Periferni hemoreceptori (karotide i aortnih tijela) su tako nazvani jer su senzorni produžeci perifernog nervnog sistema u krvne sudove gdje detektiraju promjene u hemijskim koncentracijama. Kao transduktori obrazaca varijabilnosti u okolnom okruženju, karotidna i aortna tjelešca računaju se kao hemosenzori na sličan način kao okusni pupoljci i fotoreceptori.COGS 211 lecture, K. R. Livingston, September 11, 2013 Međutim, budući da karotidna i aortna tjelešca detektuju varijacije unutar unutrašnjih organa, smatraju se interoreceptorima. Okusni pupoljci, mirisni bulbusi, fotoreceptori i drugi receptori povezani s pet tradicijskih senzornih modaliteta; nasuprot tome, su eksteroceptori po tome što reaguju na podražaje izvan tijela. Tijelo također sadrži proprioceptore, koji reaguju na količinu istezanja unutar organa, obično mišića, koji zauzimaju. Što se tiče njihove specifične funkcije, periferni hemoreceptori pomažu u održavanju hohomeostaze u kardiorespiratornom sistemu praćenjem koncentracija hemikalija u krvi. Ovi polimodalni senzori reagiraju na varijacije u brojnim svojstvima krvi, uključujući nizak nivo kisika (hipoksija), visok nivo ugljik-dioksida (hiperkapnija) i nizak nivo glukoze (hipoglikemija). Hipoksija i hiperkapnija su najproučavanija i najrazumljivija stanja koja detektiraju periferni hemoreceptori. Glukoza se razmatra u kasnijem odjeljku. Aferentni nervi prenose signale nazad iz karotidnih i aortnih tijela do moždanog stabla, koje reaguje u skladu s tim (npr. povećanje ventilacije).

Struktura I karotidna tijela i aortna tijela povećavaju senzorni pražnjenje tokom hipoksije. Karotidna tijela se smatraju primarnim perifernim kemoreceptorima i pokazalo se da više doprinose odgovoru na hipoksiju. Međutim, u hroničnom odsustvu karotidnog tijela, aortno tijelo je u stanju da obavlja sličnu respiratornu regulatornu ulogu, što sugerira da posjeduje i efikasne mehanizme transdukcije signala. Različite lokacije dva tijela idealno ih pozicioniraju kako bi iskoristile različite informacije; karotidna tijela, smještena na jednoj od glavnih arterija vrata, prate parcijalni pritisak unutar arterijskih krvnih sudova, dok aortno tijelo, smješteno na aortnom luku, prati koncentraciju kisika bliže srcu. Svako od ovih tijela sastoji se od slične skupine ćelija, a post-transdukcijska obrada signala razlikuje njihove odgovore. Međutim, malo se zna o specifičnostima bilo kojeg od ovih signalnih mehanizama.

Mikroanatomija Karotidna i aortna tijela su skupovi ćelija smještenih na zajedničkoj karotidnoj arteriji i aortnom luku, respektivno. Svaki od ovih perifernih hemoreceptora sastoji se od ćelija tipa I glomusnih ćelija i ćelija sličnih gliji tipa II. Ćelije tipa I transduciraju signale iz krvotoka i inerviraju se vlaknima aferentnog nerva koji vode nazad do (u karotidnom tijelu) karotidnog sinusnog nerva, a zatim do glosofaringusnog nerva i medule moždanog stabla. Nasuprot tome, tijelo aorte je povezano sa medulom putem vagusnog nerva. Oni također primaju signale od vlakana eferentnog nerva koja vode nazad do istog skupa živaca. Cijeli skup ćelija je infiltriran kapilarima kako bi se osigurao pristup krvotoku; visoka gustoća kapilara čini ovo jednim od područja tijela s najvećim protokom krvi. Ćelije tipa I su gusto naseljene vezikulama koje sadrže različite neurotransmitere, uključujući dopamin, ATP, serotonin, kateholamin, koji se oslobađaju tokom transdukcije. Ćelije tipa I su često povezane putem gap spojeva, što bi moglo omogućiti brzu komunikaciju između ćelija prilikom prenošenja signala.

