Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 11
1.1. Функциональная организация центрального регулятора дыхания 11
1.1.1. Автогенератор дыхательного ритма 11
1.1.2. Хеморецепторный контур регуляции 14
1.1.3. Механорецепторный контур регуляции 15
1.2. Активация шунта ГАМК как следствие гипоксического метаболизма мозга 16
1.3. Нейромедиаторная организация центрального регулятора дыхания 18
1.3.1. Значение глутаматергической системы в регуляции дыхания 19
1.3.2. Значение ГОМКергической системы в регуляции дыхания 25
1.3.3. Значение ГАМКергической системы в регуляции дыхания 28
Глава 2. Методика исследований 35
Результаты собственных исследований 41
Глава 3. Влияние глутамата на дыхание и системную гемодинам ику
3.1. Влияние блокатора NMDA-рецепторов МК-801 на дыхание и гемодинамику 41
3.2. Функциональное состояние хеморецепторного контура регуляции 45
3.3. Функциональное состояние механорецепторного контура регуляции 54
3.4. Участие NMDA-рецепторов в возникновении гаспинга 57
3.5. Совместное воздействие ГОМКергической и глутаматергической систем на дыхание и гемодинамику 60
Глава 4. Влияние фенибута на дыхание и системную гемодинамику
4.1. Влияние ГАМК-агониста фенибута на дыхание и гемодинамику 65
4.2. Функциональное состояние хеморецепторного контура регуляции 69
4.3. Функциональное состояние механорецепторного контура регуляции 75
4.4. Участие ГАМКергической системы в осуществлении рефлекса Бецольда-Яриша 78
Глава 5. Влияние оксибутирата на дыхание и системную гемодинамику
5.1. Влияние ГОМК-агониста оксибутирата на дыхание и гемодинамику 89
5.2. Функциональное состояние хеморецепторного контура регуляции 93
5.3. Функциональное состояние механорецепторного контура регуляции 101
5.4. Роль опиоидергической системы в опосредовании реакций дыхательной системы на введение оксибутирата 105
5.5. Участие ГОМКергическои системы в осуществлении рефлекса Бецольда-Яриша 113
Обсуждение результатов 123
Выводы 136
Литература 138
- Автогенератор дыхательного ритма
- Влияние блокатора NMDA-рецепторов МК-801 на дыхание и гемодинамику
- Влияние ГАМК-агониста фенибута на дыхание и гемодинамику
- Влияние ГОМК-агониста оксибутирата на дыхание и гемодинамику
Введение к работе
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 ҐОМК 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 неирогуморальных 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-оксймасляной (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 нейромедиаторнои 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 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.
Автогенератор дыхательного ритма
Автогенератор - это генераторное звено дыхательного центра, основной функциональной особенностью которого в автономном режиме является способность формировать ритмический колебательный сигнал при некотором постоянстве внешних воздействий на его входы (Сафонов В.А., Лебедева М.А., 2003; Сафонов В.А., 2004). В большинстве работ последнего времени обсуждаются две основные гипотезы происхождения дыхательного ритмогенеза пейсмекерная и осцилляторная.
Основанием гипотезы о водителях ритма является существование спонтанной периодической активности в ганглиях у некоторых беспозвоночных (Selverston A.I., 1980). Подтверждением данного предположения служат результаты опытов in vitro на препарате ствола мозга новорожденных крысят, в котором были обнаружены спонтанно активные нейроны, генерирующие дыхательный ритм (Onimaru Н. et al., 1990, 1997). Однако в мозге у взрослых млекопитающих наличие таких нейронов до сих пор не доказано.
Вместе с тем наличие в продолговатом мозге значительного количества дыхательных нейронов с идентифицированными возбуждающими и тормозными связями делает теорию нервных сетей более обоснованной. В любом случае дыхательные нейроны продолговатого мозга не могут не играть очень важную роль в формировании дыхательного ритма. Достижения последних лет позволили получить подробные сведения о свойствах дыхательных нейронов, связях между ними, о значении отдельных их групп. Тем не менее, имеющиеся данные не позволяют однозначно ответить на основной вопрос - о происхождении дыхательной периодики.
