Автореферат и диссертация по медицине (14.00.16) на тему:Значение нейромедиаторов шунта ГАМК в центральной регуляции дыхания

На правах рукописи

ТАРАСОВА НАДЕЖДА НИКОЛАЕВНА

ЗНАЧЕНИЕ НЕЙРОМЕДИАТОРОВ ШУНТА ГАМК В ЦЕНТРАЛЬНОЙ РЕГУЛЯЦИИ ДЫХАНИЯ

14.00.16 - патологическая физиология 03.00.13 - физиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 2005

Работа выполнена в лаборатории патофизиологии дыхания Государственного учреждения Научно-исследовательского института общей патологии и патофизиологии Российской академии медицинских наук

Научные руководители -

доктор биологических наук, профессор В.А. Сафонов

доктор биологических наук И.А.Тараканов Официальные оппоненты -

доктор биологических наук, профессор В.Б. Кошелев

доктор медицинских наук, профессор Р. У. Островская

Ведущее учреждение - Московская медицинская академия им. И М. Сеченова

З^-а диссертации состоится «ЛЛ » —, 2005 г.

в « ^У» часов на заседании Диссертационного совета Д001. 003. 01 при ГУ Научно-исследовательском институте общей патологии и патофизиологии РАМН (125315, Москва, Балтийская ул., 8).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института.

Автореферат разослан « М» 2005 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета

кандидат медицинских наук Л.Н. Скуратовская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Существует большая группа разнообразных заболеваний, которые при достижении критического уровня могут приводить к возникновению так называемых патологических типов дыхания, особенно часто проявляющихся во сне и при развитии коматозного состояния. К таким болезням относят диабет, расстройства системного и мозгового кровообращения, а также гипоксическую гипоксию, отравление цианидами, глубокий наркоз, менингит и энцефалит, которые к тому же нарушают кровоснабжение мозга. Поскольку патогенез указанных заболеваний весьма разнообразен, а патологических типов дыхания к настоящему времени известно около десяти, то анализ взаимосвязей мевду ними и механизмами развития нарушений регуляции центрального происхождения весьма затруднен. Согласно классическим представлениям предполагается тесная зависимость между локализацией очага повреждения в мозге и типом патологического процесса, с одной стороны, и характером формирующегося патологического дыхания - с другой. Однако ни в клинических наблюдениях, ни в экспериментальных исследованиях такой взаимосвязи обнаружить не удалось. Более того, сейчас накоплены данные, противоречащие наличию подобной взаимосвязи (Тараканов И.А., Сафонов В.А., 2003). В настоящее время патофизиология дыхательной системы не имеет не только общей теории возникновения патологических типов дыхания центрального генеза, но даже не может удовлетворительно^ ^^ объяснить механизмы их формирования, не смотря на успехи об! физиологии дыхания.

Однако существует другой подход к решению этой пробж разработанный в нашей лаборатории в форме нейрогуморап >#и концепции нарушений центральной регуляции дыхания (Тараканов И А. Сафонов В.А., 2003). Она основана на базовых представлениях о структуре центрального регулятора дыхания и нейрогуморальных взаимодействиях разных нейронных группировок в деятельности автогенератора, хемо- и механорегуляторов в дыхательном центре. Суть этой концепции заключается в том, что в условиях патологии нарушается химический состав внеклеточной жидкости, окружающей дыхательные нейроны ствола мозга.

Такое изменение состава ликвора может быть связано с нарушениями метаболизма всего организма, а также с метаболическими нарушениями при развитии патологических процессов в отдельных зонах мозга. Основным неспецифическим фактором многих патологических процессов является гипоксия, которая изменяет метаболизм нервной ткани. Известно, что при гипоксии мозга в нервной ткани активируются процессы образования эндогенных опиоидов (Armstead W.H., 1995) и аденозина-продукта распада макроэргических соединений (Lust W.D. et at., 1975), а также реакции шунта ГАМК (Roberts Е., Frankel S., 1950; Wang X. et al., 2001), ведущие к накоплению в ликворе глутамата, ГАМК и ГОМК. Эти вещества химически вполне устойчивы и переносятся с током ликвора по системе желудочков мозга, омывая поверхностно расположенные ядра ствола мозга. Важно отметить, что ликвор от всего головного мозга стекается в IV желудочек к месту расположения дыхательного центра.

Весьма важная роль в патогенезе нарушений деятельности мозга в гипоксических условиях принадлежит реакциям шунта ГАМК. Эти реакции позволяют обойти заблокированные звенья цикла Кребса (на уровне а-кетоглутарата), эндогенно образующаяся ГАМК метаболизируется в янтарную кислоту, что позволяет активировать поток электронов к цитохромоксидазе через митохондриальный ферментный комплекс II (Лукьянова Л.Д., 2002). Однако, в этом случае происходит увеличение содержания веществ, входящих в шунт ГАМК (так у больных с черепномозговыми травмами содержание ГАМК в ликворе может увеличиваться в 300 раз) (Palmer A.M. et al., 1994). К настоящему времени механизмы и значение шунта ГАМК подробно изучены, однако не определена роль веществ этого шунта, обладающих нейромедиаторными, нейромодуляторными и нейрогормональными свойствами, в деятельности центрального регулятора дыхания.

Таким образом, актуальность настоящего исследования определяется, во-первых, высокой степенью вероятности участия глутамата, ГАМК и ГОМК в механизмах формирования патологических типов дыхания центрального происхождения и, во-вторых, важной ролью указанных медиаторов в регуляции функций центральной нервной системы

и, тем самым, в раскрытии нейромедиаторной организации дыхательного центра.

Цель и задачи исследования. Основной целью данного исследования является определение роли нейромедиаторов шунта ГАМК в функционировании трех важнейших составляющих дыхательного центра -автогенератора дыхательного ритма, хемо- и механорегуляторов при введении агонистов и блокаторов изучаемых медиаторных систем и оценка возможностей участия этих медиаторных систем в формировании патологических типов дыхания центрального генеза.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить участие глутаматных ЫМОА-, ГАМК- и ГОМК-рецепторов в функционировании автогенератора дыхательного ритма до и после введения соответственно МК-801, фенибута и оксибутирата.

2. Исследовать значимость указанных медиаторных систем в функционировании хеморецепторного контура регуляции дыхательной системы, определяющего ее реакции на избыток углекислого газа и недостаток кислорода.

3. Выяснить роль глутамат-, ГАМК- и ГОМКергической систем в осуществлении рефлексов, возникающих с механорецепторов легких и дыхательных путей.

Научная новизна исследования. Впервые проведено комплексное изучение влияния всех нейромедиаторов шунта ГАМК на центральную регуляцию дыхания и на формирование патологических типов дыхания.

Впервые показано, что фенибут, воздействуя на ГАМК-рецепторы, вызывает у крыс глубокие нарушения регуляции дыхания.

Установлено, что блокада глутаматергических ЫМОА-рецепторов препаратом МК-801 снижает чувствительность дыхательной системы и устойчивость организма к гипоксии.

Получены убедительные подтверждения того, что автогенератор дыхательного ритма способен функционировать в условиях значительного ослабления влияний с хемо- и механорецепторов дыхательной системы.

