Биологические науки/8. Физиология человека и животных

Орлова А.О.

Медицинская компания ИДК, Россия

Гамкергическая модуляция дыхания при

электростимулции большого ядра срединного шва

 

Центральные механизмы регуляции дыхания, необходимые для поддержания гомеостаза организма в различных условиях, представлены взаимодействием дыхательного центра с различными нервными образованиями, к числу которых относится и большое ядро срединного шва (БЯ), являющееся частью серотонинергической системы.

Данная структура локализована на уровне лицевого ядра и характеризуется анатомической и физиологической гетерогенностью [1, 3], поскольку оно включает в себя преимущественно серотонинергические нейроны, а также клетки, содержащие различные нейромедиаторы и модуляторы, такие как γ-аминомасляная кислота (ГАМК), аминоуксусная кислота, вещество P, тиролиберин, лейцин-энкефалин  и энкефалин α-амино-γ-метилтиомасляная кислота [5, 8]. Более тонкая координации активности тех или иных клеток БЯ обеспечивается наличием ауторецепторов серотонинергических нейронов, а также ГАМКергической интернейронной сетью.

Данные литературы свидетельствуют о том, что воздействие ГАМК на дыхательный центр в целом приводит к торможению респираторной активности. Известно также, что ГАМК участвует в механизмах формирования ритма дыхания [7, 9]. Согласно результатам исследований, ингибирующее влияние на параметры внешнего дыхания электрического и химического раздражений БЯ обусловлено преимущественным участием ГАМК, а не серотонина [2, 4].

Для конкретизации установленного факта были изучены реакции паттерна дыхания и биоэлектрической активности инспираторных мышц у крыс при электростимуляции (50 Гц, 15 В) до и на фоне микроинъекции ГАМК (10-5 М) структуры БЯ (координаты в мм относительно bregma Р - 10,3; L – 0,0 ; V – 9,9) [6].

Эксперименты проведены на 6 взрослых нелинейных крысах обоего пола массой 180-250 г. Животных наркотизировали уретаном (1,5 г/кг внутрибрюшинно). Паттерн дыхания регистрировали методом спирографии. На полученных спирограммах оценивали дыхательный объем (Vt, мл), длительность инспираторной (Ti, с) и экспираторной (Te, с) фаз дыхательного цикла, длительность всего дыхательного цикла (Tt, с). Расчитывали частоту дыхания (f = 60 / Т, мин-1) и минутный объем дыхания (V = f .·Vt, мл/мин). Одновременно с паттерном дыхания регистрировали биоэлектрическую активность диафрагмы и наружных межреберных мышц (VI–VIII межреберье) с правой стороны тела животных с помощью стальных игольчатых электродов биполярным способом. На полученных миограммах рассчитывали длительность залпов активности (с), длительность межзалповых интервалов (с) и максимальную амплитуду осцилляций (отн. ед.) в залпах активности инспираторных мышц. Инъекции ГАМК осуществляли микрошприцом МШ-1 через стеклянную пипетку, диаметр кончика которой составлял 20-30 мкм. Вещества растворяли ex tempore в искусственной цереброспинальной жидкости и вводили в объеме 0,5 мкл со скоростью 0,1 мкл/с. Для эектростимуляции БЯ применяли биполярный концентрический электрод диаметром 0,02 мм. Полученные экспериментальные данные обрабатывали статистически с использованием теста ANOVA для повторных измерений, тестов Dunnett's и Tukey. Статистически значимыми считались изменения со значениями р < 0,05.

