Введение к работе
Актуальность исследования. Известно, что механизмы генерации и регуляции дыхательного ритма начинают формироваться на ранних этапах онтогенеза В раннем постнатальном периоде в регуляции активности дыхательного центра принимают участие центральные хеморецепторы (Песков, Пятин, 1985, 1988, Ballantyne D , Scheid, 2000, Name, 2001, Мирошниченко, Пятин, 2002, Сафонов с соавт, 1980, Сафонов, Лебедева, 2003 и др) и надбульбарные отделы (Ведясова, Михайлова, 2001, Меркулова, 2001), в частности, структуры моста (Kobayashi, 1990, Di Pasquale et al, 1992, St John, 1996) Пневмотаксический комплекс, включающий симметричные структуры парабрахиальных ядер и ядер Келликера-Фюзе дорсолатеральной области моста, представляет собой комплекс гетерогенных структурно-функциональных образований, функция которых связана, в основном, с регуляцией активности дыхательного центра и системного артериального давления (Мшга М , Takayama К , 1991, Lara J L et al, 1994, Len W-B , Hayard LF, Felder RB , 1998, Chan J, 1999, Saleh et al, 2003, 2005) В частности, респираторно регулирующая роль пневмотаксического комплекса проявляется как в активации (ростральные, дорсолатеральные и вентролатеральные участки ядер Келликера-Фюзе), так и в торможении (каудальные отделы ядер Келликера-Фюзе и вентральная область парабрахиальных ядер) генерации дыхательного ритма и респираторного паттерна у взрослых животных (Mutolo, Bongiani, et al, 1998, Якунин с соавт , 2001).
Пневмотаксический комплекс относят к одному из основных регуляторов активности дыхательного центра у новорожденных животных (Fung М L , 1995, W St John, 2000, Мирошниченко И В и соавт , 2002, Kobayashi S , Onimaru Н et al , 2005) Так, недостаточная пластичность модуляции респираторной активности у новорожденных млекопитающих может быть обусловлена незрелостью нейронных популяций ядер Келликера-Фюзе (Dutschmann et al, 2004) Как демонстрируют гистологические исследования, дыхательные нейроны дорсолатеральных областей моста в раннем постнатальном периоде образуют афферентные и эфферентные связи с дыхательными нейронами продолговатого мозга (Gaytan et al, 1997, Yokota et al, 2003) Исследования in vitro показывают, что мост содержит большее количество пост-инспираторных нейронов, по сравнению с продолговатым мозгом, что доказывает участие рострального мостового комплекса ядер в регуляции активности дыхательного ритма у новорожденных млекопитающих (Ballanyi et al , 1999, Dutschmann et al, 2004)
Медиатором синаптических механизмов нейронных популяций дорсолатеральных областей моста, обусловливающих формирование регулирующих влияний на дыхательный центр и бульбарные механизмы регуляции симпатической активности у взрослых животных является глутамат (Мшга М, Takayama К , 1991, 1993, Lara J Р et al, 1994, Montekaitis AM et al, 1996, Chen X et al, 1999, Ведясова с соавт , 2005), который при участии NMDA (N-methyl-D-aspartate) и non-NMDA рецепторов вызывает возбуждающие постсинаптические потенциалы на мембранах нейронов латеральных отделов
3 \
\ -\
парабрахиальных ядер (Zidichouski J A et al, 1996, Yokota S et al, 2003) Однако, в настоящее время, в литературе нет четких представлений о роли глутаматергическои системы пневмотаксического комплекса в регуляции активности дыхательного центра на ранних этапах онтогенетического развития центральных механизмов регуляции его деятельности
Цель исследования. Целью настоящего исследования является изучение роли глутаматергическои системы пневмотаксического комплекса в регуляции ритмической активности дыхательного центра на ранних этапах его развития.
Основные задачи исследования.
Исследовать возрастные особенности влияния выключения каиновой кислотой глутаматергическои системы пневмотаксического комплекса на респираторную активность понто-бульбоспинальных препаратов мозга новорожденных крыс в первые 0-4 суток
Изучить влияние активации глутаматом глутаматергическои системы нейронных структур пневмотаксического комплекса на параметры респираторной активности понто-бульбоспинальных препаратов мозга новорожденных крыс в возрасте 0-4 суток
Изучить возрастные особенности респираторной активности понто-бульбоспинальных препаратов мозга новорожденных крыс (0-4 суток) в условиях блокады кетамина гидрохлоридом NMDA глутаматных рецепторов нейронных структур пневмотаксического комплекса
Изучить возрастные особенности респираторной активности понто-бульбоспинальных препаратов мозга новорожденных крыс (0-4 суток) в условиях блокады GAMS non-NMDA подтипа глутаматных рецепторов нейронных структур пневмотаксического комплекса
Положения, выносимые на защиту.