Теоретическая и практическая значимость. Результаты проведенного исследования способствуют дальнейшему развитию разработанной в нашей

лаборатории концепции нейрогуморальной регуляции дыхания. Сведения о роли нейромедиаторов и нейромодуляторов шунта ГАМК, полученные в настоящем исследовании, важны для понимания механизмов возникновения патологических типов дыхания в условиях ишемии и гипоксии мозга. Данные результаты после дополнительных исследований могут быть использованы в клинике для своевременного распознавания и эффективной коррекции нарушений дыхательного ритма центрального генеза, возникающих у больных при ишемии и гипоксии мозга различной этиологии

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Блокада у крыс глутаматергических NMDA-рецепторов препаратом МК-801 приводит к нарушениям дыхательного ритма и снижению чувствительности дыхательной системы и устойчивости организма к гипоксической гипоксии.

2. Активация ГАМК-рецепторов фенибутом вызывает у крыс глубокие нарушения регуляции дыхания, включающие изменения работы генератора дыхательного ритма.

3. При стимуляции ГАМК-рецепторов происходит значительное угнетение (до полного исчезновения) чувствительности дыхательной системы к углекислому газу.

4. Инъекция животным оксибутирата приводит к возникновению периодического дыхания с задержками на выдохе.

Апробация работы. Результаты проведенных исследований были доложены и обсуждены на III Всероссийской конференции «Гипоксия. Механизмы, адаптация, коррекция» (Москва, 2002), на 13-м Национальном конгрессе по болезням органов дыхания (Санкт-Петербург, 2003), на III Конференции молодых ученых России с международным участием «Фундаментальные науки и прогресс клинической медицины» (Москва, 2004), на IX Всероссийской Школе-Семинаре с международным участием «Экспериментальная и клиническая физиология дыхания» (Санкт-Петербург, 2004), на III Российском конгрессе по патофизиологии (Москва, 2004) и на IV Всероссийской конференции «Гипоксия. Механизмы, адаптация, коррекция» (Москва, 2005).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа выполнена по обычному плану и состоит из введения, обзора литературы, описания методов исследования, 3 глав результатов собственных исследований, обсуждения результатов и выводов, содержит 26 таблиц и 28 рисунков. Список литературы включает 130 источников, из которых 38 опубликовано в отечественных и 92 в зарубежных изданиях.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Диссертационное исследование выполнено на 290 наркотизированных пентобарбиталом натрия (40-50 мг/кг, внутрибрюшинно) беспородных белых крысах-самцах массой 280-550 г. Температуру тела измеряли ректально с помощью специального датчика хирургического монитора МХ-01 (Россия) сразу после введения наркоза и поддерживали ее на том же уровне в ходе опыта.

Введенную трахеальную канюлю присоединяли к датчику для определения параметров внешнего дыхания. Основные показатели дыхания - пневмотахограмму (ПТГ), минутный объем дыхания (МОД, легочную вентиляцию) и частоту дыхания (ЧД) регистрировали с помощью блока для измерения параметров дыхания монитора МХ-01 в условиях ATPS (ambient temperature and pressure, saturated). Дыхательный объем (ДО) вычисляли по формуле: МОД/ЧД.

Газовые смеси. В качестве функциональных нагрузок применяли дыхание гипоксической (10+1% кислорода в азоте) и гиперкапнической (5±1% углекислого газа в воздухе) газовыми смесями. Газовые смеси составляли из воздуха, а также чистых азота и углекислого газа.

Электромиография. Электрическую активность диафрагмы (ЭМГд) отводили с помощью биполярных крючковидных электродов от правой реберной части диафрагмапьной мышцы. Мышечную активность усиливали на 4-канальном элекгромиографе М-42 ("Medikor", Венгрия).

Параметры системной гемодинамики. Системное артериальное давление (АД) и частоту сердечных сокращений (ЧСС) регистрировали посредством катетера, введенного в бедренную артерию и присоединенного к датчику высокого давления МХ-01.

Внутрипишеводное давление. Для регистрации внутрипищеводного давления (отражающего плевральное давление) в пищевод вводили катетер (с эластичным баллончиком на конце, заполненным водой), который присоединяли к датчику низкого давления.

Ваготомию производили на уровне середины шеи с обеих сторон.

Обработка результатов. Параметры дыхания и системной гемодинамики, а также ЭМГд регистрировали на отечественном чернильном самописце "Н3031-6". Результаты обрабатывали статистически и выражали как среднее арифметическое ± ошибка среднего (М±т). Достоверность различия оценивали с помощью t-критерия Стьюдента, достоверным считали отличие при р<0,05.

Препараты и их введение. Для исследования глутаматергических механизмов в формировании нарушений дыхания применяли неконкурентный антагонист NMDA-рецепторов препарат (+)-МК-801 (Dizociipine, "Sigma") в виде свежеприготовленного 0,01% раствора в дозе 3 мг/кг внутривенно (Morin-Surun М.Р. et al., 1995). Для исследования ГАМКергических механизмов в формировании патологического дыхательного ритма внутрибрюшинно вводили синтетический аналог ГАМК фенибут, действующий на ГАМКд- и на ГАМКв-рецепторы, в виде свежеприготовленного 9% раствора в дозе 400 мг/кг. Поскольку крысы более устойчивы к воздействиям, нарушающим дыхательный ритмогенез, то выбранная нами доза фенибута, также как и доза оксибутирата лития (см ниже) пропорционально превышали (примерно в 4 раза) дозы этих препаратов, эффективно вызывавших нарушение дыхания у кошек (Тараканов И.А., Сафонов В.А., 1998). ГОМКергические механизмы исследовали с помощью системного введения свежеприготовленного 40% раствора оксибутирата лития в дозе 750 мг/кг (Hedner J.A. et al., 1980). Для активации серотонинергической системы и рефлекса Бецольда-Яриша использовали внутривенное введение свежеприготовленного раствора оксалатной соли серотонина, которое начинали с минимальной дозы 20 мкг/кг и при необходимости постепенно увеличивали до 60 мкг/кг (Александрии В.В. и др., 2005).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

ВЛИЯНИЕ ГЛУТАМАТА НА ДЫХАНИЕ И СИСТЕМНУЮ ГЕМОДИНАМИКУ

1. Влияние блокатора ММРА-рецепторов МК-801 на дыхание и гемодинамику

Блокирование ЫМОА-рецепторов не приводило к существенным изменениям параметров внешнего дыхания. Сначала - в первые 5 мин после введения МК-801 - наблюдали уменьшение вентиляции легких примерно в 1,5 раза, затем оно сменялось восстановлением МОД почти до исходных величин.

Однако у 30% животных через 20-30 мин после системного введения МК-801 нарушался характер дыхания: во-первых, формировалось апнейстическое дыхание, и во-вторых, возникали сдвоенные дыхательные движения, которые через 20-30 мин постепенно начинали соединяться, образуя длительные вдохи.

В первые 10 мин после введения МК-801 наблюдалось снижение среднего АД в большом круге, но эти отклонения были незначительными. Нарушения паттерна дыхания происходили позднее во время нормализации уровня артериального давления.