Наиболее важным в обеих гипотезах является то, что синаптические взаимосвязи между различными по характеру активности группами нейронов продолговатого мозга, определяющими среди которых принято считать тормозные, играют ведущую роль в генерации ритма, а также то, что активность инспираторных мышц во время дыхания у млекопитающих имеет характерную нарастающую форму.
На сегодняшний день существует несколько моделей генератора дыхательного ритма. Согласно некоторым современным представлениям генератор дыхательного ритма представлен всего лишь двумя типами дыхательных нейронов: ранними инспираторными и постинспираторными, которые связаны между собой различными типами вставочных нейронов (Richter D.W. et al., 1987). Другие исследователи полагают, что генераторами дыхательного ритма могут быть только постинспираторные нейроны (Onimaru Н. et al., 1990, 1997). Согласно гипотезе S.L. Feldman (1981), в основе механизмов генерации ритма и формирования паттерна дыхательных движений лежат синаптическое торможение и пейсмекерные свойства дыхательных нейронов. Как было сказано выше, синаптическое торможение является фундаментальным компонентом большинства моделей генератора дыхательного ритма. Предложена модель автогенератора дыхательного ритма взрослой особи, представляющая собой совокупность связанных ритмообразующих нейронных ассоциаций, среди которых типичной является система из четырех нейронов, объединенных между собой возвратными тормозными связями и интерпретируемых как ранние и поздние инспираторные и экспираторные дыхательные нейроны (Сафонов В.А. и др., 1980; Сергиевский М.В. и др., 1993; Сафонов В.А. и др., 2000; Сафонов В.А., Лебедева М.А., 2003; Сафонов В.А., 2004). Согласно данной точке зрения, нейрон каждой ритмообразующей группы, возбуждаясь, оказывает тормозное воздействие на два предыдущих в цикле нейрона. В то же время освобождается от торможения нейрон последующей группы, в нем начинается процесс деполяризации мембраны до критической величины, при котором он самовозбуждается и тормозит активность предыдущих групп нейронов.
В общем многочисленные опыты (с обездвиживанием животных, перерезками ствола мозга, разрушением различных отделов мозга, изоляцией ритмогенных структур и регистрацией импульсной активности дыхательных нейронов) свидетельствуют о том, что автогенератор дыхательного ритма, обусловливающий возвратно-поступательные движения вентиляторного аппарата, расположен билатерально в ретикулярной формации продолговатого мозга (Сафонов В.А. и др., 1980; Сафонов В.А., Лебедева М.А., 2003).
Еще во второй половине XIX в. появилась гипотеза о том, что основными факторами регуляции дыхания являются парциальные давления углекислого газа и кислорода в альвеолярном воздухе и, следовательно, в артериальной крови. Действительно, уже первые исследования показали, что прибавление углекислого газа к вдыхаемому воздуху приводит к усилению вентиляции легких. Аналогичные результаты были получены при дыхании смесью газов с пониженным парциальным давлением кислорода (Гейманс К., Кордье Д., 1940).
Дальнейшее развитие гуморальной теории регуляции дыхания (теории управления по отклонению) связано с именем Дж.С. Холдейна. Его работы получили широкое признание, и его вывод о том, что повышение парциального давления углекислого газа в артериальной крови приводит к большому увеличению минутного объема дыхания (Холдейн Дж.С, Пристли Дж.Г., 1935), остается справедливым до настоящего времени. Дж.С. Холдейн пришел к заключению, что основным фактором регуляции дыхания является не недостаток кислорода, а избыток углекислого газа в артериальной крови.
На основании этих исследований создалось представление о том, что всякое усиление вентиляции легких происходит вследствие повышения парциального давления углекислого газа в артериальной крови. Однако с помощью этого фактора нельзя было объяснить увеличение вентиляции легких при работе, так как в этих условиях достаточно значимых отклонений парциального давления углекислого газа в артериальной крови не наблюдалось. В дальнейшем была разработана теория регуляции дыхания по возмущению. Она заключается в том, что при работе тем сигналом, который поступает в дыхательный центр и вызывает увеличение вентиляции легких, является не отклонение в газовом составе крови, а информация о происходящем в организме возмущении (мышечной работе), способном привести к изменению газового состава крови. Такой сигнал о возмущении поступает в дыхательный центр, вызывает увеличение минутного объема дыхания, которое предупреждает сдвиги в газовом составе крови. Следовательно, регуляция, как по отклонению, так и.по возмущению, направлена на достижение одного и того же результата -поддержание постоянства газового состава крови организма в изменяющихся условиях среды.
