Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы 8
1.1 . Современные представления о морфо-функциональной и компартментно-кластернои организации дыхательного центра 8
1.2. Место и роль ядра солитарного тракта в механизмах регуляции дыхания 17
1.2.1. Цитоархитектоника и связи ядра солитарного тракта 17
1.2.2. Функциональная характеристика клеток дорсального респираторного нейронного комплекса 24
1.2.3. Роль ядра солитарного тракта в восприятии и реализации афферентных сигналов 26
1.2.4. Характеристика эффекторных функций дорсальной дыхательной группы 34
ГЛАВА 2. Материал и методы исследования 40
ГЛАВА 3. Результаты собственных исследований .44
3.1. Нейронный состав и особенности паттерна разряда клеток ядра солитарного тракта 44
3.2. Роль ядра солитарного тракта в восприятии висцеральной и соматической афферентации 48
3.2.1. Пространственно - временные характеристики фокальных ответов дорсальной дыхательной группы на стимуляцию в висцеральных и соматических афферентов 48
3.2.2. Особенности вовлечения нейронов ядра солитарного тракта стимуляцией висцеральных и соматических сенсорных входов 55
3.3. Интегративная роль нейронного комплекса ядра солитарного тракта 66
3.3.1. Конвергентные особенности нейронов дорсальной дыхательной группы 66
3.3.2. Реакции клеток ядра солитарного тракта на длительное раздражение висцеральных и соматических афферентов 73
3.4. Реализация эфферентных влияний с дорсального респираторного нейронного комплекса на дыхательные и сосудистые реакции организма 79
3.4.1. Изменение параметров внешнего дыхания и артериального давления при электростимуляции респираторно-активных мест 79
3.4.2. Роль ядра солитарного тракта в контроле эффекторной функции мотонейронов дыхательных 88
3.5. Место ядра солитарного тракта в компартментно-кластерной структуре дыхательного центра 92
3.5.1. Влияние нейронного комплекса дорсальной дыхательной группы на респираторную функцию ядер вентральной дыхательной группы и медиальной зоны 92
3.5.2. Реакции нейронов ядра солитарного тракта на раздражение других ядерных образований дыхательного центра 104
3.5.3. Реакции дыхания, артериального давления и респираторных нейронов на химическое выключение респираторно-активных мест NTS 111
Обсуждение 116
Выводы 128
Библиографический список 129
- Современные представления о морфо-функциональной и компартментно-кластернои организации дыхательного центра
- Роль ядра солитарного тракта в восприятии и реализации афферентных сигналов
- Нейронный состав и особенности паттерна разряда клеток ядра солитарного тракта
- Реакции клеток ядра солитарного тракта на длительное раздражение висцеральных и соматических афферентов
Введение к работе
Актуальность работы: Одним из важнейших условий протекания биологических процессов является и компартментная разобщённость и кластерный характер взаимодействия. Это характерно уже для клеточного уровня организации живых систем (Еськов, 1994; Хакен, 2001; Николис, Пригожий, 2003).
Современной физиологией достигнуты известные успехи в изучении центральных механизмов регуляции дыхания. Многие поколения исследователей (Сергиевский, 1950; Меркулова, 1973; Габдрахманов, 1975; Сергиевский и соавт., 1975; Berger, 1977; Euler, 1986; Якунин, 1987 и др.) выясняли локализацию дыхательного центра, его клеточную организацию, принципы лежащие в основе генерации респираторного ритма, формирования адаптивных реакций дыхательной функциональной системы организма. По мере накопления аналитических данных осуществлялась разработка функциональных, формальных и математических моделей механизмов контроля дыхательного ритма (Коган и соавт., 1969; Кедер-Степанова, Четаев, 1978; Bruce et al., 1979; Сафонов и соавт., 1980; Euler, 1985 и др.). Однако предложенные схемы не всегда учитывали общебиологические, кибернетические принципы функционирования сложных живых систем. И по этому многие модельные представления не могли успешно объяснить высокую надёжность и динамичность дыхательного центра.
Компартментная организация свойственна высокоорганизованным системам и нервной системе, включая её высшие отделы (Николис, Пригожий, 2003). Возможно поэтому локализация большинства физиологических центров не ограничиваются одной ядерной группой нейронов, а включает в себя несколько пространственно разобщённых клеточных группировок.
