Введение к работе
Актуальность темы. Постоянный интерес к исследованиям эуктурно-функциональной организации дыхательного центра (ДЦ) зван его фундаментальным значением для решения как общих те-зтических задач нейрофизиологии, так и прикладных задач био-пии и практической медицины.
Представления о локализации ДЦ и нейрофизиологических ме--шзмах генерации и регуляции ритма и паттерна дыхания неод-фатно обобщались отечественными и зарубежными учеными А.Миславский,1885,Pitts,1946,М.В.Сергиевский,1950, М. В. Сер-эвский и соавт.,1975,1993,Габдрахманов Р. III. ,1975, И. А.Ке-)-Степанова, 1966,1981, В. А. Сафонов и соавт.,1980,И.С.Брес-з.В.Д. Глебовский,1981,Richter, 1992, В. Д.Глебовский,1994 и ).Однако, современный уровень развития нейрофизиологии не зволяет однозначно ответить на ключевой вопрос - происхожде-з дыхательной периодики.
Существенно изменили и дополнили представления о нейрон-i организации ДЦ сведения, полученные методом внутриклеточ-i регистрации электрической активности дыхательных нейронов .enter,1975,1992, Smith et al.,1991 ) и гистохимическими ме-іами (Euler et al.,1973,Kalia et al., 1979, Bystrzycka, 1980, Тем не менее, мнение исследователей о вкладе отдельных ти-! дыхательных нейронов в построение "дыхательного паттерна" енерацию ритма противоречивы (И.С.Бреслав,1984,М.В.Сергиев-:й и соавт., 1975,1993,Rlch.ter, 1992,В.Ф.Пятин и соавт., 1993, dman .Smith, 1994,Schwarzacher et al.,1995 и др.).
Участие структур "центра Миславского-Питтса", названного днее медиальной зоной ДЦ (И.А. Кедер-Степанова ,1966, Р.Ш. драхманов. 1972), в ритмогенезе, регуляции дыхательных дви-ий до настоящего времени окончательно не выяснено.
Высказаны предположения, что преинспираторные и рети лярные (тонические) нейроны могут генерировать пейсмекер потенциалы у новорожденных млекопитающих (Suzue,1984, Smith al.,1991,1992). У взрослых животных ритмическая активность жет формироваться за счет гинаптических взаимодействий ме ДН генератора ритма (Onimuru et al.,1989. Smith et a 1982,1991, Richter, 1992), которые превращают тоническую акт ность в ритмическую за счет внутренних специфических свой мембраны нейронов.
Перечисленные факты свидетельствуют о том. что вышен ванные нейронные структуры могут принимать участие в генерг дыхательного ритма, а также в регуляции ритма и паттерна дь тельных движений. Однако, в литературе недостаточно сведенк структурнофункциональной организации у кошки пре-ВОТ компле и вентромедиальной части RGC и их роли в генезе дыхателы ритма и паттерна.
Изучение особенностей структурной и функциональной 0{ низации дыхательного центра позволит целенаправленно и aj ватно использовать установленные закономерности и мехаю его активности при коррекции нарушений дыхания и устрани дыхательной недостаточности. Успешное решение данной проб.) тесно связано с точным представлением о месте генерации ді тельного ритма и о месте интеграции,координации и управлі активностью премоторных дыхательных нейронов, которые формі ют паттерн дыхания. Исследование механизмов угнетения и в* тановления ритмической активности дыхательного центра иі практическое значение, так как их познание важно для подде; ния и сохранения жизнедеятельности организма в различных
веских состояниях организма.
Целью настоящей работы явилось изучение функциональной ганизации пре-ВОТ комплекса и вентромедиальной части RGC энтра Миславского-Питтса) и их роли в формировании дыхательно паттерна и ритма у кошки.
Основные задачи исследования:
-
Определить нейрофизиологические особенности организа-1 структур пре-ВОТ комплекса и вентромедиальной части RGC знтра Миславского-Питтса).
-
Изучить изменения ритма и паттерна дыхания, импульсной гивности различных типов дыхательных нейронов при холодовом эатимом выключении пре-ВОТ комплекса и вентромедиальной час-
RGC.
3. Изучить нейрофизиологические механизмы восстановления
(ательного ритма при электрической стимуляции пре-ВОТ комп-
{са и вентромедиальной части RGC и выявить наиболее эффек
тный способ восстановления дыхательного ритма.