Влияние блокатора NMDA-рецепторов МК-801 на дыхание и гемодинамику
Кроме самой ГАМК на ГАМКА-рецепторы действует еще ряд веществ, мощным избирательным активатором (агонистом) этих рецепторов является структурный аналог ГАМК мусцимол, а блокатором (антагонистом) - бикукуллин (Andrews P.R., Johnston G.A.R., 1979).
ГАМКв-рецепторы, подобно ГАМКА-рецепторам, располагаются на пре- и постсинаптических мембранах и также выполняют тормозную функцию. Кроме ГАМК этот тип рецепторов активируют некоторые вещества, наиболее избирательными из которых является баклофен и в меньшей степени - фенибут (Раевский К.С., Георгиев В.П., 1986). Баклофен гиперполяризует мембрану нейронов, и угнетает спонтанно активные клетки (Li Y.W., Guyenet P.G.,1995). ГАМКв-рецепторы сопряжены с кальциевыми и калиевыми каналами (Tillakaratne N.J.К. et al., 1995). Отмечено, что эти кальциевые каналы являются потенциал - зависимыми. Имеются сведения, что оксибутират, будучи одним из метаболитов ГАМК, способен взаимодействовать с ГАМКв-рецепторами (Maitre M.V, et al., 1990; Banerjee P.К., Snead О.С, 1995). Блокаторами ГАМКв рецепторов являются факлофен, окси-саклофен и др.
ГАМКв-рецепторы отличаются выраженной гетерогенностью функциональных и фармакологических свойств (Guyon A., LeResche N., 1995; Kerr D.I.В., Ong J.,1995). Они сопряжены с различными компонентами кальциевых токов, активируемых высоким потенциалом (Guyon А., LeResche N.. 1995).
Очень важно отметить, что на начальных этапах индивидуального развития, включая первое время после рождения, ГАМК является возбуждающим нейропередатчиком (выполняет функции глутамата), что может быть обусловлено трофическим действием этого медиатора в процессе развития (Leinekugel X. et al., 1995; Zhang W. et al., 2002). Содержание ГАМК за счет метаболического сдвига существенно увеличивается при гипоксии, что доказано в экспериментах в условиях in vivo и in vitro. Массированный выброс ГАМК энергетически истощенными клетками из очага гипоксии приводит к угнетению активности соседних нервных клеток и тем самым к сохранению запасов в них макроэргических соединений, что повышает их выжимаемость в условиях гипоксии на клеточном (тканевом) уровне. Это означает, что ГАМК обладает нейропротекторным действием. Однако, нельзя исключить отрицательное воздействие ГАМК на нервные структуры при ее избытке.
Как ГАМКА-, так и ГАМКв-рецепторы были обнаружены в центральных и периферических органах, участвующих в регуляции дыхательной системы. Согласно одной из современных гипотез, дыхательный центр продолговатого мозга млекопитающих, осуществляющий автоматическую регуляцию дыхания, включает в себя 3 важных функциональных элемента: автогенератор дыхательного ритма, хемо- и механорецепторный контуры регуляции (Сафонов В.А. и др., 1980; Сафонов В.А. и др., 2000; Сафонов В.А., 2004). Получены факты об участии ГАМКергической системы в каждой из этих составляющих дыхательной системы.
Активация ГАМК-рецепторов путем введения фенибута вызывала у кошек нарушение деятельности генератора дыхательного ритма. В этих условиях формировалось периодическое апнейстическое дыхание с продолжительными задержками на вдохе (Тараканов И.А., Сафонов В.А., 1995, 2003). Микровведение ГАМК в оба ядра одиночного пути или только ее апликации на дно IV желудочка воспроизводили такое же по характеру и даже более выраженное по продолжительности инспираторных задержек апнейстическое периодическое дыхание (Тараканов И.А., Сафонов В.А., 2003).