Доказательным подтверждением этому служит морфофункциональ-ная структура дыхательного центра. По современным представлениям
(Berger, 1977; Chen, 1979; Merrill, 1983; Инюшкин, 1993; Сергеева и соавт., 1993; Якунин, 1998) на медуллярном уровне установлено до десятка ядерных образований, участвующих в контроле респираторной функции организма. Однако чётких представлений об особенностях их раздельной и совместной деятельности до настоящего времени не сформулировано. В большинстве имеющихся формальных и функциональных моделях дыхательного центра (Richter, 1981) компартментно-кластерный подход лишь предполагается как соотношение структуры и функции системы и образующих её элементов, но этот принцип четко обосновывается и постулируется лишь в единичных работах (Еськов, 1994).
Правильное понимание синергических отношений между компар-тментами центра возможно лишь при условии понимания места и роли каждой составляющей его морфологической структуры в формировании единого контролирующего механизма. Особый интерес в связи с этим представляет NTS, несмотря на значительную изученность этого компонента дыхательного центра, имеющиеся данные по этому вопросу во многом спорны и даже противоречивы. Так ряд исследователей (Bianchi, 1966; Жданов, 1976, 1977, 1978; Сафонов и соавт., 1980; Попов, 1990; Wilson et al., 1996; Paton, 1998) на основании того, что NTS является входом многочисленных афферентов приписывают этой структуре преимущественно сенсорную функцию, другие авторы (Merrill, 1970; Bianchi, 1971; Euler et al., 1973; Hillari, Monteau, 1976; Richter, 1982; Fedorko, Merrill, 1984; Сергиевский и соавт., 1993), установив наличие большого объёма выходных проекций к спинному мозгу, и участие NTS в обеспечении респираторных и сердечно-сосудистых рефлексов определяют это ядро как исполнительный аппарат дыхательного центра. Не вполне выяснены клеточные механизмы реализации нейронами дорсальной дыхательной группы афферентных сигналов различной модальности а также морфофункциональные предпосылки взаимодействия данного компартмента с другими ядерными образованиями дыхательного центра.
В связи с этим целью настоящей работы явилось комплексное изучение с позиции компартментно-кластерного подхода функциональной организации и места ядра солитарного тракта в механизмах регуляции дыхания.
Данная цель предусматривает постановку и решение следующих задач:
- Изучить локализацию, функциональные свойства и компартментно-кластерную организацию нейронного комплекса ядра солитарного тракта.
- Исследовать сенсорные и интегративные особенности нейронов ядра солитарного тракта и их сравнительную роль в реализации висцеральных и соматических афферентных сигналов.
- Проанализировать роль различных отделов данного ядра в обеспечении эффекторного контроля дыхательных и сердечно-сосудистых реакций.
- Изучить связи ядра солитарного тракта с другими ядерными образованиями дыхательного центра, идентифицировать место NTS в компартментно-кластерной структуре механизмов регуляции дыхания.
Научная новизна. Впервые осуществлён компартментно-кластерный подход в изучении ядра солитарного тракта как одного из важнейших отделов дыхательного центра. Дана подробная сравнительная характеристика сенсорной, интегративной и эффекторной роли нейронов дорсальной дыхательной группы. В значительной степени уточнены имеющиеся данные о локализации, свойствах и связях дыхательных и ретикулярных нейронов ядра солитарного тракта. Предложена оригинальная схема локальной нейронной сети, обеспечивающей включение висцеральных и соматических афферентных сигналов в регуляцию дыхания. Разработана структурно-функциональная модель, отражающая компартментно-кластерную организацию ядра солитарного тракта, синергетику его взаи-
моотношений с другими структурами дыхательного центра и способствующая новому пониманию места дорсальной респираторной группы нейронов в механизмах контроля дыхания.
Теоретическая и практическая значимость работы заключается в реализации нового подхода к пониманию особенностей нейронного комплекса ядра солитарного тракта как компартментно-кластерного образования. Результаты исследования и алгоритмы их теоретического анализа во многом могут способствовать пониманию не только природы адаптивных дыхательных реакций, но и компартментно-кластерного принципа организации всех регулирующих функций нервной системы. Они также представляют интерес для теоретической и практической физиологии, могут быть включены в соответствующие учебные курсы по физиологии вегетативных систем и физиологии нервной системы в высших учебных заведениях. Базовые принципы компартментно-кластерного подхода, рассмотренные в работе, при внедрении в теоретическую и практическую медицину позволят сформировать и использовать универсальный алгоритм диагностики и коррекции различных нарушений дыхания. Основные положения, выносимые на защиту:
Нейронный комплекс ядра солитарного тракта имеет компартмент-но-кластерную организацию. Составляющие его компартменты несут афферентную, интегративную и эфферентную функции.
