Автореферат и диссертация по медицине (14.00.17) на тему:Роль ростральных вентролатеральных отделов продолговатого мозга в регуляции активности дыхательного центра

РГВ од

На правах рукописи

' > Е ' " " ' '

С 1

ТАТАРНИКОВ Валерий Станиславович

РОЛЬ РОСТРАЛЬНЫХ ВЕНТРОЛАТЕРАЛЬНЫХ ОТДЕЛОВ ПРОДОЛГОВАТОГО МОЗГА В РЕГУЛЯЦИИ АКТИВНОСТИ ДЫХАТЕЛЬНОГО ЦЕНТРА

14.00.17 - нормальная физиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Самара 1996

Работа выполнена на кафедре нормальной физиологии при Самарском государственном медицинском университете

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук, профессор В.Ф.Пятин доктор медицинских наук, профессор В.Е.Якунин доктор медицинских наук, профессор АА.Зефиров

Ведущее учреждение:

Защита диссертации состоится

Институт физиологии им. И.П. Павлова, РАН, г. Санкт-Петербург

»{'I" ¡¿¿ей Л

1996 г. в

часов на заседании диссертационного совета Д.084.27.04 в Самарском государственном медицинском университете (443079, г. Самара, Московское шоссе, 2).

С. диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Самарского государственного медицинского университета (г. Самара, ул. Арцыбушевская, 171).

Автореферат разослан "

Я

1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор медицинских наук профессор

Б.Л .Медников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Вопрос о генерации и регуляции ритма и паттерна дыхания до сих пор окончательно не решен. Современные физиологические исследования показали, что у плодов и новорожденных млекопитающих дыхательная активность формируется за счет пейсме-керных свойств дыхательных нейронов Пре-Бетзингер комплекса, локализованного в ростральной части вентральной дыхательной группы (Suzue, 1984; Smith et al., 1991, 1992). У взрослых животных не обнаружены дыхательные нейроны с пейсмекерными свойствами. Предполагают, что сеть дыхательных нейронов продолговатого мозга может активироваться хемочувствительными структурами (Loeschcke, 1982), пресимпати-ческими нейронами ростральной вентролатеральной области (Sun et al., 1988; Seller et al., 1990), либо ретикулярными или другими нейронами (Smith et al., 1991).

С этой точки зрения наибольшее внимание физиологов привлекают ростральные вентролатеральные отделы продолговатого мозга, где были описаны хемочувствительные зоны M и S ( Mitchell et al., 1963; Loeschcke, 1981; Schlaefke, 1982). Однако до настоящего времени в пределах вентральной поверхности продолговатого мозга не обнаружены хе-морецепторные образования, способные адекватно реагировать на пороговые изменения pH во внеклеточной жидкости мозга (Пятин, 1991).

В литературе имеются сведения, что выключение рострального отдела вентральной поверхности продолговатого мозга приводит к угнетению реакции дыхательной системы на гиперкапнию и гипоксию (Chonan et al., 1990). По данным Nattie (1993,1995) блокада нервных клеток поза-дитрапециевидного ядра вызывает снижение чувствительности дыхательного центра к гиперкапнии. Предполагают, что нейронные образования ростральных вентромедуллярных отделов могут участвовать в интеграции различных афферентных сигналов, адресованных дыхатель-

ному центру, в том числе и от центральных хеморецепторов (Chonan et al., 1990 ; St. John et al., 1989).

Перечисленные выше факты свидетельствуют о том, что нейронные структуры ростральных вентромедуллярных отделов могут принимать участие в генерации дыхательного ритма, а также в регуляции ритма и паттерна дыхательной активности. Однако в литературе недостаточно сведений о структурно-функциональной организации ростральных вентромедуллярных отделов и их функциональной роли в механизмах генерации центральной инспираторной активности дыхательного центра. Не изучены закономерности регуляции ростральными вентро-медуллярными нейронными структурами ритма и паттерна дыхательной активности в условиях гиперкапнии и гипоксии.

В этой связи актуальным является изучение значения ростральных вентромедуллярных нейронных структур в регуляции реакций дыхательного центра на химические стимулы (гиперкания, гипоксия) и анализ роли ростральных вентромедул. ярных нейронных образований в механизмах генерации центральной инспираторной активности дыхательного центра.

Целью настоящей работы явилось изучение роли нейронных образований ростральных вентролатеральных отделов продолговатого мозга в генерации центральной инспираторной активности дыхательного центра и ее регуляции в условиях гиперкапнии и гипоксии.

Основные задачи исследования:

1. Изучение функциональных свойств нейронных образований ростральных вентролатеральных отделов продолговатого мозга, участвующих в генерации ритма и паттерна центральной инспираторной активности.

2. Изучение влияния локального выключения и электрического раздражения нейронных структур ростральных вентролатеральных от-

делов продолговатого мозга на генерацию ритма и паттерна инспира-торной активности дыхательного центра.