И так, введение (10-5 М) ГАМК в БЯ приводило к усилению биоэлектрической активности наружных межреберных мышц и увеличению минутного объема дыхания. При этом частотные характеристики внешнего дыхания оставались неизменными. Максимальная амплитуда осцилляций залповой активности наружных межреберных мышц увеличивалась на 37% (р<0,01) относительно исходного значения. При этом минутный объем дыхания увеличивался на 6 % (р<0,05). Микроинъекции искусственной ЦСЖ в БЯ не вызывали статистически значимых изменений исследуемых параметров паттерна внешнего дыхания и биоэлектрической активности инспираторных мышц (р>0,05). Через 10 мин после микроинъекции ГАМК осуществляли электростимуляцию БЯ, в результате чего происходило урежение частотных и увеличение амплитудных параметров дыхания. Частота дыхания снижалась на 8 % (р<0,05). Одновременно была отмечена тенденция к увеличению продолжительности экспирации при неизменной инспирации. Также проявилась тенденция к увеличению дыхательного объема и минутного объема дыхания. С уменьшением частоты дыхания имело место усиление биоэлектрической активности инспираторных мышц, что проявилось в увеличении амплитуды осцилляций наружных межреберных мышц на 24 % (р<0,05). Амплитуда осцилляций диафрагмы в это же время оставалась на исходном уровне. Микроинъекции искусственной ЦСЖ в БЯ не влияли на характер и выраженность изменений параметров паттерна внешнего дыхания и биоэлектрической активности инспираторных мышц на электростимуляцию БЯ (р>0.05).

Таким образом, если электростимуляция БЯ приводила к увеличению частотных и снижению амплитудных параметров, а микровведение ГАМК вызывало увеличение биоэлектрической активности инспираторных мышц и минутного объема дыхания, то в условиях электростимуляции на фоне микроинъекции ГАМК были зарегистрированы снижение частотных и увеличение амплитудных параметров внешнего дыхания.

Литература:

1.     Bagdy, E. Reciprocal innervation between serotonergic and GABAergic neurons in raphe nuclei of the rat / E. Bagdy, I. Kiraly, L.G. Harsing // Neurochemical Research. – 2000. – V. 25 (11) – P. 1465–1473.

2.     Cao, Y. Involvement of medullary GABAergic and serotonergic raphe neurons in respiratory control: electrophysiological and immunohistochemical studies in rats / Y. Cao, K. Matsuyama, Y. Fujito, M. Aoki // Neuroscience Research. – 2006. - V. 56 (3) – P. 322-331.

3.     Harsing, L.G. The Pharmacology of the neurochemical transmission in the midbrain raphe nuclei of the rat / L.G. Harsing  // Current Neuropharmacology – 2006. – V. 4 – P. 313-339.

4.     Lеger, L. Distribution of enkephalin-immunoreactive cell bodies in relation to serotonin-containing neurons in the raphe nuclei of the cat: immunohistochemical evidence for the coexistence of enkephalins and serotonin in certain cells / L. Lеger, Y. Charnay, P.M. Dubois, M. Jouvet // Brain Research. – 1986. - V. 362 (1) – P. 63-73.

5.     Ohta, Y. Activity changes in rat raphe magnus neurons at different concentrations of fentanyl in vitro / Y. Ohta, M.E. Alojado, O. Kemmotsu // Anesthesia and analgesia. – 1995. – V. 80 (5) – Р. 890-895.

6.     Paxinos, G. The rat brain in stereotaxic coordinates / G. Paxinos, C. Watson. – San Diego: Academic, 1997.

7.     Ramirez, J.M. Respiratory rhythm generation in mammals: synaptic and membrane properties / J.M. Ramirez, P. Telgkamp, F.P. Elsen, U.J.A. Quelemalz, D.W. Richter // Respirat. Physiol. – 1997. – V. 110. – P. 71–85.

8.     Serrats, J. Expression of serotonin 5-HT2C receptors in GABAergic cells of the anterior raphe nuclei / J. Serrats, G. Mengod, R. Corte's // J. Chemical Neuroanatomy. – 2005 - V. 29 – P. 83–91.

9.     Shao, X.M. Respiratory rhytm generation and synaptic inhibition of expiratory neurons in pre-Botzinger complex: differential roles of glycinergic and GABAergic neural transmission / X.M. Shao, J.L. Feldman// J. Neurophysiol. – 1997. – V. 77.  – P. 1853-1860.