Введение к работе
Предпосылки и актуальность исследования. Согласно классической концепции, рефлекторные дуги вазомоторных рефлексов переключаются в сосудодвигательном центре продолговатого мозга. Исследования нашей лаборатории (Хагатин, 1964; Сонина, 1971; Лукошкова, 1973, 1982; Хаютин и ссавт., 1977; Фроленкоз, 1988) дали основание полагать, что такое переключение происходит в спинном мозге, а вазомоторный центр продолговатого мозга управляет соответствующими механизмами спинного мозга. Данная работа развивает эти представления: она посвящена изучению роли входных нейронных систем спинного мозга в реализации сомато-вазомоторных и сомато-кардиальных рефлексов, возникающих при ноцицептивных раздражениях.
Такие рефлексы входят в состав сложного комплекса оборонительных реакций на ноцицептивное воздействие (Sherrington, 1906). Весь этот комплекс регулируется совокупностью определенных образований ствола мозга - антиноцицептивной системой (АНЦС). Нейроны этой системы, посылая свои аксоны в дорсальные рога спинного мозга, управляют расположенными здесь нейронами, осуществляющими первичную переработку ноцицептивных афферентных сигналов (Сеченов, 1863; Сеченов, Пашутин, 1865; Вальдман, Игнатов, 1976; Fields, Basbaum, 1978; Iggo, 1980; Willis, 1982; Калюжный, 1984; Yaksh, 1986; Besson, Chaouch, 1987; Лиманский, 1989; Игнатов, 1989; Besson, 1994). При активации АНЦС угнетаются ответы спинномозговых нейронов на ноцицептивные сигналы, вследствие чего подавляются спинномозговые и стволовые двигательные рефлексы, ослабляются потоки импульсов, восходящие в головной мозг, и болевые ощущения. Угнетение передачи ноцицептивных сигналов в дорсальных рогах спинного мозга опосредуется норадренергическими, серотонинер-гическими, дофаминергическими и знкефалинергическими нейронами
АНЦС (Dahlstrom, Fuxe, 1965; Akil, Mayer, 1972; Akil, Liebeskind, 1975; Hayes etal., 1977; Майский, 1983; Yaksh, 1986; Proudfit, 1992; Advokat, 1993).
В нашей лаборатории установлено, что подведение агонистов ад-ренергических рецепторов непосредственно к дорсальной поверхности спинного мозга резко ослабляет возбуждающее действие ноцицептивных залпов соматических А+С-афферентов на вазоконстрикторные нейроны, тогда как тормозное действие этих залпов сохраняется (Лукошкова, 1986; Карагулова, 1989; Lukoshkova et ai., 1991). Это позволило сформулировать гипотезу, согласно которой входные нейронные системы спинного мозга играют ключевую роль в формировании сердечно-сосудистого компонента оборонительной реакции и, в то же время, подвергаются управляющим нисходящим воздействиям АНЦС (Lukoshkova et al., 1991).
Действие антиноцицептивной системы на нейроны дорсальных рогов опосредуется также и энкефалинергическими бульбо-спинальными нейронами. Такие нейроны, как и норадренергические, могли бы быть при-частны к осуществлению ноцицептивных сердечно-сосудистых рефлексов. Это предположение можно проверить, имитируя активное состояние эн-кефалинергических нейронов АНЦС путем подведения агонистов опиат-ных рецепторов непосредственно к дорсальным рогам спинного мозга. С этой целью целесообразно использовать морфин: при интратекальном введении он подавляет ощущение боли, а также ноцицептивные двигательные рефлексы (McClaine et al., 1967) и генерализованный С-ответ симпатических нейронов (Sato et al., 1986). В то же время, при внутривенном введении морфин также подавляет ответы вазоконстрикторных нейронов на залпы соматических С-афферентов (Каверина и Розонов, 1971; Каверина и Бендиков, 1973; (to et al., 1983) и уменьшает прессор-ные рефлексы, вызываемые этими залпами.