3. Исследование особенностей формирования ритма и паттерна центральной инспираторной активности во время гиперкапнической и гипоксической стимуляции дыхания при выключении ростральных вен-тролатеральных отделов продолговатого мозга.

4. Анализ физиологической роли гетерогенных нейронных образований ростральных отделов вентральной поверхности продолговатого мозга в формировании ритмической активности дыхательного центра и ее регуляции.

Научная новизна. Впервые выявлено, что нейронные структуры ростральных вентролатеральных отделов продолговатого мозга имеют неоднородную структурно-функциональную организацию. Получены новые данные, которые существенно дополняют представления о механизмах регуляции и формирования активности дыхательного центра при участии ростральных вентролатеральных отделов продолговатого мозга. Впервые выявлено, что между ретрофациальным ядром и вентральной поверхностью продолговатого мозга (субретрофациальная область) расположены нейронные образования, участвующие в регуляции ритма и паттерна центральной инспираторной активности дыхательного центра. Выключение нейронных структур субретрофациальной области приводит к урежению частоты генерации залпов центральной инспираторной активности и, одновременно, к увеличению времени инспираторной фазы, а также амплитуды огибающей разряда диафрагмального нерва. На фоне выключения нейронных образований субретрофациальной области механизм центральной инспираторной активности в условиях гипоксии и гиперкапнии регулирует только частоту генерации дыхательного ритма без изменения амплитуды разряда диафрагмального нерва. Впервые установлено, что в ростральных отделах вентральной поверхности продолговатого мозга каудальнее и в непосредственной близости от субрет-

рофациальной области расположены ритмогенерирующие образования дыхательного центра. Выключение ритмогенерирующих нейронных структур ростральной вентромедуллярной области угнетает центральную инспираторную активность вплоть до ее полного исчезновения. В период прогрессивного угнетения генерации ритма и паттерна центральной инспираторной активности сохраняется реакция дыхательного центра на гиперкапнический и гипоксический стимулы.

Выдвинута гипотеза о том, что ростральные вентромедуллярные отделы продолговатого мозга представлены гетерогенными скоплениями нейронов, которые являются необходимым компонентом бульварного механизма генерации дыхательного ритма и регуляции дыхания. Нейронные образования субретрофациальной области участвуют как в регуляции дыхательного ритма и паттерна, так и в регуляции центральной инспираторной активности на гипоксию и гиперкапнию. Ритмогенерирующие структуры ростральных вентролатеральных отделов продолговатого мозга обеспечивают преимущественно генерацию ритма нейронами дыхательного центра.

Теоретическое и практическое значение работы. Теоретическое значение выполненной работы заключается в получении новых данных о структурно-функциональной организации механизма, регулирующего и формирующего активность дыхательного центра. Предложена гипотеза о том , что данный механизм осуществляется при участии гетерогенных структур, локализованных в ростральных вентролатеральных отделах продолговатого мозга. Так нейронные структуры, находящиеся между ретрофациальным ядром и вентральной поверхностью продолговатого мозга (субретрофациальная область), участвуют в механизмах регуляции центральной инспираторной активности во время гиперкапнической и гипоксической стимуляции дыхательного центра. Нейронные образования ростральных вентромедуллярных отделов, расположенные ка-

удальнее и в непосредственной близости от субретрофациальной области, участвуют в механизмах генерации дыхательного ритма.

В практике полученные данные необходимо учитывать при анализе причин, лежащих в основе нарушений регуляции дыхания у больных с воспалительными, сосудистыми, травматическими и другими повреждениями вентральной поверхности ствола головного мозга. Результаты данной работы могут быть использованы для стимуляции дыхательной активности у больных с расстройствами дыхания центрального происхождения.

Положения, выносимые на защиту:

1. Ростральные вентромедуллярные отделы продолговатого мозга представлены гетерогенными скоплениями нейронов, которые являются необходимым компонентом бульбарного механизма генерации дыхательного ритма и регуляции дыхания;

2. Функция нейронов субретрофациальной области заключается в формировании амплитудных параметров центральной инспираторной активности дыхательного центра;

3. Гиперкапническая и гипоксическая регуляция дыхания осуществляется при обязательном участии нейронных структур субретрофациальной области.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на Физиологическом съезде России (Пущино, 1994), на XXXII Международном физиологическом конгрессе (Глазго, 1993), на заседаниях школы "Клиническая и экспериментальная физиология дыхания" (Бологое, 1994), на заседании Самарского отделения Физиологического общества им. И.П.Павлова (Самара, 1996).

