Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 8
4 ГЛАВА1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 21
1.1. Структурно-функциональная организация дыхательного центра и
регуляция дыхания 21
1.1.1. Современные представления об анатомической организации
дыхательного центра 21
1.1.2. Генерация ритма и паттерна дыхательных движений 27
^ч 1.2. Физиология дыхательных мышц и их свойства 31
Диафрагма 32
Межреберные мышцы 41
Вспомогательные дыхательные мышцы 44
Мышцы живота..... .7 46
1.3. Анатомия и физиология верхних дыхательных путей 48
Нос ......: 48
Глотка 49
Гортань . 57
Сократительные свойства мышц верхних дыхательных путей 62
Рефлексы с верхних дыхательных путей 64
1.4. Анатомия и физиология нижних дыхательных путей : 71
1.4.1. Регуляция просвета воздухоносных путей 71
(Ц 1.4.2. Иннервация воздухоносных путей 72
1.4.3. Рецепторы нижних дыхательных путей 74
1.5. Реакции дыхания на механическую нагрузку 78
1.5.1. Классификация нагрузок 78
і 1.5.2. Классификация ответов 80
"і
\ 1.5.3. Механизмы реакций дыхания на резистивную нагрузку 81
(М 1.6. Утомление дыхательных мышц 85
Определение понятия утомления 85
Методы исследования и способы оценки 87
Центральное утомление 90
Периферическое утомление 94
Роль энергетического фактора в развитии утомления 97
1.6.6. Повышение устойчивости дыхательных мышц к утомлению:
тренировка, отдых, фармакологические средства 101
1.7. Заключение '. 104
ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО
Объект исследования 110
Регистрация объемно-временных параметров дыхания 111
Регистрация давлений 115
Расчет сопротивления воздухоносных путей 118
Оценка хеморецепторного стимула 119
Регистрация электрической активности диафрагмального нерва 120
Регистрация электрической активности дыхательных мышц 122
Метод спектрального анализа ЭМГ 124
Воздействия: инспираторная нагрузка и дыхательные смеси 126
2.10. Статистическая обработка 127
ГЛАВА 3. ВЕНТИЛЯТОРНЫЕ ОТВЕТЫ НА ДЛИТЕЛЬНО
ДЕЙСТВУЮЩУЮ ИНСПИРАТОРНУЮ РЕЗИСТИВНУЮ НАГРУЗКУ
ВОЗРАСТАЮЩЕЙ ИНТЕНСИВНОСТИ 128
Методические замечания 130
Изменение паттерна дыхания у наркотизированных животных при включении инспираторной резистивной нагрузки 131
Динамика объемно-временных параметров дыхания, внутригрудного давления и газового состава альвеолярного воздуха при длительном действии легкой и умеренной инспираторной резистивной нагрузки 132
Динамика вентиляции легких, внутригрудного давления и газового состава альвеолярного воздуха при дыхании с тяжелой инспираторной резистивной нагрузкой 137
Обсуждение результатов 138
Выводы 142
ГЛАВА 4. КООРДИНАЦИЯ ДЫХАТЕЛЬНЫХ МЫШЦ В РЕАЛИЗАЦИИ
КОМПЕНСАТОРНЫХ РЕАКЦИЙ ДЫХАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ 144
Методические замечания 147
Взаимодействие диафрагмы и наружных межреберных мышц при увеличении сопротивления дыханию 148
Сравнительный анализ динамики электрической активности наружных межреберных мышц и диафрагмы при действии инспираторной резистивной нагрузки 148
Изменение относительного вклада мышц грудной клетки и диафрагмы в работу дыхания при инспираторной резистивной нагрузке 151
Координированные изменения активности наружных межреберных мышц и диафрагмы при компенсации тяжелой инспираторной нагрузки 154
4.3. Участие мышц верхних дыхательных путей в компенсаторных
реакциях дыхательной системы на инспираторную резистивную
нагрузку 157
4.3.1. Характеристика паттерна активности подбородочно-язычной
мышцы 157
Сравнительный анализ реакций подбородочно-язычной мышцы и диафрагмы на действие добавочной инспираторной нагрузки 161