Ćelije tipa II se javljaju u omjeru od oko 1 do 4 sa ćelijama tipa I. Njihova duga tijela se obično nalaze u bliskoj vezi sa ćelijama tipa I, iako ne obavijaju u potpunosti ćelije tipa I. Nedostaju im vezikule ćelija tipa I koje se koriste u neurotransmiterskoj komunikaciji, ali studije pokazuju da funkcionišu kao hemoreceptori matične ćelije i mogu reagovati na produženu izloženost hipoksiji proliferacijom u same ćelije tipa I. Također mogu pojačati brzu komunikaciju među ćelijama tipa I pojačavanjem oslobađanja jednog od primarnih neurotransmitera u hemoreceptivnoj signalizaciji, ATP-a.

Razvoj Osjetljivost i fiziologija perifernih hemoreceptora mijenjaju se tokom životnog vijeka. Dojenče Disanje kod novorođenčadi je nepravilno, sklono periodičnom disanju i apneji. U maternici i pri rođenju, odgovor karotidnog tijela na hipoksiju nije u potpunosti razvijen; potrebno je nekoliko dana do nekoliko sedmica da se poveća njegova osjetljivost na osjetljivost odraslog karotidnog tijela. Tokom ovog perioda razvoja, pretpostavlja se da se novorođenčad u velikoj mjeri oslanjaju na druge hemoreceptore koji detektuju kiseonik, kao što su aortno tijelo ili centralni hemoreceptori.

Međutim, hemoreceptori nekarotidnih tijela ponekad nisu dovoljni da osiguraju odgovarajući ventilacijski odgovor; smrti uzrokovane SIDS-om najčešće se javljaju tokom dana ili sedmica u kojima se karotidno tijelo još uvijek razvija, a sugerira se da je nedostatak odgovarajuće aktivnosti karotidnog tijela impliciran u ovo stanje. Često se navodi da su žrtve SIDS-a pokazale neke od karakterističnih problema u razvoju karotidnog tijela, uključujući periodično disanje, mnogo apneja u snu, oštećeno buđenje tokom spavanja i nisku osjetljivost na hipoksiju. Karotidna tijela žrtava SIDS-a također često pokazuju fiziološke abnormalnosti, kao što su hipo- i hipertrofija. Mnogi nalazi o odnosu karotidnih tijela i SIDS-a pokazuju da je razvoj karotidnih tijela oštećen faktorima okoline za koje se već zna da povećavaju rizik od SIDS-a, kao što su prijevremeni porođaj i izloženost dimu, supstancama zloupotrebe, hiperoksija i hipoksija, tako da se u početku može činiti kao da studije karotidnih tijela samo proširuju ono što znamo o SIDS-u u drugu domenu. Međutim, razumijevanje mehanizama koji oštećuju razvoj karotidnih tijela moglo bi pomoći u rasvjetljavanju kako se određeni aspekti neonatusne njege, posebno prijevremenog porođaja, mogu poboljšati. Naprimjer, terapija kisikom može biti primjer tehnike koja izlaže prijevremeno rođenu djecu tako visokim nivoima kisika da ih to sprječava da steknu odgovarajuću osjetljivost na normalne nivoe kisika.

Trudnoća Povećana bazna stopa ventilacije i osjetljivost na hipoksiju i hipekapniju javljaju se kod trudnica nakon 20. sedmice gestacije, a studije sugeriraju da je to barem djelimično zbog promjena u osjetljivosti perifernih hemoreceptora. Slične promjene u osjetljivosti pronađene su kod žena kojima su davani nivoi hormona koji oponašaju fazu trudnoće u kojoj se ovi efekti pojavljuju, što sugerira da je osjetljivost karotidnog i aortnog tijela modulirana neuroendokrinim procesima. Međutim, nalazi koji povezuju periferne hemoreceptore s varijacijama u disanju izazvanim trudnoćom mogli bi biti samo korelacijski, pa su potrebna daljnja istraživanja kako bi se identificirao uzrok ove veze.

Fiziologija Transdukcija signala Periferni hemoreceptori su identificirani kao neophodni za regulaciju disanja mnogo prije nego što su se počeli shvaćati njihovi mehanizmi za prikupljanje informacija iz krvotoka. I karotidna i aortna tijela sastoje se od ćelija tipa I i tipa II i vjeruje se da transduciraju signale iz krvnih hemikalija na isti način, iako se komunikacija signala nakon transdukcije može razlikovati. Hemosenzorna transdukcija u ovim receptorima je još uvijek aktivno područje istraživanja i ne slažu se sve studije, ali postoji sve veća podrška za mehanizam transdukcije koji zavisi od mitohondrijske potrošnje kisika koja utiče na enzim AMPK.