Реализация результатов исслелования. По материалам диссертации опубликовано 2 работы и 4 работы в данный момент принято к печати. Данные исследования включены в лекционный курс по нор-

мальной физиологии для студентов Самарского государственного медицинского университета.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, изложения методов исследования, результатов исследования и их обсуждения, выводов, указателя литературы. Работа изложена на 112 страницах, иллюстрирована 15 рисунками и 10 таблицами. Указатель литературы включает 136 работ, из них 96 - иностранных авторов.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Опыты выполнены на 120 белых беспородных лабораторных крысах массой 200-300 г, наркотизированных этаминалом натрия в дозе 40 мг/::г внутрибрюшинно. Температура животного поддерживалась в пределах +37°С с помощью подогревающего устройства. Животных фиксировали вентральной поверхностью вверх в стереотаксической установке в положении головной гиперэкстензии.

Для изучения нейронных образований вентролатеральных отделов продолговатого мозга обнажали вентральную поверхность от С1 до уровня выхода корешков VI - VII пар черепно-мозговых нервов и на 4,04,5 мм латеральнее средней линии мозга.

Электрическую активность диафрагм ального нерва, регистрировали с помощью биполярных серебряных электродов, соединенных с комплексом оригинальной усиливающей аппаратуры (Калакутский и со-авт., 1991). Анализировали 12 амплитудно-временных параметров активности диафрагмального нерва, являющейся отражением центральной инспираторной активности (Клюева, Филько, 1985, 1987).

Электрическое раздражение нейронных образований вентролатеральных отделов1 продолговатого мозга производили биполярными вольфрамовыми электродами с межэлектродным расстоянием 50 мкм

Сериями электрических импульсов прямоугольной формы (100 Гц, 1 мс, 0,5-20 мкА) с помощью электростимулятора ЭСЛ-2.

Химическое выключение нейронных структур вентральной поверхности продолговатого мозга производили 1 М раствором глутаминовой кислоты. Раствором кислоты заполняли хемод с диаметром кончика 1 мм2, который устанавливали на вентральную поверхность продолговатого мозга с помощью стереотаксического аппарата .

С целью изучения изменений нервной ткани в ответ на воздействие 1М раствора Глутаминовой кислоты проводили гистологические исследования вентральной поверхности продолговатого мозга по стандартной методике. Серийные парафиновые срезы продолговатого мозга толщиной 8-10 мкм окрашивали по методу Ниссля.

Гиперкапнию и гипоксию создавали вдыханием в течении 1 минуты соответственно газовых смесей: 7% С02 в кислороде и 10% 02 в азоте. Концентрацию С02 в газовой смеси и в выдыхаемом воздухе измеряли газоанализатором ГАУ-5, парциальное давление кислорода - газоанализатором АК-4.

Параметры физиологических реакций статистически обрабатывали на ЭВМ 386 РС 1Т. На основании величины и числа наблюдений определяли процент возможной ошибки, выраженной в виде значений вероятности различия (р). Различие расценивали как достоверное, начиная со значений 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Структурно-функциональные особенности ростральных вентрола-теральных отделов продолговатого мозга. Для структурно-функциональной идентификации субпиальных нейронных структур, участвующих в формировании и регуляции активности дыхательного центра , использовали методики локального выключения и электростиму-

ляции различных участков рострального отдела вентролатеральной поверхности продолговатого мозга.

Исследования показали, что наибольшие изменения центральной инспираторной активности возникают при выключении двух ограниченных зон в пределах ростральной части вентральной поверхности продолговатого мозга. Первая зона по локализации совпадает с субретро-фациальной областью, электрическое раздражение которой вызывает максимальные дыхательные реакции (Никитин, 1992). Ее координаты: 3,5-4,5 мм ростральнее корешков 12 нерва и 2,5-3,5 мм латеральнее средней линии мозга. Согласно стереотаксическому атласу мозга крыс (Ре11е§гто, 1979) эта зона расположена между вентральной поверхностью продолговатого мозга и ретрофациальным ядром. Вторая зона имеет координаты: 2-3 мм ростральнее середины корешков 12 нерва и 2-3 мм латеральнее средней линии мозга и по местоположению совпадает с ,так называемой, промежуточной зоной, которой приписывали функции центральной хемочувствительности (Schlaefke, ЬоезсЬске, 1967). Эта зона расположена каудальнее и в непосредственной близости от субретрофа-циальной области.

Односторонняя аппликация 1 М раствора глутаминовой кислоты на субретрофациальную область вызывает экспираторное апноэ в среднем на 6,5±2,5 с. Затем восстанавливается спонтанное дыхание и в течении первых пяти минут после аппликации возникают наиболее существенные изменения центральной инспираторной активности. Отмечается урежение частоты генерации дыхательного ритма (длительность экспираторной фазы увеличивается на 80,5±11/7%) и увеличение амплитуды огибающей разряда диафрагмального нерва (амплитуда начала разряда диафрагмального нерва и амплитуда плато возрастают соответственно на 27,4±3,7 % и 35,0±4,4%) . Увеличивается также длительность инспираторной фазы на 24,4±3,7% в основном за счет времени плато активности

диафрагмального нерва. В интервале времени от 5 до 15 минут аппликации 1М раствора глутаминовой кислоты на субретрофациальную область параметры центральной инспираторной активности изменяются не значительно и примерно после 15 минут воздействия происходит стабилизация ритма и паттерна дыхательной активности.