Влияние денервации фарингеальных мышц на паттерн дыхания 162
4.3.4. Компенсация добавочной инспираторной нагрузки в условиях
дисфункции фарингеальных мышц 164
Обсуждение результатов 167
Выводы 175
ГЛАВА 5. МЕХАНИЗМЫ РЕАКЦИЙ РАЗЛИЧНЫХ ГРУПП
ДЫХАТЕЛЬНЫХ МЫШЦ НА ИНСПИРАТОРНУЮ РЕЗИСТИВНУЮ
НАГРУЗКУ (СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ) 177
Методические замечания 180
Исследование роли механорецепторов верхних дыхательных путей в компенсаторных реакциях 184
5.2.1. Влияние функциональной изоляции верхних дыхательных путей на
паттерн дыхания 184
5.2.2.Вентиляторный ответ дыхательной системы на инспираторную
резистивную нагрузку в условиях трахеостомического дыхания 185
5.2.3. Реакция дыхательных мышц на инспираторную резистивную
нагрузку в условиях функциональной изоляции верхних дыхательных
путей 187
5.3. Роль механорецепторов легких в реакциях дыхательных мышц на
увеличение сопротивления дыханию 191
5.3.1. Быстрый ответ дыхательных мышц на инспираторную
резистивную нагрузку: анализ первого нагруженного вдоха 191
Влияние ваготомии на инспираторную активность дыхательных мышц при свободном дыхании 192
Реакции дыхательных мышц на инспираторную резистивную нагрузку у ваготомированных животных 193
5.4. Роль хеморецепторных механизмов в регуляции активности
дыхательных мышц при действии инспираторной резистивной
нагрузки 196
5.4.1. Участие хеморецепторных механизмов в реакциях подбородочно-
язычной мышцы на инспираторную резистивную нагрузку 196
5.4.2. Влияние хеморецепторной стимуляции на инспираторную
активность различных групп дыхательных мышц при свободном
дыхании 199
Сравнительный анализ реакций дыхательных мышц на окклюзию в условиях усиленной и ослабленной хеморецепторной стимуляции 200
Реакции дыхательных мышц на ваготомию в условиях измененной хеморецепторной стимуляции ; 204
5.5.0бсуждение результатов 206
5.6. Выводы 219
ГЛАВА 6. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ДЫХАТЕЛЬНЫХ МЫШЦ И
МЕХАНИЗМЫ СРЫВА КОМПЕНСАТОРНОЙ РЕАКЦИИ ПРИ ДЕЙСТВИИ
ИНСПИРАТОРНОЙ РЕЗИСТИВНОЙ
НАГРУЗКИ 222
Методические замечания 226
Исследование динамики функционального состояния дыхательных мышц при длительном действии возрастающей инспираторной резистивной нагрузки 227
Анализ параметров сокращения диафрагмы 227
Динамика трансдиафрагмального давления, как показателя силы сокращений диафрагмальной мышцы 229
Анализ механизмов утомления диафрагмы при действии тяжелой инспираторной нагрузки 233
6.2.4. Функциональное состояние наружных межреберных мышц при
дыхании с возрастающей инспираторной резистивной нагрузкой 236
6.3. Реакции дыхания на длительно действующую возрастающую
резистивную нагрузку в гипероксических условиях 238
6.3.1. Динамика легочной вентиляции, трансдиафрагмального давления и
газового состава альвеолярного воздуха при действии возрастающей
резистивной нагрузки 238
6.3.2. Динамика электрической активности диафрагмального нерва и
диафрагмы 243
6.4. Реакции дыхания на возрастающую резистивную нагрузку при
дыхании гипоксической газовой смесью 245
6.4.1. Динамика легочной вентиляции, трансдиафрагмального давления и
газового состава альвеолярного воздуха при действии инспираторнои
резистивной нагрузки 245
6.4.2. Динамика электрической активности диафрагмального нерва и
диафрагмы при действии инспираторнои резистивной нагрузки на фоне
гипоксии 249
6.4.3. Механизмы остановки дыхания при действии резистивной
нагрузки в гипоксических условиях 251