В дорсальной дыхательной группе функционируют локальные нейронные сети, обеспечивающие включение специфической и неспецифической афферентаций в механизмы регуляции дыхания.
Нейронный комплекс ядра солитарного тракта находится в синерги-ческих взаимоотношениях с другими отделами дыхательного центра.
Компартментно-кластерный принцип позволяет идентифицировать место ядра солитарного тракта в ядерном комплексе дыхательного центра.
Современные представления о морфо-функциональной и компартментно-кластернои организации дыхательного центра
Одним из основных свойств дыхательного центра является способность респираторных нейронов организовывать и поддерживать ритмическую смену фаз дыхательного цикла, то есть способность к автоматической генерации дыхательного ритма (Сафонов, 2003). В настоящее время решение вопроса о формах и организации механизмов генерации дыхательного ритма является важнейшим в физиологии дыхания.
Исследование данной проблемы ведётся с 19 века, но до настоящего времени ученые так и не выработали единых представлений о природе данного феномена (Duffin, Awieda, 1990; Ezure, 1990; Feldman et al., 1991; Richter, et al., 1992; Funk et al., 1994; Bianchi et al., 1995; Ramirez, Richter, 1996). Большинство современных исследователей рассматривают генерацию дыхательного ритма как спонтанный нейронный процесс (Сафонов, Лебедева, 2003). Это связано с тем, что ритмическая активность дыхательных нейронов сохраняется в изолированном бульбоспинальном препарате.
В генерации ритма и паттерна дыхательных движений ведущая роль принадлежит инспираторным нейронам дыхательного центра (Сергиевский и соавт., 1975; Сафонов и соавт, 1980; Kalia, 1981; Fedorco, Merrill, 1983; Сергеев, 1985; Сергиевский и соавт., 1993; Пятин, Никитин, 1998). В течение второй половины 20 века с помощью электрофизиологических методов и микроэлектродной техники установлено, что нейроны с паттерном активности, синхронным с фазами дыхательного цикла, сосредоточены в двух билатеральных колоннах, вытянутых в рострокаудальном направлении (Euler, 1986; Инюшкин, Меркулова, 1998). Данные колонны носят название дорсальной дыхательной группы (ДДГ) и вентральной дыхательной группы (ВДГ). ДДГ, расположенная в вентро-латеральной части NTS, содержит преимущественно инспираторные нейроны, состав ВДГ, расположенной в области двойного, ретроамбигуального и ретрофациального ядер, более разнообразен (Bianchi, 1971; Hukuhara, 1973; Kalia, 1981; De Castro et al., 1994; Инюшкин, Меркулова, 1998).
Согласно современным представлениям, дыхательный центр включает в себя механизм генерации ритма и паттерна дыхательных движений (Feldman, Smith, 1989; Пятин, Никитин, 1998), поэтому в моделях дыхательного ритмогенеза оба механизма рассматриваются вместе.
В современной отечественной нейрофизиологии наибольшее распространение получила модель ритмогенеза, предложенная Сафоновым (Сафонов, Ефимов, Чумаченко, 1980; Сергиевский и соавт., 1993; Сафонов, Лебедева, 2003). Согласно представлениям данных исследователей, модель дыхательного центра представляет собой совокупность связанных ритмо-образующих нейронных ассоциаций, среди которых типичной является система из четырёх групп нейронов, объединённых между собой рекуррентными тормозными связями, и интерпретируемых как ранние и поздние инспираторные и экспираторные нейроны. Нейрон каждой ритмообра-зующей группы, возбуждаясь, оказывает тормозное воздействие на два предыдущих в цикле нейрона. В то же время нейрон последующей группы освобождается от торможения, при этом в нём начинается процесс деполяризации мембраны до критического уровня, при котором нейрон самовозбуждается, затормаживая при этом активность двух предыдущих групп нейронов (Сафонов, Лебедева, 2003). Следовательно, в формировании дыхательного ритма участвуют тормозные механизмы, медиатором в которых являются ГАМК и глицин (Moss, Denavit - Saubie, Eldridge, 1986; Бреслав, 1990, Тараканов, Сафонов, 1998). Более того, данные медиаторы выделяются в определенной последовательности, формируя тем самым ритмическую дыхательную активность нейронов (Hilaire, Duron, 1999). Вероятно, глицин реализует функцию быстрого выключения фазы дыхательного цикла - вдоха и выдоха, воздействуя соответственно через ранние экспираторные нейроны - для вдоха, и через ранние инспираторные - для выдоха. ГАМК в свою очередь обеспечивает продолжающееся течение вдоха и выдоха до их окончания: соответственно, вдоха - через поздние инспираторные и выдоха - через поздние экспираторные нейроны (Тараканов, Сафонов, 1998; Сафонов, Лебедева, 2003). Следовательно, в формировании дыхательного ритма участвуют тормозные механизмы, в которых задействованы ГАМК и глицин (Moss, Denavit - Saubie, Eldridge, 1986; Крыжанов-ский и соавт., 1990).