Prenošenje signala u srž zahtijeva da se neurotransmiter oslobodi iz vezikula u ćelijama tipa I, i kao i kod mnogih drugih nervnih ćelija, Ovo se pokreće prilivom kalcija u ćeliju nakon depolarizacije membrane. Proces identifikacije transdukcije signala u interoreceptorima kao što su periferni hemoreceptori zahtijeva kretanje unazad od depolarizacije membrane kako bi se otkrili prethodni koraci, često unutar ćelije, koji pretvaraju krvne hemikalije u nervni signal. Do sada se većina istraživanja slaže da je depolarizacija membrane uzrokovana inhibicijom kalijevih kanala koji inače održavaju potencijal mirovanja. Što se tiče koraka prije inhibicije kalijevih kanala, predloženo je mnogo mehanizama, od kojih nijedan ne dobija jednoglasnu podršku istraživačke zajednice. Višestruki tipovi kalijevih kanala reaguju na hipoksiju, sa značajnim razlikama između različitih vrsta i nizom različitih tipova za svaku vrstu. Ekspresija kalievih kanala se također mijenja tokom života. Neke studije sugeriraju da je hem-oksigenaza 2 transduktor; međutim, budući da njena delecija kod miševa ne utiče na osjetljivost hemoreceptora na kisik, ova hipoteza je podložna ispitivanju. Drugi enzim, AMP-aktivirana proteinska kinaza (AMPK), pruža mehanizam koji bi se mogao primijeniti ne samo na sve tipove kalijskih kanala, već i na druga tkiva u tijelu koja detektuju kisik, kao što su plućni krvni sudovi i neonatisne ćelije. AMPK je enzim koji se aktivira povećanjem odnosa adenozin monofosfata AMP: ATP, što je rezultat povećanja ćelijskog disanja. Nakon aktivacije, enzim potiče proizvodnju ATP-a i suzbija reakcije koje ga troše. Aktivacija AMPK je također privlačniji kandidat jer može aktivirati oba najčešća tipa kalijumskih kanala. Druga studija je utvrdila da AMPK otvara i zatvara kalijumske kanale putem fosforilacije, što dodatno naglašava vezu između njih. Međutim, uloga AMPK u detekciji kiseika u ćelijama tipa 1 nedavno je dovedena u pitanje. Funkcija ovog enzima pozicionira ćelije tipa I da jedinstveno iskoriste svoje mitohondrije. Međutim, AMPK je enzim koji se nalazi u mnogo više tipova ćelija nego u hemoreceptorima jer pomaže u regulaciji metabolizma. Razlika zapravo može biti u metabolizmu ćelije, a ne u AMPK enzimu; periferni hemoreceptori pokazuju vrlo visoke stope potrošnje kisika u pozadini, što podržava gusta mreža kapilara. Budući da je njegova osnovna stopa ćelijskog disanja toliko visoka, njegov AMPK bi bio osjetljiviji na smanjenje kisika u krvi, što mu omogućava da reaguje na male varijacije u sadržaju kisika prije nego što druge ćelije počnu osjećati efekte njegovog odsustva. Na ovaj način, transdukcija u perifernim hemoreceptorskim ćelijama je relativno jedinstvena. Ne zahtijeva nikakve specijalizirane proteine koji mijenjaju oblik u prisustvu svjetlosti ili specifično receptorsko mjesto za određeni okus. Njegove neophodne komponente uključuju samo mitohondrije i enzim koji se koristi za regulaciju njihove aktivnosti zajedničke svim aerobnim ćelijama, skup kalijumskih i kalcijumskih kanala i neurotransmitera zajedničkih mnogim tipovima nervnih ćelija, te dobro opremljenu verziju vaskulature koja podržava sve aerobne ćelije. Dalja istraživanja trebala bi utvrditi zašto ćelije tipa I pokazuju tako visoku brzinu metabolizma u poređenju s drugim tipovima ćelija, jer bi to mogla biti zaista jedinstvena karakteristika receptora. I stoga, receptor za najosnovniji izvor energije aerobnog organizma sastoji se od skupa ćelijskih struktura zajedničkih u cijelom tijelu.

Odgovor na hipoksiju