中枢化学感受器
（一）中枢化学感受器的结构特征
1.位置和基本结构特点 中枢化学感受器位于延髓的腹外侧表面，其结构特殊，神经胶质呈海绵状，神经元密集；血管分支穿插其间，交织成网。电镜检查显示，血管周围包绕着大量轴突和树突，形成兴奋型和抑制型突触联系。中枢化学感受器位于延髓两侧，呈对称分布，分为头端（R）区和尾端（C）区，两区功能不同。R区的位置相当于第7～10对脑神经根部位。冷冻R区能降低膈神经放电频率；冷冻C区则常增加放电频率、降低放电幅度。在R区和C区之间是中间区（I区）。I区无化学感受特性，局部应用酸性溶液不能刺激呼吸变化；但破坏该区后刺激R区和C区均不再引起通气反应，因此I区也是中枢化学感受器的重要结构，可能是R区和C区的中继站。
2.分布和作用特点 延髓化学感受细胞位于脑组织的浅表层。局部电刺激能引起最大呼吸效应的部位均处于表层下200μm 左右。延髓中枢化学感受器位于与呼吸中枢DRG 相同的水平，位置相邻，但在解剖定位和功能上均不相同。在麻醉状态或睡眠时，高CO2通气反应受到抑制，但低O2通气反应不变，提示CO2并不直接兴奋吸气神经元。
（二）中枢化学感受器的适宜刺激 低氧不是中枢化学感受器的适宜刺激；相反严重低氧对呼吸中枢有直接抑制作用。在外周化学感受器缺如时，呼吸中枢的活动与低氧程度成反比。与外周化学感受器相同，低p H 和高PCO2是中枢化学感受器的适宜刺激。
作用特点：由于中枢化学感受器直接浸浴在脑组织液中，因此各种化学成分都必须先进入脑组织液后才能产生作用。脑组织液与脑脊液、脑组织血供的关系密切，因此任何能影响脑脊液或脑血流中化学成分的因素都能影响脑组织液中的化学成分，进而影响肺通气。脑组织液的PaCO2与［H+］呈平行关系。
（1）PaCO2的作用特点：CO2脂溶性高，容易透过血-脑屏障（blood-brain barrer），在碳酸酐酶催化下迅速形成H2CO3，并解离为H+和HCO3-，使中枢化学感受器细胞及其周围的［H+］增加，后者刺激感受器，使呼吸增强（图10-6）。当过度通气使PaCO2降低时，脑脊液CO2弥散入血液，上述反应向相反方向进行，中枢化学感受器细胞及周围［H+］降低，呼吸受抑制。
图10-6 PaCO2对中枢化学感受器细胞的作用机制模拟图
由于通气反应与脑内PaCO2在时程上有密切的依从关系，且PaCO2对呼吸中枢的兴奋作用受血流量的影响，故中枢化学感受器可能位于脑循环的静脉端。
在整体动物实验，研究中枢化学感受器时需阻断外周化学感受器兴奋的传入。在切断外周化学感受器传入神经的麻醉动物，PaCO2低于一定水平（阈值）时，吸气神经元的相位性放电活动消失；当PaCO2超过阈值时，吸气神经元的节律性活动恢复。膈神经放电与PaCO2呈正相关（图10-7）；但当PaCO2＞100 mm Hg，由于CO2对呼吸神经元的兴奋作用消失，膈神经放电不再增加，反而下降，称为CO2麻醉。当CO2刺激中枢化学感受器时，支配上呼吸道肌肉的颅神经和支配呼吸辅助肌的神经电活动增强，与膈神经电活动基本相似。(https://www.daowen.com)
图10-7 呼气末PCO2与膈神经电活动的关系
（2）p H 的作用特点：H+为水溶性分子，不容易通过血-脑屏障，故尽管H+对感受器的刺激作用强大，但血液［H+］升高时，脑脊液［H+］的升高速度非常缓慢，对中枢化学感受器的刺激效应有限。
在延髓腹侧面有H+敏感性神经元，局部应用ACh和尼古丁，将神经元的放电频率增加，呼吸运动加强；而应用阿托品和神经节阻断剂六烃季胺则能阻断H+引起的呼吸兴奋效应。这表明M 受体和N受体参与中枢化学感受器的作用，谷氨酸、GABA、缓激肽和5-HT等也可能参与中枢化学感受器的作用。