У крыс автогенератор дыхательного ритма оказался значительно более устойчивым к действию агонистов ГАМКергической системы, чем у кошек. Системное введение фенибута и баклофена, в дозах в 2-3 раза превышающих таковые у кошек, не вызывало у крыс нарушений
JJ
дыхательного ритма (Тараканов И.А., Сафонов В.А., 2003). Однако, микровведение ГАМК в ядра одиночного пути вызывали у них, так же, как и у кошек, формирование апнейстического дыхания (Tabata М. et а!., 2001; Wasserman A.M. et al., 2002; Zhang W. et al.,2002; Тараканов И.А., Сафонов B.A., 2003). Многие исследователи (Tabata М. et ah, 2001; Wasserman A.M. et al., 2002; Zhang W. et al.,2002) отмечают, что ГАМК в функционировани ядра одиночного пути играет важную и основополагающую роль.
В нашей лаборатории получены убедительные данные о том, что активация рецепторов ГАМКергической системы у кошек препятствует передаче к нейронам дыхательного центра импульсации от механорецепторов легких, приходящей в мозг по блуждающим нервам, осуществляя эффект "центральной ваготомии" (Крыжановский Г.Н. и др., 1993; Тараканов И.А., Сафонов В.А., 1998; Тараканов И.А. и др., 1999). Эти же авторы отмечают, что стимуляция соответствующих рецепторов в аналогичных условиях только у одной трети крыс приводит к снижению чувствительности к афферентации от механорецепторов легких и дыхательных путей. Главную роль в этом эффекте играют ГАМКВ-рецепторы нейронов ядер одиночного пути (Тараканов И.А. и др., 1999).
Было обнаружено, что после системного введения фенибута у кошек происходило постепенное снижение или полная потеря чувствительности дыхательной системы к основному метаболическому регулятору -углекислому газу (Тараканов И.А., 1997). Чувствительность же дыхательной системы кошек к недостатку кислорода в этих условиях сохранялась (Тараканов И.А., Сафонов В.А., 2003). Аналогичные результаты были получены на кроликах (Yelmen N.K., 2004).
У крыс при системном введении фенибута или баклофена значительных изменений хемочувствительности ни к углекислому газу, ни к кислороду ранее обнаружить не удалось (Тихомирова Л.Н., 2000).
Приведенные данные показывают, что ГАМК принимает активное участие в функционировании центрального регулятора дыхания в норме и при патологии. Анализ случаев нарушения регуляции дыхания центрального происхождения свидетельствует о том, что наиболее обычными условиями развития патологического дыхания являются ишемия и разнообразные формы гипоксии, которые существенно нарушают метаболизм нервной ткани и вызывают сдвиги в содержании медиаторов и модуляторов мозга. Одним из самых выраженных факторов в этих условиях является значительное увеличение содержания медиатора тормозной системы - ГАМК. В свою очередь ГАМКергическая система входит практически во все элементы центрального автоматического (метаболического) регулятора дыхания и, как доказано экспериментально, ГАМК оказывает выраженное влияние на деятельность нейронов дыхательного центра.
Влияние ГАМК-агониста фенибута на дыхание и гемодинамику
В контрольных условиях учащение дыхания в течение 3-14 с (8,3+1,5 с) появлялось в 73% случаев, после чего у всех животных наступала задержка дыхания продолжительностью 3-19 с (4,8±1,1 с). После возобновления дыхательных движений в 20% опытов зарегистрирована повторная задержка дыхания длительностью 5-7 с. К 30-й секунде отмечали снижение МОД почти в 1,5 раза (р 0,002). Однако уже к концу 1-й минуты исходный объем вентиляции легких восстанавливался и далее практически не изменялся (табл. 12). Снижение МОД происходило за счет уменьшения ЧД - к концу 30-й секунды она снизилась почти на 45% (р 0,001). Значения ЧД восстанавливались через 1 мин после введения препарата, а глубина дыхательных движений практически не изменялась.
В контрольных условиях изменения среднего АД в ответ на введение серотонина носили 3-фазный характер (рис. 16): кратковременное снижение (1-я фаза), сменяемое кратковременным повышением (2-я фаза) и последующее повторное снижение (3-я фаза). Именно 3-я фаза отмечена как элемент триады рефлекса Бецольда-Яриша. Следует отметить, что первые две фазы, в отличие от третьей, кратковременны и незначительны по своим изменениям. Максимальное уменьшение среднего АД почти на 45% зарегистрировали через 1 мин после введения серотонина, но через 5 мин значения АД обычно восстанавливались (табл. 12). Как и в других экспериментах этого раздела исследований, путем введения фенибута осуществляли активирование ГАМК-рецепторов. Для того, чтобы препарат успел проникнуть через ГЭБ и подействовать на рецепторы мозга, ожидали 60-90 мин, продолжая регистрацию состояния систем дыхания и кровообращения. По изменению ЧД в ответ на введение фенибута животные были разделены на две группы.
