Введение к работе
Актуальность проблемы. В последнее время происходит пересмотр представлений о симпатической и парасимпатической иннервации внутренних органов, предложенных еще в начале нашего столетия /Lang-ly. 1903/. В 60-70 года появляются работа, не укладывающиеся в рамки этих представлений. В начале 80-х годов А.Д.Ноздрачэвым была выдвинута концепция о метаскмпатической нервной системе,как самостоятельной части автономной нервной системы /Ноздрачев, 1980, 1983/. Эта концепция основывалась на электрофизиологических и морфологических свойствах нейронов энтеральных и кардиальных интрамураль-ных ганглиев. Нервные узлы других внутренних органов, обладающих моторной активностью, в том числе и нижних дыхательных путей, к тому времени не изучались. Первые работы, посвященные изучению электрофизиологических характеристик нейронов ганглиев респираторного тракта появились только в 80-х годах и на сегодняшний день составляют считанные единицы /Coburn,1983-1987: ICalla et al., 1983; Cameron. Coburn. 1984; Федин, Ноздрачев и др.. 1984-1995/. Такое положение объясняется тем. что до недавнего времени трахея и бронхи рассматривались как пассивные образоваїшя - эластические трубки и роль гладкоиышечной ткани в них сводилась в основном к поддержанию определенного тонуса стенок воздухоносных путей.
Как известно, просвет респираторного тракта может ритмично изменяться. Эти движения сначала считали перистальтическими, наподобие движениям желудочно-кишечного тракта /Dixon, Bradle. 1903/. Затем их связывали с изменениями транспульмонального давления во время дыхания /Ellis. 1936; Loc-fborrow et al., .1957; Wlddlcombe, 1963/. А в 1985 году было выдвинуто предположение, что сокращения мышцы трахеи в ритме дыхания являются активным процессом, вызванным импульсацией, поступающей по эфферентным волокнам блуждающего, нерва /Mitchell et al.. 1985/. К сожалению, при анализе природы ритмических сокращений гладкой мншцы не учитывалось наличие нервного аппарата интрэмуральных ганглиев.
Изучение электрических и сократительных свойств гладкой мышцы дыхательных путей, ее реакций на физические, химические и фармакологические воздействия выявило сложный характер мышечного ответа, связанный с особенностями иннервации воздухоносных путей. Кроме фармакологических веществ, относящихся к классическим холм-
нсргичєским /Russell, 1978; Clark et al., 1981; Mapp et al., 1989/ и адренергическим /Flelsch et al.. 1970; Grundstrom et al., 1981; Dan1ovist et al.. 1989/ медиаторным системам, гладкая ыышца отвечает и на серотонинэргические /Colebatcn et al.. 1966; Hahn et al., 1976; Skabarskis et al.. 1990/. пепгадзргические /Polak, Bloom, 1982; Barnes, 1984. 1987; Dasser et al.. 1988/. пуринэрги-ческие /Christie, Satchell, 1980; Irvin et al., 1981/, гистами-нэргические /Benson, Graf. 1971; Vldruk et al., 1977; Ludwlg et al.. 1991/ и многие другие биологически активные вещества, претендующие на роль медиаторов или модуляторов нервно-мышечной передачи. Авторы практически всех упомянутых и других работ реакции гладкомышечных препаратов на биологически активные вещества связывают с непосредственным действием последних на мышечные клетки и не учитывают влияние нейронов интрамуральных ганглиев.
Таким образом, к настоящему времени имеются данные, свидетельствующие о том, что.ритмические изменения напряжения мышечной стенки трахеи и бронхов во время дыхания является активным процессом, в котором участвуют нервные структуры. Однако значение этих ритмических колебаний для дыхания и механизмы их формирова-шія остаются невыясненными. Особенно большое значение данная проблема имеет при патологических состояниях респираторного тракта. На сегодняшний день отсутствует четкие представления о медиаторах и модуляторах нервно-мышечной и мевнейронной передачи в воздухоносных путях, а также о функциональной организации и значении для процессов дыхания периферического нервного аппарата, залегающего в стенках этого тракта. Рассмотрение этих вопросов и составило предмет данной работы.
Нед?» и задачи исследования. Целью работы явилось изучение Функциональной организации нейронов интрамуральных ганглиев респираторного тракта и их роли в управлении гладкомышечноЯ іканью в процессе дыхания. Для достижения этого были поставлены следующие основные задачи:
1) изучить функциональные свойства нейронов интрамуральных ганглиев трахеи и главных бронхов,
Z) определить основные меииаторнне системы, участвующие в осуществлении моянейронной и нервно-мкшчной передачи,
3) установить механизмы формирования электрической и механи-
ческой активности гладкомышечной стенки трахеи в процессе дыхания.
-
рассмотреть ролъ интрамуральных ганглиев в развитии некоторых патологических состояний дыхательных путей,
-
представить функционально-структурную организацию периферического нервного управления гладкомыиечной тканью нижних дыхательных путей
Научная новизна полученных результатов. В работе впервые показано, что нейронам интрамуральных ганглиев изолированных препаратов трахеи и бронхов свойственна фоновая импульсная активность, определены функциональные группы нейронов, а также дан анализ межнейронных взаимодействий. Выявлено, что между клетками ганглиев имеются не только возбуждающе, но и тормозные связи.
В интрамуральных ганглиях дыхательных путей содержатся сенсорные, промежуточные, эффекторные возбуждающие и тормозящие мышцу нейроны и клетки, формирующие ритмическуп активность нейронов, объединенные в функциональные модули и выполняющие роль периферического нервного центра. Нейроны интрамуральных ганглиев относятся к метасишатической нервной системе. В электрофизиологических исследованиях впервые установлено наличие местных рефлекторных дуг. по. которым возбуждающие и тормозные влияния от рецепторов передаются на нейроны функционального модуля и поддерживают ритмическую активность гладкомышечной стенки трахеи.