6.5. Сравнение устойчивости диафрагмы и фарингеальных мышц к
действию тяжелой инспираторнои нагрузки 253
Обсуждение результатов 256
Выводы 272
ГЛАВА 7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 274
ВЫВОДЫ 296
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 299
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЕ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В
* * " 8
Введение к работе
<# Актуальность проблемы. Реакции дыхательной системы на
увеличение сопротивления дыханию изучаются на протяжении нескольких десятилетий (Холден, Пристли, 1937; Шик, 1959; Маршак, 1961; Cempbell et al., 1961; Milic-Emili, Tyler, 1963; Otis, 1964; Orthner, Yamamoto, 1974; Altose et al., 1975; Mead, 1976; Agostony et al., 1977; Шик, 1980; Бреслав и др., 1980, и мн. др.). Вместе с тем, и в настоящее время это направление исследований остается актуальным и является одним из приоритетных в области
ф физиологии дыхания (Lavietes et al., 2000; Pillar et al., 2000; Tun et al., 2000; De
Sousa et al., 2001; Davenport, Kifle, 2001; Ramires-Sarmiento et al., 2002; Barton, 2002; Babcock et al., 2002; Isaev et al., 2002, и др.). Сопротивление, которое преодолевают инспираторные мышцы в процессе легочной вентиляции, является важнейшим фактором, постоянно участвующим в регуляции дыхания (Бреслав, Глебовский, 1981). При этом наиболее изменчивым является его резистивный компонент, связанный с преодолением трения, создаваемого потоком газа в воздухоносных путях. Изучение механизмов компенсаторных реакций дыхательной системы на увеличение резистивного сопротивления имеет фундаментальное значение, т. к. оно необходимо для формирования целостного представления о механизмах регуляции дыхания. Не менее важным является клинический и прикладной аспект данного направления исследований. Как известно, при большинстве легочных
4ц заболеваний ведущим патофизиологическим механизмом является
возрастание сопротивления потоку газа в воздухоносных путях вследствие нарушения бронхиальной проходимости, вызванного бронхоспазмом и отечно-воспалительными изменениями (Канаев, 1980). Увеличение сопротивления дыханию при развитии патологического процесса в легких снижает скорости воздушных потоков и увеличивает нагрузку на дыхательные мышцы, что приводит к ухудшению их сократительной
(; способности, развитию гиповентиляции, появлению артериальной
? гиперкапнии (Гуков, Щелкунов, 1987; Marchand, Decramer, 2000; Barbarito et
al., 2001; Larson et al., 2002). С увеличением сопротивления дыханию человек часто сталкивается и в процессе своей трудовой деятельности: работа с
респираторами, противогазами, дыхание в среде с повышенной плотностью
(гипербария).
Как известно, основной функцией системы регуляции дыхания является поддержание газового гомеостаза, т.е. предохранение организма, на сколько это возможно, от гиперкапнии и гипоксемии. Компенсаторные реакции дыхательной системы направлены на поддержание необходимого для этого уровня легочной вентиляции. Они выражаются в усилении эфферентной
& импульсации дыхательного центра, электрической активности дыхательных
мышц и силы их сокращений, в результате чего обеспечивается достаточный уровень вентиляции даже в условиях затрудненного дыхания. Важно отметить, что достигается этот эффект за счет координированных изменений в режиме работы всей дыхательной мускулатуры. Вместе с тем, роль различных групп дыхательных мышц и механизмы координации их активности в процессе развития компенсаторных реакций исследованы явно недостаточно.