Научная новизна. Впервые строго локализована методами ло-іьной электрической стимуляции и отведения электрической ак-5НОСТИ от отдельных нейронов ростровентральное субъядро ітрального дыхательного ядра (пре-ВОТ комплекс) прижизненно сошки, в котором зарегистрирована высокая плотность различ-: типов инспираторных нейронов, особенно преинспираторных, :тинспираторных и ранних инспираторных нейронов по сравнению [ругими областями дыхательного центра и локальная стимуляция 'орого вызывала специфические изменения паттерна и ритма ды-'ельных движений. Получены новые данные, существенно допол-іщие представления о функциональной характеристике дыхатель-
ных нейронов пре-ВОТ комплекса и их участии в механизмах ф< мирования ритма и паттерна дыхания. Большинство нейронов эг области были интернейронами.
Все типы дыхательных интернейронов этой области вовлечі в генерацию дыхательного ритма, а преинспираторные нейроны і действуют переходу выдоха на вдох, так как вызывают окончаї выдоха и инициируют развитие вдоха.
Новизна исследования состоит в том, что впервые прове, анализ динамики импульсной активности различных типов ды тельных нейронов при обратимой остановке дыхательного рит: вызванном Холодовым выключением пре-ВОТ комплекса и вентро диальной части RGC, а также при восстановлении дыхательн ритма электрической стимуляцией этих же мест. Нейрофизиоло ческой основой наблюдавшихся различных паттернов дыхания ( нейзис, гаспинг) является дезинтеграция электрической акт ности дыхательных нейронов различных ядер продолговатого м га. Показано, что нарушение билатеральных связей между осн ными ядрам дыхательного центра приводит к ослаблению активи ти или прекращению дыхательной периодики.
Теоретическое и практическое значение работы. Теоретич кое значение выполненной работы состоит в получении новых д ных о функциональной организации пре-ВОТ комплекса вентраль го дыхательного ядра и центра Миславского-Питтса, что ва для более глубокого понимания механизмов регуляции и упраЕ ния дыхательными движениями.
Практическое значение выполненных исследований состоит том, что полученные результаты позволяют подойти к понимг механизмов восстановления спонтанного дыхательного ритма
зизвольной коррекции дыхательных движений, а также понять <анизм образования различных, в том числе и патологических, 1ов дыхания. В работе предложен эффективный способ восста-зления дыхательного ритма посредством электрической стимуля-1 инспираторных мест пре-ВОТ комплекса и центра Миславско--Питтса . Экспериментально подобранные оптимальные параметры зязанного ритма могут быть использованы при управляемом дыши. Сформулированные представления о функциональной роли ;-ВОТ комплекса и вентромедиальной части RGC могут объяснить жсхождение различных типов дыхания, не прибегая к гипотезе жественности дыхательных центров,а также различия в меха-шах переключения фаз : вдоха на выдох и выдоха на вдох.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
В вентральном дыхательном ядре (в ростролатеральной ітролатеральнои его части) у взрослых кошек идентифицирован :-ВОТ комплекс, нейроны которого принимают непосредственное .стие в переключении дыхательных фаз.
-
Особенность нейронной организации пре-ВОТ комплекса и тромедиальной части RGC состоит в том, что в них преобладаю приобульбарные интернейроны: в первом - дыхательные, а во ром - ретикулярные нейроны. Нейроны исследованных областей ют прямые и олигосинаптические связи с премоторными нейро-и дорсального и вентрального дыхательных ядер.
3. Нейрофизиологическим механизмом угнетения и прекраще-
дыхательного ритма и образования патологических типов
ттернов) дыхательных движений является дезинтеграция взаи-ействия проприобульбарных дыхательных нейронов. При оста-
новке дыхания, вызванной интоксикацией барбитуратами, гипою ей, восстановление активности генератора ритма возможно пу электростимуляции инспираторных мест вентромедиальнои ча RGC или пре-ВОТ комплекса.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной боты доложены и обсуждены на 1-ом Физиологическом съезде Р сии (Пущино,1994), на региональных конференциях физиоло (Тольятти,1995, Набережные Челны,1997), на заседании Самаре го отделения Физиологического общества им. И. П. Павлова (Са ра,1997).
Реализация результатов исследования. По материалам л сертации опубликованы 6 работ. Полученные в исследовании зультаты включены в лекционный курс по нормальной физиолс для студентов Самарского государственного медицинского униЕ ситета, классического Самарского государственного университ и Самарского государственного педагогического университета.
Публикации результатов исследования.
По теме диссертации опубликовано 6 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоиг введения, обзора литературы, изложения методов исслед( ния.трех глав результатов исследования, их обсуждения, выв< и списка литературы. Работа изложена на 146 страницах, иллі рирована 31 рисунком. Указатель литературы включает 165 ра1 из них 110 иностранных авторов.