De ademhaling wordt gereguleerd door neuronen die in de medulla oblongata zitten. De medulla oblongata is een onderdeel van de hersenstam. De neuronen die de ademhaling reguleren worden samen ademcentra genoemd. Het ademcentra bestaat uit inspiratoire neuronen die de inademing reguleren en expiratoire neuronen die de uitademing reguleren. De ademcentra passen de ademsnelheid en ademdiepte af op impulsen die zij ontvangen vanuit verschillende receptoren. Deze receptoren registreren de chemische samenstelling (zuurstofspanning, koolstofdioxidespanning, kaliumgehalte, pH en temperatuur) van het bloed en stimuleren, of remmen de ademcentra. Kleine veranderingen in het koolstofdioxidegehalte van het bloed hebben grote invloed op de ademhaling. Een daling van de pH van het bloed laat de concentratie van koolstofdioxide van het bloed toenemen.
De ademhaling wordt door neuronen in de medulla oblongata (ademcentra) gestuurd
De medulla oblongata is een gebied in de hersenstam. In de medulla oblongata bevinden zich neuronen (zenuwcellen) die de ademhaling sturen door de samentrekking van de ademhalingsspieren (het diafragma (middenrif) en de tussenribspieren) te beïnvloeden.
De neuronen die de ademhaling beïnvloeden bevinden zich in de ademcentra. In de ademcentra bevinden zich ook receptoren die constant de samenstelling van het bloed controleren. Op basis van de samenstelling van het bloed vuren deze receptoren meer, of minder impulsen naar de neuronen van de ademcentra en wordt de ademhaling dieper en sneller, of trager en minder diep. Ook receptoren elders in het lichaam sturen signalen naar de ademcentra.
De ademcentra bestaan uit inspiratoire neuronen en expiratoire neuronen
In de ademcentra zitten neuronen die de inademhalingsspieren en dus de inademing stimuleren en neuronen die de uitademing stimuleren. De neuronen die de inademing stimuleren, worden de inspiratoire neuronen genoemd. De neuronen die de uitademing stimuleren, worden de expiratoire neuronen genoemd.
De inspiratoire neuronen en expiratoire neuronen worden weer geremd, of gestimuleerd door impulsen vanuit de receptoren. De activiteit van de inspiratoire neuronen en expiratoire neuronen is weer nauwkeurig op elkaar afgestemd. In de longen zitten namelijk rekreceptoren. Bij de inademing gaan de rekreceptoren steeds meer impulsen naar de inspiratoire neuronen sturen. De inspiratoire neuronen worden steeds meer geremd om de inademing te stimuleren. Ook sturen de rekreceptoren impulsen naar de expiratoire receptoren om de uitademing te stimuleren.
Tijdens de uitademing worden de inspiratoire neuronen steeds minder geremd en de expiratoire neuronen steeds meer geremd. Op een gegeven moment valt de remming van de inspiratoire neuronen weg en start de inademing weer.
Tijdens inspanning worden de ademcentra sterk beïnvloed door chemische en mechanische veranderingen
De ademcentra worden sterk beïnvloed door de chemische samenstelling van het bloed. Wanneer de zuurstofspanning en pH van het bloed dalen en de koolstofdioxidespanning, kaliumconcentratie en temperatuur van het bloed toenemen, vuren de ademcentra meer impulsen af naar de ademhalingsspieren. Het gevolg is dat er eerst dieper en daarna sneller wordt geademd.
Vooral kleine veranderingen in de concentratie van koolstofdioxide van het bloed heeft grote effecten op de ademhaling. Een kleine stijging van de concentratie van koolstofdioxide van het bloed zorgt voor een diepere en snellere ademhaling. De stijging van koolstofdioxide is nauw gerelateerd aan de pH van het bloed. Bij inspanning komen meer waterstofionen vrij, doordat de spieren ook anaeroob energie produceren. Bij deze anaerobe energieproductie komt melkzuur vrij wat de pH van het bloed doet dalen. Deze waterstofionen worden gebufferd door bicarbonaat in het bloed. Hierbij ontstaan uiteindelijk koolstofdioxide en water.
Ook vanuit de spieren en gewrichten die sneller en heftiger bewegen tijdens inspanning worden er signalen naar de ademcentra gestuurd. Wederom sturen de ademcentra impulsen naar de ademhalingsspieren om dieper en sneller te ademen.
Bronnen:
William D. McArdle, Victor L. Katch, & Frank I. Katch (2014) Exercise Physiology, Nutrition, Energy, and Human Performance, LWW Philadelphia