Электрическое раздражение нейронных структур субретрофаци-альной области сопровождается противоположными выключению реакциями центральной инспираторной активности. Отмечается уменьшение общего времени дыхательного цикла и длительности экспираторной фазы соответственно на 18,2±7,9% и 23,0±14,7%. Сокращается длительность инспираторной фазы - на 17,8±4,8%, как за счет времени нарастания центральной инспираторной активности до ее максимального зна-• чения - на 15,5±3,2%, так и за счет времени плато активности диафрагмального нерва - на 21,4±8Д%. Одновременно уменьшается амплитуда огибающей активности диафрагмального нерва: амплитуда начала разряда уменьшается на 17,7±10,1%, а амплитуда плато и постинспиратор-ного разряда соответственно - на 20,8+9,1% и 23,0±10,2% по сравнению с фоном (р<0,05). Следует отметить, что электрическая стимуляция суб-ретрофациальной области у крыс эффективна на глубине до 500 мкм от вентральной поверхности продолговатого мозга. Следовательно, нейронные образования исследуемой первой зоны локализованы в субпиальном слое вентральной поверхности продолговатого мозга.

Таким образом, нейронные структуры субретрофациальной области играют важную роль в регуляции амплитудно-временных параметров центральной инспираторной активности.

Односторонняя аппликация 1М раствора глутаминовой кислоты на каудальную зону ростральных отделов вентральной поверхности продолговатого мозга (вторая зона) первоначально не вызывает изменений центральной инспираторной активности. Однако в. дальнейшем проис-

ходит постепенное урежение частоты генерации дыхательного ритма и угнетение всех параметров инспираторной активности. Так через 5 минут выключения второй зоны длительность инспираторной фазы уменьшается на 17,0±3,6%, время нарастания центральной инспираторной активности до ее максимального значения - на 15,5±ЗД%, время плато активности диафрагмального нерва - на 18,7±6,6%, длительность постинспираторной фазы - на 16,5±6,0%, а общее время дыхательного цикла и длительность экспираторной фазы увеличиваются соответственно на 42,2±16,4% и 77,1±25,8% относительно фона. Амплитудные параметры разряда диафрагмального нерва также снижаются: амплитуда начала разряда диафрагмального нерва - на 26,8±6,5%, амплитуда плато - на 20,718,6%, амплитуда постинспираторного разряда - на 26,7±7,3%. Во всех случаях р<0,05. Максимальный эффект угнетения центральной инспираторной активности возникает на 15-20 минуте эксперимента, что приводит к остановке дыхания у 70% животных. В 30% наблюдений аппликация 1М раствора глутаминовой кислоты на вторую (каудальную) зону вызывает частичное угнетение ритма и паттерна центральной инспираторной активности. Электрическая стимуляция субпиальных структур каудальной зоны ростральных вентромедуллярных отделов существенно не влияет на центральную инспираторную активность дыхательного центра. Следовательно, нейронные структуры этого отдела вентральной поверхности продолговатого мозга расположены глубже, чем структуры субретрофациальной области. Это соответствует по локализации ростральной части вентральной дыхательной группы, где обнаружены ритмогенерирущие дыхательные нейроны у новорожденных млекопитающих (Smith et al., 1991, 1992). Можно предположить, что нейронные образования второй зоны участвуют в механизмах генерации инспираторной активности дыхательного центра.

С целью выявления морфологических изменений нервной ткани при 10 минутном воздействии 1 М раствора глутаминовой кислоты на ростральные вектромедуллярные отделы, проводили гистологическое исследование мест аппликации (первая и вторая зоны). По морфологическим изменениям нервных клеток оценивали скорость диффузии глутаминовой кислоты вглубь ростральных вентролатеральных отделов продолговатого мозг^.

По данным исследований Никитина (1991) ростральные вентролате-ральные отделы продолговатого мозга содержат нервные клетки 3 типов: клетки веретенообразной формы, клетки овальной формы и, так называемые, клетки-ядра. Клетки веретенообразной формы, предположительно, выполняют релейную функцию.

Наши исследования показали, что в первой и второй зоне воздействия 1М раствора глутаминовой кислоты у нейронов зачастую отсутствовало или было пикнотизировано ядро, ядрышко не определялось, в цитоплазме отсутствовала видимая дифференцировка структурных компонентов клетки. Во многих нервных клетках отмечались равномерная гомогенизация базофильного вещества цитоплазмы и гиперхроматоз. По мнению М.В.Угловой (1978) такие клетки относятся к клеткам-теням. Подобные клетки появляются при повреждении нервной ткани и они функционально не активны. Воздействие 1М раствора глутаминовой кислоты на первую и вторую зоны ростральных вентромедуллярных отделов в течении 10 минут вызывает необратимые деструктивные изменения нервных клеток в глубину до 700 мкм и более от вентральной поверхности продолговатого мозга. Средняя скорость диффузии глутаминовой кислоты в глубь продолговатого мозга составила 58Д±18,3 мкм\мин.