К первой группе (п=11) отнесены животные, у которых не было отмечено существенных изменений ЧД после введения фенибута, (табл. 13). Вторую группу (п=4) составили животные, у которых происходили значительные изменения ЧД в ответ на введение фенибута, а именно, ЧД существенно снижалась (в 2 раза, р 0,002).
В обеих группах через 30-40 мин после введения фенибута увеличивалась продолжительности вдоха. Однако вдох в этих условиях становился менее эффективным, ибо вместе с удлинением инспирации не происходило увеличения времени поступления воздуха в легкие. Нарушений самого дыхательного ритма фенибутом в этих опытах не отмечено.
Данные результаты отличаются от полученных нами ранее. По-нашему мнению, различие в реакции дыхательной системы на введение фенибута можно объяснить тем, что животные этих серий экспериментов были рождены в разное время года. Изменения показателей внешнего дыхания у крыс 2-й группы согласуются с результатами, описанными в этой главе ранее.
При введении серотонина на фоне действия фенибута у животных 1-й группы в 55% случаев наблюдали фазу учащения дыхания в течение 2-18 с (5,4±2,1 с). За ней только в 27% опытов наступала задержка дыхания, продолжительность которой проявляла выраженную тенденцию к уменьшению и составляла 3-10 с (2,0±1,1 с). Повторных задержек в этих условиях не наблюдали. Отмечена слабая тенденция к увеличению вентиляции легких через 30 с после введения серотонина. При этом значения ЧД практически не изменялись, а глубина дыхания через 30 с после воздействия серотонина проявляла тенденцию к увеличению на 30% (табл. 14). Максимальное уменьшение среднего АД на 20% наблюдали в течение 2-й и 3-й минут действия серотонина, после чего значения параметра восстанавливались.
У животных 2-й группы после введения серотонина на фоне фенибута во всех опытах наблюдали учащение дыхания в течение 10-16 с (13,0±1,7 с) и полное отсутствие 2-й фазы, то есть задержки дыхательных движений (рис. 16). Отмечена выраженная тенденция к увеличению МОД и ЧД в течение 30 с на 35% (табл. 14), но ДО в этих условиях практически не изменялся. Через 30 с после введения серотонина происходило увеличение среднего АД почти на 60% (табл. 14).
Затем всем животным была произведена двусторонняя ваготомия для разрыва афферентного звена рефлекса Бецольда-Яриша. Ваготомия у животных 1-й группы вызывала обычные изменения в деятельности дыхательной системы - первоначальное значительное уменьшение ЧД (в 2 раза), которое компенсировалось одновременным углублением дыхательных движений, так что общая вентиляция легких фактически не изменялась. Перерезка блуждающих нервов у животных 2-й группы не приводила к существенным изменениям параметров внешнего дыхания. Динамика показателей дыхания у ваготомированных крыс 2-й группы согласуется с результатами, описанными в этой главе ранее.
Введение серотонина на фоне действия фенибута у ваготомированных животных 1-й группы в 27% случаев вызывало учащение дыхания, по продолжительности в 4 раза меньше (р 0,01) по сравнению с контролем и составляло 2-11 с (1,9±1,3 с). Задержка дыхания возникала всего лишь в 9% опытов с длительностью не более 2 с (0,3±0,3 с, что значительно меньше, чем в контрольных условиях (р 0,001) и на фоне действия только фенибута). Повторные задержки в этих условиях отсутствовали. Значения параметров вентиляции легких практически не менялись (табл. 15). В этих условиях в 50% опытов отсутствовало первоначальное снижение среднего АД.
Влияние ГОМК-агониста оксибутирата на дыхание и гемодинамику
Сердечно-сосудистая система после введения оксибутирата при гипоксии сохраняла однофазную реакцию (рис. 21), значения среднего АД и ЧСС в этих условиях практически не изменялись (табл. 18).