В соответствии с традиционной концепцией дыхания вдох осуществляется вследствие сокращения основной дыхательной мышцы -диафрагмы, а выдох является пассивным процессом, связанным с эластическими свойствами легких и грудной клетки. Однако, сокращения только диафрагмы могут быть достаточными лишь для спокойного дыхания. В свете современных исследований становится все более очевидным, что при
увеличении вентиляторных запросов в процесс вентиляции легких
вовлекается большое количество поперечно-полосатых мышц, расположенных в области грудной клетки, живота, носа, гортани и глотки (Scarf et al., 1978; Brouillette, Thach, 1979; Mathew et al. 1982; Van Lunteren et al. 1984; Goldman et al., 1985; De Troyer, Loring, 1986; Martin et al. 1990; Horner et al. 1991; Gauda et al. 1991; Александрова и др., 1998). Адаптивные перестройки паттерна дыхания, необходимые для адекватной вентиляции легких, требуют четкой координированной работы этих групп дыхательных мышц. Расстройство координации в работе дыхательных мышц может
привести к неблагоприятным изменениям в биомеханике дыхательного акта, к деформации стенки грудной клетки, к обструкции верхних дыхательных
Ф путей, что ухудшает эффективность сокращений дыхательных мышц и
увеличивает работу дыхания (Lunteren, 1988; Cherniack, 1990; Epstein, 1994). Такие нарушения часто наблюдаются при хронических обструктивных заболеваниях легких, тетраплегии, болезни Паркинсона, мозжечковой атрофии (Sharp, 1985; Mier-Jedrzejowicz, Green, 1988; Tzelepis et al., 1988; Cahalin et al., 2002).
Все эти данные указывают на важность исследования моторной
Щ организации дыхательного акта и изучения компенсаторных реакций
дыхательной системы с позиций новой концепции, рассматривающей компенсацию вентиляторных нагрузок как координированный двигательный акт, в котором участвуют различные групп дыхательных мышц. С этой точки зрения приоритетными направлениями при исследовании компенсаторных реакций дыхательной системы на увеличение сопротивления дыханию являются анализ механизмов координированных изменений в режиме работы дыхательной мускулатуры, исследование динамики ее функционального состояния при длительном действии добавочной инспираторной нагрузки, сравнительная оценка устойчивости разных групп дыхательных мышц к действию добавочной инспираторной нагрузки, исследование
[ компенсаторных реакций в условиях дисфункции той или иной мышечной
! ГРУППЫ.
і <<й Анализируя литературу, касающуюся исследования компенсаторных
реакций дыхательной системы на инспираторную резистивную нагрузку,
нельзя не заметить, что, основное внимание исследователей традиционно
направлено на изучение лишь тех групп дыхательных мышц, сокращения
которых изменяют объем грудной полости. При исследовании механизмов
компенсации добавочной инспираторной нагрузки рассматриваются прежде
ш всего основные инспираторные мышцы - диафрагма и межреберные (Sears,
1964; Shannon, Zechman, 1972; Гранит, 1973; Altose et al., 1975; Бреслав,
Глебовский, 1981; Cherniack, Altoze, 1981; Younes, 1994). Вопрос о возможном
участии в компенсаторных реакциях на сопротивление поперечно-полосатых мышц верхних дыхательных путей, также принимающих непосредственное участие в акте вдоха, практически не разработан. Между тем, активные сокращения этих мышц в фазу вдоха, одновременно с основными инспираторными мышцами, необходимы для адекватной вентиляции легких. Они стабилизируют просвет верхних дыхательных путей, противодействуя его сужению или перекрытию при увеличении отрицательного давления в воздухоносных путях во время инспирации, обеспечивая тем самым беспрепятственное поступление воздуха в легкие (Brouillette, Thach, 1979; Remmers et al., 1978; Onal et al., 1981; Bruce et al., 1982; Hwang et al., 1983; John, Bledscoe, 1985). От синхронной работы и относительной силы сокращений мышц глотки, гортани и основных инспираторных мышц зависит эффективность вентиляции легких, а не_ редко и сама возможность осуществления вдоха. Недостаточная инспираторная активация мышц глотки может явиться причиной фарингеальной обструкции и вызвать остановку дыхания во время сна или анестезии (Safar et al., 1959; Gastant et al., 1969; Lugaresi et al., 1972; Strohl, 1986; Block et al., '1979; Horner, 1996; Pillar et al., 2001). При дыхании с добавочной инспираторной нагрузкой вероятность обструкции внеторакальных дыхательных путей значительно возрастает, так как во время нагруженных вдохов в верхних дыхательных путях создаются большие величины отрицательного давления, чем при спокойном дыхании. В особенности это касается фарингеального отдела верхних дыхательных путей, так как глотка смыкается всякий раз, когда коллапсирующая сила негативного инспираторного давления (а она зависит от силы сокращений основных дыхательных мышц) превышает силу сокращений фарингеальных мышц, расширяющую верхние дыхательные пути и поддерживающую их в открытом состоянии (Remmers, 1978; John, Bledscoe, 1985). Поэтому важно знать механизмы, координирующие работу этих групп дыхательных мышц.