Таким образом, хотя блокирование глутаматергических ЫМОА-рецепторов препаратом МК-801 не приводит к значительным изменениям объема легочной вентиляции, однако в этих условиях могут возникать нарушения дыхательного ритма. Глутаматергические ММОА-рецепторы принимают непосредственное участие в функционировании автогенератора дыхательного ритма.

2. Функциональное состояние хеморецепторного контура регуляции

Ответная реакция дыхательной системы на гипоксию, как и ожидалось, отличалась вариабельностью. Обычно эта реакция имела двухфазный характер. Первую фазу - максимальное увеличение вентиляции, которую наблюдали в начале после подачи гипоксической смеси и до развития вторичного угнетения дыхания, мы рассматриваем как показатель чувствительности дыхательной системы к недостатку кислорода, а вторую фазу - состояние стабилизации параметров дыхания четыре минуты спустя, которая развивалась уже на фоне существенно сниженного

АД - как устойчивость организма в гипоксических условиях. Такая двухфазная реакция дыхательной системы на гипоксию наблюдалась как до, так и после введения препарата МК-801.

В контрольных условиях вентиляция легких при переводе животного на дыхание гипоксической газовой смесью быстро увеличивалась и достигала максимальных значений примерно в конце 1-й минуты, увеличиваясь в среднем в 1,5-2 раза (табл. 1). К началу 4-й минуты дыхания гипоксической газовой смесью МОД уменьшался, но несколько превышал исходные значения. Нарастание МОД у контрольных животных при вдыхании гипоксической газовой смеси происходило за счет увеличения глубины дыхания, а ЧД обычно почти не изменялась.

Гипоксическую пробу повторяли через 30 мин после блокирования ЫМОА-рецепторов. Ответная реакция дыхательной системы на гипоксию после введения МК-801 была значительно слабее, чем в контрольных условиях (табл. 1): МОД во время 1-й фазы увеличивался примерно в 1,5 раза, а в течение 2-й фазы снижался до исходных значений. Во время 1-й фазы гипоксии после введения МК-801 ЧД увеличивалась на 20%, а в течение 2-й - в этих же условиях снижалась почти до исходных значений; ДО в 1-ю фазу дыхательной реакции увеличивался только на 16%.

Таблица 1

Параметры вентиляции легких и кровообращения в большом круге у наркотизированных крыс во время ингаляции гипоксической газовой смеси до и после введения МК-801 (п=10)__

Параметр Контроль После введения МК-801

фон 1-я мин 4-я мин фон 1-я мин 4-я мин

МОД, мл/мин 23,6±1,5 41,3±3,6 р<0,001 29,3+2,7 р<0,05 21,0±1,7 30,4±3,5 р<0,05 21,0+3,2

ЧД, мин'1 57,8±3,9 59,2±3,5 54,9±2,9 49,3±3,6 59,7±3,6 54,0±3,0

до, мл 0,41±0,03 0,70+0,05 р<0,001 0,54±0,05 р<0,05 0,42+0,04 0,49±0,05 0,39±0,06

АД, мм рт.ст. 117±4 77±6 р<0,001 55±7 р<0,001 97±9 48±6 р<0,001 33+3 р<0,001

Среднее АД при гипоксии после применения препарата МК-801 снижалось в большей степени по сравнению с контрольными условиями (табл. 1).

Таким образом, блокирование ММОА-рецепторов уменьшает чувствительность дыхательной системы и устойчивость организма к гипоксии.

Опыты с использованием гиперкапнической газовой смеси показали, что чувствительность дыхательной системы к углекислому газу после блокады ЫМЭА-рецепторов не изменяется.

3. Функциональное состояние механореиепторного контура регуляции

В контрольной серии экспериментов у наркотизированных крыс производили ваготомию без каких-либо дополнительных воздействий. Пересечение блуждающих нервов приводило к первоначальному значительному (в 1,5 раза) уменьшению ЧД, которое сопровождалось одновременным углублением дыхательных движений, так что вентиляция легких фактически не изменялась. На таком уровне дыхание поддерживалось в течение примерно 30 мин, затем происходило восстановление прежней частоты дыхательных движений.

У подопытных животных перерезку блуждающих нервов производили через 30-45 мин после блокады ЫМРА-рецепторов препаратом МК-801. Ваготомия, проведенная после блокады ШОА-рецепторов, не приводила к существенным изменениям параметров внешнего дыхания и как в контроле мало отражалась на деятельности сердечно-сосудистой системы. Значит, у крыс после блокады глутаматергических ММОА-рецепторов отсутствует реакция дыхательной системы на ваготомию. Можно предположить, что после введения МК-801 происходит центральное блокирование афферентной импульсации, поступающей к нейронам ядра одиночного пути по блуждающим нервам, то есть возникает так называемый эффект «центральной ваготомии».

Таким образом, ЫМОА-рецепторы активно участвуют в передаче информации от механорецепторов легких и дыхательных путей к нейронам дыхательного центра.

ВЛИЯНИЕ ФЕНИБУТА НА ДЫХАНИЕ И СИСТЕМНУЮ ГЕМОДИНАМИКУ 1. Влияние ГАМК-агониста Фенибута на дыхание и гемодинамику

Через 20-30 мин после введения препарата происходило удлинение продолжительности вдоха. Однако вдох в этих условиях становился менее

эффективным, потому что наряду с удлинением инспирации не увеличивался объем воздуха, поступающего в легкие. Обычно фенибут не вызывал нарушений дыхательного ритма и лишь в 10% опытов возникало периодическое дыхание с задержками на вдохе, подобное отмеченному ранее у кошек (Тараканов И.А., Сафонов В.А., 1995).

Сразу после введения фенибута в течение 1 мин выраженно увеличивалась вентиляция легких на 30% (р<0,001), в дальнейшем постепенно уменьшались значения МОД и к 30-й минуте объем вентиляции понижался почти на 30% (р<0,01). У всех животных через 30 мин фенибут вызывал существенное уменьшение ЧД (в 2 раза, р<0,01) Глубина дыхания в этих условиях увеличивалась, и к 30-й минуте значения ДО возрастали в 1,5 раза (р<0,05).

Под действием препарата среднее АД в первые 5 мин снижалось, затем несколько увеличивалось, но к 30-й минуте вновь понижалось, и значения становились уже близкими к исходным. Через 15 мин после введения фенибута увеличивалась ЧСС.

Таким образом, фенибут вызывает глубокие нарушения регуляции дыхания и оказывает заметное влияние на работу генератора дыхательного ритма.

2 Функциональное состояние хеморецепторного контура регуляции

В ответ на гиперкапнию как до, так и после введения фенибута наблюдалась однофазная реакция дыхания. Значения параметров внешнего дыхания определяли через 4 мин после подачи гиперкапнической газовой смеси, когда вентиляция легких стабилизировалась.

В контрольных условиях МОД увеличивался очень быстро, возрастая в среднем в 2-2,5 раза (табл. 2). Увеличение вентиляции легких происходило за счет углубления дыхательных движений. Частота дыхания в контрольных условиях практически не изменялась.