Цель работы: Выяснить, изменяются ли и как именно вазомоторные и кардиохронотропные рефлекторные реакции, вызываемые ноцицептив-
ными афферентными сигналами, при локальном действии морфина на входные нейронные системы спинного мозга. Установить механизмы изменения рефлексов, исследовав сомато-симпатические рефлекторные ответы.
Для этого необходимо было решить следующие задачи:
-
Сопоставить действие морфина при внутривенном введении и при непосредственном подведении к входным нейронным системам спинного мозга на прессорные рефлексы, рефлекторные разряды вазоконстриктор-ных и моторных нейронов, вызываемые залпами А+С-афферентов спи-нальных нервов.
-
Установить, действует ли морфин преимущественно на те из рефлекторных разрядов, которые в наибольшей степени причастны к генерации прессорного, кардиохронотропного и сгибательного рефлексов. Сопоставить изменения прессорных рефлексов и сомато-симпатических рефлекторных ответов при действии морфина, выяснить, ослабляет ли морфин при подведении его непосредственно к входным нейронным системам спинного мозга ноцицептивные прессорные рефлексы, и происходит ли это вследствие локального действия морфина или же его дистантного действия .
-
Выяснить, как влияет морфин, подведенный к входным нейронным системам спинного мозга, на временную суммацию в центральных звеньях сомато-вазомоторного и защитного сгибательного рефлексов.
-
Установить, оказывает ли даларгин, синтетический аналог опио-
*Под локальным подразумевается действие вещества непосредственно на входные нейронные системы, к которым оно подводится, а под дистантным - эффекты, которые не могут быть объяснены изменением передачи сигналов только в тех сегментах спинного мозга, к которым это вещество подведено.
идных нейропептидов, подведенный к входным нейронным системам спинного мозга, локальное действие на прессорные и кардиохроно-тропные рефлексы, и аналогично ли оно действию морфина.
Научная новизна:
-
Морфин и даларгин при непосредственном действии на входные нейронные системы спинного мозга резко угнетают ноцицептивные прессорные рефлексы. Такое действие морфина, а также даларгина, локально и обусловлено подавлением интернейронных систем дорсальных рогов, определяющих возбуждение вазоконстриктори ых нейронов сигналами соматических С-афферентов. Интернейронные системы, определяющие тормозное действие сигналов соматических А- и С-афферентов на вазо-констрикторные нейроны, существенно не затрагиваются. Поэтому на депрессорные рефлексы морфин практически не действует.
-
Действуя на входные нейронные системы спинного мозга, морфин угнетает временную суммацию возбуждения, вызываемого залпами А+С-афферентов спинальных нервов. Это действие морфина специфично и является одним из механизмов, определяющих подавление длин-нолатентных рефлекторных разрядов вазоконстрикторных и моторных нейронов, а также ноцицептивных прессорных рефлексов.
-
Эффективность угнетающего действия морфина на рефлекторные разряды вазоконстрикторных нейронов и мотонейронов мышц-сгибателей, а также на прессорные рефлексы, вызываемые залпами спинальных А+С-афферентов, определяется количеством и частотой афферентных посылок.
-
При подведении к входным нейронным системам спинного мозга морфин, частично проникая в кровь, усиливает тоническую импульсацию сердечных парасимпатических нейронов, что вызывает уменьшение частоты сердцебиений и способствует усилению рефлекторной тахикардии,
возникающей при стимуляции афферентов спинальных нервов.
5. Даларгин вызывает существенно более сильное, чем морфин, локальное угнетение ноцицептивных прессорных рефлексов. Локальное действие даларгина, подведенного к сегментам L4-S2, обусловливает также угнетение кардиохронотропных рефлексов, вызванных раздражением афферентов большеберцового нерва.