В настоящее время установлено, что регуляция активности фарингеальных мышц непосредственно связана с общими механизмами управления дыханием (Onal et al., 1981). Известно, что во всех случаях
усиления центральной инспираторной активности наряду с усилением сокращений диафрагмы наблюдается увеличение активности инспираторных мышц глотки и гортани, а также иннервирующих их нервов ( Bruce et al., 1982; Weiner et al., 1982; Hwang et al., 1983 ). Вместе с тем, встает вопрос об особенностях регуляции и степени идентичности механизмов активации мышц верхних дыхательных путей и основных дыхательных мышц, об относительной значимости этих механизмов для вовлечения в компенсаторную реакцию на сопротивление разных групп дыхательных мышц.
Не менее важным представляется и другой аспект изучения компенсаторных реакций дыхательной системы на увеличение сопротивления дыханию - исследование изменений в функциональном состоянии дыхательных мышц по мере действия добавочной инспираторной нагрузки. Современными экспериментальными исследованиями и клиническими наблюдениями убедительно показано, что при длительном действии добавочной механической нагрузки на систему дыхания развивается утомление дыхательных мышц, проявляющееся в виде дыхательной недостаточности, сопряженной с гиперкапнией (Roussos, Macklem, 1977; Bazzy, Haddad, 1984; Aldrich, Appel, 1985; Grassino, 1985; Rochester, 1985; Александрова, Исаев, 1990). Известно, что ухудшение сократительной способности дыхательной мускулатуры и развитие диафрагмального утомления осложняет течение хронических обструктивных заболеваний легких (Канаев,1980; Гуков, Щелкунов, 1987; Чучалин, Айсанов, 1988; Marchand, Decramer, 2000; Barbarito et al., 2001; Larson et al., 2002). Высказывается предположение о возможной связи внезапных остановок дыхания у больных с обструктивной патологией легких с утомлением дыхательных мышц (Yanos et al., 1990). По мнению известного исследователя в области физиологии дыхания Д. Шарпа, проблема недостаточности дыхания - это прежде всего проблема недостаточности дыхательных мышц (Sharp, 1985). Тем не менее, многие принципиальные вопросы, касающиеся этой проблемы, остаются невыясненными: до сих пор нет единой точки зрения на
механизмы развития утомления инспираторных мышц при увеличении сопротивления воздушному потоку, нет ясности в том, что является причиной снижения силы сокращений дыхательных мышц - ослабление центральной инспираторной активности (так называемое центральное утомление) или процессы, связанные с нарушением нервно-мышечной передачи, с ухудшением сократительных свойств мышечных волокон и т. п. (так называемое периферическое утомление). Остается невыясненным характер взаимодействия между утомленными мышцами и центрами, которые их контролируют: неизвестно, продолжает ли возрастать эфферентная стимуляция дыхательных мышц по мере ослабления их сокращений или же выходная активность дыхательного центра в этих условиях ослабевает и тем самым предохраняет дыхательные мышцы от чрезмерных сокращений и полного энергетического истощения. Анализ литературы свидетельствует также о существовании противоречивых точек зрения на роль гипоксического фактора в развитии утомления дыхательных мышц, его влияние на устойчивость инспираторных мышц к действию дыхательных нагрузок (Jardim et al., 1981; Bazzy et al., 1989; Ameredes, Clanton, 1989; Orr et al., 2000; Gudjionsdottir et al., 2001).