Основой ритмогенеза дыхания по von Euler (1983) является генератор центрального паттерна. По мнению von Euler местом локализации генератора центральной инспираторной активности могут быть структуры рострального отдела вентральной поверхности продолговатого мозга. Известно, что локальное криогенное воздействие на данные области, приводило к формированию апноэ (Budzinska et al., 1985; Bruce et al., 1991 и др.). Согласно представлениям данных авторов скорость увеличения инспираторной активности зависит от функции различных входов в дыхательный центр. Данный нейронный механизм вероятнее всего связан с активным синаптическим возбуждением, а не с высвобождением от тормозного действия во время экспирации, что подтверждается прогрессивным увеличением паттерна ВПСП у проприобульбарных интернейронов, а также у экспираторных премоторных нейронов различного типа. Это приводит к нарастающей деполяризации, а следовательно, к прогрессивному увеличению частоты разрядов нейронов. С другой стороны установлено, что в определенный момент включения вдоха он резко обрывается, показано си-наптическое торможение инспираторных нейронов во время второй половины экспирации.
Feldman (1982, 1989, 1990) рассматривал синаптическое торможение и пеисмекерные свойства дыхательных нейронов, как основу механизмов генерации ритма и паттерна дыхательных движений. Синаптическое тор можение нейронов является основной компонентой большинства моделей генератора дыхательного паттерна. Отмечено, что во время инспирации экспираторные нейроны активно заторможены, благодаря реципрокным механизмам, а во время экспирации волна деполяризации мембранного потенциала, контролируемая реккурентным торможением в сочетании с си-наптическим возбуждением, определяет момент начала и паттерн залпов потенциалов действия экспираторных нейронов. По окончанию экспирации гиперполяризационная волна увеличивает разность потенциалов мембраны нейрона, и начинается следующая фаза. Рекуррентное и реципрок-ное торможение изменяют паттерн, а механизмы выключения фаз дыхания, влияя на длительность залпов, изменяют ритм дыхательных движений. Другими словами, в основе данной нейронной модели находятся си-наптические процессы. В синаптической передаче возбуждения в NTS участвует субстанция Р и L глутамат, введение которых вызывало возникновение ВПСП с последующей деполяризацией MeM6paHbi(Champagnat et al., 1986).
Роль ядра солитарного тракта в восприятии и реализации афферентных сигналов
В определении афферентных проекций от висцеральных нервов на дыхательные нейроны NTS остаётся много неясного. Точно не установлено, какие именно группы дыхательных нейронов являются чувствительными, и каково их соотношение с вставочными и эфферентными нейронами. Не конкретизировано местонахождение чувствительных дыхательных нейронов в разных ядрах и зонах продолговатого мозга, и не уточнено процентное соотношение дыхательных нейронов с моно- и полисинапти-ческими реакциями на химические и механические стимулы. С помощью современных нейрофизиологических методов доказана конвергенция на разных видах дыхательных нейронов афферентации разной модальности (Сафонов, Габдрахманов, 1990).
В область NTS по данным многих авторов стекается обширная аф-ферентация от механо-, баро-, хемо-, и проприорецепторов по висцеральным и соматическим волокнам. Наиболее важная для регуляции дыхания афферентация поступает в дыхательный центр, в том числе и в NTS по волокнам блуждающего нерва Афферентные волокна блуждающего нерва входят в солитарный тракт и доходят до его ядер (Bianchi, 1966).