Через 30 мин после введения фенибута проводили повторное тестирование чувствительности дыхательной системы к гиперкапнии. При переключении животных на дыхание гиперкапнической газовой смесью у одних животных реакция вентиляции полностью

отсутствовала, у других - была сильно снижена по сравнению с исходной. После введения препарата наблюдалась выраженная тенденция к увеличению МОД (в 1,5 раза). Как и в контрольных условиях, это достигалось за счет углубления дыхательных движений. Однако, в контрольных условиях ДО увеличивался в 2,5 раза, а на фоне действия фенибута - только в 1,5 раза (табл. 3). Значения ЧД не изменялись.

Таблица 2

Параметры вентиляции легких и кровообращения в большом круге у наркотизированных крыс во время ингаляции гиперкапнической газовой

смеси до и после введения фенибута 'п=10)

Параметр Кот- роль После введения фенибута

фон 4-я мин фон 4-я мин

МОД, мл/мин 20,9±1,5 46,8±5,2 р<0,001 12,8±1,0 18,1 ±3,4

чд-, мин 65,5±2,6 63,1±3,6 21,1 ±2,2 21,2±3,7

ДО, мл 0,32±0,02 0,78±0,12 р<0,001 0,65±0,06 0,91 ±0,08 р<0,05

ЧСС, мин"1 415±8 411±10 443±15 413±11

АД, мм рт.ст. 129±5 136±2 96±7 114±9

Гипоксическое тестирование не выявило изменений чувствительности дыхательной системы к недостатку кислорода.

Таким образом, активация ГАМКергической системы фенибутом понижает или полностью выключает чувствительность дыхательной системы к гиперкапническому стимулу и существенно не влияет на чувствительность к кислороду.

3. Функциональное состояние механореиепторного контура регуляции

У подопытных крыс ваготомию производили через 30-45 мин после введения фенибута, когда у большинства животных значительно замедлялась частота дыхательного ритма. При этом ваготомия не приводила к существенным изменениям исследуемых параметров внешнего дыхания (табл. 3). Наиболее важным, по-нашему мнению, являлось отсутствие каких-либо заметных изменений частоты дыхания, равно как и показателей системной гемодинамики (табл. 3).

Таблица 3

Параметры вентиляции легких и кровообращения в большом круге после

Параметр Время, мин

фон 1 3 5 10 15 30

МОД, мл/мин 13,5±1,3 13,7±1,4 14,3±2,2 13,2±1,0 12,7±2,0 11,8±1,5 11,0±1,8

чд. мин'1 22,1 ±2,1 19,2±2,0 18,8±1,7 19,4±0,5 20,1 ±1,8 19,2±1,9 20,1±2,3

ДО, мл 0,76±0,06 0,78±0,0б 0,81 ±0,06 0,78±0,06 0,75±0,07 0,71 ±0,08 0,63±0,07

ЧСС, мин"1 455±14 478±11 485±7 480±5 483±5 473±11 467±29

АД, мм рт.ст. 91 ±9 98±6 100±6 92±10 89±15 100±20 103±39

Следовательно, у крыс во время стимуляции рецепторов ГАМКергической системы отсутствует реакция дыхательной системы на ваготомию. Вероятно, активация ГАМКергической системы фенибутом блокирует передачу афферентной информации от механорецепторов легких к нейронам дыхательного центра, и возникает эффект «центральной ваготомии».

ВЛИЯНИЕ ОКСИБУТИРАТА НА ДЫХАНИЕ И СИСТЕМНУЮ ГЕМОДИНАМИКУ 1 Влияние ГОМК-агониста оксибутирата на дыхание и гемодинамику

У всех животных введение оксибутирата вызывало быстрое (в течение 1 мин) и существенное (в 2 раза, р<0,001) снижение частоты дыхания, которое компенсировалось значительным (в 2-2,5 раза) увеличением дыхательного объема, так что вентиляция легких фактически не изменялась.

В 70% случаев после введения оксибутирата развивалось нарушение дыхательного ритма в виде чередования групп дыхательных движений и задержек дыхания в фазе пассивного выдоха. В остальных опытах наблюдалось существенное урежение дыхания без изменения дыхательного ритма. У крыс наиболее часто дыхательные движения между соседними задержками дыхания группировались по 2, реже - по 3 в кластере, причем число дыхательных движений между остановками дыхания не являлось строго постоянным для каждого животного и в ходе опыта могло изменяться. Такой тип дыхания развивался через 1-30 мин

после введения оксибутирата и сохранялся довольно продолжительное время (1-1,5 ч).

Максимальное уменьшение среднего АД обычно наблюдалось через 10 мин после введения препарата, и оно было в 1,5 раза ниже исходного (р<0,001). Сниженное среднее АД сохранялось в течение длительного времени (30 мин), оставаясь в пределах нормальных значений.

Таким образом, под действием оксибутирата вследствие глубоких нарушений центральной регуляции дыхания существенно изменяются параметры дыхания, а системная гемодинамика в этих условиях изменяется в меньшей степени.

2. Функциональное состояние хеморецепторного контура регуляции

В контрольных условиях к концу 4-й минуты после дыхания гиперкапнической смесью наблюдали увеличение вентиляции легких почти в 2 раза (табл. 4). Нарастание МОД происходило за счет двукратного увеличения глубины дыхательных движений.

Таблица 4

Параметры вентиляции легких и кровообращения в большом круге у наркотизированных крыс во время ингаляции гиперкапнической газовой смеси до и после введения оксибутирата (п=9)_

Параметр Конт] роль После введения оксибутирата

фон 4-я мин фон 4-я мин

мод, мл/мин 22,1±1,2 43,1±3,9 р<0,001 18,3±1,3 17,7±2,5

чд, мин"1 72,1 ±3,0 65,2±4,1 32,9±4,8 20,0±3,1 р<0,05

ДО, мл 0,31 ±0,02 0,68±0,06 р<0,001 0,64±0,07 0,92±0,08 р<0,02

ЧСС, мин'1 442±13 417±14 378±13 402±20

АД, мм рт.ст. 137±4 131 ±6 124±7 88±11 р<0,02

Гиперкапническую пробу повторяли через 30-45 мин после введения оксибутирата. Дыхательная система сохраняла однофазную реакцию в ответ на гиперкапнию после активации ГОМК-рецепторов. На фоне действия оксибутирата четко выражено практически полное отсутствие усиления вентиляции легких, что видно по не изменному МОД В течение

гиперкапнии ЧД уменьшилась в 1,5 раза (р<0,05), а ДО увеличился на 45% (р<0,02), то есть существенно меньше, чем в контрольных условиях.

После введения оксибутирата наблюдалось отчетливое снижение среднего АД почти в 1,5 раза (р<0,02) во время ингаляции животного гиперкапнической газовой смеси; ЧСС в этих условиях практически не изменялась (табл. 4).

Гипоксическое тестирование не выявило изменений чувствительности дыхательной системы к недостатку кислорода.

Таким образом, введение оксибутирата резко уменьшает, а у некоторых животных полностью устраняет чувствительность дыхательной системы к основному фактору метаболической регуляции гиперкапническому стимулу.