Проведенные морфологические исследования показали, что реакции центральной инспираторной активности при аппликации 1 М раствора глутаминовой кислоты возникают вследствие локальной деструк-

1/2

ции нейронов первой и второй зоны ростральных отделов вентральной поверхности продолговатого мозга.

РЕАКЦИИ ДЫХАТЕЛЬНОГО ЦЕНТРА НА ГИПЕРКАПНИЮ И ГИПОКСИЮ ПРИ ДВУХСТОРОННЕМ ВЫКЛЮЧЕНИИ СУБРЕТРОФАЦИАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ

Двухсторонняя аппликация 1М раствора глутаминовой кислоты на субретрофациальную область вентральной поверхности продолговатого мозга вызывает аналогичные односторонней аппликации изменения центральной инспираторной активности: урежение частоты генерации дыхательного ритма, увеличение длительности инспираторной фазы и амплитуды огибающей разряда диафрагмального нерва. Так воздействие глутаминовой кислоты на нейронные структуры субретрофациальной области в течении 10 минут следующим образом влияло на параметры активности диафрагмального нерва: общее зремя дыхательного цикла превышало фон на 82,2+21,3%, длительность инспираторной фазы - на 42,2±9,0%, время плато активности диафрагмального нерва - на 61,0±22,4%, длительность экспираторной фазы - на 117,8±44,8%. В этот период амплитуда огибающей разряда диафрагмального нерва также была выше фоновых значений (р<0,05). Далее в среднем через 10-15 минут воздействия происходила стабилизация ритма и паттерна дыхательной активности.

Гиперкапнический (7% С02 в 02) и гипоксический ( 10% 02 в Ы2) стимулы проводили в течении 1 минуты до и после 10 минутной аппликации глутаминовой кислоты на субретрофациальную область. Время аппликации составляло 10 минут, так как по нашим гистологическим исследованиям это достаточно для выключения поверхностных структур вентральной поверхности продолговатого мозга. Ответные реакции диафрагмального нерва на гиперкапнический стимул до и после

разрушения нейронных образований субретрофациальной области приведены в таблице 1.

Таблица 1

Реакция диафрагмального нерва на Тс02-тест до и после выключения субретрофациальной области (М±ш)

Показатели Фон Тс02-тест 10 минут аппликации 1"С02-тест

Тт (с) 1,58±0,28 1,1310,15* . 3,2710,38* 1 2,0610,63*

Т, (с) 0,45±0,05 0,3210,08* 10,6610,04* 0,4310,14*

-«К (с) 1 0,27±0,03 0,1510,05* 0,3210,04* 0,2510,06

+<^аакс (с) 0Д8±0,02 0Д7±0,03 0,3110,03* 0,1810,07*

ТР1 (с) 0,20±0,03 0,20+0,03 0,2510,04* 0,23±0,09

ТЕ (с) 0,9210,24 0,6010,15* 2,3310,37* 1,3810,51*

АДНнач (отн.ед.) 1,12±0Д8 1,7210,46* 1,40±0Д0 1,4010,10

АДНмакс (отн.ед.) 3,45±0,68 5,3311,39* 4,60±0,70 4,7010,70

ААНмаКср1 (отн.ед.) 1,8710,41 2,97±0,83 2,50±0,30 2,5010,20

Примечания: Тт - общее время дыхательного цикла (с); Т] - время инспираторной фазы; +сК - время нарастания центральной инспираторной активности до ее максимального значеьия; +<31мако - время плато активности диафрагмального нерва; Тр]-?ремя постанспираторной фазы; Те - время экспираторной фазы; АДН,Ш, - амплитуда начала разряда активности диафрагмального нерва; АДНмакс - амплитуда плато; АДНманч,1 - амплитуда постинспираторного разряда; * - р < 0,05.

Выявлено, что при выключении субретрофациальной области амплитуда инспираторного, постинспираторного разряда и время нарастания амплитуды разряда диафрагмального нерва до ее максимального . значения достоверно не изменялись в ответ на Тс02-тест. Прирост амплитуды начала разряда диафрагмального нерва на гиперкапнический

стимул после разрушения нейронных образований субретрофациальноК области был на 30,7±11,9%, амплитуды плато - на 30,2±9Д%, амплитуды постинспираторного разряда - на 31,8±6,9% меньше по сравнению с приростом аналогичных амплитудных параметров у интактных животных . Длительность инспираторной фазы, время плато активности диафраг-мального нерва, а также длительность экспираторной фазы однонаправ-ленно реагировали на гиперкапнический стимул уменьшением своих значений как до, так и после выключения субретрофациальной области (р<0,05).