Электрические раздражения ипсилатерального и контралатерально-го центральных концов блуждающего нерва выражались как в угнетении, так и в стимуляции нейронов NTS (Bianchi, 1966). Из общего количества волокон блуждающего нерва кошки достигают ядер продолговатого мозга (по данным световой микроскопии) 30000 волокон (Agostoni et al., 1957), а по электронно-микроскопическим данным - 50000 (Mei et al., 1980), почти 80% этих волокон являются афферентными. Из сенсорных - лишь 20% миелинизированные, остальные тонкие, немиелинизированные, 1-2 мкм толщиной, то есть волокна типа «С», имеются также волокна миелинизированные, крупного диаметра (10 - 13 мкм). Блуждающий нерв содержит три типа волокон «А», «В» и «С» (Paintal, 1973). В шейном отделе большинство волокон типа «С». Скорость проведения в них составляет 0,68 -1,1 м/сек. По данным J.F.Paton (1997, 1998), центральная интеграция сигналов по лёгочным вагусным «С» волокнам от рецепторов типа «J» приходят в NTS и имеют, в основном, возбуждающий характер. Нейроны NTS получают афферентнтацию по «С» волокнам блуждающего нерва, в передаче афферентных влияний на нейроны NTS определенную роль играют NMDA- рецепторы (Wilson et al., 1996). Многие волокна центральных отрезков блуждающего нерва после узлового ганглия становятся тонкими и лишаются миелиновой оболочки, превращаясь в немиелинизированные (Mei et al., 1980). В лёгочных ветвях блуждающих нервов насчитывается примерно 6000 волокон, среди которых 1200 толстых миелинизированных аксонов от медленноадаптирующихся рецепторов (Франкштейн и соавт., 1978). Скорость проведения импульсов по таким волокнам составляет 36 м/с (Paintal, 1973). У быстроадаптирующихся рецепторов волокна более тонкие с несколько меньшими скоростями проведения (Remmers, Marttila, 1975). Основной поток афферентации поступает в NTS от механорецепто-ров лёгких (Жданов, 1976, 1977, 1978; Paton, 1998). В настоящее время выделяют три основных класса механорецепторов лёгких: лёгочные рецепторы растяжения, ирритантные рецепторы и J - рецепторы (Paintal, 1973, Сафонов и соавт., 1980). Афферентные волокна рецепторов растяжения лёгких, миелинизированные волокна от ирритантных рецепторов и немиели-низированные аксоны от J - рецепторов поступают в продолговатый мозг (в том числе и в NTS) в составе блуждающих нервов (Сафонов и соавт., 1980). A.S. Paintal (1973) установил, что порог этих быстроадаптирующих-ся ирритантных рецепторов выше, и частота их импульсаци около 100 — 200 Гц.
Среди всех нейронов дыхательного центра, одновременно тестированных на наличие вагусного и соматического входов, к конвергентному типу было отнесено 10,1% клеток. В NTS они составили 9,8% (Попов, 1990).
Анализ вызванных потенциалов позволил установить, что афферентные импульсы с блуждающего нерва поступают преимущественно в центральную часть NTS на уровне 2-3 мм ростральнее obex (Попов, 1990). Афферентные волокна блуждающего нерва расположены более каудально, по сравнению с афферентными волокнами языкоглоточного нерва. Методом антидромной стимуляции установлены афферентные проекции от рецепторов растяжения легких, в основном, в медиальной части ипсилатераль-ного NTS, в пределах 2-5 мм ростральнее obex и на о,5 мм каудальнее его. Отрицательное поле вызванного потенциала находится в области NTS. Сопоставляя пространоственно-временные характеристики ВП структур латеральной и медиальной зон дыхательного центра можно заключить, что первоначальная обработка как специфической вагусной, так и неспецифической афферентации с седалищного нерва происходит в NTS (Попов, 1990). Ядро солитарного тракта получает афферентацию по волоконам аортального нерва от барорецепторов аорты. Клеточные тела его нейронов лежат в ярёмном узле блуждающего нерва. Скорость проведения возбуждения от механорецепторов по его волокнам типа «А» - 30 м/сек, «В » - 10 м/сек. По волокнам от механо- и хеморецепторов скорость проведения импульсов достигает - от 2 до 10 м/сек (Gabriel, Seller, 1969, Ноздрачёв, 1978).