Предполагается, что утомлению подвержены не только основные дыхательные мышцы, но и мышцы верхних дыхательных путей (Lunteren, Manybay, 1992; Scardella et al., 1993). Однако известные на сегодняшний день факты явно недостаточны для того, чтобы сделать какие-либо определенные выводы относительно устойчивости этих мышц к действию добавочных инспираторных нагрузок, а также относительно роли утомления в генезе обструкции верхних дыхательных путей. Для выяснения этого вопроса особенно важное значение имеет сравнительное исследование утомляемости торакальных и фарингеальных мышц, так как от относительной силы их сокращений, как уже упоминалось, во многом зависит эффективность вентиляции легких.
Ухудшая функциональное состояние, утомление дыхательной мускулатуры, по сути дела, приводит к дисфункции той или иной группы
дыхательных мышц. Поэтому при действии утомляющей нагрузки координированная работа разных групп дыхательных мышц приобретает
Ч первостепенное значение. В условиях неэффективных сокращений диафрагмы
адекватная вентиляция легких не возможна без соответствующих изменений в режиме работы других групп дыхательных мышц, и прежде всего инспираторных мышц грудной клетки. Нарушение координированных взаимоотношений между этими группами дыхательных мышц изменяет биомеханику дыхательного акта, вызывает парадоксальные движения грудной клетки и живота, ухудшает эффективность работы дыхательной мускулатуры
I* (Derenne et al., 1978; Miller et al., 2000; Cahalin et al., 2002). Поэтому изучение
характера взаимодействия диафрагмы и инспираторных межреберных мышц в процессе компенсации добавочной инспираторной нагрузки также весьма актуально и требует специальной экспериментальной разработки.
При планировании собственного экспериментального исследования учитывалось, что ответы на поставленные вопросы требуют комплексного изучения моторной организации дыхательного акта при длительном действии инспираторной резистивной нагрузки с использованием синхронной регистрации силы сокращений и электрической активности разных групп дыхательных мышц, эфферентной активности дыхательного центра, объемно-временных параметров дыхания.
Цели и задачи исследования. Целью настоящей работы явилось
^ комплексное исследование функционального состояния дыхательной
мускулатуры и механизмов координированной работы разных групп
дыхательных мышц при компенсации длительно действующей инспираторной
резистивной нагрузки.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
1. Проанализировать динамику объемно-временных параметров
дыхания при длительно действующей инспираторной резистивной нагрузке.
Изучить характер координированных изменений в режиме работы диафрагмы, инспираторных мышц грудной клетки и мышц верхних дыхательных путей при компенсации инспираторной резистивной нагрузки.
Исследовать компенсаторную реакцию на сопротивление дыханию при развитии утомления основной инспираторной мышцы -диафрагмы, а также при дисфункции (денервации) фарингеальных мышц.
Исследовать механизмы синхронной активации основных инспираторных мышц и мышц глотки при увеличении сопротивления дыханию: а) оценить вклад механорецепторов верхних дыхательных путей и механорецепторов легких в рефлекторное усиление инспираторной активности фарингеальных мышц при увеличении сопротивления дыханию; б) сравнить степень влияния хеморецепторной активации не реактивность подбородочно-язычной мышцы и диафрагмы при действии инспираторной резистивной нагрузки.
Установить причину срыва компенсаторной реакции и остановки дыхания при действии тяжелой инспираторной нагрузки.
Выявить механизмы утомления диафрагмы, вызванного длительным действием инспираторной резистивной нагрузки.
Оценить роль энергетического фактора в развитии утомления дыхательных мышц.
Провести сравнительный анализ устойчивости диафрагмы, межреберных и фарингеальных мышц к действию инспираторной резистивной нагрузки и развитию утомления.
Положения, выносимые на защиту.