После выключения субретрофациальной области гипоксический стимул вызывает изменения параметров центральной инспираторной активности, которые сходны с их динамикой в период гиперкапнш:. Так, прирост амплитуды начала разряда диафрагмального нерва на поксический стимул после разрушения нейронных структур субретрофациальной области был меньше по сравнению с приростом данного параметра у интактных животных на 30,6±10,6%, а амплитуды плато и постинспираторного разряда - соответственно на 27,3±9,1% и 29,8±7,5/о (р<0,05). Длительность инспираторной фазы, время плато активности диафрагмального нерва, длительность постинспираторной фазы, длительность экспираторной фазы закономерно уменьшались во время ги-поксического стимула также, как и до выключения субретрофациальной области.

Данные исследования показали, что в условиях разрушения нейронных структур субретрофациальной области 1М раствором глутами-новой кислоты гипоксический и гиперкапнический стимулы не изменяют амплитудные характеристики центральной инспираторной актир ности. Временные параметры активности диафрагмального нерва: общее время дыхательного цикла, длительность инспираторной фазы, время плато активности диафрагмального нерва, длительность постинспирг.

торной фазы изменяются одинаково в ответ на гипоксический и гипер-капнический стимулы как до, так и после выключения субретрофаци-альной области. Можно сделать вывод, что нейронные образования суб-ретрофацйальной области формируют прежде всего амплитудные параметры центральной инспираторной и в меньшей степени влияют на частоту генерации дыхательного ритма во время реакций дыхательного центра на гипоксию и гиперкапнию.

РЕАКЦИИ ДЫХАТЕЛЬНОГО ЦЕНТРА НА ГИПЕРКАПНИЮ И ГИПОКСИЮ ПРИ ДВУХСТОРОННЕМ ВЫКЛЮЧЕНИИ КАУДАЛЬНЫХ ЗОН РОСТРАЛЬНЫХ ВЕНТРОМЕДУЛАЯРНЫХ ОТДЕЛОВ

Двухсторонняя аппликация 1М раствора глутаминовой кислоты на •саудальную (вторую) зону ростральной части вентральной поверхности продолговатого мозга, также как и односторонняя аппликация, вызывает постепенное угнетение всех параметров центральной инспираторной активности. Так, через 10 минут аппликации длительность инспираторной фазы уменьшалась на 39,7±11,5% по сравнению с фоном, а время нарастания центральной инспираторной активности до ее максимального значения и время плато активности диафрагмального нерва соответственно на 36,3±.13,5% и на 44,3±10,0%. Длительность постинспираторной и экспираторной фаз также уменьшалась соответственно на 73,8±29,5% и 139,7±64,4%. Амплитудные параметры центральной инспираторной активности прогрессивно снижались в течении аппликации и к 10 минуте амплитуда начала разряда диафрагмального нерва уменьшалась на 45,2±10,8%, амплитуда плато разряда диафрагмального нерва - на 39,8±6,5%, амплитуда постинспираторного разряда - на 40,3±8,2% по сравнению с фоном. Во всех случаях (р<0,05). Далее, примерно на 15 -20 минуте у большинства экспериментальных животных (70%) отмечалась остановка дыхания. В 30% йаблюдений двухстороннее выключение

нейронных структур второй зоны вызывало частичное угнетение дыхательной активности.

Воздействие гиперкапнией проводили по вышеописанной методике в течении 1 Минуты до и после 10 минут аппликации 1М раствора глу-таминовой кислоты на вторую зону. Ответные реакции диафрагмально-го нерва на гиперкапнический стимул до и после разрушения каудаль-ной (второй) зоны ростральных вентролатеральных отделов продолговатого мозга представлены в таблице 2.

Выявлено, что после выключения второй зоны увеличение длительности инспираторной фазы и времени нарастания центральной ин-спираторной активности до ее максимального значения на гиперкапнию было больше соответственно на 25,0±5,4% и 46,4±7,7% по сравнению с увеличением данных параметров у интактных животных во время ги-перкапнического стимула. Длительность плато разряда диафрагмальногс нерва и постинспираторной фазы достоверно не изменялась как до, так и после выключения каудальной (второй) зоны ростральных отделоь вентральной поверхности продолговатого мозга. Общее время дыхательного цикла и длительность экспираторной фазы однонаправленно реагировали на гиперкапнический стимул уменьшением, а амплитуда ин-спираторного и постинспираторного разряда - увеличением своих значений как до, так и после разрушения нейронных структур второй зоны.

В условиях гипоксии на фоне блокады нейронных образований второй зоны значения основных параметров центральной инспираторной активности увеличиваются по амплитуде и частоте примерно также,, как до выключения указанных образований. Причем реакция отдельных параметров центральной инспираторной активности на гипоксию в условиях двухстороннего выключения была выше, чем в исходном состоянии. Так, прирост длительности инспираторной фазы был на 23,0±5,5% больше прироста данного параметра во время гипоксии в фо-

новом состоянии, а времени нарастания центральной инспираторной активности до ее максимального значения - на 40,6±4,6% (р<0,05).