Аортальный нерв идёт в составе верхнегортанной ветви блуждающего нерва, в нём содержатся волокна разного диаметра от 1 до 8 мкм, в основном это волокна группы «А» и «С» со скоростью проведения возбуждения от 2 до 30 и 50 м/с Ноздрачёв (1978). Раздражение «С» - афферентов аортального нерва с латентным периодом 20 - 60 мс вызывает ортодром-ные ответы нейронов NTS (Григорян и соавт., 1984). В левом блуждающем нерве волокон значительно больше, чем в правом. Наиболее активные волокна блуждающего нерва кошек имеют среднюю скорость 30, 23, 17, и 12 м/сек, есть и со скоростью 4-8 м/сек. В составе аортального нерва есть и эфферентные волокна (раньше его считали чисто афферентным), точка приложения действия их ещё не установлена (Скок, Савчук, 1977). Афферентные волокна аортального нерва вступая в продолговатый мозг, образуют синапсы главным образом на нейронах NTS (Henry, Calaresee, 1974; Thomas, Calaresee, 1974; Calaresee, Thomas, 1975; Speyer, 1975, Miffin, Short, 1997 ). По данным Гуревич М.И. и Шаповал Л.Н. (1973) после перерезки аортального и синусного нервов наблюдается дегенерация волокон у кроликов.
Раздражение нервных волокон, идущих от барорецепторов сонной артерии и аорты показало, что нейроны NTS являются областью первичного синаптического переключения для афферентов блуждающего нерва (Костюк, Преображенский, 1975).
Нейронный состав и особенности паттерна разряда клеток ядра солитарного тракта
Начальным звеном эфферентной части дыхательного центра следует считать входные бульбоспинальные нейроны. Место их локализации: дорсальное и вентральное дыхательное ядра. В дорсальном дыхательном ядре обнаружено (Baumgarten, 1963; Cohen, 1974) две группы нейронов. Первая возбуждалась вагусными афферентами, вторая - активировалась раздражением контрлатеральных вентральных канатиков шейного отдела спинного мозга.
Важное значение для изучения функциональной организации ДДГ, в состав которой входит NTS, и её связей со спинномозговыми центрами нервов дыхательных мышц, имеют эксперименты с антидромным раздражением проводящих путей спинного мозга (Merrill, 1970; Bianchi, 1971; Euler et al., 1973; Hillari, Monteau, 1976; Berger, 1977; Cohen, 1979). E. G. Merrill (1970) с помощью метода антидромной стимуляции установил, что все экспираторные клетки имеют отростки, которые переходят на контрлатеральную сторону спинного мозга, образуя отдельный нисходящий тракт в его передних канатиках. Аксоны экспираторных нейронов двойного и ретроамбигуального ядра спускаются к контрлатеральным нейронам грудного отдела спинного мозга и иннервируют внутренние межреберные мышцы (Feldman, Cohen, 1978). Аксоны большинства инспираторных нейронов также спускались на контралатеральную сторону спинного мозга. Инспираторные нейроны имеют больше ипсилатеральных волокон, чем экспираторные. Нисходящие пути по данным Bianchi (1971), проходят в области вентролатеральных и вентромедиальных пучков. С. Euler et al., (1973) определили, что инспираторные бульбоспинальные нейроны возбуждаются с короткими латентными периодами (чуть больше 0,5 мс) при раздражении вентральных столбов контрлатеральной стороны спинного мозга (Bajic et al., 1992).
Гистологические исследования J. Newsom Davis (1970), M. Aminoff, Т. Sears, (1971), J. Newsom Davis, F. Plum, (1972), показали, что волокна инспираторных нейронов диффузно рассеяны в вентральной части боковых столбов и в латеральной части передних столбов спинного мозга. Волокна экспираторных нейронов проходят в передних столбах более компактно, и расположены медиальнее (Гордиевская, 1981).
Морфологические доказательства связей ядер продолговатого мозга со спинномозговыми центрами дыхательных мышц были представлены ещё A. Torvik, A. Brodal в 1957 году. Они выявили наличие прямого эфферентного пути из NTS на контрлатеральную сторону спинного мозга. R. Baumgarten et al., (1963) обнаружили ретроградную дегенерацию в нейронах латеральной зоны продолговатого мозга при гемисекции спинного мозга. М. Kalia et al., (1979), используя метод ретроградного транспорта пероксидазы хрена определили эфферентные связи NTS с двойным и рет-роамбигуальным ядрами и со спинным мозгом. Е.Р. Mtui et al., (1993) методом ретроградного транспорта пероксидазы хрена установили проекции от NTS к спинному мозгу.