Таким образом, при действии ГОМК-положительного вещества реакция на гипоксию сохраняется, то есть дыхательная система адекватно реагирует на снижение содержания кислорода во вдыхаемом воздухе. После введения оксибутирата при ингаляции животного гипоксической газовой смесью происходит перестройка системы центральной регуляции дыхания (механизм увеличения вентиляции меняется с объемного на частотный).
В наших опытах животные различались по чувствительности и устойчивости к недостатку кислорода. Это соответствует появившемуся в последнее время представлению физиологов о высоко- и низкоустойчивых животных к гипоксии в одной популяции. Такая классификация основана, главным образом, на показателях гемодинамики и функционального состояния ЦНС.
Проблема повышения устойчивости организма к гипоксической гипоксии остается актуальной до настоящего времени. Одним из средств для достижения этой цели является использование антигипоксических препаратов, смещающих метаболизм организма в сторону альтернативных путей извлечения энергии, примером которых является оксибутират. Отмечено его положительное влияние на состояние тканевого метаболизма в гипоксических условиях, однако практически ничего не было известно о влиянии этого вещества на функциональное состояние дыхательной системы.
Оказалось, что у животных, первой группы, у которых во время теста среднее АД в большом круге кровообращения падало до 30 мм рт.ст. и ниже, происходило снижение величины МОД почти до исходных величин. У животных же второй группы, которые могли поддерживать среднее системное АД не ниже 50 мм рт.ст., величина МОД сохранялась на уровне, превышающем исходный в 1,5-2 раза. После введения оксибутирата перевод животного на дыхание гипоксической газовой смесью больше не сопровождался выраженным снижением АД, и этот показатель в некоторых опытах даже несколько увеличивался. Поддержание стабильно нормального уровня АД способствовало проявлению дыхательных реакций (увеличению ДО и ЧД) в большей степени, чем это было в контрольных условиях. Значит, оксибутират устранял индивидуальные различия у крыс в реакциях на гипоксическую гипоксию, и все животные становились высокоустойчивыми. При обсуждении антигипоксических свойств оксибутирата принципиально важно подчеркнуть, что повышение устойчивости организма к гипоксии под действием оксибутирата происходит не только за счет благоприятных в этих условиях изменений метаболизма, но также за счет деятельности системы кровообращения и активного включения системы дыхания, которые совместно поддерживают благоприятный кислородный режим организма в гипоксических условиях.
Полученные данные свидетельствуют, что при активации ГОМК-рецепторов происходит перестройка в хеморецепторном контуре регуляции дыхательного центра, а именно, от управления по избытку углекислого газа система переходит к управлению по недостатку кислорода. Следовательно, ГОМКергическая система активно участвует в деятельности хеморецепторного контура регуляции дыхания, определяя, главным образом, реакцию вентиляции легких на изменение содержания углекислого газа.
Нами показано, что оксибутират, активируя ГОМК-рецепторы, способен воздействовать на генератор дыхательного ритма и хеморецепторныи контур регуляции дыхания. Не менее важное значение имеет вопрос о поведении в этих условиях механорецепторного контура регуляции дыхания.
Механорецепторный контур регуляции осуществляет, главным образом, "точную амплитудную настройку" дыхательных движений формирующихся от цикла к циклу и, таким образом, обеспечивает экономичность легочной вентиляции.
В нашу задачу входила оценка значения ГОМКергической системы в передаче афферентной импульсации от механорецепторов дыхательных путей и легких к центральному регулятору дыхания. Для решения задачи в качестве тестового средства использовали двустороннюю ваготомию, изменение реакции дыхательной системы на которую служило показателем участия ГОМК-рецепторов в передаче механорецепторной импульсации.
Ваготомию производили через 30 мин после введения оксибутирата, когда у большинства животных успевало развиться 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 них вслед за ваготомией, произведенной после активации ГОМК-рецепторов, и развившегося периодического дыхания следовали очень редкие (11-13 цикл, /мин) дыхательные движения, характеризующиеся высокой регулярностью (рис. 22). Подобный тип дыхательных движений, возникающих у кошек после введения ГАМК-положительных веществ, был ранее назван машинообразным дыханием (Тараканов И.А., Сафонов В.А., 1998). Поскольку у кошек дыхательные движения дополнительно характеризуются также одинаковой глубиной, то по этой причине у крыс 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 (табл. 19). Среднее АД в этих условиях практически не изменялось (табл. 19).