Таблица 2

Реакция диафрагмального нерва на гиперкапнический стимул до и после выключения каудальной (второй) зоны ростральных вентролатеральных отделов продолговатого мозга (М±ш)

Параметры Фон Тс02-тест 10 минут аппликации 1" С02-тест

Тт (с) 1,57±0,34 1Д9±0Д8* 3,32±0,96* 2,60±0,85*

Т,(с) 0,47±0,04 0,35±0,03* 0,31±0,06* 0,34±0,13

+<11 (с) 0,28±0,02 0Д7±0,02* 0Д9±0,04* 0,20±0,06

+<Км«с (С) 0,18±0,02 0Д8±0,02 0Д1±0,02* 0,14±0,08

■ Тр, (с) 0Д8±0,02 0Д8±0,02 ОДНО,02* 0,13±0,04

ТЕ (с) 0,91±0,31 0,65±0,14* 2,70±0,68* 2,08±0,61*

АДНнач (отн.ед:) 1,00±0Д0 1,60+0,10* 0,7310,20* 1,00±0,20*

•АДНмакс 3,50±0,5 5,20±0,50* 2,50±0,30* 3,60±0,80*

(отн.ед.)

АДНмакср1 2,00±0,20 2,90±0,30* 1,30±0,20* 1,90±0,40*

(отц.ед.)

Примечание: обозначения те же, что в таблице 1; * - рК0,05.

Таким образом, исследования показали, что в ростральных отделах вентральной поверхности продолговатого мозга непосредственно ка-удальнее субретрофациальной области расположены ритмогенерирую-щие нейронные образования дыхательного центра, локальное разрушение Которых вызывает необратимое угнетение инспираторной актив-

ности дыхательного центра. В период прогрессивного угнетения генерации ритма и паттерна центральной инспираторной активности сохраняется реакция дыхательного центра на гиперкапнический и гипоксиче-ский стимулы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в ростральных отделах вентральной поверхности продолговатого мозга идентифицированы нейронные образования, которые принимают непосредственное участие в генерации ритма и паттерна центральной инспираторной активности, а также в регуляции активности дыхательного центра на гипоксический и гиперкапнический стимулы. В субпиальных отделах вентральной поверхности продолговатого мозга в непосредственной близости от ретрофациального ядра выявлена группа нейронов, локальное выключение которых влияет как на частотно-амплитудные параметры центральной инспираторной активности, так и на ее реакции во время гипоксического и гиперкапнического воздействия. Дыхательный центр в этих условиях сохраняет способность увеличивать частоту генерации центральной инспираторной активности без достоверных изменений амплитуды интегративного моторного разряда в эфферентном звене дыхательной системы (диафрагмальный нерв). В работах 5(:.1оЬп с соавторами (1989), ЫаШе (1991) также было показано снижение чувствительности дыхательного центра к гиперкапнии при разрушении ростральных вентролатеральных структур продолговатого мозга. По мнению ЫаШе с соавторами (1993) нейронные структуры с подобными свойствами расположены в области, так называемого, позади трапециевидного ядра.

Проведенный нами гистологический анализ ростральных отделов вентральной поверхности продолговатого мозга показал, что снижение чувствительности дыхательного центра к гиперкапнии наступает при разрушении 1М раствором глутаминовой кислоты ограниченной зоны,

расположенной вентральнее ретрофациального ядра. Эта зона обозначена нами как субретрофацшальная область. Субретрофациальная область состоит из нейронов веретенообразной формы, нейронов овальной формы и клеток-ядер (Никитин, 1992). Нейроны веретенообразной формы выполняют, предположительно, релейную функцию.

Пока не изучены афферентные влияния или возможные связи нейронов субретрофациальной области, в том числе с дорсальной и вентральной группой дыхательных нейронов. В работе Пятина (1989) было показано, что при электрическом раздражении ростральных отделов вентральной поверхности продолговатого мозга вызванные потенциалы были зарегистрированы у ретикулярных нейронов вблизи дорсальной и вентральной дыхательных групп.

В нашем исследовании показано, что каудально к субретрофациальной области прилегают нейронные образования, которые также участвуют в формировании центральной инспираторной активности. Локальное выключение этой зоны (вторая зона ростральной области вентральной поверхности продолговатого мозга) в подавляющем количестве наблюдений тормозило генерацию центральной инспираторной активности. По нашему мнению местоположение нейронных структур второй зоны совпадает по топографии с участками вентральной поверхности продолговатого мозга, локальное охлаждение которых угнетает дыхание и электрическую активность дыхательных нейронов (Песков, Пятин, 1976; Schlaefke, 1979; Cherniack, 1988; Bruce, 1991).