Раздражение инспираторных мест NTS приводило к прекращению разрядов во внутренних межреберных нервах и мышцах и появлению и усилению электрической активности в одной из групп инспираторных мышц усилению или ослаблению в другой группе инспираторных мышц. Необходимо подчеркнуть, что раздражение NTS по сравнению с другими ядрами в значительно большей степени усиливало суммарную активность диафрагмы, кроме этого обнаружено изменение суммарной электрической активности в диафрагмальном и наружном межрёберных нервах и в соответствующих мышцах при раздражении инспираторных нейронных группировок ростральной части NTS. Раздражение нейронной группировки NTS на уровне 3 мм ростральнее obex, усиливало суммарную электрическую активность в диафрагмальном нерве и значительно ослабляло активность в наружном межрёберном нервах (Сергиевский и соавт., 1993).
Нейроны NTS формируют пути идущие в латеральных канатиках к нижним шейным сегментам. Некоторая часть нейронов NTS проецируется и в сегменты грудного отдела. Исследование проекций к дыхательным мышцам от нейронных группировок NTS свидетельствует не только о преимущественном их направлении к диафрагме, но также о специфике их действия на спинномозговые центры дыхательных мышц. Раздражение одиночными стимулами одних группировок дыхательных нейронов этого ядра сопровождалось появлением однокомпонентных или двухкомпонент-ных разрядов исключительно в диафрагмальном, а других - как в диафрагмальном так и в наружном межрёберном нерве. При раздражении NTS в наружном межрёберном нерве наблюдали преимущественно поздние ответы, продолжительный латентный период которых свидетельствует о вторичной активации обусловленной бульбоспинальными нейронами частично NTS, а в основном вторичным вовлечением бульбоспинальных нейронов двойного ядра. Об этом свидетельствуют также данные о прямых и олигосинаптических связях нейронов NTS с нейронами двойного ядра. Небольшое число ранних ответов является доказательством малочисленности прямых проекций из NTS к центрам межрёберных мышц, что подтверждено и нейроанатомически. Нейроны, дающие аксонные проекции к диа-фрагмальному ядру, локализуются преимущественно в области NTS на 1 -3 мм ростральнее obex и частично в ростральных участках двойного ядра. Небольшое число нейронов, посылающих команды к межрёберным мышцам, находится в ростральной части NTS (Сергиевский и соавт., 1993). Показано что при высокочастотном раздражении инспираторных нейронных группировок NTS и двойного ядра, окологигантоклеточного латерального ядра большинство исследованных инспираторных нейронов различных латеральных ядер вовлекались в активность, а экспираторные нейроны прекращали свою активность (Fedorko, 1982; Richter, 1982; Fedorco, Merrill, 1984).
Реакции клеток ядра солитарного тракта на длительное раздражение висцеральных и соматических афферентов
При изучении вызванных ответов мы установили, что в переработке афферентных сигналов участвуют далеко не все клетки NTS. Почти 60% из них не имеют непосредственного сенсорного входа. Поэтому для более полного изучения функциональных свойств нейронов NTS нами исследованы реакции дыхательных и ретикулярных клеток на длительное раздражение выбранных афферентных нервов. Электростимуляция стволов блуждающего, аортального, седалищного и бедренного нервов пачкой импульсов вызывала реакцию всех типов зарегистрированных нейронов. Она оценивалась по интегральному показателю биоэлектрического разряда -средней частоте импульсов в залпе. Стимуляция могла приводить к возрастанию или уменьшению этого показателя или его изменению в недостоверных пределах. Поэтому мы выделили два основных типа реакций: стимуляцию и угнетение. Процентное соотношение этих реакций для дыхательных нейронов представлено в таблице 5. На стимуляцию блуждающего нерва наиболее часто вовлекались в активность ранние (42,9%) и полные (62,7%) инспираторные нейроны, а также клетки с ранним экспираторным типом паттерна (66,6%). Наибольшее количество случаев угнетения активности показано для экспираторно-инспираторных нейронов (75,0%), инспираторно-экспираторных (51,5%) и инспираторных ранних (57,1%) и поздних (62,1%) нейронов. Особенности вовлечения и тип реагирования показывают, что дыхательные нейроны NTS во многом задействованы в обеспечении рефлекса Геринга-Брейера. Данные, приведённые в таблице 5, позволяют сопоставить сравнительную роль различных типов респираторных клеток в его реализации. Стимуляция аортального нерва в большей степени влияла на генерацию разряда клеток экспираторной популяции. Большая часть из них усиливала частоту импульсации. Это оказалось характерным для 66,6% ранних, 52,8% полных и 50,0% поздних экспираторных нейронов. Данные типы клеток инспираторной популяции вовлекались стимуляцией аортального нерва соответственно в объёмах 38,4%, 49,9% и 34,0%. Реже всего активировались переходные нейроны, среди которых вовлечение выявлено для 25,0% экспираторно-экспираторных и 37,4% инспираторно-экспираторных клеток. Угнетение активности чаще наблюдалось у инспираторных поздних (66,3%), экспираторных поздних (50,0%) и клеток экспираторно-иинспираторного типа (50,0%).