3. Функциональное состояние механореиепторного контура регуляции

Ваготомию производили через 30 мин после введения оксибутирата, когда у большинства животных развивалось характерное периодическое дыхание. По изменению ритма дыхательных движений после введения оксибутирата и своеобразию ответа на последующую двустороннюю ваготомию животные были разделены на две группы.

Первую группу составили 10 крыс: у которых вслед за ваготомией, произведенной после активации ГОМК-рецепторов, и развившегося периодического дыхания с высокой регулярностью, но изменчивой глубиной, следовали очень редкие (11-13 цикл./мин) дыхательные движения. Подобный тип дыхательных движений, возникающих у кошек после введения ГАМК-положительных веществ, ранее был назван машинообразным дыханием (Тараканов И.А., Сафонов В.А., 1998). Поскольку у крыс в отличие от кошек дыхательные движения дополнительно не сохраняли одинаковую глубину, то по этой причине у них данную форму внешнего дыхания назвали псевдомашинообразной (Тараканов И.А. и др., 1999). Таким образом, ваготомия у данной группы крыс способствовала переходу от периодического дыхания к псевдомашинообразному. Пересечение блуждающих нервов у животных 1-й группы после активации ГОМК-рецепторов приводило к значительному (в 1,5-2 раза) уменьшению

ЧД и МОД. Снижение вентиляции легких сопровождалось одновременным углублением дыхательных движений в среднем в 1,5 раза.

У 6 крыс второй группы после системного введения оксибутирата сразу формировалось псевдомашинообразное дыхание. Проведение на этом фоне ваготомии не приводило к заметным изменениям характера внешнего дыхания, сохранявшего свой прежний равномерный ритм.

Значит, ваготомия способствует переходу от периодического дыхания к псевдомашинообразному. У части крыс после введения оксибутирата наблюдалась потеря чувствительности к ипульсации от механорецепторов легких и дыхательных путей. Следовательно, ГОМКергическая система участвует в передаче информации от механорецепторов легких и дыхательных путей к нейронам дыхательного центра. 4. Участие ГАМК- и ГОМКергической систем в осуществлении рефлекса Бецольда-Яриша

В наших опытах при терминальных нарушениях дыхания изменялась не только деятельность дыхательной, но и других вегетативных функций организма. В частности, мы изучали значение ГАМК- и ГОМКергической систем на примере такого вегетативного рефлекса, как рефлекс Бецольда-Яриша, одним из важнейших компонентов которого является временная задержка дыхания - апноэ В качестве вещества, активирующего рефлекс Бецольда-Яриша, использовали серотонин, медиатор серотонинергической системы. Оказалось, что введение оксибутирата или фенибута устраняло или сильно сокращало длительность задержки дыхания, которая была вызвана серотонином.

Таким образом, каждый из исследованных медиаторов, входящих в состав цепи шунта ГАМК, влияет на функционирование всех элементов центрального регулятора дыхания - автогенератора дыхательного ритма, хемо- и механорегуляторов.

Отклонение в нормальной работе автогенератора дыхательного ритма имеют сходный апнейстический характер в виде удлинения продолжительности вдоха и постепенно сливающихся двойных вдохов после введения соответственно фенибута и МК-801. Возможно, подобные

изменения характера дыхания связаны с нарушением механизма выключения вдоха ("switch off"), участвующего в формировании спонтанного ритма (Euler С. von, 1977). Очевидно, этот общий элемент механизма выключения вдоха содержит глутаматные IMMDA-рецепторы, которые, с одной стороны, блокируются препаратом МК-801, а с другой -пресинаптически тормозятся через ГАМК-рецелторы.

Ожидалось, что вещества ГАМК и ГОМК, близкие по структуре и тормозные по характеру эндогенного воздействия на нейроны мозга, будут вызывать сходные изменения паттерна дыхания. Однако, если неспецифический агонист ГАМКергических рецепторов фенибут вызывал удлинение вдоха и иногда даже появление инспираторных задержек, то агонист ГОМК-рецепторов оксибутират приводил к появлению специфического периодического дыхания с задержками в фазе спокойного выдоха, то есть затруднял переход от выдоха к вдоху. Это различие можно объяснить вовлечением специфических ГОМК-рецепторов, однако по нашему мнению, важную роль в таком действии на паттерн дыхания играет участие различных ядер центрального регулятора ствола мозга. Подтверждением этому являются результаты опытов с центральными симметричными микровведениями оксибутирата в вентро-латеральную зону ядра одиночного пути у кошек (Тараканов И.А., 1997) и крыс (Тихомирова Л.Н., 2000), при которых стимуляция только этого ограниченного участка приводила к появлению периодического апнейстического дыхания.

Сходный характер влияния фенибута и оксибутирата на хемочувствительность к углекислому газу наводит на мысль об одинаковом механизме их действия Поскольку общим элементом влияния ГАМК и ГОМК в организме являются ГАМКв-рецепторы, то несомненно, именно они играют ведущую роль в наблюдаемом эффекте. Разумеется, вполне возможно пресинаптическое торможение афферентации, поступающей от центральных и периферических хеморецепторов к нейронам дыхательного центра, вследствие активации пресинаптических ГАМКв-рецепторов. Необходимо также помнить, что среди центральных хеморецепторов, расположенных на вентральной поверхности продолговатого мозга кошки, имеются чувствительные к букукуллину ГАМКд-рецепторы (Da Silva А.М.Т. et

al., 1992). В связи с этим можно предположить, что в основе реакции на углекислый газ клеток-хеморецепторов лежат мембранные каналы, через которые осуществляется трансмембранный обмен ионов хлора на ионы бикарбоната. На такую возможность указывают результаты предыдущих исследований сотрудников нашей лаборатории, в которых показано, что после введения ацетазоламида (блокатора фермента карбоангидразы, один из изоферментов которой связан именно с такими мембранными ионообменными каналами) у кошек изменяется реакция дыхания на последующее введение оксибутирата (Тараканов И.А., 1997). Известно также, что ГАМКА-рецепторы могут быть объектом регулирования (модуляции) со стороны ГАМКв-рецепторов (O'Brien J.A. et al., 2004). Оксибутират в определенных условиях может активировать и ГАМКД-рецепторы (Colombo G. et al., 1998), что еще более увеличивает сходство действия агонистов ГАМК- и ГОМКергической систем.

Физиологический механизм чувствительности к кислороду включает в цепь афферентации от каротидных тел (периферических хеморецепторов) возбуждающую синаптическую передачу, осуществляемую с помощью быстрых глутаматергических NMDA-рецепторов. Блокирование этих рецепторов препаратом МК-801 приводит к потере (уменьшению) чувствительности дыхательной системы к недостатку кислорода. Это означает, что у больных с выраженной гипоксией мозга любой этиологии опасно устранять возбуждающее влияние с кислородных хеморецепторов, стимулирующих дыхательный центр, как путем вдыхания кислорода для повышения его содержания в мозге, так и посредством блокирования NMDA-рецепторов с целью защиты нейронов мозга от глутаматной нейротоксичности.