У новорожденных крыс пневмотаксический комплекс участвует в контроле дыхательного центра путем торможения (парабрахиальные ядра) и активации (ядра Келликера-Фюзе) ритмгенерирующего процесса При этом ядра Келликера-Фюзе участвуют в механизме контроля параметров инспираторного залпа
Контроль частоты генерации дыхательного ритма и параметров инспираторного залпа в дыхательном центре со стороны парабрахиальных ядер и ядер Келликера-Фюзе осуществляют при обязательном участии глутаматергическои системы
У новорожденных крыс контроль пневмотаксическим комплексом инспираторно-тормозящего и инспираторно-стимулирующего механизмов регуляции активности дыхательного центра осуществляется при участии NMDA подтипа рецепторов глутаматергическои системы
В механизмах взаимодействия пневмотаксического комплекса с бульбарным дыхательным центром у новорожденных крыс роль non-NMDA подтипа рецепторов глутаматергическои системы выражена в меньшей степени, чем NMDA подтипа рецепторов
Научная новизна. В работе впервые получены данные о функции глутаматергическои системы пневмотаксического комплекса в регуляции дыхательного ритмогенеза и паттерна инспираторнои активности на раннем этапе развития понто-бульбарных механизмов регуляции ритмической активности дыхательного центра
В работе впервые показано, что в изолированных понто-бульбоспинальных препаратах мозга новорожденных крыс (0-4 суток) активация глутаматергическои системы различных ядер пневмотаксического комплекса вызывает инспираторно-стимулирующее или инспираторно-тормозящее влияние на частоту генерации дыхательного ритма с преобладанием инспираторно-стимулирующего влияния Глутаматергическую модуляцию активности дыхательного ритмогенеза выполняют NMDA и non-NMDA рецепторы, при ведущей роли NMDA рецепторов
Результаты исследования показывают, что в раннем постнатальном периоде пневмотаксический комплекс новорожденных млекопитающих модулирует генерацию осцилляции среднечастотного диапазона инспираторного залпа
Теоретическая и практическая значимость работы.
Полученные в ходе исследования данные расширяют современные представления о процессах регуляции и модуляции активности дыхательного ритмогенеза при участии надбульбарных уровней ЦНС, в частности пневмотаксического комплекса млекопитающих в раннем постнатальном периоде Исследованные в работе особенности взаимодействия между бульварным дыхательным центром и нейронными структурами пневмотаксического комплекса, которые развиваются в раннем периоде онтогенеза гетерохронно, обеспечивают специфику механизмов формирования частоты генерации дыхательного ритма, а также паттерна инспираторнои активности (длительность и амплитуда инспираторного залпа, мощность осцилляции)
Результаты исследования способствуют пониманию механизмов формирования таких жизненно важных нарушений дыхания у новорожденных, как синдром внезапной смерти новорожденных, идиопатические остановки дыхания во сне, периодическое нерегулярное дыхание новорожденных, синдром врожденной центральной гиповентиляции и т д Полученные данные имеют практическое значение для развития прикладных вопросов неонаталогии, представляют научный интерес для физиологов, биохимиков и фармакологов, работающих в области возрастной нейрофизиологии и исследования проблем развития нейромедиаторных и нейромодуляторных систем мозга
Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждены и изложены на Международной юбилейной научно-практической конференции, посвященной 30-летию Оренбургского государственного университета «Учебная, научно-производственная и инновационная деятельность высшей школы в современных условиях» (Оренбург, 2001), Всероссийской научно-практической конференции «Компенсаторно-приспособительные процессы
фундаментальные и клинические аспекты» (Новосибирск, 2002), Всероссийской конференции с международным участием «Достижения биологической функциологии и их место в практике образования» (Самара, 2003), Международной конференции «Стресс и висцеральные системы» (Минск, 2005), Российской медико-биологической конференции молодых ученых «Человек и его здоровье» (Санкт-Петербург, 2006), Международной конференции «Медико-биологические аспекты действия физических факторов» (Минск, 2006), Межвузовской конференции молодых ученых «Аспирантские чтения - 2006» (Самара, 2006)
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 работ, из них 5 в центральной печати, в том числе 1 в реферируемом журнале
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, трех глав с изложением результатов собственных исследований, заключительного обсуждения, выводов и списка литературы, включающего 219 источников, в том числе 33 отечественных и 186 зарубежных
Диссертация изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 9 таблиц, 17 рисунков, 1 микрофотографию, 1 схему