Несмотря на то, что соматические афференты имеют непосредственные связи с меньшим числом дыхательных и ретикулярных нейронов, чем висцеральные нервы, на их длительное раздражение вовлекался такой же объём нейронов. По-видимому, это связано с ведущей ролью сенсорных сигналов, поступающих с рабочих мышц к структурам дыхательного центра, и формированием паттерна разряда клеток, отвечающих за увеличение лёгочной вентиляции при мышечной деятельности. Стимуляция седалищ ного и бедренного нервов вызывала сходный качественнй и количественный эффекты. Так, в наибольшей степени усиливалась импульсация ин-спираторных и экспираторных нейронов с ранним паттерном разряда. Раздражение бедренного нерва увеличивало среднюю частоту разрядов в залпе соответственно у 52,8% и 55,5% клеток этого типа. Стимуляция седалищного нерва усиливала активность 62,4% ранних инспираторных и 66,6% ранних экспираторных нейронов. Соматическая афферентация оказалась значимой для клеток экспираторной популяции. Вновь наиболее реактивными оказались нейроны, разряжающиеся в конце фазы выдоха. По-видимому, большая реактивность клеток раннего и позднего типа является основным механизмов обеспечения учащения дыхания при мышечной деятельности. На это указывает высокая степень вовлечения в активность переходных нейронов. Стимуляция седалищного нерва увеличивала частоту разряда 58,2%, а бедренного афферента - 50,0% экспираторно-инспираторных клеток.
Если сравнивать количество нейронов, активирующихся раздражением исследованных соматических афферентов, то можно отметить, что на стимуляцию седалищного нерва вовлекалось в активность несколько больше дыхательных нейронов. По-видимому, по этому сенсорному каналу к дыхательному центру поступает больший объём неспецифической информации от мышечной системы организма.
Особенности вовлечения дыхательных нейронов висцеральными и соматическими афферентами во многом определили динамику количественных изменений их средней частоты разряда (таблица 6). В наибольшей степени данный показатель менялся у тех клеток, которые вовлекались данным афферентом в большем количестве. Это было характерным прежде всего для нейронов раннего и позднего типов как инспираторной, так и экспираторной популяции. На раздражение блуждающего нерва средняя частота разряда экспираторных ранних нейронов возрастала до 121,4±5,1, аортального афферента - до 118,7±9,3. Паттерн разряда этих нейронов су щественно менялся при длительной стимуляции соматических афферен-тов. Средняя частота разряда на стимуляцию седалищного нерва увеличивалась до 116,8±11,3, бедренного афферента - до 116,5±10,1. Заметнее изменялись частотные показатели импульсации инспираторных поздних нейронов. На стимуляцию блуждающего нерва она возрастала на 24,8%, аортального - 26,3%, седалищного - 19,4%, бедренного афферента -16,8%.
Ещё активнее реагировали на стимуляцию афферентных входов экспираторные клетки. Нейроны этой популяции раннего типа увеличивали частоту импульсации на 28,7% при раздражении блуждающего нерва, на 20,4% - аортального афферента, 21,7% - седалищного, 17,1% - бедренного нервов.
Как уже отмечалось, меньше всего вовлекалось в реакцию непре-орывноактивных нейронов с увеличением частоты разряда в одну из фаз дыхательного цикла. Изменение паттерна разряда клеток этого типа были недостоверны. Следует отметить, что те типы нейронов, которые при вовлечении показали наибольшее увеличение частоты импульсации, столь же выраженно меняли этот показатель и при тормозном типе реакций.