（三）中枢化学感受器的传感机制 中枢化学感受器没有非常明确的固定结构，而是散在的神经元群，且实验中也很难鉴定感受细胞的传入神经元，因此对于中枢化学感受器的研究远迟于外周化学感受器，对其传感机制的了解也较少，争论也很大。比较一致的看法是，PaCO2与p H 都通过改变感受器细胞的［H+］而引起兴奋。实验研究证明，如果维持灌流液的p H 不变，单纯升高PaCO2引起的通气反应明显减弱，说明中枢化学感受器的有效刺激是［H+］，而不是PCO2。有学者认为跨细胞膜的内向H+电流是引起中枢化学感受器兴奋的关键步骤，内向性H+电流可以造成细胞膜去极化，外向H+电流则引起超极化。吸入CO2时，由于细胞内的缓冲能力迅速、强大（15 min酸碱度恢复60%，3 h可达最大值），而细胞外液的缓冲能力差，故细胞外液的游离［H+］高于细胞内，因此能造成H+内流，引起感受器细胞去极化和细胞兴奋。缺氧时细胞无氧酵解增强，乳酸生成增加，细胞内［H+］升高，产生外向H+电流，使细胞超极化，从而抑制化学感受器细胞，进而抑制呼吸运动。虽然对于H+电流本身是否能影响动作电位有争议，但细胞内［H+］的变化完全可能触发递质释放，引起细胞兴奋。H+通过改变中枢化学感受器内的某些关键蛋白的构象而触发一系列细胞过程，发生兴奋性变化。
（四）脑脊液p H对中枢化学感受器的影响 早在1905年，Hatdan和Priestly就提出了CO2通气反应是通过对脑组织的酸化实现的。之后的实验研究证明，通气量与脑脊液中p H 的变化密切相关，降低p H 能增强通气效应。
1.作用特点 由于中枢化学感受器浸浴在脑脊液中，因此化学成分变化能直接影响中枢化学感受器。脑脊液蛋白质浓度远低于血液，几乎为0；细胞数量非常少，也几乎为0；血-脑脊液屏障带有电荷的H+和HCO-3的通透性甚差。因此与血液相比，脑脊液对酸碱物质的缓冲作用非常弱，故代谢性酸中毒患者脑脊液p H的变化速率慢且有限，增加通气量的作用弱且有限；呼吸性酸中毒患者脑脊液p H的变化则远比血液明显，高PCO2刺激信号的作用强大、迅速，有利于刺激中枢化学感受器，增加通气。
2.作用机制 正常脑脊液的平均［HCO-3］和PCO2分别为24 mmol／L和47 mm Hg，根据p H 公式可得p H=7.33。机体对脑脊液p H 的调控是通过调节［HCO-3］生成实现的。吸入CO2后，PaCO2迅速上升，血液CO2进入脑脊液，其p H 下降，［H+］增高。由于脑脊液中缺乏缓冲物质，当［H+］成倍增加时［HCO-3］几乎不变，p H 明显下降，刺激中枢化学感受器，增加肺通气。CO2进入脑脊液的同时进入脑细胞，在CA作用下，CO2迅速与水生成H2CO2，并解离出大量的HCO-3和H+。由于细胞内含有大量磷酸根缓冲对和蛋白质缓冲对，迅速发挥强大的缓冲作用，脑细胞内［HCO-3］增高，造成细胞内外［HCO-3］梯度，通过细胞膜上各种转换机制，细胞内外［HCO-3］能趋于平衡；通过被动转运，血液、脑脊液之间［HCO-3］也趋于平衡，最终实现血液缓冲池、细胞内液（脑细胞内液）、脑脊液之间的平衡。由于转移过程需时较长，可达数小时至数十小时，故通气量增加可维持较长时间。当脑细胞外液及脑脊液［HCO-3］升高后，p H 将恢复至正常值或接近正常值，高PaCO2对中枢化学感受器的刺激作用将明显减弱，这也是慢性呼吸性酸中毒患者对高PaCO2刺激不敏感的主要原因。在代谢性酸中毒患者，呼吸增强使CO2排出增多，PaCO2和［H+］下降，脑脊液也相应下降，对中枢化学感受器产生抑制作用，能部分抵消［H+］对外周化学感受器的兴奋作用。
（五）客观评价低氧血症的调节 在慢性高碳酸血症患者，临床上强调低流量吸氧以维持低氧血症对呼吸中枢的兴奋性，同时又强调PaO2≥60 mm Hg以上以维持适当的氧合（SaO2≥90%），这实际上是矛盾和错误的。如上述，PaO2在60 mm Hg以上时（其他因素稳定），其对呼吸中枢的作用基本不变，此时气道-肺实质的机械变化（如牵张反射、本体反射、毛细血管J反射等）才是兴奋呼吸中枢的主要因素。在急性肺损伤或肺水肿等换气功能障碍的患者，常将低PaO2作为呼吸中枢兴奋的主要因素，实际上也是错误的，即使将PaO2纠正至80 mm Hg，甚至100 mm Hg以上，呼吸加快、加强照样存在，且常存在呼吸性碱中毒，此时气道-肺组织的机械变化也是导致上述情况的主要因素。只用肺水肿和肺损伤改善，呼吸增强才会改善，否则需应用镇静-肌松剂抑制过强的自主呼吸。