Активация тормозных ГАМК- и ГОМКергической систем и торможение возбуждающей глутаматергической системы приводят к одному результату - понижению или даже полному исчезновению чувствительности дыхательной системы к афферентации, поступающей от механорецепторов легких и дыхательных путей Вероятно, афферентация от механорецепторов легких и дыхательных путей, также как и импульсация от рецепторов, чувствительных к кислороду, поступает к нейронам через

глутаматергические синапсы с №МОА-рецепторами. Однако в отличие от хеморецепторного контура, в механорецепторном контуре передача импульсации подвергается модулирующему влиянию ГАМК-рецепторов, большое количество которых обнаружено в нейронах ядра одиночного пути.

Следует отметить, что в условиях, сопровождающихся накоплением нейромедиаторов шунта ГАМК во внеклеточной жидкости мозга, нарушается деятельность не только дыхательной системы, но и других вегетативных функций организма, например, системы кровообращения, поскольку нами показано отчетливое изменение рефлекса Бецольда-Яриша при активации ГАМК- и ГОМКергической систем.

Итак, наши данные дают основание для общего заключения о том, что все исследованные вещества шунта ГАМК, являющиеся медиаторами глутаматергической, ГАМКергической и ГОМКергической медиаторных систем, принимают самое активное участие в функционировании дыхательной системы, модулируя активность автогенератора дыхательного ритма и работу хеморецепторного и механорецепторного контуров центрального регулятора дыхания. Основной вывод состоит в том, что в случае повышения содержания в межклеточной жидкости в зоне дыхательного центра нейромедиаторов указанных систем деятельность всех составляющих центрального регулятора дыхания непременно нарушается. Результаты данного исследования являются значительным дополнительным свидетельством в пользу существования нейрогуморальных механизмов формирования нормального и патологических типов дыхания центрального происхождения.

ВЫВОДЫ

1. Нейромедиаторы шунта ГАМК такие как глутамат, ГАМК и ГОМК принимают активное участие в центральной регуляции дыхания: в функционировании автогенератора дыхательного ритма, хемо- и механорецепторного контуров регуляции.

2. Глутаматергические ЫМРА-рецепторы участвуют в работе автогенератора дыхательного ритма: их блокада препаратом МК-801 приводит к нарушениям дыхания - периодическому дыханию или к

сдвоенным дыхательным движениям. После блокады ЫМОА-рецепторов, снижается чувствительность дыхательной системы и устойчивость организма к гипоксии, при этом не изменяются реакции дыхательной системы на гиперкапнию. Блокада ЫМОА-рецепторов существенно ослабляет также чувствительность нейронов дыхательного центра к импульсации от механорецепторов легких и дыхательных путей.

3. После активации ГАМК-рецепторов фенибутом происходит изменение характера дыхания в виде удлинения продолжительности вдоха, или возникает апнейстическое дыхание с задержками на вдохе. Это доказывает, что ГАМКергическая система участвует в работе автогенератора дыхательного ритма. При этом происходит перенастройка регуляции в хеморецепторном контуре таким образом, что дыхательная система утрачивает чувствительность к углекислому газу и единственным действующим регуляторным стимулом остается недостаток кислорода. Активация рецепторов ГАМКергической системы прерывает передачу к нейронам дыхательного центра информации от механорецепторов легких и дыхательных путей, вызывая эффект «центральной ваготомии». ГАМК-рецепторы принимают заметное участие в деятельности механорецепторного контура регуляции.

4. Введение оксибутирата, активирующего ГОМКергическую систему, вызывает нарушение дыхательного ритма в форме периодического дыхания с задержками на выдохе, то есть изменяет функционирование автогенератора дыхательного ритма. Оксибутират блокирует чувствительность дыхательной системы к углекислому газу, не изменяя ее чувствительности к кислороду. Следовательно, ГОМКергическая система играет важную роль в деятельности хеморецепторного контура регуляции дыхания. При активации ГОМК-рецепторов отмечается заметная потеря чувствительности центрального регулятора дыхания к импульсации от механорецепторов легких и дыхательных путей. ГОМКергическая система участвует в модуляции афферентной информации, приходящей по блуждающим нервам.

5. Исчезновение обусловленного серотонином апноэ под действием оксибутирата или фенибута показывает, что ГОМКергическая и

ГАМКергическая системы участвуют в регуляции вегетативных функций посредством рефлекса Бецольда-Яриша.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Тараканов И.А., Тарасова H.H., Лебедева М.А. Дыхательная реакция на гипоксию у крыс с различной чувствительностью к ней. // Гипоксия. Механизмы, адаптация, коррекция.-M., 2002.-С.121.

2. Тараканов И.А., Тарасова H.H. Дыхательная реакция на гипоксию у крыс до и после введения оксибутирата. // Автоматизированный анализ гипоксических состояний.-Нальчик-М., 2003. С.249-251.

3. Лебедева М.А., Тарасова H.H., Саноцкая Н.В., Сафонов В.А. Изменение дыхания при локальной блокаде NMDA-рецепторов в дыхательном центре продолговатого мозга. // Тринадцатый национальный конгресс по болезням органов дыхания.-С-Петербург, 2003. С.300.

4. Тарасова H.H., Сафонов В.А., Тараканов И.А., Лебедева М.А., Саноцкая Н.В. Влияние эуфиллина на периодическое дыхание, вызванное активацией ГАМКЬ-рецепторов. // Тринадцатый национальный конгресс по болезням органов дыхания.-С-Петербург, 2003. С.300.

5. Александрии В.В., Мирзоян P.C., Тарасова H.H., Тараканов И.А., Сафонов В.А. Мозговой кровоток и внешнее дыхание у крыс при рефлексе Бецольда-Яриша. // Достижения биологической функциологиии и их место в практике образования.-Самара, 2003. С.8.

6. Тарасова H.H. Изменение устойчивости организма к гипоксической гипоксии после блокады NMDA-рецепторов препаратом МК-801. II Фундаментальные науки и прогресс клинической медицины.-М., 2004.-С. 243.

7. Тараканов И.А., Дымецка А., Тарасова H.H. Влияние МК-801 на чувствительность дыхательной системы к недостатку кислорода и устойчивость организма к гипоксии. II Бюл. эксперим. биол. и мед.-2004,-Т. 138.-№10.-С.373-377.

8. Тарасова H.H., Тараканов И.А., Сафонов В.А. Влияние МК-801 на чувствительность дыхательной системы к С02 и 02. // Рос. Физиол. журн. им. И.М. Сеченова (прилож.)-2004.-Т.90.-№8.-С.521.

9. Тарасова H.H., Тараканов И.А., Дымецка А. Влияние блокатора NMDA-рецепторов МК-801 на чувствительность дыхательной системы к углекислому газу. // Третий Российский конгресс по патофизиологии.-М., 2004.-С.82.

Ю.Тараканов И.А., Тарасова H.H., Дымецка А. Влияние NMDA-рецепторов на формирование дыхательного ритма. II Третий Российский конгресс по патофизиологии.-М., 2004.-С.82.

11 .Александрии В.В., Тарасова H.H., Тараканов И.А. Влияние серотонина на дыхание, мозговой кровоток и артериальное давление у крыс. // Бюл. эксперим. биол. и мед.-2005.-Т.139.-№1.-С.72-76.