1. Компенсация инспираторной резистивной нагрузки достигается за счет координированной работы разных групп дыхательных мышц. Увеличение сопротивления дыханию вызывает резкий рост активности наружных межреберных мышц, приводя к увеличению относительного вклада инспираторных мышц грудной клетки в создание дыхательного объема. Координированная работа диафрагмы и наружных межреберных мышц
позволяет компенсировать даже тяжелые инспираторные нагрузки, вызывающие утомление диафрагмы и ослабление ее сократительной способности.
Необходимым компонентом компенсаторной реакции на инспираторную резистивную нагрузку является усиление инспираторной активности фарингеальных мышц, сокращения которых расширяют и стабилизируют оро-фарингеальный просвет, предохраняя верхние дыхательные пути от окклюзии при усиленных вдохах. Вовлечение фарингеальных мышц в реакцию на инспираторную резистивную нагрузку обеспечивается, с одной стороны, снижением интенсивности вагально опосредованной тормозной импульсации, поступающей в дыхательный центр от механорецепторов легких, а с другой - усилением активирующих влияний от периферических хеморецепторов. Механорецепторы верхних дыхательных путей не участвуют в формировании вентиляторного ответа на инспираторную резистивную нагрузку и не являются необходимыми для вовлечения фарингеальных мышц в компенсаторную реакцию.
Основной причиной срыва компенсаторной реакции при действии тяжелой инспираторной резистивной нагрузки является утомление диафрагмы, которое состоит из двух компонентов - периферического и центрального. У наркотизированных животных периферический компонент, связанный с нарушением нервно-мышечной передачи, предшествует центральному компоненту, обусловленному снижением активности диафрагмальных мотонейронов. Изменение уровня энергетического снабжения дыхательных мышц влияет, прежде всего, на развитие периферического компонента их утомления.
Научная новизна. Впервые показано, что компенсаторные реакции дыхательной системы на увеличение сопротивления дыханию направлены не только на восстановление и стабилизацию дыхательного объема, но и на защиту верхних дыхательных путей от обструкции и окклюзии при нагруженных вдохах.
Установлено, что необходимым компонентом компенсаторной реакции является инспираторная активация мышц, расширяющих оро-фарингеальный просвет, среди которых наиболее мощной является подбородочно-язычная мышца. Эти данные открывают новое направление в исследовании механизмов реакций дыхательной системы на вентиляторные нагрузки, связанное с изучением функционального состояния мускулатуры верхних дыхательных путей.
Новые факты выявлены при исследовании механизмов рефлекторных ответов подбородочно-язычной мышцы на инспираторную резистивную нагрузку. Установлено, что афферентная информация от механорецепторов верхних дыхательных путей не является необходимой для вовлечения фарингеальных мышц в реакцию на увеличение сопротивления дыханию. Основным механизмом быстрого рефлекторного ответа этих мышц является ослабление тормозного афферентного потока от медленно адаптирующихся механорецепторов легких, вызванное снижением дыхательного объема и замедлением растяжения легких при увеличении сопротивления дыханию, что позволяет рассматривать дефляционный рефлекс Геринга-Брейера в качестве основного механизма этой реакции. Эти данные расширяют биологическую роль рефлекса Геринга-Брейера, позволяя связать ее с предохранением верхних дыхательных путей от обструкции при усиленных вдохах.
В ходе исследования получен ряд новых фактов, указывающих на то, что хеморецепторные механизмы активации фарингеальных мышц и диафрагмы не являются идентичными. Установлено, что в условиях инактивации периферических хеморецепторов наблюдается резкое ослабление вагально-опосредованных ответов подбородочно-язычной мышцы на окклюзию и ваготомию в отличие от аналогичных реакций диафрагмы и наружных межреберных мышц.
Сформирована новая точка зрения на развитие утомления дыхательных мышц. Этот процесс рассматривается как результат последовательного развития и взаимодействия периферических и центральных компонентов функциональной недостаточности дыхательных мышц. Показано, что
развитие периферического компонента утомления диафрагмы является одним из механизмов остановки дыхания при действии инспираторной резистивнои нагрузки в условиях гипоксии.
