺激化学感受器，是临床上常用的呼吸兴奋剂。