12.Тараканов И.А., Дымецка А., Тарасова H.H. Влияние блокатора NMDA-рецепторов МК-801 на чувствительность дыхательной системы к углекислому газу. // Патол. физиол. и эксперим. терапия.-2005.-№2.-С.13-15.

13.Тараканов И.А., Тарасова H.H., Тихомирова Л.Н., Сафонов В.А. Роль ГАМКергической, опиоидергической и глутаматергической систем в реакции дыхательной системы на недостаток кислорода. II Гипоксия, автоматизированный анализ гипоксических состояний здоровых и больных.-Нальчик, 2005.-Т.2.-С.71-77.

14.Сафонов В.А., Тарасова H.H., Белова Е.А. Регуляция дыхания. // Бюл. Сибирской мед. (прилож. 1)-2005.-Т.4.-С.46-47.

15.Тараканов И.А., Тихомирова Л.Н., Тарасова H.H., Сафонов В.А. Реакция дыхательной системы на введение агонистов ГАМКергических рецепторов. // Бюлп. сибирской мед. (прилож. 1)-2005.-Т.4.-С.47-48.

16.Тарасова H.H., Белова Е.А., Тараканов И.А., Сафонов В.А. Влияние фенибута на реакцию дыхательной системы у крыс при гипоксической гипоксии. // Гипоксия. Механизмы, адаптация, коррекция. М , 2005.-С.107

17.Тараканов И.А., Тарасова H.H., Белова Е.А. Влияние фенибута на задержку дыхания вызванную введением серогонина. // Научные труды I съезда физиологов СНГ.-Сочи, Дагомыс, 2005.-Т.2.-С.39.

18.Тараканов И.А., Тарасова H.H., Сафонов ВАВлияние оксибутирата и ваготомии на задержку дыхания, вызванную системным введением серотонина. // Эксперим. и клинич. фармакол.-2005.-Т.68.-№6.-С.32-34.

Сдано в печать 18 ноября 2005г. Объем печати 1 п.л. Заказ № 225/600. Тираж 100 экз. Отпечатано: ООО «Спринт-Принт» г. Москва, ул. Краснобогатырская, 92 тел.: 963-41-11,964-31-39

№24 2 09

РНБ Русский фонд

2006-4 26813

/

Проблема коррекции нарушений центральной регуляции дыхания, возникла уже очень давно. Впервые характерные нарушения дыхательного ритмогенеза описаны Чейном (Cheyne J., 1818) у больных с сердечной недостаточностью. Несмотря на столь давнее описание, до настоящего времени патофизиология не имеет не только общей теории патогенеза нарушений центральной регуляции дыхания, но патофизиологи даже не могут с удовлетворительной полнотой объяснить природу возникновения ни одного из описанных типов патологического дыхания.

Объективной причиной отсутствия существенного прогресса в изучении патогенетических механизмов патологических паттернов дыхания является отсутствие цельного представления о формировании нормального дыхательного ритма. На данный момент существует несколько концепций дыхательного ритмогенеза, каждая из которых имеет свои достоинства и недостатки. Изучение механизма ритмообразования тесно связано с исследованием организации дыхательного центра как регулятора внешнего дыхания.

Исследования центрального регулятора дыхания начались с момента открытия в XIX в. так называемого дыхательного центра, и первоначально уточнялась главным образом его локализация. Затем, после внедрения в середине XX в. в практику исследования микроэлектродной стереотаксической методики, проводили изучение разрядов различных типов так называемых дыхательных нейронов, однако, этого оказалось недостаточно для понимания механизмов дыхательного ритмогенеза. Поэтому в дальнейшем основные исследования были направлены на изучение взаимодействий между различными типами дыхательных нейронов, которые проводились с помощью морфологических, морфофизиологических и гистохимических методов. Эти опыты выявили широко распространенные перекрывающиеся связи среди различных дыхательных нейронов. Но и этого оказалось мало для формирования убедительной теории возникновения дыхательного ритма, поэтому следующим этапом исследований стало выяснение нейромедиаторной организации дыхательного центра. Проблема осложнялась тем, что в структурах дыхательного центра были обнаружены практически все известные к настоящему времени нейромедиаторы и нейромодуляторы (Mueller R.A. et al., 1982; Bianchi A.L. et al., 1995), причем некоторые из них локализуются совместно.

Взаимосвязаной с этой, и, в то же время самостоятельной, является проблема изучения изменений характера импульсного разряда, а также нейромедиаторных взаимодействий нейронов дыхательного центра в условиях патологии. При изучении содержания различных физиологически активных веществ в мозге при некоторых патологических состояниях было обнаружено, что при ишемии и гипоксии различной этиологии концентрация ГАМК и глутамата в тканевой жидкости и ликворе может резко увеличиваться (Wang X. et al., 2001; Гомазков О.А., 2004). Это является проявлением активации метаболических реакций шунта ГАМК, имеющих большое значение для энергетического обеспечения нейронов в экстремальных условиях. Поскольку ГОМК является метаболитом ГАМК, то можно полагать, что увеличение содержания. ГАМК и ГОМК в тканях происходит параллельно в одних и тех же условиях, например, таких как гипоксия (неспецифический фактор многих заболеваний) и ишемия. Изменение (повторяющееся и закономерное увеличение) содержания данных нейромедиаторов указывает на возможность участия ГАМК-, ГОМК-и глутаматергической систем в механизмах формирования центральных нарушений регуляции дыхания.

Для проверки степени участия перечисленных нейромедиаторов в возникновении ряда патологических паттернов дыхания, а также нарушений функционирования центральных механизмов регуляции дыхания и была проведена данная работа.

Актуальность настоящего исследования. Существует большая группа разнообразных заболеваний, которые при достижении критического уровня могут приводить к возникновению так называемых патологических типов дыхания, особенно часто проявляющихся во сне и при развитии коматозного состояния. К таким болезням относят диабет, расстройства системного и мозгового кровообращения, а также гипоксическую гипоксию, отравление цианидами, глубокий наркоз, менингит и энцефалит, которые к тому же нарушают кровоснабжение мозга. Поскольку патогенез указанных заболеваний весьма разнообразен, а патологических типов дыхания к настоящему времени известно около десяти, то анализ взаимосвязей между ними и механизмами развития нарушений регуляции центрального происхождения весьма затруднен. Согласно классическим представлениям предполагается тесная зависимость между локализацией очага повреждения в мозге и типом патологического процесса, с одной стороны, и характером формирующегося патологического дыхания - с другой. Однако ни в клинических наблюдениях, ни в экспериментальных исследованиях такой взаимосвязи обнаружить не удалось. Более того, сейчас накоплены данные, противоречащие наличию подобной взаимосвязи (Тараканов И.А., Сафонов В.А., 2003).