Выявлены разные типы координации диафрагмы и наружных межреберных мышц, позволяющие компенсировать даже тяжелую инспираторную нагрузку, вызывающую утомление дыхательной мускулатуры.
Теоретическое и практическое значение работы. Полученные в работе новые данные о механизмах регуляции активности фарингеальных мышц при дыхании с сопротивлением, о характере взаимодействия наружных межреберных мышц и диафрагмы при компенсации инспираторной резистивнои нагрузки расширяют представления о центральных механизмах регуляции дыхания.
Экспериментально обоснованное заключение о взаимодействии центральных и периферических компонентов в развитии диафрагмального утомления имеет важное теоретическое значение для развития общей концепции утомления.
Работа вносит существенный вклад в развитие теоретических основ патофизиологии дыхания. Экспериментальные факты, обнаруженные при исследовании динамики и механизмов ухудшения сократительной способности дыхательных мышц при дыхании с повышенным сопротивлением, помогают понять причины дыхательной недостаточности и найти способы коррекции сократительной слабости диафрагмы при хронических обструктивных заболеваниях легких. Результаты, полученные при исследовании механизмов регуляции активности фарингеальных мышц при добавочном сопротивлении дыханию в условиях функциональной изоляции и моторной денервации мышц верхних дыхательных путей, позволяет понять механизмы синдрома сонного апноэ и могут быть полезными при исследовании особенностей вентиляции у ларингэктомированных больных, дышащих через трахеостому.
Материалы проведенного исследования могут стать основой для
разработки рекомендаций по оптимизации функции дыхания при тяжелой
*1 трудовой и спортивной деятельности. Часть результатов диссертационного
исследования вошла в Руководство по физиологии дыхания (Санкт-Петербург, 1994), они могут быть использованы также в лекционных курсах по физиологии человека и животных.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на
заседаниях Ученого совета и отдела физиологии висцеральных систем
Института физиологии им. И. П. Павлова РАН; на совещание "Кислородные
режимы организма, работоспособность, утомление при напряженной
мышечной деятельности", (Каунас, 1987); на конференции "Центральные
механизмы регуляции дыхания и кровообращения", (Куйбышев, 1988); на
международной конференции по патофизиологии дыхания (Москва, 1991); на
конференции "Механизмы регуляции физиологических функций" (Ленинград,
1992); на Международной конференции "Современные достижения в
!Ф спортивной медицине" (Санкт-Петербург, 1994); на Всероссийской
конференции "Физиологические механизмы развития экстремальных состояний" (Санкт-Петербург, 1995); на I Всероссийском конгрессе по патофизиологии" (Москва, 1996); на XXXIII международном конгрессе по физиологическим наукам (Санкт-Петербург, 1997); на 7 Национальном конгрессе по болезням органов дыхания (Москва, 1997); на заседании Санкт-
.. Петербургского общества физиологов, биохимиков и фармакологов им. И. М.
Сеченова (Санкт-Петербург, 1997); на XVII съезде Всероссийского физиологического общества им. И. П. Павлова (Санкт-Петербург, 1998); на Международной конференции "Механизмы функционирования висцеральных систем" (Санкт-Петербург, 1999); на рабочем совещании проблемной комиссии по физиологии дыхания Ученого Совета РАН (Москва, 1999); на Международной конференции, посвященной 75 летаю со дня рождения А. М.
* Уголева (Санкт-Петербург, 2001); на XVIII съезде физиологического
общества им. И. П. Павлова (Казань, 2001); на Международном конгрессе Европейского Респираторного Общества (Стокгольм, 2002; Вена 2003).
Публикации. По теме диссертации опубликовано более 50 работ в отечественной и зарубежной печати.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания основных методических приемов, использованных в работе, четырех глав, посвященных изложению и обсуждению результатов собственных экспериментальных исследований, общего заключения, выводов и списка цитированной литературы. Объем диссертации составляет 338 страниц печатного текста, включая 63 рисунка и 6 таблиц. Список цитированной литературы включает 449 источников, в том числе 62 отечественных и 387 зарубежных.