На защиту выносятся следующие положения:
Опиатчувствительные звенья входных нейронных систем спинного мозга: а) лричастны к формированию сосудистого и сердечного компонентов оборонительной реакции; б) могут быть мишенью для нисходящего управления сердечно-сосудистыми ноцицептивными рефлексами, осуществляемого энкефалинергическими нейронами антиноцицептивной системы.
Теоретическое и практическое значение. Участие опиоидергической передачи уже на уровне афферентных систем спинного мозга в осуществлении ноцицептивных прессорного и кардиохронотропного рефлексов позволяет полнее понять их механизмы, расширяя и углубляя представления о функционировании АНЦС. Новые сведения открывают возможности фармакологической коррекции рефлекторных сердечно-сосудистых реакций, которые могут возникать, в частности, при некоторых хирургических вмешательствах и способны приводить к опасным гемодинамическим нарушениям.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на Межреспубликанской конференции "Химия и фармакология биологически активных веществ'' (Волгоград, 1989); на VIII научной конференции ЦНИЛ Тбилисского ГИУВ "Центральная регуляция вегетативных функций" (Тбилиси, 1989); на VI Всесоюзном симпозиуме "Центральная регуляция кровообращения" (Ростов-на-Дону, 1991); на Учреди-
тельном конгрессе Международного патофизиологического общества (Москва, 1991); на VII Всемирном конгрессе по боли (Париж, 1993); на I конференции Российской Ассоциации по изучению боли "Патофизиология и фармакология боли" (Москва, 1993); на межлабораторном семинаре Института экспериментальной кардиологии КНЦ РАМН и на заседании кафедры Физиологии человека и животных биологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова (Москва, 1994). Результаты работы отражены в 8 публикациях.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методов исследования, изложения результатов (4 главы), обсуждения, выводов и списка цитируемой литературы.
Опыты проведены на 86 слабонаркотизированных уретаном и хлора-лозой (500 и 30 мг/кг, в/в) и обездвиженных сукцинилхолин-хлоридом (150 мкг/кг*мин, в/в) кошках. Движения, а значит, и рабочая гиперемия скелетных мышц у таких животных отсутствуют. В таких условиях раздражение соматических нервов не приводит к сколько-нибудь значительному изменению минутного объема кровообращения (Kumada et al., 1975), так что рефлекторные реакции АД определяются в основном изменениями просвета резистивных сосудов. Давление в общей сонной артерии измеряли электроманометром, частоту сердцебиений - кардиотахометром; сигналы этих приборов регистрировали при помощи самописца КСПП-4.
Рефлекторные реакции вызывали электрической стимуляцией боль-шеберцового или лучевого нервов, большинство волокон которых - кожные афференты. Длительность и амплитуда стимулов, возбуждающих афферентные волокна группы А (0.1 мс, 3 В), или как А-, так и С-групп (1 мс, 15 В), выбраны в соответствии с данными Е.В.Лукошковой (1975).
Стимулы, применяемые для раздражения А+С-афферентов, являются заведомо ноцицептивными для наркотизированных животных. Известно, что одиночный залп кожных А-дельта афферентов вызывает у человека колющую боль (Bishop a. Landau, 1958), а одиночный залп С-афферентов - непереносимую, жгучую боль (Brindley, 1962). У слабонаркотизированных животных залпы спинальных А+С-афферентов способны вызвать такие компоненты оборонительной реакции как защитное сгибание конечности и прессорный рефлекс. При исследовании прессорных рефлексов частота стимулов обычно была 1-2 Гц, раздражение прекращали через 30-55 с, то есть после полного развития рефлекса.