Существует другой подход к решению этой проблемы, разработанный в нашей лаборатории в форме нейрогуморальной концепции нарушений центральной регуляции дыхания (Тараканов И.А., Сафонов В.А., 2003). Она основана на базовых представлениях о структуре центрального регулятора дыхания и нейрогуморальных взаимодействиях разных нейронных группировок в деятельности автогенератора, хемо- и механорегуляторов в дыхательном центре. Суть этой концепции заключается в том, что в условиях патологии нарушается химический состав внеклеточной жидкости, окружающей дыхательные нейроны ствола мозга. Такое изменение состава ликвора может быть связано с нарушениями метаболизма всего организма, а также с метаболическими нарушениями при развитии патологических процессов в отдельных зонах мозга. Основным неспецифическим фактором многих патологических процессов является гипоксия, которая изменяет метаболизм нервной ткани. В типичных патологических условиях основное значение имеет активация реакций шунта ГАМК (или шунта Робертса) и нарастание в ликворе содержания глутамата, у-аминомасляной (ГАМК) и у-оксимасляной (ГОМК) кислот, которые, будучи нейромедиаторами и нейромодуляторами, оказывают выраженное влияние на деятельность нейронов, в том числе и дыхательных. Известно, что ГАМКергическая и ГОМКергическая системы обычно оказывают на нейроны угнетающее влияние, . а глутаматергическая - возбуждающее. Кроме того, ГАМК способна модулировать выделение глутамата из синаптических окончаний, а ГОМК обратимо образуется из ГАМК, что свидетельствует о сложных взаимодействиях метаболитов шунта ГАМК и их возможном влиянии на дыхательные нейроны.

Таким образом, актуальность настоящего исследования определяется, во-первых, высокой степенью вероятности участия глутамата, ГАМК и ГОМК в механизмах формирования патологических типов дыхания центрального происхождения и, во-вторых, важной ролью указанных медиаторов в регуляции функций центральной нервной системы и, тем самым, в раскрытии нейромедиаторной организации дыхательного центра.

Цель и задачи исследования. Основной целью данного исследования было изучение роли метаболитов шунта ГАМК в функционировании трех важнейших составляющих дыхательного центра - автогенератора дыхательного ритма, хемо- и механорегуляторов при введении агонистов и блокаторов указанных медиаторных систем и оценка возможностей участия этих медиаторных систем в формировании патологических типов дыхания центрального генеза.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить участие глутаматных NMDA-, ГАМК- и ГОМК-рецепторов в функционировании автогенератора дыхательного ритма до и после введения соответственно МК-801, фенибута и оксибутирата.

2. Исследовать значимость указанных медиаторных систем в функционировании хеморецепторного контура регуляции дыхательной системы, определяющего ее реакции на избыток углекислого газа и недостаток кислорода.

3. Выяснить роль глутамат-, ГАМК- и ГОМКергической систем в осуществлении рефлексов, возникающих с механорецепторов легких и дыхательных путей.

Научная новизна исследования. Впервые проведено комплексное изучение влияния всех нейромедиаторов шунта ГАМК на центральную регуляцию дыхания и на формирование патологических типов дыхания.

Впервые показано, что фенибут, воздействуя на ГАМК-рецепторы, вызывает у крыс глубокие нарушения регуляции дыхания.

Установлено, что блокада глутаматергических NMDA-рецепторов препаратом МК-801 снижает чувствительность дыхательной системы и устойчивость организма к гипоксии.

Получены убедительные подтверждения того, что автогенератор дыхательного ритма способен функционировать в условиях значительного ослабления влияний с хемо- и механорецепторов дыхательной системы.

Теоретическая и практическая значимость. Результаты проведенного исследования способствуют дальнейшему развитию разработанной в нашей лаборатории концепции нейрогуморальной регуляции дыхания. Сведения о роли нейромедиаторов и нейромодуляторов шунта ГАМК, полученные в настоящем исследовании, важны для понимания механизмов возникновения патологических типов дыхания в условиях ишемии и гипоксии мозга. Данные результаты после дополнительных исследований могут быть использованы в клинике для своевременного распознавания и эффективной коррекции нарушений дыхательного ритма центрального генеза, возникающих у больных при ишемии и гипоксии мозга различной этиологии.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Блокада у крыс глутаматергических NMDA-рецепторов препаратом МК-801 приводит к нарушениям дыхательного ритма и снижению чувствительности дыхательной системы и устойчивости организма к гипоксиче.ской гипоксии.

2. Активация ГАМК-рецепторов фенибутом вызывает у крыс глубокие нарушения регуляции дыхания, включающие изменения работы генератора дыхательного ритма.

3. При стимуляции ГАМК-рецепторов происходит значительное угнетение (до полного исчезновения) чувствительности дыхательной системы к углекислому газу.

4. Инъекция животным оксибутирата приводит к возникновению периодического дыхания с задержками на выдохе.

выводы

1. Нейромедиаторы шунта ГАМК такие как глутамат, ГАМК и ГОМК принимают активное участие в центральной регуляции дыхания: в функционировании автогенератора дыхательного ритма, хемо- и механорецепторного контуров регуляции.

2. Глутаматергические NMDA-рецепторы участвуют в работе автогенератора дыхательного ритма: их блокада препаратом МК-801 приводит к нарушениям дыхания - апнейстическому дыханию или к сдвоенным дыхательным движениям. После блокады NMDA-рецепторов, снижается чувствительность дыхательной системы и устойчивость организма к гипоксии, при этом не изменяются реакции дыхательной системы на гиперкапнию. Блокада NMDA-рецепторов существенно ослабляет также чувствительность нейронов дыхательного центра к импульсации от мехаиорецепторов легких и дыхательных путей. .

3. После активации ГАМК-рецепторов фенибутом происходит изменение характера дыхания в виде удлинения продолжительности вдоха, или возникает апнейстическое дыхание с задержками на вдохе. Это доказывает, что ГАМКергическая система участвует в работе автогенератора дыхательного ритма. При этом происходит перенастройка регуляции в хеморецепторном контуре таким образом, что дыхательная система утрачивает чувствительность к углекислому газу и единственным действующим регуляторным стимулом остается недостаток кислорода. Активация рецепторов ГАМКергической системы прерывает передачу к нейронам дыхательного центра информации от мехаиорецепторов легких и дыхательных путей, вызывая эффект «центральной ваготомии». ГАМК-рецепторы принимают заметное участие в деятельности механорецепторного контура регуляции.

4. Введение оксибутирата, активирующего ГОМКергическую систему, вызывает нарушение дыхательного ритма в форме периодического дыхания с задержками на выдохе, то есть изменяет функционирование автогенератора дыхательного ритма. Оксибутират блокирует чувствительность дыхательной системы к углекислому газу, не изменяя ее чувствительности к кислороду. Следовательно, ГОМКергическая система играет важную роль в деятельности хеморецепторного контура регуляции дыхания. При активации ГОМК-рецепторов отмечается заметная потеря чувствительности центрального регулятора дыхания к импульсации от механорецепторов легких и дыхательных путей. ГОМКергическая система участвует в модуляции афферентной информации, приходящей по блуждающим нервам.

5. Исчезновение обусловленного серотонином апноэ под действием оксибутирата или фенибута показывает, что ГОМКергическая и ГАМКергическая системы участвуют в регуляции вегетативных функций посредством рефлекса Бецольда-Яриша.

138