Современная гипотеза генерации дыхательного ритма исходит из того, что у взрослых животных в дыхательном центре имеются нейроны ритма (ранние инспираторные нейроны и постинспираторные нейроны), а также нейроны генерирующие паттерн дыхания (Richter, 1986). Генерация ритма и паттерна дыхательными нейронами осуществляется под влиянием многочисленных синаптических воздействий со стороны меха-норецехггоров дыхательного аппарата, сосудистых рефлексогенных зон, а

также от различных структур центральной нервной системы. Однако согласно работам последних лет непосредственно в продолговатом мозге расположены нейронные образования, которые вносят основной вклад в ритмогенез дыхательного центра. К таким структурам можно отнести нейронные образования ростральных отделов вентральной поверхности продолговатого мозга (Smith, 1991).

Проведенные нами исследования и анализ литературы свидетельствует о том, что зона, охлаждение которой блокирует дыхательный ритмогенез относится к важнейшему компоненту дыхательной системы, генерирующей ритм. Также в ростральных отделах вентральной поверхности продолговатого мозга находятся нейронные структуры, влияющие на центральные механизмы интеграции хемочувствительных сигналов, адресованных к нейронам дыхательного центра.

ВЫВОДЫ

1. Между ретрофациальным ядром и вентральной поверхностью продолговатого мозга с координатами: 3,5 - 4,5 мм ростральнее середины корешков подъязычного нерва и 2,5 - 3,5 мм латеральнее средней линии мозга расположены нейронные структуры, названные нами суб-ретрофациальной областью, которые участвуют в регуляции ритма и паттерна центральной инспираторной активности.

2. Выключение нейронных структур субретрофациальной области вызывает урежение частоты генерации дыхательного ритма и одновременно увеличивает амплитудные и временные параметры паттерна центральной инспираторной активности.

3. Характерные изменения генерации ритма и паттерна центральной инспираторной активности дыхательного центра возникают в том случае, если локальная аппликация 1 М раствора глутаминовой кислоты вызывает деструктивные изменения нервных клеток ростральных отделов вентральной поверхности продолговатого мозга.

4. Выключение нейронных образований субретрофациальной области устраняет амплитудную регуляцию центральной инспираторной активности дыхательного центра в условиях гиперкапнии и гипоксии. В этих условиях дыхательный центр способен регулировать частоту генерации центральной инспираторной активности.

5. В ростральных отделах вентральной поверхности продолговатого мозга, непосредственно каудальнее субретрофациальной области, расположены ритмогенерирующие нейронные образования дыхательного центра, локальное разрушение которых вызывает необратимое угнетение генерации ритмической активности нейронов дыхательного центра.

5. Ритмогенерирующие нейронные образования ростральной области вентральной поверхности продолговатого мозга не участвуют в регуляции реакций дыхательного центра на афферентные раздражения гуморальной природы. В период прогрессивного угнетения генерации ритма и паттерна центральной инспираторной активности сохраняется реакция дыхательного центра на гиперкапнический и гипоксический стимулы.

7. Гетерогенные нейронные структуры ростральных вентромедул-лярных отделов являются необходимым компонентом бульбарных механизмов генерации центральной инспираторной активности и ее регуляции в условиях гипоксии и гиперкапнии.

Список работ, опубликованных по материалам диссертации:

1. Пятин В.Ф., Татарников B.C., Никитин О .Д., Улькин C.B. Ростральные вентромедуллярные отделы: дыхательный ритмогенез и центральная хемочувствительность дыхания // Успехи физиол. наук. - 1993. -125, № 4. - С.ЗЗ.

2. Пятин В.Ф., Никитин ОЛ., Татарников B.C. Properties and mechanism of central chemosensitivity of respiration // XXXII Congr. IUPS. -Glasgow. - 1993.- 282.16.

3. Пятин В.Ф., Татарников B.C., Никитин ОЛ., Сергеева М.С. Нарушение генерации ритма и паттерна дыхания при выключении суб-ретрофациальной области // I Российский конгресс по патофизиологии. -Москва. - 1996. (в печати).

4. Пятин В.Ф., Сергеева М.С., Никитин ОЛ., Татарников B.C. Буль-барные механизмы регуляции дыхательного ритмогенеза // Симпозиум "Интеграция механизмов регуляции висцеральных функций". - Краснодар. - 1996. (в печати).

5. Пятин В.Ф., Никитин OA., Татарников B.C. Изменение активности диафрагмального нерва при раздражении ростральных отделов вентральной поверхности продолговатого мозга // Бюллетень эксп. биол. и медицины. - 1996. (в печати).

6. Пятин В.Ф., Татарников B.C., Никитин ОЛ. Влияние выключения субретрофациальной области на центральную инспираторную активность дыхательного центра и чувствительность дыхания к гиперкап-нии // Бюллетень эксп. биол. и медицины. - 1996. (в печати).

/. .-л I

'Ьг