Для изучения механизмов действия морфина на прессорные рефлексы регистрировали потенциалы действия в почечном нерве, который содержит в основном вазоконстрикторные волокна (Лукошкова, 1973). Для сопоставления вазоконстрикторных и двигательных ноцицептивных реакций регистрировали также потенциалы действия в одной из веточек седалищного нерва, иннервирующих либо полусухожильную, либо заднюю двуглавую мышцу бедра (далее эту веточку будем называть "мышечным нервом"). Потенциалы действия усиливали дифференциальным усилителем (pre-amp 113, PARC). С выхода усилителя сигнал подавался на когерентный накопитель (PARC 4202 или Disa 14G11) для усреднения ответов за 3-20 их последовательных реализаций. Усредненные ответы регистрировали на самописце (Watanabe WX4401) и вводили в память ЭВМ (Labtam 3015) для количественной оценки их средней амплитуды. Для раздражения в этих опытах обычно применяли короткие (не более 0.5 с) высокочастотные пачки стимулов (20-100 Гц).
Чтобы подобрать необходимые для выявления действия морфина параметры раздражения, в первой серии опытов исследовали его действие при внутривенном введении в дозах 0.02, 0.2, 2 и 3 мг/кг (26 животных). Интервал между последовательными введениями был не менее 30-
40 мин. Для подведения растворов морфина или даларгина к дорсальной поверхности спинного мозга вскрывали тела соответствующих позвонков. Обнажали сегменты L4-S2 (56 животных) или С6-Т1 (4 животных), в которые входят афферентные волокна раздражаемых нервов - большеберцо-вого и лучевого. Вскрытую часть спинного мозга тщательно оберегали от высыхания и охлаждения. На поверхность мозга помещали полоску ваты, пропитанную раствором исследуемого вещества или раствором Рингера.
В нашей лаборатории установлено, что распространение красителя Эванса синего, которым пропитана ватка, за пределы обнаженного участка мозга не превышает одного сегмента по вентральной поверхности мозга и 2-3 мм по его дорсальной поверхности (Карагулова, 1989). Согласно расчетам Е.В.Лукошковой (Lukoshkova et а!., 1991), падение концентрации с увеличением глубины проникновения вещества в спинной мозг оказывается очень резким и остается таким в течение длительного времени. Например, через 20 мин после аппликации концентрация морфина на глубине 2 мм оказывается более, чем на 5 порядков меньше, чем на поверхности спинного мозга. Морфин и даларгин вмешиваются в передачу ноцицептивной информации, действуя на опиатные рецепторы нейронов, расположенных как в поверхностных (I-II пластины), так и в глубоких - IV-V пластинах дорсальных рогов (Yaksh, 1981; Duggan, 1981; Willis, 1982; Basbaum a. Fields, 1984), что соответствует у кошек глубине 1-2 мм. Исходя из расчетов, можно ожидать, что минимально эффективная концентрация морфина гидрохлорида будет составлять около 0.5 мМоль, т.е. приблизительно 0.02%. Поэтому мы использовали 0.02, 0.1 и 0.5% растворы морфина. Даларгин применяли в концентрациях 0.02 и 0.1%. При таком способе подведения веществ возможно их проникновение в кровеносные сосуды в области аппликации и попадание с кровью в другие отделы ЦНС, т.е. не исключены дистантные эффекты веществ. Проявлением дистантного действия вещества является и изменение со-
стояния каких-либо отделов ЦНС как следствие его локального действия на нейроны тех сегментов спинного мозга, к которым оно подведено. Чтобы установить, является ли действие морфина или даларгина при аппликации в области сегментов L4-S2 только локальным или, кроме того, проявляются дистантные эффекты, регистрировали также прессорные рефлексы с лучевого нерва. И напротив, при аппликации на сегменты С6-Т1 для выявления дистантных эффектов устанавливали, изменяются ли рефлексы с большеберцозого нерва. В ряде опытов для проверки специфичности действия морфина внутривенно вводили налоксон в дозе 0.2 мг/кг. У 14 животных в тех же условиях, что и при аппликации морфина или даларгина, проводили контрольное испытание - замену прикрывавшей мозг полоски ваты с раствором Рингера на такую же полоску, пропитанную тем же раствором.
Достоверность различия средних величин, характеризующих изменение различных параметров при контрольных испытаниях и при нанесении на мозг веществ, а также до и после их воздействия, определяли по одностороннему t-критерию Сгьюдента.