Впервые проведено комплексное изучение медиаторного обеспечения межнейронной и нервно-мышечной передачи в нижних дыхательных путях крысы и морской свинки.' Установлено, что с помощью никотиновых холинорецепторов, осуществляется- передача импульсации между нейронами, а через мускариновые холинорецепторы - мсдулиру-вщие влияния. Холинергические механизмы участвуют также в передаче торможения. Установлено, что у животных симпатические нервные золокна оканчиваются не только на гладкомышечных клетках, но и шправляются к метасимлатическим нейронам функциональных модулей. 1а мышечных клетках расположены преимущественно бета-адренорэ-депторы, на нейронах - альфа-адренорецепторы. Рецепторы находятся іа телах мышечных или нервных клеток, а также на пресинаптических жончаниях. Впервые для дыхательных путей установлено, что действие серотонина связано главным образом с иейрональным аппаратом гатрамуральных ганглиев.
Впервые выявлена наличие в процессе дыхания фазной электрической активности гладкомышечной стенки трахеи. Формирование ее активности определяется нейронами трахеального сплетения, а координация с ритмом дьоания осуществляется эфферентными Еолокнамн блуждающего нерва. Тонус гладкой мышцы обеспечивается собственными внутриклеточными механизмами, преганглионарными,эфферентными волокнами блувдагацего нерва и группой эфферентных нейронов интрамуральных ганглиев. Рассмотрены процессы формирования мышечного напряжения во время инспирации, приводящие к активации рецепторов растяжения и прерыванию вдоха.
Представлен подробный анализ роли миогенных и нейрогеншо факторов в формировании электрической и механической активносте гладкомышечной ткани, установлено, что эффекты биологически активных веществ на мышцу связаны не только с их непосредственны* действием на нее. но и опосредовано через метасимпатические нейроны интрамуральных ганглиев.
Впервые выявлена роль нейронов интрамуральных ганглиев г развитии аллергического состояния. Показало, что при этом нарушаются меякеирошше снлалтаческие связи и пресинаптическое выделение медиатора.
Теоретическое и практическое значение работа. Полученные і работе данные о функциональных характеристиках мегасимпагкческю нейронов ганглиев дыхательных путей раскрывают новые представления о функционировании автономной нервной системы. Эти результаті уточняют и расширяют представления об организации нервного управления гладкомыюечными стенкаш внутренних органов.
Данные об особенностях иннервации гладкошшечкых стенок дыхательных путей позволяют по-новому рассматривать развитие брон-хоспазма и на этом основании разрабатывать новые методы леченго бронхолегочных заболеваний.
Результаты исследований используются в циклах лекций "Общи! курс Физиологии человека и животных", "Физиология автономно! нервнойая системы", "Физиология дыхания" для студентов Санкт-Петербургского государственного университета.
^Основные положения, выносимые на защиту.
В интрамуральных ганглиях нервных сплетений нижних дыхательных путей находятся функционально различные нейроны. Возбуя-
дающими и тормозными связями сенсорные, промежуточные и эффектор-ные нейроны объединены в функциональные модули, способные вырабатывать ритмическую активность. Совокупность этих модулей составляет периферический нервный центр, управляющий работой гладко-мышечной стенкой респираторного тракта.
В процессе дыхания электрическая и механическая активность гладкомышечной стенки трахеи изменяется синхронно с респираторным ритмом. Ритмическая активность гладкой мышцы формируется периферическим нервным аппаратом. Важную роль в ее поддержании играют трахеобронхиальные рецепторы, разряды которых по местным рефлекторным дугам поступают в ганглии к нейронам генератора ритма.
Реакции дыхательных путей на биологически активные вещества определяются не только непосредственным действием последних на мышцу, но и опосредованно через метасимпатические нейроны, локализованные в интрамуральных ганглиях.
Развитие аллергического состояния дыхательных путей связано с нарушением синаптической передачи в интрамуральных ганглиях и нарушением пресинаптического выделения медиатора в нервно-мышечных окончаниях.
Апробация работы. Материалы работы обсуждались на Всесоюзной конференции "Простые нервные системы". Казань. 1985 г.; международном симпозиуме по гладкой мышце, Варна 1985, 1988 гг. 12-й Всесоюзной конференции по физиологии и патологии кортико-висце-ральных взаимоотношений. Ленинград, 1986 г.; 6-й Всесоюзной конференции по вегетативной нервной' системе, Ереван, 1986 г.; Всесоюзной конференции по проблемам нейрогуморальний регуляции деятельности висцеральных систем. Ленинград, 1987 г.; Конференции по механизмам регуляции физиологических функций". Ленинград, 1988,1992 гг.; на заседании Ленинградского отделения Всесоюзного физиологического общества. 1985, 1988 гг.; Всесоюзной конференции, посвященной 160-летию И.И.Сеченова, Одесса 1989 г.; Всесоюзной конференции, посвященной 70-летию Г.И.Косицкого. Москва, 1990 г.; Всесоюзной конференции по физиологии и биохимии медиаторных процессов, Москва, 1990 г.; 1-м Всесоюзном сьезде пульмонологов. Киев. 1991 г.; ХШ сьезде физиологов России, Пущино. 1993 г.; 2-й Всероссийской конференции "Молекулярные и клеточные основы кислотно-основного и температурного гомеостаза", Сыктывкар, 1994- г.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 257 страницах машинописного текста и состоит из введения, описания методов исследования, четырех глав экспериментальной работы, заключения, выводов, списка цитируемой литературы, который включает в себя 55 источников на русском и 237 на иностранном языках. Работа документирована 8 таблицами и 57 рисунками.